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Die Erfindung betrifft eine Losflanschverbindung mit zwei über Befestigungsmittel kraftbeaufschlagte Losflanschen und zwei über eine Dichtungsanordnung verbundenen Teilen, von denen zumindest ein Teil als Rohrstutzen mit einer endseitigen Abwinklung ausgebildet ist, wobei die Dichtungsanordnung ein in einer radialen Richtung innenliegendes Dichtmaterial und ein außenliegendes Stützmaterial aufweist und das Dichtmaterial gegenüber dem Befestigungsmittel nach innen versetzt im Kraftnebenschluss zwischen Dichtflächen angeordnet ist, wobei die Dichtflächen den Teilen zugeordnet sind.
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Bei der Wartung und Montage von Rohrleitungssystemen ist es von entscheidender Bedeutung, dass einzelne Abschnitte möglichst unkompliziert voneinander gelöst und wieder miteinander verbunden werden können. Als besonders geeignet haben sich hierzu Losflanschverbindungen bestehend aus zumindest einem Losflansch und einer Dichtungsanordnung herausgestellt. Hiermit lassen sich zum einen die einzelnen in der Regel als Rohrstutzen ausgebildeten Abschnitte bzw. Teile dicht gegeneinander verspannen, während gleichzeitig ein hohes Maß an Flexibilität bei der Montage gewährleistet wird, insbesondere da die Position der Losflansche zueinander vorab nicht festgelegt werden muss. Die Losflansche weisen zur Kraftbeaufschlagung als Befestigungsmittel Schrauben mit Muttern, Bolzen mit beidseitig angeordneten Muttern, Stehbolzen in Kombination mit Muttern oder auch Schrauben, die in Gewindebohrungen eines der Losflansche eingreifen, auf. Um die in der Regel als Rohrstutzen ausgeführten Teile mit einer derartigen Losflanschverbindung gegeneinander verspannen zu können, weisen die Rohrstutzen endseitig eine Abwinklung zur Aufnahme der Losflansche auf, die gleichzeitig auch die Dichtflächen bereitstellt.
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Als besonders zweckmäßig haben sich im Zusammenhang mit Losflanschverbindungen Dichtungsanordnungen herausgestellt, bei denen das Dichtmaterial gegenüber den Befestigungsmitteln im Kraftnebenschluss zwischen den Dichtflächen angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass gegenüber Dichtungsanordnungen im Krafthauptschluss die zu übertragenden Kräfte nicht vollständig über das Dichtmaterial übertragen werden müssen. Hierdurch können Losflansche mit nur einer geringen Materialstärke verwendet werden. Gleichzeitig ist bei der Fertigung ein hohes Maß an Genauigkeit einzuhalten.
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Eine gattungsgemäße Losflanschverbindung ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 021 834 bekannt. Dadurch, dass die Losflansche entweder unmittelbar oder über ein zusätzliches Stützmaterial aufeinander aufliegen, kann das Dichtmaterial in einem Kraftnebenschluss zwischen den Dichtflächen angeordnet werden. Die über das Dichtmaterial zu übertragenden Kräfte werden folglich allein aus der konstruktiven Ausgestaltung der Losflansche und des Stützmaterials vorab festgelegt und hängen nicht von dem Anzugsmoment der Befestigungsmittel ab. Bei Verwendung eines Stützmaterials ist dieses vollständig zwischen den Losflanschen angeordnet, während sich die Rohrstutzen einzig über das Dichtmaterial gegeneinander abstützen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Losflanschverbindung bereitzustellen, die sich gegenüber dem Stand der Technik durch eine geringere Fehleranfälligkeit bei der Montage auszeichnet, wobei die Komponenten auch leicht herstellbar sein sollen.
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Ausgehend von einer Losflanschverbindung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Stützmaterial in einem Krafthauptschluss zwischen den Dichtflächen angeordnet ist. In diesem Zusammenhang meint eine Anordnung im Krafthauptschluss, dass die von den Dichtflächen ausgehenden Kräfte nahezu vollständig über das Stützmaterial übertragen werden. Das Stützmaterial kann hierbei vollständig zwischen den Dichtflächen liegen. Die Erfindung umfasst aber auch Ausführungsformen, bei denen lediglich ein Teil des Stützmaterials zwischen den Dichtflächen angeordnet ist. Gegenüber dem Stand der Technik lassen sich bei der vorliegenden Erfindung die beiden in der Regel als Rohrstutzen ausgeführten Teile auf besonders vorteilhafte Weise auf Block ziehen. Durch diese Blocklage lässt sich bereits frühzeitig während der Montage eine Flanschblattrotation vermeiden. Unter einer Flanschblattrotation wird eine Schrägstellung der Losflansche zueinander bezeichnet, die im Zuge der Montage bei einem nicht sachgemäßen Anziehen der Befestigungsmittel auftritt. Durch das Vermeiden einer solchen Flanschblattrotation verteilen sich die Kräfte gleichmäßig um den Umfang der Losflansche, wodurch eine gute Dichtwirkung erzielt wird.
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In einer ersten Ausgestaltungsform der Erfindung liegen die Losflansche nicht unmittelbar aufeinander auf und stützen sich zumindest abschnittsweise über das Stützmaterial gegeneinander ab.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform liegen die Losflansche zumindest abschnittsweise unmittelbar aufeinander. Hierdurch wird die Kraft nicht mehr vollständig über das Stützmaterial, sondern zumindest zu einem gewissen Anteil direkt über die Losflansche übertragen. Dies hat zur Folge, dass nicht nur die als Rohrstutzen ausgebildeten Teile auf Block gezogen werden können, sondern zusätzlich auch die Losflansche selbst.
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Die Verwendung von Losflanschen setzt im Rahmen der Erfindung zudem voraus, dass insbesondere bei Rohrstutzen eine endseitige Abwinklung vorgesehen ist. Dies kann beispielsweise in Form einer Umbördelung oder auch in Form eines angeschweißten Bundes realisiert werden. Eine Umbördelung wird durch eine endseitige radial nach außen gerichtete Umbiegung des Rohrstutzenmaterials erzeugt. Hierbei ist darauf zu achten, dass sich die Materialstärke durch den Umformprozess endseitig verringert. Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Losflanschverbindung die Dichtwirkung im Wesentlichen aus dem Zusammenspiel zwischen Stützmaterial und Dichtmaterial erfolgt, kann hierbei selbst eine geringe Abweichung in der Materialstärke ausgeglichen werden. Bei Abwinklungen in Form eines angeschweißten Bundes, muss berücksichtigt werden, dass die Schweißnaht entsprechend den auftretenden Verspannungskräften eine ausreichend große Materialstärke und Qualität aufweist. Ferner kann sich der Bund durch die Hitzeeinwirkung im Zuge des Anschweißens verformen.
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Um das Stützmaterial in konstruktiver Hinsicht möglichst einfach gestalten zu können, weist der dem Rohrstutzen zugeordnete Flansch zumindest eine zurückspringende Stufe zur Aufnahme der Abwinklung auf. Bei Ausgestaltungsformen, bei denen die Losflansche zumindest abschnittsweise aufeinander aufliegen, ist zudem eine zweite Stufe vorzusehen, die der Aufnahme des Stützmaterials dient. Die Höhe der einzelnen Stufen richtet sich entsprechend nach der Dicke der Abwinklung und andererseits nach der Dicke des Stützmaterials. Die einzelnen Maßen müssen hierzu bereits vor der Fertigung der Losflansche festgelegt werden.
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Die Abdichtung der Losflanschverbindung erfolgt einzig über die elastische Verformung des Dichtmaterials. Daher weist das Dichtmaterial bei gelösten Befestigungsmitteln in einem kräftefreien Zustand – zumindest vor einer erstmaligen Montage – eine größere Dicke auf als das Stützmaterial. Durch Verspannen des Dichtmaterials gegen die zugeordneten Dichtflächen wird durch die Krafteinwirkung das Material zusammengepresst, wobei der maximale Grad der Verformung durch das Stützmaterial begrenzt wird. Bei einem hauptsächlich elastisch verformbaren Material ist mit einem kräftefreien Zustand jeder Zustand bei gelösten Befestigungsmitteln gemeint. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung liegt das Verhältnis der Materialdicke des Dichtmaterials zur Materialdicke des Stützmaterials in einem Bereich von 6:5 bis 3:1, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zwischen 3:2 und 2:1.
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Je nach Einsatzgebiet der Losflanschverbindung eignen sich unterschiedliche Materialien als Dichtmaterial. Bevorzugt kommen Gummi, expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE), Graphit oder in besonders heißen Umgebungen Glimmer zum Einsatz. Das Stützmaterial ist in der Regel aus Metall hergestellt. Alternativ lassen sich beispielsweise auch Faserplatten zur Bildung des Stützmaterials verwenden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Dichtmaterial beidseitig auf einem Wellring angeordnet. Der Wellring besteht in der Regel aus Metall und weist aufgrund der wellenförmigen Gestaltung ein gewisses Maß an Elastizität auf. Besonders vorteilhaft lässt sich über eine derartige Ausgestaltung die Elastizität und folglich auch der Anpressdruck des Dichtmaterials an den Dichtflächen nicht allein über die Materialeigenschaften, sondern zusätzlich über die konstruktive Ausgestaltung des Wellrings bestimmen. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die Dichtungsanordnung als Metallweichstoffdichtung, z.B. als Spiral- oder Kammprofildichtung, auszuführen. Hierbei bilden der entsprechend konturierte Bereich z.B. spiralförmig oder mit Kammprofil das Dichtmaterial und der unkonturierte Bereich das Stützmaterial.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Losflanschverbindung mit einer Anordnung von Dichtmaterial im Kraftnebenschluss und einer Anordnung von Stützmaterial in einem Krafthauptschluss zwischen den Dichtflächen,
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2 eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Losflanschverbindung,
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3a, 3b eine Detailansicht der in 1 verwendeten Dichtungsanordnung.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Losflanschverbindung 1 mit zwei über Befestigungsmittel 2 kraftbeaufschlagten Losflanschen 3 und mit zwei über eine Dichtungsanordnung 4 verbundenen Rohrstutzen 5. Als Dichtungsanordnung 4 kommt ein Dichtring bestehend aus einem radial innenliegenden Dichtmaterial 6 und einem radial außenliegenden Stützmaterial 7 zum Einsatz. Der Dichtring 4 ist konstruktiv so ausgelegt, dass nicht nur das Dichtmaterial 6, sondern auch das Stützmaterial 7 abschnittsweise zwischen den Dichtflächen 8 angeordnet ist. Das hat zur Folge, dass die von den Dichtflächen 8 zu übertragenden Kräfte nicht mehr vollständig von dem Dichtmaterial 6, sondern hauptsächlich von dem Stützmaterial 7 übertagen werden. Folglich ist die Losflanschverbindung 1 derart konzipiert, dass das Dichtmaterial 6 gegenüber den Befestigungsmitteln 2 in einem Kraftnebenschluss und das Stützmaterial 7 gegenüber den Dichtflächen 8 in einem Krafthauptschluss angeordnet ist. Als Befestigungsmittel 2 kommen Stehbolzen mit beidseitig angeordneten Muttern zum Einsatz. Die Losflansche 3 weisen hierzu entlang des Umfangs Durchgangslöcher auf. Um eine möglichst gleichmäßige Kraftverteilung zu erreichen sind zumindest 4, bevorzugt 8, besonders bevorzugt 12 Durchgangslöcher in einer gleichmäßigen Verteilung entlang des Umfangs vorgesehen.
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Der obere und der untere Rohrstutzen 5 zeigen zwei unterschiedliche Arten von Abwinklungen 9. Der obere Rohrstutzen weist endseitig einen angeschweißten Bund auf, der in seine Form einem Kreisring entspricht, dessen innerer Durchmesser mit dem inneren Durchmesser des Rohrstutzens übereinstimmt. Entlang des äußeren Umfangs des Rohrstutzens 5 ist der ringkreisförmige Bund über eine Schweißnaht mit dem Rohrstutzen 5 verbunden. Im Gegensatz dazu wird die endseitige Abwinklung 9 des unteren Rohrstutzens über eine Umbördelung erzeugt. Hierzu wird das Ende des Rohrstutzens radial nach außen gebogen.
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Die zur Verbindung des Rohrstutzens 5 vorgesehenen Losflansche 3 weisen eine zurückspringende Stufe auf, die in ihrer Höhe mit der Materialstärke der Abwinklung 9 übereinstimmt. Folglich bildet die dem Stützmaterial 7 zugewandte Fläche der Losflansche 3 mit der Dichtfläche 8 der Abwinklung 9 eine planare Ebene, um einerseits eine möglichst optimale Kraftübertragung und andererseits ein hohes Maß an Dichtigkeit zu gewährleisten. Die radiale Länge der zurückspringenden Stufe richtet sich nach dem Außendurchmesser der Abwinklung. Bevorzugt ist zwischen der Stufe und der Abwinklung kein radialer Spalt vorgesehen, so dass die Kraftübertragung über eine möglichst große Fläche erfolgt.
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2 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Losflanschverbindung 1. Die Losflansche 3 liegen hierbei radial außenliegend unmittelbar aufeinander auf. Folglich wird die von den Befestigungsmitteln 2 ausgehende Kraft nicht mehr vollständig über das Stützmaterial 7 des Dichtrings 4, sondern auch zum Teil direkt über die Losflansche 3 übertragen. Es wird ferner ein Dichtring 4 verwendet, dessen Stützmaterial 7 in radialer Richtung nicht über die Position der Befestigungsmittel 2 hinausragt. Folglich müssen keine Durchgangslöcher 11 in dem Stützmaterial 7 vorgesehen werden. Denkbar ist aber auch eine Anordnung, bei der das Stützmaterial 7 über die Position der Befestigungsmittel 2 hinausragt, so dass gleichermaßen wie bei der 1 Durchgangslöcher vorzusehen sind.
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Da das Stützmaterial 7 des Dichtrings 4 einerseits zwischen den Dichtflächen 8 in einem Krafthauptschluss und andererseits zwischen den Losflanschen 3 in einem Kraftnebenschluss angeordnet ist, weisen die Losflansche 3 nunmehr zwei zurückspringende Stufen auf. Die erste Stufe dient zur Aufnahme der endseitigen Abwinklung 9 und die zweite Stufe der Aufnahme des Stützmaterials 7. Sind die beiden Losflansche 3 wie in der 2 dargestellt gleichermaßen konstruiert, entspricht die Höhe der zweiten Stufe der halben Materialstärke des Stützmaterials 7.
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Die 3a und 3b zeigen zwei zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Losflanschverbindung 1 geeigneten Dichtungsanordnungen 4 in einem kräftefreien Zustand vor der Montage. Gemäß der 3a ist die Dichtungsanordnung 4 als ein zweiteiliger Dichtring mit einem innenliegenden Dichtmaterial 6 und einem außenliegenden Stützmaterial 7 ausgeführt. Zur Aufnahme der Befestigungsmittel 2 sind in dem Stützmaterial 7 Durchgangslöcher 11 vorgesehen, die in ihrer Anzahl und ihrer Position mit den Durchgangslöchern 11 der zugeordneten Losflansche 3 übereinstimmen. Zur Erzielung einer dichten Verbindung muss beim Verspannen der Rohrstutzen 5 gegeneinander das Dichtmaterial 6 verpresst werden. Besonders geeignet sind hierzu Materialien mit einem hohen Maß an elastischer Verformbarkeit, da durch die in Folge der Verpressung einsetzende Verformung eine breite Kontaktfläche zwischen Dichtmaterial 6 und Dichtfläche 8 bereitgestellt wird. Das Dichtmaterial 6 weist hierzu eine größere Materialstärke auf als das Stützmaterial 7. Die Differenz der beiden Materialstärken entspricht folglich dem maximal zu erzielenden Verformungsweg des Dichtmaterials 6. In der dargestellten Ausgestaltungsform wird folglich der Anpressdruck einerseits durch die Materialauswahl und andererseits durch den Verformungsweg bestimmt.
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Alternativ zeigt die 3b eine Ausgestaltungsform, bei der das Dichtmaterial 6 beidseitig auf einem Wellring 12 angeordnet ist. Bei einem Wellring 10 wird der Anpressdruck nicht durch die Verformung von Material, sondern durch die Torsionswirkung der einzelnen Wellenabschnitte zueinander bestimmt. Hierdurch lässt sich bereits bei einer nur geringen Verformung ein hoher Anpressdruck erzielen. Das auf dem Wellring 10 beidseitig angeordnete Dichtmaterial 6 dient folglich nicht der Erzeugung des Anpressdrucks, sondern ist einzig für das Bereitstellen einer großen Kontaktfläche zwischen Dichtmaterial 6 und Dichtfläche 8 vorgesehen. Hierdurch lässt sich besonders vorteilhaft der Anpressdruck durch eine geometrische Ausgestaltung des Wellrings 10 und nicht einzig durch die Materialauswahl des Dichtmaterials 6 steuern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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