DE102010060981B3

DE102010060981B3 - Rohrflanschverbindung

Info

Publication number: DE102010060981B3
Application number: DE201010060981
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Lannewehr & Thomsen & Co KG GmbH; Lannewehr and Thomsen & Co KG GmbH
Current assignee: Hardorp Rolf Dipl Ing De; Lannewehr and Thomsen & Co Kg De GmbH; THOMSEN, PETER, DE
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2030-12-03

Abstract

Die Erfindung beschäftigt sich mit Rohrflanschverbindungen, die einen Kunststoffflansch (2a, 2b) oder einen Metallflansch (22a, 22b) mit einem Kunststoffring (24) zu Isolationszwecken aufweisen. Der Flansch (2a, 2b, 22a, 22b) weist Durchgangslöcher (5) auf, in denen Schrauben (4) angeordnet sind. Mit den Schrauben (4) ist der Flansch unter Kraftbeaufschlagung einer Dichtringanordnung (3) mit einem Gegenelement, insbesondere einem weiteren Flansch (2a, 2b, 22a, 22b), verbunden. Erfindungsgemäß weist die Dichtringanordnung (3) einen ringförmigen Dichtabschnitt (8) und einen seitlich daran anschließenden Stützring (9) auf, wobei der Flansch (2a, 2b, 22a, 22b) und das Gegenelement auf den Stützring (9) auf Block gezogen sind, wodurch die Abdichtung im Kraftnebenschluss erfolgt. Des Weiteren liegt zwischen den Köpfen oder Mutter der Schrauben (4) und dem Kunststoffflansch (2a, 2b) bzw. Kunststoffring (24) ein metallisches Zwischenstück (11), welches die von den Schrauben (4) ausgeübten Kräfte großflächig verteilt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrflanschverbindung mit einem eine ringförmige Dichtfläche aufweisenden Kunststoffflansch, einem Gegenelement, einer Dicht ringanordnung zwischen dem Kunststoffflansch und dem Gegenelement und mit Schrauben, die in Durchgangslöcher des Kunststoffflansches eingesetzt sind und den Kunststoffflansch mit dem Gegenelement unter Kraftbeaufschlagung der Dichtringanordnung verbinden. Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren eine Rohrflanschverbindung mit einem eine ringförmige Dichtfläche aufweisen Metallflansch, einem zu Isolationszwecken vorgesehenen Kunststoffring, der an einer der Dichtfläche gegenüberliegenden Seite auf den Metallflansch aufgelegt ist, einem Gegenelement, einer Dichtringanordnung zwischen dem Metallflansch und dem Gegenelement und mit Schrauben, die in Durchgangslöcher des Metallflansches und des Kunststoffringes eingesetzt sind und den Metallflansch sowie den darauf angeordneten Kunststoffring unter Kraftbeaufschlagung der Dichtringanordnung mit dem Gegenelement verbinden. Bei beiden Ausführungen ist an der der ringförmigen Dichtfläche gegenüberliegenden Seite des Flansches, dort wo sich die Schrauben mit ihren Köpfen oder Mutter abstützen, Kunststoff vorgesehen.
In chemischen und petrochemischen Prozessanlagen werden in Bereichen mit korrosiven Medien Flanschverbindungen aus Kunststoff eingesetzt. Geeignete Materialien sind beispielsweise Reaktionsharzformstoffe oder Thermoplaste wie Polypropylen, Polyethylen und Polyvinylidenfluorid. Die bekannten Flanschverbindungen sind in ihrer Geometrie den Stahlflanschen angepassten, beispielsweise nach DIN der Nenndruckstufe PN10 oder nach der Norm ASME den Nenndruckstufen Class 150 und 300.
Im Gegensatz zu Stahl vertragen Kunststoffflansche nur geringe Flächenpressungen. Ein weiteres Problem ist, dass Kunststoffe über einen langen Zeitraum relaxieren, d. h. in einem gewissen Maße fließfähig sind, und so die Spannung aus der Flanschblattrotation nicht dauerhaft übertragen. Vor diesem Hintergrund werden bei den bekannten Kunststoffflanschverbindungen weiche Dichtungen, meist Elastomere oder Polytetrafluorethylen als Dichtwerkstoff eingesetzt, wobei die Montage bei sehr geringen Drehmomenten erfolgt. Bei handelsüblichen Schrauben und den für Kunststoffflanschen empfohlenen Drehmomenten werden die Schrauben lediglich zwischen 10% und 20% ihrer Dehngrenze beansprucht Der Begriff Dehngrenze bezieht sich im Rahmen der Erfindung auf die fachübliche 0,2%-Dehngrenze R_p0,2. Die 0,2%-Dehngrenze ist diejenige mechanische Spannung, bei der die auf die Anfangslänge der Probe bezogene bleibende Dehnung nach der Entlastung genau 0,2% beträgt Bei höheren Belastungen des betrachteten Gegenstandes kommt es in der Praxis in der Regel entweder zu ausgeprägten plastischen Verformungen oder zu einem Bruch.
Da bei Kunststoffflanschen ein gewisses Relaxieren beobachtet wird, nimmt die bereits zu Beginn niedrige Flächenpressung noch weiter ab, so dass selbst bei den beschriebenen weichen Dichtungen eine sichere Abdichtung nicht mehr gewährleistet ist. Des Weiteren ist der Zug an den Schrauben dann so gering, dass diese sich ohne eine zusätzliche Sicherung bei Vibration oder dergleichen selbst lösen können. Ein weiteres Problem besteht darin, dass bereits vergleichbare kleine Kippmomente bei den weichen Dichtungen bereichsweise zu einer nicht mehr ausreichenden Flächenpressung oder zu einem Überpressen der Dichtung an Teilen Ihres Umfanges führen kann.
Um das Setzverhalten auszugleichen, werden bei den bekannt, in ihrer Form von Stahlflanschen abgeleiteten Kunststoffflanschen die Schrauben nachgezogen, bevor eine Leckage auftritt. Wenn das Nachziehen während des Betriebes der Anlage erfolgt, ergibt sich für den Monteur ein erhöhtes Risiko. Dagegen ist ein Abschalten der Anlage mit erheblichen Betriebseinschränkungen verbunden. Die häufige Betätigung der Schrauben bei einem Nachziehen erhöht auch das Risiko einer Fehlbedienung. Wenn beispielsweise versehentlich nicht die für Kunststoffflansche üblicherweise vorgesehenen niedrigen Drehmomente eingehalten werden, kann es sogar während des Nachziehens zu einem Überpressen der Dichtung und damit zu einem Leck kommen, so dass unmittelbar eine erhöhte Unfallgefahr besteht.
Die beschriebenen Nachteile und Einschränkungen gelten auch für Metallflansche, die zu Isolationszwecken mit einem Kunststoffring abgedeckt sind.
Neben den von Standardmaßen abgeleiteten Kunststoffflanschen sind auch Spezialflansche zur Verbindung von Kunststoffrohren bekannt. So ist aus der EP 1 914 465 A1 ein Spezialflansch bekannt, bei dem Rohrstücke aus Kunststoff lediglich einen Vorschweißbund aufweisen. Die Flansche aus einem zugfesten Material wirken dann auf die Vorschweißbunde und ziehen diese aufeinander. Nachteilig ist, dass diese Spezialflansche nicht ohne Weiteres mit anderen Flanschtypen kompatibel sind, wobei die Schrauben zwischen den Flanschen auch frei gespannt sind. Eine direkte Abstützung der Flansche gegeneinander im Bereich der Schrauben ist nicht vorgesehen. Die Krafteinleitung in die Ringbunde sowie in die Dichtung ist verbesserungsbedürftig.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rohrflanschverbindung mit einem Kunststoffflansch oder mit einem zu Isolationszwecken vorgesehenen Kunststoffring anzugeben, die sich durch eine erhöhte Betriebssicherheit sowie vergleichsweise geringe Prüf- und Wartungskosten auszeichnet.
Ausgehend von der eingangs beschriebenen Rohrflanschverbindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Dichtringanordnung einen ringförmigen Abschnitt und einen seitlich daran anschließenden Stützring aufweist, wobei der Flansch und das Gegenelement auf den Stützring auf Block gezogen sind, wodurch die Abdichtung mittels des Dichtabschnitts im Kraftnebenschluss erfolgt. Des Weiteren ist vorgesehen, dass zwischen den Köpfen oder Muttern der Schrauben und dem Kunststoffflansch bzw. dem zur Isolation vorgesehenen Kunststoffring zur Kraftverteilung ein metallisches Zwischenstück angeordnet ist, welches zumindest zwei Durchgangslöcher verbindet.
Während bei gattungsgemäßen Kunststoffflanschen mit Durchgangslöchern für Schrauben gemäß dem Stand der Technik stets niedrige Drehmomente einzuhalten sind, lehrt die vorliegende Erfindung eine Kombination von Merkmalen, die hohe Anzugsmomente erlaubt.
Zunächst geht die Erfindung von Flanschen aus, die einerseits die zur Anlage an die Dichtringanordnung vorgesehene Dichtfläche und andererseits Durchgangslöcher für die Schrauben aufweisen. Es ergibt sich damit eine einfache, einstückige Ausgestaltung des Flansches der bezogen auf die Abmessungen und Aufteilung der Durchgangslöcher von üblichen genormten Metallflanschen abgeleitet werden kann. Dadurch, dass sowohl die Dichtfläche als auch die Durchgangslöcher in einem einstückigen Flansch gebildet sind, ergibt sich eine große Fläche, welche für die Abstützung des Flansches und des Gegenelementes, üblicherweise einem weiteren Flansch, genutzt werden kann.
Zusätzlich ist zur Kraftvereilung ein metallische Zwischenstück vorgesehen, welches unterhalb der Köpfe oder Mutter der Schrauben angeordnet ist und zumindest zwei benachbarte Durchgangslöcher miteinander verbindet. Durch dieses formstabile metallische Zwischenstück wird erreicht, dass die von den Schraubenköpfen oder Muttern ausgeübten Kräfte auf einen größtmöglichen Bereich verteilt werden. Es wird damit vermieden, dass sich die Köpfe oder Muttern durch die geringere Stabilität des Kunststoffes und das Relaxieren des Kunststoffes in das Material des Kunststoffflansches bzw. des zu Isolationszwecken vorgesehenen Kunststoffringes hereinfressen. Die mit den Schrauben auf die Flanschverbindung ausübbare Kraft kann damit erheblich gesteigert werden.
Auch die Ausgestaltung der Dichtringanordnung ist an eine erhöhte Flächenpressung angepasst. So ist ein Stützring vorgesehen, auf den der Flansch und das Gegenelement auf Block gezogen sind. Durch die erfindungsgemäße Kombination des gattungsgemäßen Flansches mit Durchgangslöchern, des metallischen Zwischenstücks zur Verteilung der von den Schrauben ausgeübten Kraft auf eine maximale Fläche und die Anordnung des Dichtabschnittes der Dichtringanordnung im Kraftnebenschluss können nun auch bei Kunststoffflanschen bzw. bei Metallflanschen mit einem Kunststoffring zu Isolationszwecken sehr hohe Flächenpressungen sowie eine höhere Belastung der Schrauben verwirklicht werden.
Da die von den Schraubenköpfen oder Mutter ausgeübte Kraft auf einen vergrößerten Bereich verteilt wird, ist insgesamt ein reduziertes Setzverhalten zu beobachten. Des Weiteren können im Rahmen der Erfindung erhöhte Flächenpressungen eingestellt werden, so dass auch bei einem gewissen Setzen der Dichtungsanordnung noch eine Flächenpressung vorliegt, die zu einer sicheren Abdichtung ausreichend ist. Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass die Rohrflanschverbindung insgesamt sehr stabil und unanfällig gegenüber Kippmomenten ist. Auch die Gefahr eines Überpressens ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit dem Zwischenstück und der Anordnung des Dichtabschnittes im Kraftgegenschluss eliminiert oder zumindest deutlich reduziert. Ein Nachziehen der Schrauben, sofern dieses im Rahmen der Erfindung überhaupt noch erforderlich ist, kann damit mit einem deutlich geringeren Risiko für Mensch und Umwelt erfolgen.
Das Gegenelement kann im Rahmen der Erfindung ein weiterer Flansch, insbesondere ein Kunststoffflansch aber auch ein Metallflansch mit oder ohne einem Kunststoffring zu Isolationszwecken sein. Darüber hinaus kann das Gegenelement auch ein Blindflansch oder ein Flanschanschluss einer Vorrichtung sein. Wenn das Gegenelement auch ein Kunststoffflansch oder ein Metallflansch mit einem zu Isolationszwecken vorgesehenen Kunststoffring ist, ist dieser weitere Flansch zweckmäßigerweise wie zuvor beschrieben ausgeführt, wobei also auch dort ein metallisches Zwischenstück zur Kraftverteilung angeordnet ist. Insbesondere ist bei der Verbindung zweier gleichartiger Flansche ein symmetrischer oder im Wesentlichen symmetrischer Aufbau zweckmäßig.
Im Rahmen der Erfindung ist eine funktionelle, weite Auslegung des Begriffes Schraube geboten. Als Schraube wird im Rahmen der Erfindung beispielsweise auch ein mit zwei Muttern versehener Bolzen oder auch ein an dem Gegenelement angeordneter Stehbolzen bezeichnet. Zweckmäßigerweise sind die Schrauben Standardschrauben aus Metall. Da im Rahmen der Erfindung erhöhte Anzugsmomente und eine erhöhte Flächenpressung gegenüber herkömmlichen Kunststoffflanschen erreicht wird, ergibt sich auch eine größere Belastung der angezogenen Schrauben. Während gemäß dem Stand der Technik die Belastung üblicherweise bei Standardschrauben zwischen 10 und 20% bezogen auf die 0,2%-Dehngrenze liegt, ist die Belastung der angezogenen Schrauben gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zumindest 40%, vorzugsweise zumindest 60% der 0,2%-Dehngrenze R_p02. Für den überwiegenden Teil der Anwendungsfälle sollte die Belastung zumindest 50%, beispielsweise 70% der 0,2%-Dehngrenze betragen. Es hat sich in der Praxis ergeben, dass bei einer höheren Auslastung der Schrauben die Gefahr eines selbsttätigen Losdrehens deutlich verringert wird. Um andererseits noch ausreichende Reserven gegenüber einer Überlastung sicher zu stellen, ist der Wert von 70% der 0,2%-Dehngrenze besonders geeignet.
Das Zwischenstück verbindet im Rahmen der Erfindung zumindest zwei Durchgangslöcher und verteilt damit die von den Schrauben ausgeübte Kraft auch auf den Bereich zwischen diesen Durchgangslöchern. Das Zwischenstück ist im Rahmen der Erfindung zweckmäßigerweise als durchgehender oder segmentierter Metallring ausgeführt Eine optimale Kraftverteilung wird mit einem Metallring erreicht, der unterhalb der Schrauben auch die gesamte zur Verfügung stehende Breite des Flansches ausnutzt. Das Zwischenstück soll auch so ausgewählt sein, dass es sich unter Einwirkung der von den Schrauben ausgeübten Kraft nicht wesentlich verformt, um tatsächlich eine möglichst vollflächige Belastung des darunter liegenden Kunststoffflansches bzw. des darunter liegenden zu Isolationszwecken vorgesehenen Kunststoffringes zu gewährleisten. Die Dicke des Zwischenstücks ist dabei abhängig von dem Flanschdurchmesser und dem dabei vorgesehenen Anzugsmomenten der Schrauben auszuwählen. Bei einem Großteil der Flanschmaße beträgt die Dicke des metallischen Zwischenstücks zumindest 10 mm, beispielsweise 15 mm. Als Material ist insbesondere Edelstahl geeignet.
Erfindungsgemäß weist die Dichtringanordnung einen Stützring und einen seitlich daran anschließenden ringförmigen Dichtabschnitt auf. Vor der Montage der Dichtringanordnung weist der ringförmige Dichtabschnitt üblicherweise eine größere Dicke auf als der daran anschließende Stützring, so dass dann bei der Montage der Flansch und das Gegenelement auf den Stützring auf Block gezogen werden, wodurch der Dichtabschnitt entsprechend komprimiert wird. Für den Dichtabschnitt sind die üblichen Dichtungsmaterialien wie Graphit, elastomerer Kunststoff oder PTFE geeignet.
Erfindungsgemäß können der Flansch und das Gegenelement mit einer großen Flächenpressung auf den Stützring auf Block gezogen werden. Die im Vergleich dazu reduzierte Flächenpressung des Dichtabschnittes im Kraftnebenschluss ergibt sich im Wesentlichen aus dem Übermaß des Dichtabschnittes gegenüber dem Stützring und der Komprimierbarkeit des Dichtmaterials. Je nach den Erfordernissen kann damit die Geometrie der Dichtringanordnung genau eingestellt werden. Wenn sich die gesamte Flächenpressung aufgrund eines Setzverhaltens der Rohrflanschverbindung in einem gewissen Maße reduziert, schlägt sich dies zunächst nur im Bereich des Stützringes nieder, wobei die an dem Dichtabschnitt vorherrschende Flächenpressung und damit die Dichtwirkung unbeeinträchtigt bleiben. Auch können die Schrauben, falls dieses im Rahmen der Erfindung überhaupt erforderlich ist, ohne Weiteres nachgezogen werden, weil dann die wieder erhöhte Flächenpressung von dem Stützring aufgenommen wird.
Der Stützring kann grundsätzlich aus einem Fasermaterial, Kunststoff oder Metall gebildet sein, wobei dieses Material eine höhere Festigkeit aufweisen muss als der Dichtabschnitt, damit das Gegenelement und der Flansch darauf auf Block gezogen werden können. Wenn der Stützring im Rahmen der Erfindung noch eine gewisse Nachgiebigkeit aufweist, kann auch noch in einem gewissen Maße die Flächenpressung an dem Dichtabschnitt verändert werden. Der Stützring ist aber zweckmäßigerweise durch eine geeignete Materialwahl und Dimensionierung so ausgerüstet, dass bei üblichen sowie leicht erhöhten Anzugsmomenten der Schrauben ein Überpressen des Dichtabschnittes sicher vermieden wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass auch bei einer vollständigen Auslastung der Schraube (100% der 0,2%-Dehngrenze) ein Überpressen vermieden wird. Bei einem unsachgemäßen, überhöhten Anzugsmoment reißen die Schrauben, bevor die Dichtung überpresst wird. Bei der Montage oder einem Nachziehen der Schrauben wird ein solcher Fehler sofort bemerkt, ohne dass es zu einem Dichtheitsverlust und damit möglicherweise zu einem schwerwiegenden Unfall kommt.
Der Dichtabschnitt und der Stützring können grundsätzlich als separate Elemente bereit gehalten werde. Bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung, bei der die Dichtringanordnung von einem zusammenhängenden Zweistoffdichtring gebildet ist. Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung ergibt sich eine vereinfachte Handhabung lediglich eines Teils, welches zwischen dem Flansch und dem Gegenelement angeordnet werden muss. Des Weiteren kann der Stützring sich auch mit einem Abschnitt reduzierter Dicke in den Bereich des Dichtabschnittes hineinerstrecken und dort als Träger für das Dichtungsmaterial dienen.
Bevorzugt ist auch eine Ausgestaltung, bei der der Stützring Durchgangslöcher aufweist, durch welche die Schrauben geführt sind. Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung erstreckt sich der Stützring auch unmittelbar im Bereich der Schrauben, so dass dort eine vollständige Abstützung der von den Schrauben ausgeübten Kräfte ermöglicht wird. Eine nicht genau definierte Flanschblattrotation, d. h. eine Schrägstellung der Flansche aufgrund der von den Schrauben ausgeübten Zugkräfte kann dadurch vermieden oder zumindest auf ein vorbestimmtes Maß reduziert werden. Auch wird eine genau Berechnung der Rohrflanschverbindung erleichtert, wobei sich unterschiedliche Anzugsmomente und die Änderung des Materials für den Kunststoffflansch bzw. den zu Isolationszwecken vorgesehenen Kunststoffring weniger stark auswirken. Bei einer Kraftabstützung über den Stützring im Bereich der Durchgangslöcher kann auch eine Reduzierung der Flanschdicke in Betracht gezogen werden, wodurch eine erhebliche Materialersparnis erreicht werden kann. Die ansonsten bei einer Reduzierung der Flanschdicke zu erwartende Zunahme der Flanschblattrotation wird durch die direkte Abstützung über dem Stützring im Bereich der Schrauben verhindert.
Da im Rahmen der Erfindung der Dichtabschnitt im Kraftnebenschluss angeordnet ist, können bezogen auf die gesamte Anlagefläche von Dichtringanordnung und Kunststoff bzw. Metallflansch eine vergleichsweise große mittlere Flächenpressung von beispielsweise 20 N/mm² eingestellt werden. Diese mittlere Flächenpressung ergibt sich durch eine erhöhte Flächenpressung an dem Stützring und einer auf ein geeignetes Maß reduzierten Flächepressung an dem Dichtabschnitt.
Entgegen der Ausgestaltung herkömmlicher Normflansche, die zwischen der Dichtfläche und dem Bereich der Durchgangslöcher eine Stufe aufweisen, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein ebener Übergang bevorzugt, um den Flansch und das Gegenelement, üblicherweise ein weiterer Flansch, gegen den Stützring auf Block ziehen zu können. Wenn dennoch eine Stufe vorgesehen ist, kann die Dicke des Stützringes entsprechend erhöht werden, um dann in der Blocklage eine definierte Flächenpressung an dem Dichtabschnitt einstellen zu können. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Kunststoff- bzw. Metallflansch an der Seite seiner Dichtfläche von seinem inneren Rand bis zu seinem äußeren Rand eben oder zumindest im Wesentlichen eben.
Wenn gemäß einer zuvor beschriebenen Variante der Erfindung die Rohrflanschverbindung einen Metallflansch mit einem zu Isolationszwecken vorgesehenen Kunststoffring aufweist, sind auch weitere Maßnahmen zur Isolation zweckmäßig. So wird beispielsweise der Schaft der Schrauben mit einer isolierenden Hülse versehen, um einen Kurzschluss über den Schraubenschaft zu vermeiden. Des Weiteren muss auch die Dichtringanordnung selbst aus einem isolierenden Material gebildet sein, um einen direkten elektrischen Kontakt über die Dichtringanordnung zu vermeiden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine Rohrflanschverbindung mit zwei Kunststoffflanschen,
2a bis 2c alternative Ausgestaltungen von Dichtringanordnungen der Rohrflanschverbindung,
3 eine Rohrflanschverbindung mit zwei Metallflanschen und auf diesen Metallflanschen zu Isolationszwecken angeordneten Kunststoffringen.
1 zeigt eine Rohrflanschverbindung mit zwei eine ringförmige Dichtfläche 1 aufweisenden Kunststoffflanschen 2a, 2b. Im Rahmen der Erfindung kann auch lediglich ein Kunststoffflansch 2a oder 2b vorgesehen sein, der dann mit einem andersartigen Gegenelement, beispielsweise einem andersartigen Flansch, einem Blindflansch oder einem Gehäuseanschluss verbunden ist.
Zwischen den beiden Kunststoffflanschen 2a, 2b ist eine Dichtringanordnung 3 vorgesehen. Die beiden Kunststoffflansche 2a, 2b sind unter Kraftbeaufschlagung der Dichtringanordnung 3 durch eine Vielzahl von Schrauben 4 verbunden, die durch Durchgangslöcher 5 der Kunststoffflansche 2a, 2b geführt sind.
Unter Schrauben 4 werden im Rahmen der Erfindung Schrauben mit einem Kopf und einer Mutter, die in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Gewindebolzen 6 mit Muttern 7 oder auch mit einer Mutter zusammenwirkende Stehbolzen verstanden.
Erfindungsgemäß weist die Dichtringanordnung 3 einen ringförmigen Dichtabschnitt 8 und einen Stützring 9 auf. Zusätzlich ist an einer Abstützfläche 10 der Kunststoffflansche 2a, 2b, die der jeweiligen Dichtfläche 1 gegenüberliegt, ein metallisches Zwischenstück 11 zur Verteilung der von den Muttern 7 über eine herkömmliche Unterlegscheibe 12 ausgeübten Kraft vorgesehen. Das metallische Zwischenstück 11 verbindet zumindest zwei um den Umfang aufeinanderfolgende Durchgangslöcher 5 und ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung als Ring, vorzugsweise als unsegmentierter Ring ausgebildet Um eine möglichst gleichmäßige Kraftverteilung zu erreichen, erstreckt sich das Zwischenstück 11 auch über die gesamte oder zumindest im Wesentlichen die gesamte Breite der Abstützfläche 10.
Durch das Zwischenstück 11 können mit den Schrauben 4 sehr große Kräfte ausgeübt werden, ohne dass das Kunststoffmaterial der Kunststoffflansche 2a, 2b lokal im Bereich der Schrauben überlastet wird. Starke Einflüsse durch ein Relaxieren, d. h. ein gewisses Fließen der Kunststoffflansche 2a, 2b kann dadurch vermieden werden.
Um eine erhöhte Flächenpressung aufnehmen zu können, sind die beiden Kunststoffflansche 2a, 2b auf den Stützring 9 auf Block gezogen, so dass dann entsprechend einem zuvor genau eingestellten Übermaß des Dichtabschnittes 8 eine vorgegebene Komprimierung des Dichtabschnittes 8 und damit eine definierte Flächenpressung in dem abgedichteten Bereich vorliegt. Wenn sich die Kunststoffflansche 2a, 2b nach der Montage in einem gewissen Maße setzen, wirkt sich dies zunächst nur auf die an dem Stützring 9 wirkenden Kräfte und nicht auf den für die Abdichtung relevanten Dichtabschnitt 8 aus. Durch die Blocklage auf dem Stützring 9 wird auch ein Überpressen des Dichtabschnittes 8 sicher vermieden, so dass bei der Montage ohne Weiteres hohe Anzugsmomente, wie sie auch bei herkömmlichen Metallflanschen üblich sind, vorgesehen werden können.
Aufgrund der flächigen Verteilung der Kräfte weisen die Kunststoffflansche 2a, 2b eine deutlich reduzierte Neigung zu einem Relaxieren auf. Zusätzlich können die Anzugsmomente so groß gewählt werden, dass auch bei einem gewissen Abfall der Flächenpressung über die Zeit die für eine sichere Abdichtung an dem Dichtabschnitt 8 erforderlichen Werte nicht unterschritten werden. Schließlich ist auch ein Nachziehen der Schrauben 4 leicht möglich, weil dann durch den Stützring 9 die Gefahr eines Überpressens des Dichtabschnittes ausgeschlossen oder zumindest deutlich reduziert ist.
Wenn zwischen den beiden Kunststoffflanschen 2a, 2b durch äußere Kräfte ein Kippmoment wirkt, kann auch dieses durch den Stützring 9 aufgenommen werden, so dass sich insgesamt auch eine vergleichsweise steife Flanschverbindung ergibt, was zu einer weiteren Zunahme der Zuverlässigkeit beiträgt.
Die Schrauben 4 sind im Rahmen der Erfindung zweckmäßigerweise so ausgewählt und montiert, dass die Belastung der angezogenen Schrauben zumindest 40%, vorzugsweise zumindest 50%, besonders bevorzugt zumindest 60% der 0,2%-Dehngrenze R_p0,2 entspricht. Geeignet ist beispielsweise ein Wert von 70% der 0,2%-Dehngrenze, so dass dann noch ausreichende Sicherheitsreserven gegenüber einem Reißen der Schrauben 4 vorliegt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist in dem Ausführungsbeispiel der Stützring 9 mit Durchgangslöchern 5' versehen, so dass sich der Stützring auch unmittelbar im Bereich der Schrauben 4 erstreckt. Ein Verkippen oder zumindest ein übermäßiges Verkippen der Kunststoffflansche 2a, 2b, welches auch als Flanschblattrotation bezeichnet wird, kann dadurch vermieden werden.
Die 2a bis 2c zeigen alternative Ausgestaltungen von Dichtringanordnungen 3, 3', 3'', welche im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden können.
2a zeigt die in 1 dargestellte Dichtringanordnung mit einem außen liegenden Stützring 9 und einem daran innenseitig anschließenden Dichtabschnitt 8, wobei der Stützring, wie auch der 1 zu entnehmen ist, Durchgangslöcher 5' aufweist Zumindest vor einer erstmaligen Benutzung der Dichtung ist die Dicke des Dichtabschnittes 8 größer als die Dick des Stützringes 9. Der Dichtabschnitt 9 kann aus üblichen Dichtungsmaterialien, beispielsweise Elastomer, PTFE oder Graphit, gebildet sein. Sofern der Dichtabschnitt 8 elastische Eigenschaften aufweist, kann dieser bei einem Lösen der Flanschverbindung wieder zurückfedern und weist dann erneut eine größere Dicke als der Stützring 9 auf. Gemäß der 2a wird die Dichtringanordnung 3 von einem zusammenhängenden Zweistoffdichtring gebildet.
Die 2b zeigt eine alternative Ausgestaltung der Dichtringanordnung 3', wobei der Stützring 9' und der Dichtabschnitt 8' als separate Teile bereitgehalten werden. Der Stützring kann dabei wie zuvor beschrieben Durchgangslöcher 5' aufweisen oder wie in dem Ausführungsbeispiel der 2b dargestellt, ohne Durchgangslöcher mit einer entsprechend reduzierten Breite gebildet sein.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung ist in der 2c dargestellt. Diese Dichtringanordnung 3'' umfasst einen außen liegenden Stützring 9'', der vorzugsweise aus Stahl oder Edelstahl gebildet ist und beispielsweise eine Dicke von 1,5 mm aufweisen kann. Nach innen schließt dann ein aus dem Material des Stützringes 9 gebildeter Wellringabschnitt 13 an, der zusammen mit beidseitigen Dichtstoffauflagen 14 den Dichtabschnitt 8'' bildet.
3 zeigt eine Rohrflanschverbindung, bei der zwei Metallflansche 22a, 22b gegeneinander isoliert sind. Zunächst ist dazu eine Dichtringanordnung 3 vorgesehen, die wie zuvor ausgeführt ist, wobei jedoch der Stützring 9 aus einem isolierenden Material gebildet ist. Um die Schrauben 4 herum ist eine isolierende Hülse 23 angeordnet. Um eine elektrische Verbindung über die Schrauben 4 zu vermeiden, ist auch an den Abstützflächen 10 der Metallflansche 22a, 22b eine Isolation vorzunehmen. Zu diesem Zweck sind an beiden Flanschen 22a, 22b Kunststoffringe 24 aufgelegt, die mit Durchgangslöchern 5'' für die Schrauben 4 versehen sind.
Grundsätzlich bestehen bei einer solchen isolierten Rohrflanschverbindung mit zwei Metallflanschen 22a, 22b die gleichen Probleme, die zuvor auch im Zusammenhang mit Kunststoffflanschen 2a, 2b beschrieben sind. Um also zu vermeiden, dass die Kunststoffringe 24 lokal überlastet werden, ist auch hier das zuvor beschriebene Zwischenstück 11 vorgesehen. Die beiden Kunststoffringe 24 können wie das Zwischenstück 11 entweder durchgehend oder um den Umfang segmentiert sein, wobei auch die Kunststoffringe 24 in einer segmentierten Form mit einem Segment zumindest zwei benachbarte Durchgangslöcher 5 verbinden. Wie im Zusammenhang mit der 1 beschrieben, ist auch hier die Dichtringanordnung so verspannt, dass die Metallflansche 22a, 22b auf Block an dem isolierenden Stützring 9 anliegen. Auch die weitere Ausgestaltung der in 3 dargestellten Flanschverbindung entspricht der zuvor erläuterten Ausführung gemäß der 1.

Claims

Rohrflanschverbindung mit einem eine ringförmige Dichtfläche (1) aufweisenden Kunststoffflansch (2a, 2b), mit einem Gegenelement, mit einer Dichtringanordnung (3) zwischen dem Kunststoffflansch (2a, 2b) und dem Gegenelement und mit Schrauben (4), die in Durchgangslöcher (5) des Kunststoffflansches (2a, 2b) eingesetzt sind und den Kunststoffflansch (2a, 2b) unter Kraftbeaufschlagung der Dichtringanordnung (3) mit dem Gegenelement verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtringanordnung (3) einen ringförmigen Dichtabschnitt (8) und einen seitlich daran anschließenden Stützring (9) aufweist, wobei der Kunststoffflansch (2a, 2b) und das Gegenelement auf den Stützring (9) auf Block gezogen sind, wodurch die Abdichtung mittels des Dichtabschnitts (8) im Kraftnebenschluss erfolgt, und dass an einer Abstützfläche (10) des Kunststoffflansches (2a, 2b), die der Dichtfläche (1) gegenüberliegt, zur Kraftverteilung ein metallisches Zwischenstück (11), welches zumindest zwei Durchgangslöcher (5) verbindet, aufgelegt ist.
Rohrflanschverbindung mit einem eine ringförmige Dichtfläche (1) aufweisenden Metallflansch (22a, 22b), mit einem zu Isolationszwecken vorgesehenen Kunststoffring (24), der an einer der Dichtfläche (1) gegenüberliegenden Seite auf den Metallflansch (22a, 22b) aufgelegt ist, mit einem Gegenelement, mit einer Dichtringanordnung (3) zwischen dem Metallflansch (22a, 22b) und dem Gegenelement und mit Schrauben (4), die in Durchgangslöcher (5, 5'') des Metallflansches (22a, 22b) und des Kunststoffrings (24) eingesetzt sind und den Metallflansch (22a, 22b) sowie den darauf angeordneten Kunststoffring (24) unter Kraftbeaufschlagung der Dichtringanordnung (3) mit dem Gegenelement verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtringanordnung (3) einen ringförmigen Dichtabschnitt (8) und einen seitlich daran anschließenden Stützring (9) aufweist, wobei der Metallflansch (22a, 22b) und das Gegenelement auf den Stützring (9) auf Block gezogen sind, wodurch die Abdichtung mittels des Dichtabschnittes (8) im Kraftnebenschluss erfolgt, und dass an der dem Metallflansch (22a, 22b) gegenüberliegenden Seite des Kunststoffrings (24) zur Kraftverteilung ein metallisches Zwischenstück (11), welches zumindest zwei Durchgangslöcher (5, 5'') verbindet, aufgelegt ist.
Rohrflanschverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (11) ein Metallring ist.
Rohrflanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastung der angezogenen Schrauben (4) zumindest 40%, vorzugsweise zumindest 60% der 0,2%-Dehngrenze R_p0,2 entspricht.
Rohrflanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (9) Durchgangslöcher (5') aufweist, durch welche die Schauben (4) geführt sind.
Rohrflanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtringanordnung (3) ein Zweistoffdichtring ist.
Rohrflanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die gesamte Anlagefläche von Dichtringanordnung (3) und Kunststoff- bzw. Metallflansch (2a, 2b, 22a, 22b) die mittlere Flächenpressung zumindest 20 N/mm² beträgt.
Rohrflanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kunststoff- bzw. Metallflansch (2a, 2b, 22a, 22b) die Dichtfläche (1), an welcher der Dichtabschnitt (8) der Dichtringanordnung (3) anliegt, eben in den Flanschbereich übergeht, in dem die Durchgangslöcher (5) angeordnet sind.
Rohrflanschverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff- bzw. Metallflansch (2a, 2b, 22a, 22b) an der Seite seiner Dichtfläche (1) von seinem inneren Rand bis zu seinem äußeren Rand eben ist.