DE1947306B2

DE1947306B2 - Verbindung von zwei mit kunststoff ausgekleideten oder verkleideten miteinander verspannten metallteilen

Info

Publication number: DE1947306B2
Application number: DE19691947306
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-09-18
Filing date: 1969-09-18
Publication date: 1972-04-20
Also published as: US3771817A; DE1947306A1; FR2060646A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung von zw.:- mit Kunststoff, insbesondere Polyletrafluoräthylcr, ausgekleideten oder verkleideten, miteinander ver spannten Metallteilen, insbesondere Teilen v... Rohrleitungen oder Ventilen für agressive Medien unter abdichtender Einspannung beider Kunststoff teile zwischen einander zugewandten Einspannflä chen der Metallteile, wobei im Bereich der Einspan nung wenigstens einer der Kunststoffteile eine umge bördelte Ffanschflächc aufweist.

Bei bekannten Ausführungen dieser Art, beispiels weise der Verbindung von zwei mit Kunststoffbüch sen ausgekleideten Rohren, die über Stirnflanschi miteinander verspannt sind, erstrecken sich die ein ander zugewandten Flanschflächen in zur Rohrachsi normalen" Ebenen parallel und mit Abstand zueinan der und bilden die Einspannflächen, zwischen dener die beiden über die Rohrflansche umgebördelter KunststofTflansche eingespannt sind. Hierbei müsser die umgebördelten Kunststoffflansche die Kraft auf nehmen" mit der die Metallteile miteinander ver spannt sind. Diese Kraft kann insbesondere bei gro ßen Abmessungen der Metallteile und bei einer Ab Stützung nur über eines der beiden Metallteile sowie bei an "der Einspannstelle herrschenden hohen Be triebsdrücken, gegenüber denen eine Abdichtung er reicht werden muß, sehr groß werden.

Bei den vorbeschriebenen bekannten Ausführun gen treten jedoch immer wieder Schwierigkeiten da durch auf. daß der oder die eingespannten Kunst stoffbördelflansche den auftretenden Belastunger nicht gewachsen sind. Dabei liegt ein wcsentlichei Grunddarin. daß infolge der Verformung beim Bor dein die Stärke des Kunststoffflansehcs von der Bor delkante zum freien Umfangsrand hin abnimmt, se daß unabhängig von der radialen Breite des Bördcl flansches nur ein schmaler Ringbereich nahe dei Bördelkante zum Tragen kommt. Das führt zu cinci besonders hohen Flächenpressung in diesem Bereich bei welcher der Kunststoff auch bereits im kalten Zu stand fließt, also aus der Einspannstelle herausge drückt wird. Es wurde festgestellt, daß sich dann dci Kunststoff von seiner Anlagefläche abhebt und bei spiclswcisc bei einer Rohrverbindung einen in der Rohrc|iierschnitt hinein vorspringenden Wulst bildet Dieser Vorgang findet bereits beim Verspannen dei Metallteile bzw. der Flansche statt und setzt siel auch danach noch infolge der herrschenden Vorspan· nung fort. Dabei kann es auch zu einem Reißen de: Kunststoffs im Bereich der hohen Flächenprcssunj kommen, so daß die Verbindung undicht wird, vva: auch durch ein stärkeres Verspannen nicht mehr bc scitigt werden kann.

Bei Zylindcrlaufbüchscn. welche die Zylinderboh Hingen von Kolhcnmascliincn auskleiden, ist es bc reits bekuiint. die Lauf büchsen mit einem Börde! flansch zu vcschcn, der von einer stirnseitigen Boh

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riinuserweiierung in Form einer Ringnut aufgenom- in Richtung von der Bördelkanie zum freien Rand

ιτκΊΐ wird. Beim Verspannen des Zylinderblocks mit des Bördell'iansches in den noch freien Hohlraum

dem Zylinderkopf wird dieser bis in Anlage an die zwischen den F.inspannfUichen ausfließen. Dabei

Stirnfläche des Zylinderblocks angezogen, die einen wird die erwähnte Wulslhildunu im Bereich der B.ir-

Anschlag bzw. eine Anlagefläche bildet. Da die Slär- 5 delkanie vermieden. Ferner bewirkt die Verjüngung

ke des Bördell'lansehes der Laufbüchse etwas größer des Hohlraums, daß dem Ausfließen des Kunsisiolls

als die Tiefe der Bohrungserweiierung ist. wird der ein gewisser Widersland entgegengesetzt wird, so daß

Bördelflanscli beim Verspannen zwischen der ebenen der notwendige Abdichlungsdruck zwischen den

Ringfläehe um Boden der Bohrungserweiierung und Kunststoffteile!! gewährleistet ist und im übrigen der

einer gegenüberliegenden Fläche des Zylinderkopfs io bzw. die Kunstsloffflansche in Miller radialer Breite

eingespannt und zugleich verforml. Da die Bohrungs- im wesentlichen gleichmäßig belastet werden, so daß

erweiterung jedoch vor dem Verspannen bereits voll- die Bördelkanten vor einer schädlichen Überbean-

».ländig vom Flansehmaterial ausgefüllt ist. kann das spruehung geschützt sind.

vorsiehende bzw. überschüssige Material nur der Besonders günstige Verhältnisse in bezug auf das vorstehend erwähnten Wulsibildung entsprechend in 15 Ausfließen des Kunststoffs ergeben sich dann, wenn nachteiliger Weise in die Zylinderbohrung hinein ver- wenigstens eine Einspannfläche konisch ist. Außerlagert werden. Im übrigen wird hier nur ein einziger dem läßt sich eine konische Forin vergleichsweise Flansch eingespannt, der ebenso wie die Laufbüchse einfach herstellen. Eine weitere Vereinfachung ergibt selbst aus Metall besteht, so daß die vorgenannten sich für den Fall, daß die Einspannfläche und die zuSchwierigkeiten, wie sie sich bei umgebördelten 20 gehörige Anlagefläche auf einer gemeinsamen Kegel-Kunststoffflanschen ergeben, hier nicht auftreten. fläche liegen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann

Verbindung der eingangs genannten Art so zu ver- eine Einspannfläche an einem federnd auslenkbaren

bessern, daß selbst bei einer starken Verspannung Metallte'labschnitt vorgesehen sein, der bei ver-

zvvischen den Metallteilen und auch nach längerer 25 spannten Metallteilen ausgelenkt und dadurch in

Betriebsdauer keine Störungen wie Undichtigkeiten Richtung auf die andere Einspannfläche vorgespannt

oder Querschniltseinschnürungen infolge übermäßi- ist. Dadurch wird erreicht, daß der Kunststoff des

gen Verlagerns oder gar Reißens von eineespanntem umgebördelten Flansches auch nach der Berührung

Kunststoff auftreten. der Anlagcflächen der Metallteile einem vom ausge-

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung ro lenkten Abschnitt ausgeübten Druck ausgesetzt ist,

von der eingangs genannten Verbindung aus und ist der selbst bei einer begrenzten Verlagerung des

dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlraum zwischen Kunststoffs noch bsstehenbleibt. Die federnd ausge-

den Einspannflächen zur Aufnahme des bzw. der lenkte Abschnitt sichert daher eine über lange Zeit

Kunslstoffflansche gebildet ist, der sich vom Bereich wirksame Dichtung an der Einspannstelle ohne jegli-

der eingespannten Bördelkante aus über den freien 35 dies Nachziehen der Verspannung.
Umfangsrand des bzw. der Kunststoffflansche hinaus Ferner hat sich eine Ausführung als zweckmäßig

kontinuierlich verjüngt und durch an den Mctalltei- herausgestellt, hei der die Anlageflächen der beiden

!en in an sich bekannter Weise vorgesehene, die Metallteile zu^r Erzielung im wesentlichen nur einer

Verspannkraft im wesentlichen aufnehmende AnIa- Linienberührung zueinander geneigt angeordnet sind,

geflächen begrenzt ist. so daß der Kunststoff beim 40 Diese Maßnahme führt zu einer gewissen Elastizität

Verspannen unter Aufrechterhaltung eines Abdich- beim Verspannen, da die Metallteile beim Verspan-

lungsdrucks in den freien Bereich des Hohlraums nen allmählich in gegenseitige Anlage krmmen und

ausfließen kann. die Verspannkraft aufnehmen.

Eine alternative Lösung, die gleichfalls von der Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von

eingangs genannten Verbindung ausgeht, ist dadurch 45 schematischen Zeichnungen an mehreren Ausfüh-

gekennzeidinct. daß ein Hohlraum zwischen den rungsbeispiclen näher erläutert.

Einspannflächen zur Aufnahme des bzw. der Kunst- Fig. 1 zeigt eine Flanschverbindung von zwei

stoffflansdie gebildet ist. der sich vom Bereich der Rohrstücken im Axialschnitt;

eingespannten Bördclkante aus über den freien Um- Fig. 2 zeigt in entsprechender Darstellung ein

fangsrand des bzw. der Kunststoffflansche hinaus 51 Rohrstück, das mittels eines Blindflansches versch'os-

kontinuieiTich verjüngt, und daß an den Metallteilen s^.n i c;

in an sich bekannter Weise die Verspannkraft im wc- F i g. 3 zeigt einen aus mehreren miteinander ver

sciillichcn aufnehmende Anlagcflächen vorgesehen spannten Metallteilen zusammcngcsclLt.cn Ventillcl

sind, von denen wenigstens eine von der zugehörigen lcr. der mit einer Kunststoffverkleidung verscher

liiispannflädic getrennt angeordnet ist. so daß der 55 ist:

Kunststoff heim Verspannen unter Aufrcchlcrhal- F i g. 4 zeigt einen der F i g. 3 entsprechende!

lung eines Abdichtungsdrucks in den freien Bereich Ventilteller, wobei jedoch ein federnd ausgclenktc

des Hohlraums ausfließen kann. Abschnitt vorgesehen ist.

Bei diesen Ausbildungen erfährt der Kunststoff Gemäß Fig. I sind zwei Rohrstückc 1 und 2 übe

beim Verspannen der Metallteile zwar auch eine 60 stirnscitig angeschweißte Flansche 3 und 4 mileman

Pressung, diese ist jedoch unabhängig von dem beim der verspannt. Dazu sind mehrere in Umfangsrieli

Anziehen der Meta'Heilflansehe aufgebrachten Dreh- Hing verteilte Sc'iraubbolzcn vorgesehen, die nid

momenl dadurch begrenzt, daß die Anlagcflächen dargestellt sind, deren Achsen jedoch strichpunktict

der Metallteile in gegenseitige Berührung kommen. angedeutet sind. Die einander zugewandten Stirnfl;

worauf die weitere Verspannkraft direkt von den 65 dien der Flansche 3.4 sind konisch geformt, wobi

Metallteilen aufgenommen und der Kunststoff ent- sie sich aufeinander zu öffnen. Die Flansche 3.4 bt

sprechend entlastet wird. Unter der begrenzten Ein- rühren sich daher im wesentlichen nur linicnförm

srwnnkrafl kann der eingespannte Kunststoff radial an ihrem Außenumfang und bilden zwischen sie

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einen radial nach außen spitz- zulaufenden Hohlraum 5.

In die metallischen Rohrstücke 1 und 2 sind KunststcifTbüchseii 7 bzw. 8 aus Polytetrafliioräthylen eingezogen, die unter Bildung von Kunststoffflanschen 9 bzw. 10 auf die konischen Stirnflächen der Vcrbindiingsflansche 3 bzw. 4 unigebördelt sind, wobei das Kunststoffmaterial der Bördelflansche 9 und 10 vom Hohlraum 5 aufgenommen wird. Dabei bildet jeweils der radial innenliegende Umfangsabschnitt der konischen Stirnflächen der Flansche 3 bzw. 4 eine Finspannfläche 11 bzw. 12 für den iimgebördelten Kunststoff, während jeweils der radial außenliegende l'mfangsflächenabschnitt eine Anlagefläche 13 hzw. 14 für die direkte Berührung der Flansche 3 und 4 bildet.

Gemäß F i g. 2 ist in entsprechender Weise ein Rohrstück 20 mit einem angeschweißten Stirnflansch 21 vorgesehen, dessen Stirnfläche 22 in gleicher Weise konisch geformt ist und an dessen Einspannfläche der umgebördclte Flansch 24 einer in das Rohrstück 20 eingezogenen Kunststoffbüchse 25 aus Polytetrafliioräthylen anliegt. Mit dem Flansch 21 ist ein metallischer Blindflansch 26 verspannt, dessen dem Flansch 21 zugewandte Stirnfläche 27 sich in einer zur Rohrstückachse normalen Ebene erstreckt und eine zentrale flache Aussparung zur Aufnahme einer Platte 28 aus Polytetrafliioräthylen aufweist, wobei der Boden 29 der flachen Aussparung eine Einspannfläche zum Einspannen des Kunststoffflanschcs 24 und des an diesem anliegenden Umfangsrandes der Platte 28 bildet.

Die Ausführung gemäß F i g. 2 zeigt, daß sich die Erfindung auch bei Einspannung nur eines umgebördeltcn Knnststoffflansches verwirklichen läßt. Außerdem zeigt sie für den Blindflansch 26. daß die Anlagefläche 27 und die Einspannfläche 29 nicht notwendig Teile einer glatten Stirnfläche sein müssen. Außerdem kann beispielsweise auch eine Verbindung zwischen einem Behälter und einem Deckel im Sinne der Darstellung gemäß F i g. 2 durchgeführt sein.

In F i g. ? ist im Axialschnitt ein Ventilteller 30 gezeigt. Dieser umfaßt ein erstes Ventiltellerteil 31 mit einer angeschweißten zentralen Gewindestange 32, auf die ein zweites Ventiltellerteil 33 aufgeschoben ist. das mit einer Anlagefläche 34 an einer Anlagefläche 35 des ersten Ventiltellerteils 31 anliegt. Auf den Gewindeschaft 32 ist ein Mutterteil 37 aufgeschraubt und gegen das zweite Ventiltellerteil 33 angezogen. so daß die Teile 31. 33 und 37 fest miteinander verspannt sind. Auf das freie Ende des Gewindeschaftes 32 ist eine in axialer Richtung bewegbare Yentilbetätigungsstange 38 mittels einer Gewindebohrung 39 aufgeschraubt.

Das vorbeschriebeiie Ventilaggregat ist mit einer Kunststoffverkleidung versehen, die eine dem ersten Ventiltellerteil 31 zugeordnete Platte 41 aus Polytetrafluoräthylen aufweist, deren äußerer Rand zu einem Bördelflansch 42 auf eine Einspannfläche 43 des ersten Yentiltellerteils 31 umgebördelt ist. Die ringförmige Einspannfläche 43 erstreckt sich vom Außenumfang des ersten Ventiltellerteils 31 geneigt in Richtung auf die Achse des Tellerventils 30. Auch das zweite Yentiltellerteil 33 weist eine Verkleidung 45 aus l'olyietrafluoräthylen auf. die unter Bildung eines Kunststoffflansclies 46 auf eine f'inspannfläehe 47 des /weiten Vcntiltellcrteils 33 umgebördelt ist. Die Einspannfläche 47 geht gleichfalls vom Außenumfang des zweiten Ventiltellerteils 33 aus und erstreckt sich gleichfalls mit einer Neigung in Richtung auf die Ventiltellerachse Die Neigungen der konisehen F-inspannf lachen 43 und 47 sind unterschiedlich und so gewählt, das zwischen ihnen ein spitz auslaufender Hohlraum gebildet ist. der gemäß Fig. } im wesentlichen vollständig von den umgebördelten Kunststoffflanschcn 42 und 46 ausgefüllt ist, die zwi-

»5 sehen den Finspannflächcn 43 und 47 eingespannt sind.

Die Verkleidung 45 weist ferner auf der dem ersten Ventiltellerteil 31 abgewandten Seite des zweiten Ventiltellerteils 33 einen sich radial nach innen zwisehen das zweite Ventiltellerteil 33 und das Muttertcil 37 erstreckenden Flansch 48 auf, der mit dem da, Mutterteil 37 im wesentlichen umgreifenden Ende 50 eines Faltenbalges 51 zur Verkleidung des Ventiltellerschaftes 32 und der Ventilbetätigungs-

a5 stange 38 zw'-chen dem zweiten Ventiltellerteil 33 und dem Mutterteil 37 fest eingespannt ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 zeigt gleichfalls, daß die Einspannflächen 13 bzw. 47 und die zugehörigen Anlageflächen 34 bzw. 35 der miteinander verspannten Metallteile von verschiedenen Flächen gebildet sein können. Außerdem ist aus diesem Ausführungsbeispiel zu ersehen, daß auch bei Einspannung von zwei umgebördelten Kunststoffflanschen 42 und 46 eventuell nur eine Bördelkante.

nämlich die Bördelkante am Kunststofffiansch 46. zwischen den Einspannflächen 43 und 47 eingespannt zu sein braucht.

Bei dem Ventilteller 55 gemäß Fig. 4 ist gegenüber den; Ventilteller nach F i g. 3 nur das erste Ventiltellerteil 56 abgeändert, so daß sich eine Erläuterung der übrigen Teile erübrigt, die mit gleichen Bezugszeichen vvie in F i g. 3 bezeichnet sind. Das erste Ventiltellerteil 56 weist auf seiner dem zweiten Ventiltellerteil 33 zugewandten Seite eine ringförmige Aussparung 57 auf. durch die am Umfang des Ventiltellerteils 56 ein umlaufender federnder Abschnitt 58 gebildet ist. der eine der Einspannfläche 43 fv maß F i g. 3 entsprechende Einspannfläche 60 aufweist, die der Einspannfläche 47 des zweiten Ventiltellerteih-33 gegenüberliegt. Durch die Schraubverspannung der Teile 56. 33 und 37 ist der Abschnitt 58 in geringem Maße federnd ausgelenkt, so daß er federnd auf die Kunststoffflansche 42 und 46 drückt.

Bei dem ersten Ventiltellerteil 56 gemäß F i g. 4 ist die Anlagefläche nicht von einer ebenen Fläche, sondern von einer konischen Fläche 61 gebildet, die gegenüber der Anlagefläche 34 des zweiten Ventiltel-Terteils 33 geneigt verläuft, so daß zwischen den beiden Ventiltellerteilen nur eine Kantenberührung am Innenumfang des zweiten Ventiltellerteils 33 vorhanden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verbindung von zwei mit Kunststoff, insbesondere Polytetrafluorethylen, ausgekleideten oder verkleideten, miteinander verspannten Metallteilen, insbesondere Teilen von Rohrleitungen oder Ventilen für aggressive Medien, unter abdichtender Einspannung beider Kunststoffteile zwischen einander zugewandten Einspannflächen der Metallteile, wobei im Bereich der Einspannung wenigstens einer der Kunststoffteile eine unigebordelte Flanschfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlraum (5) zwischen den Einspannflächen (11, 12: 22. 29: 43, 47) zur Aufnahme des bzw. der Kunststoffflansche (9, 2*); 24; 42, 46) gebildet ist, der sich vom Bereich der eingespannten Bördelkante aus über den freien Umfangsrand des bzw. der Kunststoffflansche hinaus kontinuierlich verjüngt und durch an den Metallteilen (3, 4, 21, 26; 31. 33) in an sich bekannter Weise vorgesehene, die Verspannkraft im wesentlichen aufnehmende Anlageflächen (13, 14; 27, 34, 35; 34, 60) begrenzt ist, so daß der Kunststoff beim Verspannen unter Aufrechterhaltung eines Abdichtungsdrucks in den freien Bereich des Hohlraums (5) ausfließen kann.

2. Verbindung von zwei mi* Kunststoff, insbesondere Polytetrafluorä'hylen. ausgekleideten oder verkleideten, miteinander erspannten Metallteilen, insbesondere Teilen von Rohrleitungen oder Ventilen für aggressive Medien, unter abdichtender Einspannung beider Kunststoffteile zwischen einander zugewandten Einspannflächen der Metallteile, wobei im Bereich der Einspannung wenigstens einer der Kunststoffteile eine umgebördclte Flanschfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlraum (5) zwischen den Einspannflächen (60. 47) zur Aufnahme des bzw. der Kunststoffflansche (42, 46) gebildet ist, der sich vom Bereich der eingespannten Bördelkante aus über den freien Umfangsrand des bzw. der Kunststoffflansche hinaus kontinuierlich verjüngt, und daß an den Metallteilen (56, 33) in an sich bekannter Weise die Verspannkraft im wesentlichen aufnehmende Anlagcflächen (34. 61) vorgesehen sind, von denen wenigstens eine (61) von der zugehörigen Einspannfläche (60) getrennt angeordnet ist, so daß der Kunststoff beim Verspannen unter Aufrechtcrhaltung eines Abdichtungsdrucks in den freien Bereich des Hohlraums (5) ausfließen kann.

3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Hinspannflächc (11. 12: 43. 47; 60. 47) konisch ist.

4. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannflächc (U. 12) und die zugehörige Anlagcfläche (13. 14) auf einer gemeinsamen Kcgclflächc (22) liegen.

5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspannflächc (fiO) an einem federnd auslenkbarcn Mctalltcilabschnitt (58) vorgesehen ist, der bei vcrspannten Metallteilen (33. 56) ausgclenkt und dadurch in Richtung auf die andere Einspannfliichc (47) vorgespannt ist.

h. Verhindiiiiü nach einem der Ansprüche I hi 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflü clien (13. 14: 34. 61) der beiden Metallteile (3. -I 21. 26: 33. 56) zur Erzielung im wesentlichen nu einer Linienberührung zueinander geneigt an üCiirdnet sind.