DE19602282A1 - Flansch für ein Ausgleichsrohr oder eine Ausgleichsmuffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flansch für ein Ausgleichsrohr oder eine Aus­ gleichsmuffe, der aus einer Kreisringfläche mit Durchtrittslöchern für Monta­ gebolzen besteht.

Die Flansche sind wesentliche Elemente für die Verbindung von Rohren in­ dustrieller Rohrleitungssysteme. Die Verbindung erfolgt durch den paarwei­ sen Zusammenschluß der Flansche an den Rohrenden, wobei zwischen den Flanschen eine Dichtung zusammengedrückt wird. Weiterhin erfolgt diese Verbindung mittels Bolzen, die durch die Durchtrittslöcher der Flansche hin­ durchgesteckt werden.

Der im Folgenden und in der gesamten Beschreibung verwendete Begriff "Flansch(e)" umfaßt die eigentlichen Flansche und die Gegenflansche zu­ gleich und bezeichnet manchmal auch die losen Flansche.

Präziser ausgedrückt, sind die Rohre 1 gemäß den Fig. 1 und 2 im all­ gemeinen an einem Ende mit einem geschweißten Flansch 2 versehen, und ihr anderes Ende kann ebenfalls einen geschweißten Flansch oder einen lo­ sen Flansch 3 aufweisen, der hinter einem an das Rohrende geschweißten flachen Bund 4 vorgesehen ist.

Gemäß einer Variante folgt der Flansch 3 hinter einem gebördelten Bund 4′, der an dem Ende des Rohres 1 direkt ausgebildet oder mit diesem ver­ schweißt ist.

Die Flansche 2, 3 sind mit Bohrungen 5 für den Durchtritt nicht dargestellter Bolzen versehen.

Es gibt auch Fälle, in denen die Verbindung von zwei Rohren 1, 10, die an ihrem entsprechenden Ende mit einem Flansch 2, 12 versehen sind, mittels einer Ausgleichsmuffe 11 erfolgt (Fig. 3). Die eigentliche Muffe 17 besteht aus einer mehrfach gefalteten Metallkarkasse mit Verstärkung des Dich­ tungsabschnitts 15, die mit einer Innenverkleidung 16 und einer Außenver­ kleidung 17 versehen ist, wobei die Verkleidungen aus Kautschuk oder Kunststoff bestehen, der beständig ist gegen die in den Rohren strömende Flüssigkeit. An den Enden befinden sich zwei Gegenflansche 18, die fabrik­ seitig an der Muffe 11 montiert sind.

Die Festlegung der Muffe 11 an den Flanschen 12,13 erfolgt mittels der Gegenflansche 18, wobei die Ränder 19 der Muffe 11 gleichzeitig die Dich­ tung bilden. Die Verbindung mit Hilfe von Bolzen 22.

Diese Ausgleichsmuffen können mangelnde Axialität (Parallaxe oder Nei­ gung) oder Dehnungen der Rohre 1, 10 oder Wasserschlag absorbieren. Sie verhindern oder reduzieren die Übertragung von Vibrationen.

Die Flansche oder Gegenflansche, insbesondere die der Ausgleichsmuffen, werden derzeit durch die maschinelle Bearbeitung von durch Brennschnei­ den hergestellten Teilen, durch Schmieden oder auch aus Grauguß gefer­ tigt. Da es sich bei der zuletzt genannten Lösung um Gußteile handelt, eig­ net sich diese jedoch nur für Flansche, die nicht zum Schweißen bestimmt sind. Ein Nachteil dieser gegossenen Flansche ist auch, daß sie schwer sind und leicht brechen können.

Die eigentlichen Flansche werden an die Rohre geschweißt, während die Gegenflansche auf die Rohrenden aufgeschrumpft werden. Die Flansche der Ausgleichsmuffen werden fabrikseitig an den elastischen Muffen mon­ tiert und fertig montiert geliefert.

Das Gewicht der Flansche ist ein wichtiger Faktor, weil der Preis eines Flan­ sches direkt von dem Gewicht abhängt, da sich alle an den Flanschen durchgeführten Arbeiten (Oberflächenbehandlung, Transport etc.) nach dem Gewicht berechnen.

Die Präzision der hergestellten Flansche läßt derzeit häufig zu wünschen übrig, da die Flansche aus Lohnkostengründen überwiegend in Billiglohn­ ländern und mit kaum weiterentwickelten Maschinen hergestellt werden. Sämtliche Teile müssen einer Maßkontrolle und gegebenenfalls einer Nach­ besserung unterzogen werden.

Diese Arbeit ist zeit- und kostenintensiv. Hinzu kommen Schwierigkeiten in der Beschaffung und hohe Kosten für die Lagerverwaltung.

Es gibt mehrere Dokumente, in denen Flansche beschrieben sind.

Zum Beispiel beschreibt das Dokument US-A-2 528 343 einen Flansch, der mit trapezförmigen Öffnungen versehen ist, die fächerförmig verteilt sind, um so leichte Mängel in der Übereinstimmung mit den Öffnungen des anderen Flansches ausgleichen zu können.

Die weitere Druckschrift US-A-4 372 587 beschreibt einen Flansch, der aus zwei Hälften besteht, die auf jeder Seite mit Ansätzen enden. Die beiden Hälften werden durch Bolzen zusammengeschlossen, die quer durch beide Ansätze hindurchgesteckt werden, um diesen Flansch mit seinen Zähnen an dem Rohr festzuspannen und zu verankern. Danach wird dieser Flansch mit dem Flansch des anderen Rohres verbunden.

Bei diesem zweiteiligen Flansch bestehen Bedenken insbesondere hinsicht­ lich der Verankerung an dem Rohrende durch eine Verankerungsfläche, die durch eine örtlich größere Dicke des Flansches im Vergleich zu einem tradi­ tionellen Flansch relativ groß ist.

Insgesamt gibt es also verschiedene Flanschformen, jedoch kennt der Stand der Technik keinen Fall, in dem man versucht hat, das Gewicht eines zu­ sammengesetzten Flansches zu verringern.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Flanschen und Gegenflanschen, deren Gewicht im Vergleich zu vorhandenen Flan­ schen und Gegenflanschen verringert ist, derart, daß man wirksamere Her­ stellungstechniken ohne Erhöhung, sondern sogar mit einer Verringerung der Endkosten anwenden und überdies den Transport, die Lagerung, die Verpackung und Verwendung einfacher gestalten kann.

Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung einen Flansch der nachstehend an­ gegebenen Art, gekennzeichnet durch:

• - einen inneren Kranz
• - einen äußeren Kranz, der mit dem inneren Kranz durch Schenkel verbun­ den ist, die mit Bohrungen für den Durchtritt von Montagebolzen versehen sind.

Die neue Konstruktion von Flansch und Gegenflansch gemäß vorliegender Erfindung erlaubt bei einer wesentlichen Materialeinsparung und damit einer erheblichen Gewichtsverringerung eine ausgezeichnete Verteilung der Spannkräfte zwischen dem inneren Kranz und dem äußeren Kranz. Durch diese zwischen 50 und 65% liegende Verringerung können Herstellungsver­ fahren in Betracht gezogen werden, die aus Gründen der (mit dem Gewicht verbundenen) Kosten bisher untersagt waren.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal wird der erfindungsgemäße Flansch insbesondere aus Kugelgraphitguß, Stahlguß oder Aluminiumguß gefertigt. Diese Fertigungstechnik läßt sich auf Kostenebene mit den klassischen Fer­ tigungstechniken vereinbaren, und zwar exakt aufgrund der Verringerung des Gewichts des Flansches. Zum anderen bietet diese Gußtechnik den Vorteil einer exzellenten Herstellungsgenauigkeit, so daß die zeit- und ko­ stenintensiven Kontrollen entfallen können.

Durch diese Herstellungstechnik wird auch der Lohnkostenanteil innerhalb der gesamten Herstellungskosten herabgesetzt, so daß solche Flansche als konkurrenzfähiges Produkt auch in Ländern mit höherem Lohnniveau her­ gestellt werden können. Dadurch kann man im Rahmen der Herstellung auch die äußerst nachteiligen Faktoren wie beispielsweise die Lagerverwal­ tung fast zur Hälfte ausschließen und die mehr oder weniger großen Unge­ wißheiten vermeiden, die bei der Bereitstellung von Produkten aus Bil­ liglohnländern hinsichtlich der Preise sowie Lieferfristen bestehen.

Durch die Verringerung des Gewichts der Flansche sind erhebliche Einspa­ rungen auch beim Oberflächenschutz (Galvanisierung, Chromatierung) so­ wie bei der Verpackung und beim Transport möglich. Die starke Verringe­ rung des Gewichts ermöglicht die Verpackung einer höheren Stückzahl auf ein- und derselben Palette, wodurch der Verpackungskostenanteil (Palette, Kunststoffumhüllung) in dem Stückpreis erheblich verringert wird.

Die Verringerung des Gewichts ermöglicht schließlich auch wesentliche Ein­ sparungen in sämtlichen Zweigen der Verwertungsindustrie, so zum Beispiel Einsparungen bei der Verschiffung, da hier das Totgewicht der transportier­ ten Güter verringert wird, und auch die Infrastrukturen (Raffinerien, chemi­ sche Einrichtungen etc.) werden weniger beansprucht.

Gemäß weiteren wesentlichen Merkmalen

• - haben die Schenkel bezogen auf wenigstens einen der Kränze eine redu­ zierte Dicke;
• - die Bohrungen sind länglich;
• - die Schenkel haben eine kreisbogenförmige Kontur, die an den Bohrungen zentriert ist;
• - die Schenkel haben eine geradlinige Kontur, die radial auf die Flanschmitte gerichtet ist;
• - der innere Kranz hat auf einer Seite einen Ansatz, der Nut und Feder bil­ det, welche eine Vertiefung begrenzen;
• - der innere Kranz hat einen Rücksprung;
• - der Flansch hat Verstärkungen, die den inneren Kranz in den Intervallen der mit den Bohrungen für den Durchtritt von Bolzen versehenen Schenkel mit dem äußeren Kranz verbinden;
• - der Flansch ist in Kugelgraphitguß, Aluminiumguß oder Stahlguß (Kohlenstoffstahl, Inox) ausgeführt;
• - der innere Kranz setzt sich in einer Abdeckung fort, insbesondere in Form einer Kalotte, um einen Blindflansch zu bilden.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die an­ liegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines mit einem Flansch und einem Gegen­ flansch mit flachem Bund versehenen Rohres;

Fig. 2 eine axiale Schnittansicht eines Rohres, das mit einem Flansch und einem Gegenflansch mit gebördeltem Bund ver­ sehen ist;

Fig. 3 eine schematische axiale Schnittansicht der Verbindung von zwei Rohren mit einer zwischengeschalteten Ausgleichsmuffe;

Fig. 4 eine Teilvorderansicht eines Gegenflansches für eine elasti­ sche Muffe, der in seiner oberen Hälfte einen Vor- und Rück­ sprung und im unteren Bereich Nut und Feder zum Einschluß einer Dichtung aufweist;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V des Flansches von Fig. 4;

Fig. 6 eine Vorderansicht einer Flanschhälfte gemäß einer Variante des Flansches;

Fig. 7 eine Vorderansicht eines Gegenflansches für eine Muffe, der mit einer einfachen Nut versehen ist;

Fig. 8 eine Vorderansicht eines Schweißflansches;

Fig. 9 eine Vorderansicht eines Schweißflansches mit Verstärkun­ gen;

Fig. 10 eine Vorderansicht einer Flanschhälfte mit einer einfachen Nut;

Fig. 11 eine Schnittansicht nach der Linie XI-XI von Fig. 10;

Fig. 12 eine Vorderansicht einer Hälfte eines Flansches mit einfacher Nut gemäß einer anderen Ausführungsform;

Fig. 13 eine Schnittansicht nach der Linie XIII-XIII von Fig. 12;

Fig. 14 eine zu Fig. 13 analoge Schnittansicht in vergrößertem Maß­ stab, in der eine Variante der Ausführungsform der Fig. 12 und 13 dargestellt ist;

Fig. 15 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Blindflansches;

Fig. 16 eine Schnittansicht nach der Linie XVI-XVI von Fig. 15;

Fig. 17 eine Schnittansicht nach der Linie XVII-XVII von Fig. 15.

Fig. 4 zeigt in ihrem oberen Bereich die Hälfte eines Flansches 20, der aus einem inneren Kranz 21 gebildet ist, der durch Schenkel 23, die selbst mit Bohrungen 24 für den Durchtritt von Befestigungsbolzen versehen sind, mit einem äußeren Kranz 22 verbunden ist.

In diesem Beispiel sind vier Schenkel 23 vorhanden, die jeweils gleichwink­ lig verteilt sind. Die Anzahl der Bohrungen bzw. Bolzenlöcher ist abhängig von der Verwendung des Flansches (Rohrdurchmesser, Arbeitsdruck etc.) normiert.

Der Abstand 25 zwischen dem inneren Kranz 21, dem äußeren Kranz 22 und den Schenkeln entspricht Öffnungen.

Gemäß der Ausführungsform von Fig. 1 ist die Kontur der Schenkel 23 kreisbogenförmig und an jeder Bohrung 24 zentriert. Der innere Kranz 21 hat eine Nut 26, die in die Vorderseite des Flansches und in seinen Durch­ gang 27 mündet.

Auf der anderen Seite ist der Durchgang 27 von einer Ausrundung 28 be­ grenzt.

Der untere Teil von Fig. 4 zeigt eine Flanschvariante 20′, bei der lediglich der innere Kranz 21′ gegenüber dem inneren Kranz 21 des Flansches 20 modifiziert ist. Dieser innere Kranz 21′ bildet mit seinem Ansatz 21′A eine doppelte Nut, die eine Vertiefung 21′B begrenzt.

Diejenigen Teile dieses Flansches 20′, die mit denen des Flansches 20 identisch sind, tragen dieselben Bezugsziffern und werden nicht mehr ge­ sondert beschrieben.

Was die Form der Rücksprünge betrifft, entsprechen die Flansche 20, 20′ den Flanschen von Fig. 3.

Fig. 6 zeigt eine Variante 20′′ des Flansches 20 von Fig. 4. Dieser unter­ scheidet sich durch die Form der Schenkel 23′, die durch deutlich radial ge­ richtete Konturen begrenzt sind. Die anderen Teile dieses Flansches 20′′, die mit jenen von Fig. 4 identisch sind, tragen dieselben Bezugsziffern und werden nicht mehr gesondert beschrieben.

Fig. 7 zeigt eine Flanschvariante 30, die aus einem inneren Kranz 31 und einem äußeren Kranz 32 gebildet ist, wobei die Kränze durch Schenkel 33 mit Bohrungen 34 für den Durchtritt von Bolzen und durch Verstärkungs­ stege 39 verbunden sind, die mit den Schenkeln 33 und den Kränzen 31, 32 Öffnungen 35 bilden.

Dieser Flansch 30 umfaßt, wie vorstehend beschrieben, zum Beispiel eine einfache Nut 36 für die nicht dargestellte Dichtung.

Der Flansch 40 von Fig. 8 ist hinsichtlich der Form des äußeren Kranzes 42 und der mit den Bohrungen 44 versehenen und Öffnungen 45 bildenden Schenkel 43 analog zu den Flanschen von Fig. 4 ausgebildet. Der innere Kranz 41 unterscheidet sich hiervon lediglich, indem er keinen Rücksprung aufweist, wobei dieser Flansch zur Bildung eines Schweißflansches oder ei­ nes Gegenflansches für ein Rohr in der Art der Rohre in den Fig. 1 und 2 bestimmt ist.

Der Flansch 50 von Fig. 9 ist ein Drehflansch oder ein Gegenflansch wie jene der Fig. 1 und 2. Er hat außer den Schenkeln 53, die mit Bohrungen 54 versehen sind, den Schenkeln 53 und den Verstärkungen 59 Verstärkun­ gen 59 zwischen dem inneren Kranz 51 und dem äußeren Kranz 52.

Der innere Kranz 51 hat hier eine Ausrundung 51A.

Der Flansch 60 der Fig. 10, 11 ist gekennzeichnet durch eine Dicke des äußeren Kranzes 62 und der Schenkel 63, die bezogen auf den inneren Kranz 61, der auf einer Seite durch einen Ansatz 61 B hervorsteht und auf der anderen Seite einen Rücksprung 61A hat, verringert ist. In diesem Bei­ spiel sind die Bohrungen länglich und tragen die Bezugsziffer 64, und die Öffnungen zwischen den Ringen 61, 62 und den Stegen 63 tragen die Be­ zugsziffer 65.

Durch die längliche Form der Bohrungen läßt sich das Gewicht des Flan­ sches noch stärker verringern, was eine Gewichtsersparnis in der Größen­ ordnung von 10% bedeutet.

Der Flansch 70 gemäß den Fig. 12, 13 hat ebenfalls eine einfache Nut.

Dieser Flansch 70 unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Flanschen durch eine Verringerung der Dicke der Schenkel 73, die den in­ neren Ansatz 71 mit dem äußeren Ansatz 72 verbinden. Die Schenkel 73 haben längliche Bohrungen 74, und der innere Ansatz 71 hat einen Rück­ sprung 71A.

Die Flanschvariante 80, die in der Schnittansicht von Fig. 14 dargestellt ist, entspricht im wesentlichen der in den Fig. 12, 13 dargestellten Flansch­ form: ein Gegensteckflansch mit Doppelnut, der in seinen Schenkeln 83 ge­ ringerer Dicke Längsbohrungen 84 hat. Auf einer Seite begrenzt ein Ansatz 81A eine randseitige Vertiefung 81 B in dem inneren Kranz 81, um die Dop­ pelnut zu bilden.

Die Fig. 15, 16, 17 zeigen eine erfindungsgemäße Flanschvariante 90 in Form eines Blindflansches beispielsweise zum Verschließen einer Leitung.

Dieser Flansch umfaßt einen inneren Ansatz 91, einen äußeren Ansatz 92 und Schenkel 93, die mit Bohrungen bzw. Stichlöchern 94 versehen sind.

Der innere Flansch 91 setzt sich in einer Abdeckung 95 fort, insbesondere in Kalottenform, die die Mitte des Flansches 90 verschließt. Die Abdeckung läßt nach beiden Seiten große Bereiche 96, 97 frei.

Die Fig. 15, 16 zeigen die Verringerung der Dicke der Schenkel 93 zwi­ schen dem äußeren Kranz 92 und dem inneren Kranz 91.

Die Schnittansicht gemäß Fig. 17 unterstreicht ebenfalls die Form eines Schenkels 93, seine Dicke und die des äußeren Kranzes 92.

Die Flansche, Gegenflansche und Blindflansche gemäß vorliegender Erfin­ dung sind in vorteilhafter Weise aus Stahlguß, Kugelgraphitguß oder Alumi­ niumguß oder auch durch Schmieden und Stanzen hergestellt.

Ein derzeit üblicher Gegenflansch des Typs PN16 DN65 (Nenndruck 16 bar, Nenndurchmesser 65 mm) für eine elastische Muffe oder Ausgleichsmuffe zum Beispiel wiegt 2,6 kg (maschinell bearbeitet) und 2 kg (geschmiedet), während ein erfindungsgemäßer Gegenflansch des gleichen Typs aus Ku­ gelgraphitguß nur 0,90 kg und aus Aluminiumguß nur 0,34 kg wiegt.

Darüber hinaus erlaubt die Fertigung in Kugelgraphitguß in einem bestimm­ ten Anlagentyp eine Fertigungszahl von 200 bis 250 Zeitlohnstundenteilen gegenüber 30 bis 50 bei maschineller Bearbeitung.

Wie bereits erwähnt, zeigen die hergestellten Teile neben der Gewichtser­ sparnis und der hohen Stückzahl eine ausgezeichnete Genauigkeit. Dadurch können die Stück-für-Stück-Kontrollen entfallen, und die Nachbesserungs­ zeit kann eingespart werden. Da die Teile leichter sind, werden vor allem auch die Verpackungs- und Transportkosten reduziert. Die sehr große Ko­ steneinsparung erlaubt eine Herstellung an Ort und Stelle, womit die Importe aus Billiglohnländern nicht konkurrieren können, und wodurch die Probleme der Verwaltung, Lagerung, Lieferfristen, Nachbestellungen und der ungewis­ sen Preise entfallen. Die Flansche und Gegenflansche gemäß der Erfindung können in sämtlichen Maßen und für sämtliche Anwendung hergestellt wer­ den, zum Beispiel als lose Flansche, Schweißflansche und Gegenflansche.

Claims (10)

1. Flansch für ein Ausgleichsrohr oder eine Ausgleichsmuffe, der aus ei­ nem runden Kranz gebildet ist, welcher runde Durchtrittsöffnungen oder längliche Durchtrittsöffnungen (64) für die Befestigungsbolzen hat, gekenn­ zeichnet durch einen inneren Kranz (21) und einen äußeren Kranz (22), der mit dem inneren Kranz (21) durch Schenkel (23) verbunden ist, die mit Durchtrittsbohrungen (24) für Befestigungsbolzen versehen sind.

2. Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (73) bezogen auf zumindest einen der Kränze (71, 72) eine verringerte Dicke haben.

3. Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durch­ trittsbohrungen (64, 74, 84) länglich sind.

4. Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (23) eine kreisbogenförmige Kontur haben, die an den Durchtrittsbohrungen (24) zentriert ist.

5. Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (23′) eine geradlinige Kontur haben, die radial auf die Flanschmitte gerichtet ist.

6. Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kranz (21′) an einer Fläche einen Ansatz (21′A) hat, der Nut und Feder bil­ det, die eine Vertiefung (21′B) begrenzen.

7. Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kranz (61, 71) einen Rücksprung (61A, 71A) aufweist.

8. Flansch nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verstärkungen (39, 59), die den inneren Kranz (31, 51) in dem Intervall der mit Durchtritts­ bohrungen (34, 54) für Bolzen versehenen Schenkel (33, 53) mit dem äuße­ ren Kranz (32, 52) verbindet.

9. Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der in­ nere Kranz (91) in einer Abdeckung (95) fortsetzt, insbesondere in Form ei­ ner Kalotte, um einen Blindflansch (90) zu bilden.

10. Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser in Kugelgraphitguß, Aluminiumguß oder Stahlguß (Kohlenstoffstahl, Inox) aus­ geführt ist.