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Die Erfindung betrifft einen Flanschen-Bausatz gemäß Anspruch 1, sowie eine Armatur gemäß Anspruch 11 und eine Abfüllanlage gemäß Anspruch 13.
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Flanschverbindungen aus zwei beispielsweise miteinander verschraubten oder mit einer Überwurfmutter fixierten oder mit einer Klammer geklemmten Flanschen sind wohlbekannte Maschinenelemente und bilden lösbare Trennstellen in Rohrleitungen, an Armaturen oder Sensoren. In Abfüllanlagen werden solche Flanschverbindungen in der Regel als unhygienisch, hygienisch oder aseptisch klassifiziert. "Unhygienisch" bedeutet beispielsweise, dass zwischen den gegeneinander gespannten Flanschen Ablagerungen entstehen können, die nicht oder nicht zuverlässig durch eine Reinigung beseitigt werden können. "Hygienisch" bedeutet, dass die Flanschverbindung nach außen abgedichtet ist und innen keine Toträume aufweist, in denen sich nicht durch Reinigen entfernbare Ablagerungen festsetzen können. Die beiden Flansche sind aneinander nicht quer zur Flanschachse formschlüssig zentriert. "Aseptisch" bedeutet, dass die Flanschverbindung innen keine Toträume aufweist, nach außen abgedichtet ist, und sich die beiden Flansche quer zur Flanschachse aneinander zentrieren, z. B. gemäß DIN 11864-1 bis DIN 11864-3. In der Regel werden für den jeweiligen Flanschverbindungs-Typ zwei zueinander passende Flansche hergestellt, wobei die Flansche für eine unhygienische oder eine hygienische oder eine aseptische Flanschverbindung nicht untereinander kombinierbar sind. Dies bedeutet erhöhten Herstellungsaufwand, beispielsweise falls in Abfüllanlagen bedarfsabhängig mehrere hygienische und aseptische Flanschverbindungen erforderlich sind.
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Eine hygienische Flanschverbindung bietet den wichtigen Vorteil, nach Lösen von Verbindungselementen oder Spannschrauben radial trennbar zu sein, was Wartungs- oder Austauscharbeiten in Anlagen vereinfacht, weil ein axiales Abrücken der Flansche und weiterer in der Abfüllanlage verbauter Komponenten entfällt. Eine aseptische Flanschverbindung bietet hingegen den Vorteil der aseptischen Eigenschaft, wie sie beispielsweise in Abfüllanlagen häufig erforderlich ist, um bestimmten Vorschriften zu genügen, benötigt jedoch zum Trennen für Wartungs- oder Austauscharbeiten axiales Abrücken, wofür gegebenenfalls weitere in der Abfüllanlage verbaute Komponenten gelöst werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flanschen-Bausatz zur Herstellung unterschiedlicher, z.B. sowohl hygienischer als auch aseptischer, Flanschverbindungen anzugeben, eine Armatur so zu konzipieren, dass sie wahlweise in einer hygienischen oder aseptischen Verbindung mit dem Flanschen-Bausatz kombinierbar ist, und eine Abfüllanlage zu schaffen, in welcher unterschiedliche Flansch-Verbindungen mit verringertem Herstellungsaufwand modular erstellbar sind.
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Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, des Patentanspruchs 11 und des Patentanspruchs 13 gelöst.
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Da in dem Flanschen-Bausatz der zweite Flanschtyp wahlweise mit dem ersten Flanschtyp oder dem dritten Flanschtyp kombinierbar ist, lassen sich mit nur drei Flanschtypen zwei verschiedene, z.B. sowohl hygienische als auch aseptische, Flanschverbindungen herstellen.
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Die Armatur ist mit ihren Gehäuseflanschen so gestaltet, dass sie mit Hilfe entweder des ersten oder des dritten Flanschtyps des Flanschen-Bausatzes in einer Verbindung montierbar ist, ohne hierfür einen speziell für die Armatur maßgeschneiderten Flansch zu benötigen.
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In der Abfüllanlage wird der herstellungstechnische Aufwand für unterschiedliche Flanschverbindungen verringert, da mit den drei Flanschtypen des Flanschen-Bausatzes wahlweise sowohl hygienische als auch aseptische Flanschverbindungen erstellbar sind.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der erste oder der dritte Flanschtyp des Flanschen-Bausatzes wahlweise modular in einer Verbindung mit einem mit der frontseitigen Kontur des zweiten Flanschtyps ausgebildeten Gehäuseflansch einer Armatur, vorzugsweise eines Zwischenspann-Scheibenventils, kombinierbar. Durch die herstellungstechnisch einfache Gestaltung des Gehäuseflansches wird ein speziell für diese Verbindung ansonsten erforderlicher Flansch eingespart.
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Ein weiteres Einsatzgebiet zumindest des zweiten Flanschtyps ist dadurch gegeben, dass zwei zweite Flanschtypen in einer hygienischen Verbindung unter Einschluss eines weiteren Elements wie einer Blende kombinierbar sind.
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Der zweite Flanschtyp des Flanschen-Bausatzes kann sehr einfach mit Domdeckeln oder Blockflanschen und zwar mit oder ohne Zentrierung kombiniert werden, was eine direkte Anbindung von Scheibenventilen oder Rohrleitungen z.B. an Tanks ermöglicht. Der zweite Flanschtyp kann darüber hinaus prinzipiell an diversen Komponenten zur Herstellung hygienischer oder aseptischer Flanschverbindungen angebracht werden, wie Dehnungskompensatoren, Rückschlagventilen, und dergleichen.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform des Flanschen-Bausatzes wird der erste Zentrieransatz des zweiten Flanschtyps entweder von einer Ringnut in der Frontseite oder von einer von der Frontseite zurückspringenden ersten Ringschulter begrenzt und weist der zweite Zentrieransatz des dritten Flanschtyps entweder einen gegenüber der Frontseite vorspringenden, in die Ringnut einpassbaren Ringwulst oder eine von der Frontseite vorspringende, auf die erste Ringschulter passende zweite Ringschulter auf, wobei, vorzugsweise, die Erstreckungen der Ringnut, des Ringwulsts und der Ringschultern in Richtung der Flanschachse jeweils in etwa gleich sind. Die Ringschultern können beispielsweise zylindrisch oder zur besseren Zentrierwirkung auch gegenseitig konisch sein. Bei einer Nennweite von etwa 66 mm kann die Erstreckung beispielsweise ca. 1,5 mm betragen. Alle Flanschtypen des Flanschen-Bausatzes sind einfach herzustellen.
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Zweckmäßig werden die ersten und zweiten Zentrieransätze mit radialen Abständen vom Innendurchmesser bzw. der Dichtungsnut und dem Außenumfang der Flanschplatte platziert. In die Ringnut bzw. Dichtungsnut können Formdichtungen wie beispielsweise O-Ring-förmige, T-förmige, dreieckförmige, viereckförmige Dichtungen eingesetzt werden.
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Die Frontseite der Flanschplatte und die jeweilige Anlagefläche können zur Flanschachse senkrecht liegen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich in der Anlagefläche zumindest des zweiten Flanschtyps eine Leckage-Erkennungsnut von der Dichtungsnut beispielsweise in etwa radial bis zum ersten Zentrieransatz. Auf diese Weise ist eine einfache Überwachung der Dichtwirkung einer in der Dichtungsnut verbauten Dichtung möglich.
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Im Übrigen können die Ringnut und der Ringwulst annähernd dreieckigen oder viereckigen Querschnitt haben, wobei es im Wesentlichen darauf ankommt, dass die Ringnut und der Ringwulst eine einwandfreie Zentrierung quer zur Flanschachse sicherstellen.
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Es kann die Flanschplatte jedes Flanschtyps unter den Flanschtypen für eine Schraubverbindung fluchtende Durchgangsbohrungen für Spannschrauben aufweisen. Alternativ können die Flanschverbindungen gemäß DIN 11864-1 mit Nut-Überwurfmuttern oder gemäß DIN 11864-3 geklemmt mit Klammern gebildet werden.
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Der Flanschen-Bausatz ist bevorzugt einsetzbar für einen Nennweitenbereich zwischen etwa 10 mm bis etwa 150 mm.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Armatur kann in der Spannfläche des Gehäuseflansches wenigstens eine Leckage-Erkennungsnut vorgesehen sein, die entweder mit der Anlagefläche des ersten Flanschtyps oder der Anlagefläche des dritten Flanschtyps einen nach außen offenen Leckage-Erkennungskanal bildet, der eine einfache Überwachung der Dichtheit in der Verbindung ermöglicht.
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Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform eines Flanschen-Bausatzes aus ersten, zweiten und dritten, wechselseitig zueinander passenden Flanschtypen, jeweils in einem Achsschnitt,
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2 eine weitere Ausführungsform eines Flanschen-Bausatzes,
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3 eine weitere Ausführungsform eines Flanschen-Bausatzes,
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4 eine Verbindung aus einer Kombination eines zweiten Flanschtyps und eines ersten Flanschtyps,
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5 eine Verbindung aus einer Kombination eines zweiten Flanschtyps und eines dritten Flanschtyps,
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6 eine Verbindung einer Armatur mit zwei ersten Flanschtypen,
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7 eine Verbindung einer Armatur mit zwei dritten Flanschtypen,
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8 ein Detail aus 6, und
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9 eine Verbindung mit zwei zweiten Flanschtypen unter Einschluss einer weiteren Funktionskomponente, hier einer Blendenplatte als nicht beschränkendes Beispiel.
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Ein in 1 gezeigter Flanschen-Bausatz B umfasst erste, zweite und dritte Flanschtypen A, B, C einer bestimmten Nennweite 5, von denen beispielsweise der zweite Flanschtyp B wahlweise mit dem ersten Flanschtyp A oder dem dritten Flanschtyp C kombinierbar ist. Der zweite Flanschtyp B kann mit einem weiteren zweiten Flanschtyp B derselben Nennweite 5 beispielsweise unter Einschluss einer Funktionskomponente, wie einer Blendenplatte, 22 (9) kombiniert werden, um eine hygienische, d.h. nicht zentrierte, radial trennbare Verbindung V5 (9) herzustellen.
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Jeder Flanschtyp A, B, C weist eine beispielsweise scheibenförmige Flanschplatte 1 auf, die eine Frontseite 2 besitzt, und an der Rückseite einen Rohransatz 3 mit einer Innenbohrung 4, welche die Nennweite 5 definiert. Der Rohransatz 3 ist beispielsweise so ausgelegt, dass er für die Orbitalschweißtechnik zur Verbindung mit einer weiterführenden Rohrleitung oder dergleichen geeignet ist. In der Flanschplatte 1, z. B. für Flanschverbindungen nach DIN 11864-2 mit Schrauben, sind zur Flanschachse X parallele Durchgangsbohrungen 7 für die Spannschrauben vorgesehen, wobei die Durchgangsbohrungen 7 der Flanschtypen A, B, C miteinander fluchten. Die Flanschplatten 1 könnten alternativ passend für Flanschverbindungen nach DIN11864-1 oder DIN11864-3 gestaltet sein (Rohrverschraubung mit Nut-Überwurfmutter oder Klemmverbindung mit Klammern).
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Der erste Flanschtyp A weist eine über den gesamten Durchmesser eben durchgehende Anlagefläche 6 auf, die zur Flanschachse X senkrecht ist.
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Der zweite Flanschtyp B weist an der Frontseite 2 angrenzend an die Innenbohrung 4 eine frontbündige Dichtungsnut (Ringnut oder Dichtungseinstich) 10 auf, die, beispielsweise, wie gezeigt, am äußeren Durchmesser nach innen schräg in eine sich anschließende Anlagefläche 6a einläuft. Die Verschneidungskante 10' zwischen der Dichtungsnut 10 und der Innenbohrung 4 liegt hier im Abstand von der Anlagefläche 6a. In der Frontseite 2 ist hier in radialem Abstand von der Dichtungsnut 10 und im radialen Abstand vom Außenumfang der Flanschplatte 1 ein erster Zentrieransatz 8 geformt, der beispielsweise durch eine zur Flanschachse X konzentrische, z.B. konische, Ringschulter 9 gebildet wird. An die Ringschulter 9 schließt sich eine weitere Anlagefläche 6b an, die gegenüber der Anlagefläche 6a zurückgesetzt ist. Jede Durchgangsbohrung 7 kann hier innerhalb des ersten Zentrieransatzes 8 positioniert sein.
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Der dritte Flanschtyp C weist an der Frontseite einen zweiten Zentrieransatz 11 auf, der von einer gegenüber der Anlagefläche 6d vorspringenden, z.B. konischen, Ringschulter 12 gebildet wird, die auf die Ringschulter 9 des zweiten Flanschtyps B passt, um eine Zentrierung zu bewirken. Nach außen schließt sich an die Ringschulter 12 eine weitere Anlagefläche 6c auf. Die Anlagenflächen 6a–6c sind, zweckmäßig, senkrecht zur Flanschachse X.
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In der Ausführungsform des Flanschen-Bausatzes B in 2 entspricht der erste Flanschtyp A dem des Ausführungsbeispiels der 1.
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Der zweite Flanschtyp B in 2 weist in der Frontseite und in einer von der Dichtungsnut 10 bis zum Außendurchmesser der Flanschplatte 1 eben durchgehenden Anlagefläche 6' eine zur Flanschachse X konzentrische Ringnut 13 als ersten Zentrieransatz 8' auf. Der Querschnitt der Ringnut 13 kann rechteckig oder in etwa dreieckig sein. In der gezeigten Ausführungsform ist die Ringnut 13 am äußeren Durchmesser beispielsweise in etwa parallel zur Flanschachse X. Jede Durchgangsbohrung 7 kann außerhalb der Ringnut 13 platziert sein.
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Der dritte Flanschtyp C in 2 weist an der eben durchgehenden Anlagefläche 6 "der Frontseite 2 einen zweiten Zentrieransatz 11' in Form eines Ringwulstes 14 auf, der im Querschnitt im Wesentlichen dem Querschnitt der Ringnut 13 entsprechen kann.
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Bei einer Nennweite 5 von beispielsweise etwa 66 mm der Flanschtypen A, B, C in den 1–3 können die Erstreckungen der ersten und zweiten Zentrieransätze 8, 11, 8', 11' in Richtung der Flanschachse X etwa 1,5 mm betragen.
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In dem Flanschen-Bausatz B in 3 entspricht der erste Flanschtyp A dem der Ausführungsform der 1.
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Der zweite Flanschtyp B unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform in 1 dadurch, dass der erste Zentrieransatz 8 in Form der gegebenenfalls konischen Ringschulter 9 nahe beim Außendurchmesser der Flanschplatte 1 platziert ist, und die Anlagefläche 6' eben bis zur Ringschulter 9 durchgeht.
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Der dritte Flanschtyp C in 3 weist den zweiten Zentrieransatz 11 als z.B. konische Ringschulter 12 ebenfalls nahe beim Außendurchmesser der Flanschplatte 1 auf, passend zur Ringschulter 9 des zweiten Flanschtyps B. Die Anlagefläche 6 "geht eben bis zur Ringschulter 12 durch.
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Anhand der 4–9 werden unterschiedliche Verbindungen V1–V5 unter Verwendung zumindest eines Flanschtyps des Flanschen-Bausatzes B der 1 erläutert. Funktionell gleiche Verbindungen können jedoch auch unter Verwendung des Flanschen-Bausatzes der 2 oder der 3 erstellt werden.
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Die 4 und 5 verdeutlichen Verbindungen V1 und V2 typischerweise in einer Rohrleitung, beispielsweise einer Abfüllanlage.
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In der Verbindung V1 in 4 ist der zweite Flanschtyp B rechts mit dem ersten Flanschtyp A (links) kombiniert. In der Dichtungsnut 10 ist eine Dichtung 15 angeordnet. Die Anlagefläche 6a des zweiten Flanschtyps B wird in diesem Fall mittels Spannschrauben 16 in den Durchgangsbohrungen 7 gegen die Anlagefläche 6 des ersten Flanschtyps A gepresst. Die Verbindung V1 ist hygienisch, weil eine an den Innendurchmesser angrenzende Dichtung 15 in der Dichtungsnut 10 keine Toträume entstehen lässt, jedoch die kombinierte Flanschtypen A, B quer zur Flanschachse nicht aneinander zentriert sind. Dies bietet den Vorteil, die Verbindung V1 nach Lösen und Entfernen z. B. der Spannschrauben 16 radial trennen zu können.
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Die Verbindung V2 in 5 ist eine aseptische Verbindung und besteht aus einer Kombination des zweiten Flanschtyps B (rechts) mit dem dritten Flanschtyp C (links), die in diesem Fall über die Spannschrauben 16 unter Einschluss der Dichtung 15 zumindest mit ihren Anlageflächen 6d und 6a gegeneinander gepresst werden und durch die ineinander gepassten ersten und zweiten Zentrieransätze bzw. Ringschultern 9, 12 aneinander zentriert sind. Zum Trennen der Verbindung V2 müssen die Flanschplatten der zweiten und dritten Flanschtypen B, C nach Lösen und Entfernen der Spannschrauben 16 axial voneinander abgerückt werden.
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In 6 ist beispielsweise im Verlauf einer Rohrleitung eine Armatur R zwischen zwei ersten Flanschtypen A montiert, z. B. so, dass zwei hygienische Verbindungen V3 entstehen. Zu diesem Zweck sind Gehäuseflansche 18, 19 beispielsweise eines Zwischenspann-Scheibenventils Z mit einem verstellbaren Schließorgan 17 in diesem Fall durch Spannschrauben 16' zwischen zwei spiegelbildlich angeordneten ersten Flanschtypen A verspannt. Jeder Gehäuseflansch 18, 19 weist eine frontseitige Kontur entsprechend der frontseitigen Kontur des zweiten Flanschtyps B des Flanschen-Bausatzes B auf, d.h. angrenzend an den Innendurchmesser eine frontbündige Dichtungsnut 10, in der eine Dichtung 15 untergebracht ist, sowie eine zur Flanschachse senkrechte Anlagefläche 6a', und einen ersten Zentrieransatz 9', dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des ersten Zentrieransatzes 8 des zweiten Flanschtyps B entspricht. In den Verbindungen V3 in 6 werden ohne Zentrierung die Anlageflächen 6a' gegen die Anlageflächen 6 der ersten Flanschtypen A gepresst.
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Im hervorgehobenen Detail der 6 ist in der Anlagefläche 6a' eine in etwa radiale Leckage-Erkennungsnut 20 eingeformt, die sich von der Dichtungsnut 10 bis zum ersten Zentrieransatz 9' erstreckt und (8) mit der Anlagefläche 6 des ersten Flanschtyps A einen Leckage-Erkennungskanal 21 begrenzt, der nach außen offen ist. Der erste Zentrieransatz 9' des Gehäuseflansches 18 ist beispielsweise als z.B. konische Ringschulter gestaltet.
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7 verdeutlicht aseptische Verbindungen V4, beispielsweise der gleichen Armatur R wie in 6, vorzugsweise einem Zwischenspann-Scheibenventil Z, mit zwei dritten Flanschtypen C, wobei die Gehäuseflansche 18, 19 an den dritten Flanschtypen C zentriert sind. Die Anlageflächen 6a' der Gehäuseflansche 18, 19 werden hier über die Spannschrauben 16' gegen die Anlageflächen 6d der dritten Flanschtypen C gespannt. Der erste Zentrieransatz 9', bzw. die Ringschulter 9' ist in den zweiten Zentrieransatz, d.h. die Ringschulter 12, eingepasst, um die Zentrierung sicherzustellen.
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In der Ausführungsform in 9 sind die zwei zweiten Flanschtypen B jeweils ausgestattet mit einer Dichtung 15 in der Dichtungsnut 10 unter Einschluss einer Blendenplatte 22 miteinander kombiniert, z. B. so, dass hier zwei hygienische Verbindungen V5 entstehen, die radial trennbar sind. Die Blendenplatte 22 enthält eine Innbohrung 23, deren Durchmesser 24 kleiner ist als die Nennweite 5 der Innenbohrung 4 der beiden zweiten Flanschtypen B.
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Zusammengefasst lassen sich mit dem Flanschen-Bausatz B bestehend aus nur drei unterschiedlichen Flanschtypen A, B, C unterschiedliche hygienische oder aseptische Verbindungen erstellen, und auch Verbindungen mit Armaturen, Sensoren, und dergleichen, ohne jeweils eine für die Art der Verbindung maßgeschneiderte Flanschgattung herstellen zu müssen. Die Verbindungen können Spannschrauben, wie gezeigt, oder Nut-Überwurfmuttern auf einem Außengewinde einer Flanschplatte, oder Klammern auf Dachflächen beider Flanschplatten benutzen, um trennbar zu sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 11864-1 [0002]
- DIN 11864-3 [0002]
- DIN 11864-1 [0017]
- DIN 11864-3 [0017]
- DIN 11864-2 [0031]
- DIN11864-1 [0031]
- DIN11864-3 [0031]
