DE19601765C2 - Lösbare Rohrverbindung, insbesondere für sterile und partikelfreie Leitungssysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine lösbare Rohrverbindung, insbesonde­ re für sterile und partikelfreie Leitungssysteme, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Rohrverbindung ist aus der DE 82 07 490 U1 be­ kannt.

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

Bei der Erfüllung dieser Anforderungen ist den lösbaren Rohr­ verbindungen, die die Montage und Demontage von komplexen Rohr­ leitungssystemen erleichtern, bzw. durch welche ein wirtschaft­ lich vertretbarer Aufwand bei der Montage und Demontage über­ haupt erst möglich wird, besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Der Grund dafür ist, daß die lösbaren Rohrverbindungen in einem Rohrleitungssystem mitunter die größte Schwachstelle darstel­ len, an der eine mögliche Kontamination des zu behandelnden Produkts eintreten kann.

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

Lösbare Rohrverbindungen sind außer aus der bereits genannten DE 82 07 490 U1 unter anderem auch aus der DE 31 43 369 C2 und der DE 29 10 684 A1 bekannt.

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

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 kon­ struktiv so ausgebildet, daß der axiale Druck aus dem Rohrlei­ tungssystem durch einen metallischen Anschlag der gegenüber­ liegenden Anschlagflächen der Anschlußflansche aufgenommen wird.

Bei Rohrverbindungen dieser Art wird bei ihrer konstruktiven Auslegung zwar angestrebt, daß zwischen den Anschlußflanschen sowie 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 Spalte in den Rohrverbindungen nicht völlig ausgeschlossen werden können.

Diese kleinen Spalte sind für die CIP-Reinigung und SIP- Sterilisierung schwer zugänglich, so daß sich darin kleinste Produktrückstände oder auch Reinigungsmittel festsetzen können, was zur Schädigung des zu behandelnden Produkts führen kann.

Einer der Gründe dafür ist, daß beim Verspannen der Anschluß­ stücke nicht immer der bei der Auslegung der Rohrverbindungen kalkulierte Spanndruck erreicht wird, da beim Verspannen der Rohrverbindungen der erzeugte Spanndruck von demjenigen abhän­ gig ist, der die Rohrverbindung anzieht. Folglich kann der er­ reichte Spanndruck und damit der Flächendruck der Dichtung ge­ genüber der Dichtfläche des Anschlußstücks beim Verspannen, der u. a. auch von der elastischen Verformbarkeit der Dichtung ab­ hängig ist, unterschiedlich sein, so daß nicht immer mit aus­ reichender Sicherheit garantiert ist, daß die gewünschte Defor­ mation 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, die wegen der gewünschten elastischen Verformung eine Gummidichtung ist, infolge des Spalts zwischen den Anschlußflanschen produkt­ berührend ist.

Gummidichtungen neigen aber nach längerem Einsatz durch die ho­ hen Temperaturen, mit der die Anlagen gefahren werden, und in­ folge des Säureangriffs während der chemischen Reinigung immer stärker zum Quellen und damit zur Flüssigkeitsaufnahme. Diese Flüssigkeit wird bei steigenden Temperaturen wieder in das Pro­ dukt 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 flüssig­ keitsabweisende 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 Dich­ tung 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 flüssigkeitsabwei­ sende Oberflächenqualität der Dichtung gerade am produktberüh­ renden 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 Anschlußflan­ schen 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 Lei­ tungssystem mit einem Molch ausgeschoben werden soll. Die Kan­ ten einer möglichen überstehenden Dichtung oder, bei einer un­ genügenden Verformung der Dichtung, die Kanten der Anschluß­ flansche können die Abstreif- bzw. Dichtringe am Molch beschä­ digen, so daß abgescherte Teile in das Produkt gelangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lösbare Rohrver­ bindung zu schaffen, bei welcher die hohen hygienischen und sterilen Anforderungen erfüllt werden und die Lebensdauer der Dichtung erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe hinsichtlich der eingangs ge­ nannten lösbaren Rohrverbindung durch die Merkmale des Kennzei­ chens des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach der erfindungsgemäßen Ausgestaltung läuft die Dichtung im unverspannten Zustand im Querschnitt gesehen in einem Bereich ihrer Dichtfläche nahe dem Produktraum zu einem aus der Dich­ tungsnut hervorstehenden Dreiecksabschnitt zu, mit dessen frei­ em Scheitel die Dichtung zu Beginn des Verspannens mit der Dichtfläche des Anschlußflansches zunächst allein punktförmig in Anlage kommt. Beim Verspannen kommt die Dichtfläche der Dichtung dann infolge einer von der punktförmigen Anlage des freien Scheitels ausgehenden erzwungenen Torsionsverformung der Dichtung mit der Dichtfläche des Anschlußflansches flächendich­ tend in Anlage.

Die mit dieser Ausbildung der lösbaren Rohrverbindung erreich­ ten Vorteile bestehen darin, daß durch das Verspannen der An­ schlußflansche eine erzwungene Torsionsverformung auf die Dich­ tung einwirkt, die zu einer sehr hohen Oberflächenspannung be­ sonders in dem Teil der Dichtung führt, der produktberührt ist. Durch diese hohe Oberflächenspannung wird die Neigung der Dich­ tung zum Quellen erheblich reduziert.

Infolge der Ausbildung der Dichtungsnut mit einer zum Produkt­ raum offenen Eindrehung und der Ausbildung der Dichtfläche so­ wie des Querschnitts der Dichtung selbst wird der zum Produkt­ raum offene Bereich der Dichtungsnut nicht durch eine Deforma­ tion 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 die die Oberfläche der Dichtung selbst und damit auch die Oberfläche der Dichtung in dem Bereich, der produktberührend ist, hochgradig verdichtet wird, wird eine Erhöhung der Spannung besonders in dem Dich­ tungsteil erreicht, der produktberührend ist, und zwar dann, wenn die flächendichtende Wirkung der Dichtfläche der Dichtung mit der Dichtfläche des angrenzenden Anschlußflansches erreicht ist.

Die Dichtung ist dabei so bemessen, daß nach Erreichen des me­ tallischen Anschlages der beiden Anschlagflächen der Anschluß­ flansche der gequetschte Dichtungsanteil den verbleibenden Raum zwischen der Dichtung und dem Innendurchmesser des Leitungssy­ stems vollständig ausfüllt, so daß ein glatter Übergang der zu verbindenden Rohrleitungen gewährleistet ist. Dadurch werden unzugängliche Räume für die CIP-Reinigung und STP- Sterilisierung vermieden und eine freie Molch-Durchfahrt ohne Beschädigung der Abstreif- bzw. Dichtringe des Molches gewähr­ leistet.

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, auszu­ schließen, wird bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, eine Dichtung aus einem PTFE-Compound-Werkstoff, vorzugsweise Flex-O-Form-S, einzusetzen, dessen Oberfläche ab­ solut glatt und flüssigkeitsabweisend ist, und der über ein ho­ hes 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.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel nä­ her beschrieben.

Die beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine verspannte lösbare Rohrver­ bindung nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Anschlußstück mit einer er­ findungsgemäß ausgebildeten Dichtungsnut;

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Gegenanschlußstück;

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

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

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

Das Verbindungsstück 1, entsprechend Fig. 3, ist mit einem An­ schlußflansch 7 ausgebildet, der mit einer ebenen Dichtfläche 6 und einer Anschlagfläche 14b und einer Arretierung 11b versehen ist.

Das Verbindungsstück 2, entsprechend Fig. 2, ist mit einem An­ schlußflansch 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 dem Anschlußflansch 8 ausgebildeten Hinterdrehung 13 besteht.

Wie in Fig. 4 gezeigt, ist in die Dichtungsnut des Anschluß­ flansches 8 eine Dichtung 4 eingelegt, deren Kontur pass- und formgerecht der Kontur der Hinterdrehung 13, die einem Kreisbo­ gen 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 im unverspannten Zustand die angrenzende Dichtfläche 6 des Anschlußflansches 7 im Bereich 9 nahe des Produktraumes 10 punktberührt.

In Fig. 5 ist gezeigt, wie die Dichtung 4 nach dem Verspannen der Anschlußflansche 7, 8 mit bspw. einer Überwurfmutter 3 und dem erreichten metallischen Anschlag der Anschlagflächen 14a, 14b, die offene Eindrehung 13 zum Produktraum spaltfrei aus­ füllt und damit einen glatten Übergang zum Innendurchmesser 15 des Leitungssystems 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 Ver­ spannen 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 er­ fährt und damit gegen den inneren Druck des Leitungsystems in ihrem Dichtungsverhalten widerstandsfähiger und in Verbindung mit der Verwendung einer Dichtung 4 aus einem PTFE-Compound- Werkstoff flüssigkeitsabweisend ist.

Gleichzeitig wird eine Spaltbildung im Verbindungsbereich der lösbaren Rohrverbindung nach dem Verspannen der Anschlußflan­ sche 7, 8 völlig ausgeschlossen.

Claims (3)

1. Lösbare Rohrverbindung, insbesondere für sterile und par­ tikelfreie Leitungssysteme, bestehend aus zwei miteinander verspannbaren Verbindungsstücken (1, 2), die jeweils einen Anschlußflansch (7, 8) aufweisen, wobei der eine Anschluß­ flansch (8) mit einer Dichtungsnut zur Aufnahme einer Dichtung (4) ausgebildet ist, und der andere Anschluß­ flansch (7) eine der Dichtung (4) gegenüberliegende plane Dichtfläche (6) aufweist, die im verspannten Zustand der Verbindungsstücke (1, 2) mit einer Dichtfläche (16) der Dichtung (4) abdichtend in Anlage steht, wobei die Dich­ tungsnut in dem Anschlußflansch (8) als zu einem Produkt­ raum (10) hin offene, eine Hinterdrehung (13) aufweisende Eindrehung (12) ausgebildet ist, wobei die Dichtung (4) paß- und formgerecht zur Dichtungsnut ausgelegt ist und diese spielfrei ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (4) im unverspannten Zustand im Querschnitt gese­ hen in einem Bereich (9) ihrer Dichtfläche (16) nahe dem Produktraum (10) zu einem aus der Dichtungsnut hervorste­ henden Dreiecksabschnitt zuläuft, mit dessen freiem Schei­ tel die Dichtung (4) zu Beginn des Verspannens mit der Dichtfläche (6) des Anschlußflansches (7) zunächst allein punktförmig in Anlage kommt, und daß beim Verspannen die Dichtfläche (16) der Dichtung (4) infolge einer von der punktförmigen Anlage des freien Scheitels ausgehenden er­ zwungenen Torsionsverformung der Dichtung (4) mit der Dichtfläche (6) des Anschlußflansches (7) flächendichtend in Anlage kommt.

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

3. Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtung aus einem PTFE-Compound- Werkstoff besteht.