DE19601765A1 - Lösbare Rohrverbindung, vorzugsweise für sterile und parikelfreie Leitungssysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine lösbare Rohrverbindung, vorzugsweise für sterile und partikelfreie Leitungssysteme wie sie im Oberbegriff des Anspruch 1 beschrieben sind.

An Anlagenteile, die in der Lebensmittel- und chemisch pharmazeutischen Industrie zum Einsatz kommen und mit denen das zu behandelnden Produkt direkt in Berührung kommen, werden außerordentlich hohe hygienische Anforderung gestellt, um eine bakterielle Kontamination des zu behandelnden Produkts, auf welche Weise auch immer, auszuschließen.

Bei der Erfüllung dieser Anforderungen, ist den lösbaren Rohrverbindungen, welche die Montage und Demontage von komplexen Rohrleitungssystemen erleichtern bzw. durch welche ein wirtschaftlich vertretbarer Aufwand bei der Montage und Demontage überhaupt erst möglich ist, besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Der Grund dafür ist, daß die lösbaren Rohrverbindungen in einem Rohrleitungssystem mit die größte Schwachstelle darstellen, wo eine mögliche Kontamination des zu behandelnde Produkt eintreten kann.

Infolge dieser Erkenntnis wurden eine Reihe von lösbaren Rohrverbindungen bekannt, die alle das Ziel verfolgen, die Gefahr einer Kontamination des zu behandelnden Produkts im Bereich der Rohrverbindungen so klein wie möglichst zu halten bzw. völlig auszuschließen.

Lösbare Rohrverbindungen der im Oberbegriff beschriebenen Art sind u. a. aus der DE 31 43 369, dem DE-GM 82 07 490.9 und der DE 29 10 684 bekannt.

Bei diesen beschriebenen Ausführungen werden elastische Dichtungen, vorzugsweise Gummidichtungen, in Form von Profildichtungen mit einem radial nach innen gerichteten Bund oder Dichtungsringe mit runden oder ovalen Querschnitt, lagefixiert und in eine geschlossene Dichtungsnut zwischen den zu verbindenden Anschlußflanschen eingebettet, die entweder infolge ihres gewählten Profils oder durch Auswulstung der Dichtringe, beim Verspannen der beiden gegenüberliegenden Anschlußflansche, einen radialen nach innen gerichteten Spalt zwischen den Anschlußflanschen ausfüllen und somit im verspannten Zustand der beiden Anschlußflansche eine flüssigkeitsdichte und sterile Verbindung zwischen den beiden Anschlußflansche sichern sollen.

Um die Dichtung während des Betriebes der Anlage nicht dem wechselnden Betriebsdruck des Rohrleitungssystems auszusetzen, was zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Dichtung führen würde, werden teilweise die bekannten Rohrverbindungen konstruktiv so ausgebildet, daß der axiale Druck aus dem Rohrleitungssystem durch einen metallischen Anschlag der gegenüberliegenden Anschlagflächen der Anschlußflansche aufgenommen wird.

Bei diesen beschriebenen sowie auch bei allen anderen bekannten Rohrverbindungen dieser Art, wird bei ihrer konstruktiven Auslegung zwar angestrebt, daß zwischen den Anschlußflanschen und den Anschlußflanschen und der Dichtung möglichst keine Räume entstehen, die durch die CIP-Reinigung und SIP-Sterilisierung der Anlagensysteme nicht erfaßt werden können, jedoch hat die Praxis gezeigt, daß extrem kleine Spalten in den Rohrverbindungen nicht völlig ausgeschlossen werden können.

Diese kleinen Spalten sind für die CIP-Reinigung und SIP-Sterilisierung kaum aber zumindest schwer zugänglich, so daß sich darin kleinste Partikel von Produktrückständen oder auch Reinigungsmittel festsetzen können, was zur Schädigung des behandelnden Produkts führen kann.

Einer der Gründe dafür ist, daß beim Verspannen der Anschlußstücken nicht immer der bei der Ausbildung der Rohrverbindungen kalkulierte Spanndruck erreicht wird, da beim Verspannen der Rohrverbindungen der erzeugt Spanndruck von denjenigen abhängig ist, der die Rohrverbindung anzieht.

Folglich kann der erreichte Spanndruck infolge der hohen Flächendrucks der Dichtung gegenüber der Dichtfläche des Anschlußstücks beim Verspannen, der unter anderen auch von der elastischen Verformbarkeit der Dichtung abhängig ist, unterschiedlich sein, so daß nicht immer mit ausreichender Sicherheit garantiert ist, daß die gewünschte Deformation der Dichtung in den Spalt ausreichend ist, um den Spalt zwischen den Anschlußflanschen auszufüllen.

Auch ist damit nicht immer sichergestellt, daß der beabsichtigte metallische Anschlag der Anschlußflansche erreicht wird, so daß nicht mit Sicherheit davon ausgegangen werden kann, daß der axiale Druck aus dem Leitungssystem ausschließlich durch den metallischen Anschlag aufgenommen wird, was zur Verkürzung der Lebensdauer der Dichtung führen kann.

Ein weiterer Grund dafür ist, daß die verwendete Dichtung, wegen der gewünschten elastischen Verformung eine Gummidichtung ist, die infolge des Spalts zwischen den Anschlußflanschen produktberührend ist.

Gummidichtungen neigen aber nach längerem Einsatz durch die hohen Temperaturen, mit der die Anlage gefahren wird, und infolge des Säureangriffs während der chemischen Reinigung immer stärker zum Quellen und damit zur Flüssigkeitsaufnahme. Diese Flüssigkeit wird bei steigenden Temperaturen wieder in das Produkt abgegeben und führt damit ebenfalls zur Schädigung des zu behandelnden Produkts.

Die Folge ist, daß diese Dichtungen nach einer bestimmten Zeit für sterile Leitungssysteme unbrauchbar werden, so daß ein regelmäßiger Austausch unvermeidbar ist.

Aus diesem Grund werden für sterile Leitungssysteme Dichtungen eingesetzt, die sich durch eine möglichst glatte und flüssigkeitsabweisende Oberfläche auszeichnen und die in der Regel wegen der gewünschten elastischen Verformung eine Härte von 70 bis 75 Shore haben.

Obwohl mit dieser Dichtungsqualität die Haltbarkeit der Dichtung verbessert werden konnte, wirkt sich nachteilig aus, daß infolge der Deformation eines Teils der Dichtung in den Spalt zwischen den Anschlußflanschen gerade der Oberflächenteil der Dichtung gestreckt wird, der produktberührend ist. Mit der Streckung der Oberfläche wird die glatte und flüssigkeitsabweisende Oberflächenqualität der Dichtung gerade am produktberührenden Teil der Dichtung wieder vermindert und der Neigung der Gummidichtung Flüssigkeit aufzunehmen Vorschub geleistet, so daß der Vorteil der glatten flüssigkeitsabweisenden Oberfläche der Dichtung am produktberührenden Teil der Dichtung teilweise wieder aufgehoben wird.

Nachteilig wirkt sich auch der Spalt zwischen den Anschlußflanschen und die möglicherweise unkontrollierte Deformation der Dichtung in diesen Spalt für die störungsfreie Durchfahrt eines Molches aus, wenn das Produkt vor der Reinigung aus dem Leitungssystem mit einem Molch ausgeschoben werden soll.

Die Kanten einer möglichen überstehenden Dichtung oder bei einer ungenügenden Verformung der Dichtung die Kanten der Anschlußflansche können die Abstreif- bzw. Dichtringe am Molch beschädigen, so daß abgescherte Teile in das Produkt gelangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lösbare Rohrverbindung zu schaffen, bei welcher die hohen hygienischen und sterilen Anforderungen erfüllt und die Lebensdauer der Dichtung erhöht wird, in dem eine Spaltbildung im Verbindungsbereich vermieden und einer Oberflächenstreckung der Dichtung im produktberührenden Bereich sowie einer Flüssigkeitsaufnahme durch die Dichtung entgegengewirkt und ein glatter innerer Übergang zwischen den Anschlußstücken geschaffen wird.

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach der erfindungsgemäßen Ausbildung besteht die Dichtungsnut aus einer zum Produktraum offene Eindrehung, die mit einer im Anschlußflansch ausgebildeten Hinterdrehung versehen ist. In diese Dichtungsnut ist eine Dichtung eingelegt, deren Kontur paß- und formgerecht der Kontur der beschriebenen Dichtungsnut angepaßt ist, so daß die Dichtung die Dichtungsnut spielfrei ausfüllt.

Die Dichtfläche der Dichtung selbst ist dabei so gestaltet, daß sie beim Zusammenfügen der Anschlußflansche und damit im unbelasteten Zustand die angrenzende Dichtfläche des zweiten Anschlußflansches im Bereich nahe des Produktraums punktberührt und die Dichtfläche der Dichtung erst dann flächendichtend ist, wenn die volle Spannkraft der verspannten Anschlußflansche auf die anfängliche punktberührende Dichtung, infolge einer so erzwungenen Torsionsverformung der Dichtung, erreicht ist.

Die mit dieser erfinderischen Ausbildung der lösbaren Rohrverbindung erreichten Vorteile bestehen darin, daß durch das Verspannen der Anschlußflansche eine erzwungenen Torsionsverformung auf die Dichtung einwirkt, die zu einer sehr hohen Oberflächenspannung besonders in dem Teil der Dichtung führt, der produktberührt ist. Durch diese hohen Oberflächenspannung wird die Neigung der Dichtung zum Quellen erheblich reduziert.

Infolge der Ausbildung der Dichtungsnut mit einer zum Produktraum offene Eindrehung und der Ausbildung der Dichtfläche sowie der Abmessung der Dichtung selbst, wird der zum Produktraum offene Bereich der Dichtungsnut nicht durch eine Deformation der Dichtung ausgefüllt, die bekanntlich eine Streckung der Oberfläche des produktberührenden Teils der Dichtung zur Folge hat und damit die Oberflächenqualität dieses Teils der Dichtung verringert, wie es bei bisher bekannten Ausführungen von Rohrverbindungen üblich ist, sondern durch eine erzwungene Torsionsverformung der Dichtung, durch welche die Oberfläche der Dichtung selbst und damit auch die Oberfläche der Dichtung in dem Bereich der produktberührend ist hochgradig verdichtet wird, was dazu führt, daß eine Erhöhung der Spannung besonders in dem Dichtungsteil erreicht wird, der produktberührend ist und zwar dann, wenn die flächendichtende Wirkung der Dichtfläche der Dichtung mit der Dichtfläche des angrenzenden Anschlußflansch erreicht ist.

Die Dichtung ist dabei so bemessen, daß nach Erreichen des metallischen Anschlages der beiden Anschlagflächen der Anschlußflansche der gequetschte Dichtungsanteil, den verbleibenden Raum zwischen der Dichtung und dem Innendurchmesser des Leitungssystem vollständig ausfüllt, so daß ein glatter Übergang der zu verbindenden Rohrleitungen gewährleistet ist. Dadurch werden unzugängliche Räume für die CIP-Reinigung und SIP-Sterilisierung vermieden und eine freie Molchdurchfahrt ohne Beschädigung der Abstreif- bzw. Dichtringe des Molches ist gewährleistet.

Des weiteren wird durch diese Ausbildung erreicht, daß diese Rohrverschraubung spaltfrei ist und der Punkt des metallischen Anschlages der Anschlagflächen der Anschlußflansche eindeutig durch jeden Monteur bestimmt werden kann, da der erforderliche Kraftaufwand beim Verspannen der Anschlußstücke, infolge der Torsionsverformung der Dichtung, relativ gering ist.

Um ein Quellen der Dichtung zu welcher Zeit auch immer auszuschließen, wird bei einer bevorzugte Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, eine Dichtung aus einem PTFE-Compound Werkstoff, vorzugsweise Flex-O-Form-S einzusetzen, dessen Oberfläche absolut glatt und flüssigkeitsabweisend ist und der Werkstoff über ein hohes Rückstellvermögen verfügt.

Vorteilhaft ist auch, wenn die Kontur der Hinterdrehung der Dichtungsnut als Kreisbogen ausgebildet ist, da diese Kontur eine problemlose und zwingende Torsionsverformung der Dichtung sichert.

Diese erfindungsgemäße Lehre ist nicht nur auf lösbare Rohrverbindungen begrenzt sondern kann auch als Armaturverbindung angewandt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Die beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schnitt durch eine verspannte lösbare Rohrverbindung nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Schnitt durch ein Anschlußstück mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtungsnut;

Fig. 3 ein Schnitt durch ein Gegenanschlußstück;

Fig. 4 ein Schnitt durch einen vergrößerten Ausschnitt, der die Lage der Dichtung im unverspannten Zustand der Anschlußstücke zeigt;

Fig. 5 ein Schnitt durch einen vergrößerten Ausschnitt, die Lage der Dichtung im verspannten Zustand der Anschlußstücke zeigt.

Die in Fig. 1. dargestellte lösbare Rohrverbindung besteht aus dem Verbindungsstück 1, dem Verbindungsstück 2 mit einem Gewindestutzen 5, der Dichtung 4 und einer Überwurfmutter 3.

Das Verbindungsstück 1, entsprechend Fig. 2, ist mit einem Anschlußflansch 7 ausgebildet, der mit einer ebenen Dichtfläche 6 und einer Anschlagfläche 14b und einer Arretierung 11b versehen ist.

Das Verbindungsstück 2, entsprechend Fig. 3, ist mit einem Anschlußflansch 8 ausgebildet, der mit einer Anschlagfläche 14a, einer Arretierung 11a und einer Dichtungsnut versehen ist, die aus einer zum Produktraum 10 offenen Eindrehung 12 und einer in den Anschlußflansch 8 ausgebildeten Hinterdrehung 13 besteht.

Wie in Fig. 4 gezeigt, ist in der Dichtungsnut des Anschlußflansch 8 eine Dichtung 4 eingelegt, deren Kontur paß- und formgerecht der Kontur der Hinterdrehung 13, die einem Kreisbogen entspricht, angepaßt ist, so daß die Hinterdrehung 13 spielfrei ausgefüllt ist.

Wie in Fig. 4 weiter zu sehen ist, wurde die Dichtfläche 16 der Dichtung 4 so ausgebildet, daß die Dichtfläche 16 der Dichtung 4 in unverspanntem Zustand die angrenzende Dichtfläche 6 des Anschlußflansches 7 im Bereich 9 nahe des Produktraums 10 punktberührt.

In Fig. 5 wird gezeigt, wie die Dichtung 4 nach dem Verspannen der Anschlußflansche 7; 8, mit beispielsweise einer Überwurfmutter 3 , und dem erreichten metallischen Anschlag der Anschlagflächen 14a, 14b die offene Eindrehung 13 zum Produktraum spaltfrei ausgefüllt und damit ein glatter Übergang zu den Innendurchmesser 15 des Leitungssystem herstellt.

Mit der Ausbildung der Dichtung 4, nämlich der Punktberührung der Dichtfläche 6 des Anschlußflansches 7 im Bereich 9 nahe des Produktraums 10 und der Ausbildung der Dichtungsnut mit der zum Produktraum 10 offenen Eindrehung 12 und der Kontur der Hinterdrehung 13 als Kreisbogen wird der Dichtung 4 beim Verspannen der Anschlußflansche 7; 8 eine Torsionsverformung in Richtung des in Fig. 4 gezeigten Pfeils aufgezwungen, in deren Ergebnis die Dichtung 4 eine sehr hohe Oberflächenspannung erfährt und damit gegen den inneren Druck des Leitungssystem in ihrem Dichtungsverhalten widerstandsfähiger und in Verbindung mit der Verwendung einer Dichtung 4 aus einem PTFE-Compound Werkstoff flüssigkeitsabweisend ist.

Gleichzeitig wird durch die erfinderische Lösung eine Spaltbildung im Verbindungsbereich der lösbaren Rohrverbindung nach dem Verspannen der Anschlußflansche 7; 8 völlig ausgeschlossen.

Claims (3)

1. Lösbare Rohrverbindung, vorzugsweise für sterile und partikelfreie Leitungssysteme, bestehend aus zwei Verbindungsstücken mit je einem Anschlußflansch bei dem ein Anschlußflansch mit einer Dichtungsnut zur Aufnahme einer Dichtung ausgebildet ist und der andere Anschlußflansch mit einer der Dichtung gegenüberliegenden planen Dichtfläche versehen ist, die im verspannten Zustand bei vorzugsweise metallischen Anschlag der Anschlagflächen der Anschlußflansche abdichtend mit der Dichtung zusammenwirkt und bei der beide Anschlußflansche mit Mitteln versehen sind, die beim Zusammenfügen und Verspannen der Verbindungstücken, mit an sich bekannten Verbindungsmitteln, die Anschlußflansche gegenseitig arretieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsnut als eine zum Produktraum (10) offene Eindrehung (12) mit einer im Anschlußflansch (8) ausgebildeten Hinterdrehung (13) ausgebildet ist und die darin angeordnete Dichtung (4) paß- und formgerecht zur Dichtungsnut ausgelegt ist, die die Dichtungsnut spielfrei ausfüllt, und die Dichtfläche (16) der Dichtung (4) im unbelasteten Zustand die angrenzende Dichtfläche (6) des Anschlußflansches (7) im Bereich (9) nahe des Produktraums (10) punktberührt und die Dichtfläche (16) der Dichtung (4) nach dem Verspannen der Anschlußflansche (7; 8) infolge einer erzwungenen Torsionsverformung der Dichtung (4), mit der Dichtfläche (6) des Anschlußflansches (7) flächendichtend ist.

2. Lösbare Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Hinterdrehung (13) der Dichtungsnut im Anschlußflansch (8) als Kreisbogen ausgebildet ist.

3. Lösbare Rohrverbindung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus einem PTFE-Compound Werkstoff ist.