DE20313698U1 - Schelle für rotationssymmetrische Flanschpaare - Google Patents

Schelle für rotationssymmetrische Flanschpaare Download PDF

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16L23/00Flanged joints
    • F16L23/04Flanged joints the flanges being connected by members tensioned in the radial plane
    • F16L23/08Flanged joints the flanges being connected by members tensioned in the radial plane connection by tangentially arranged pin and nut

Abstract

Schelle für rotationssymmetrische Flanschpaare mit konischer Außenkontur, so genannte V-Flansche, mit einem um die Flansche (9, 10) herumlegbaren, radial zusammenziehbaren Spannband (1) und auf der Innenseite des Spannbandes (1) angeordneten Klemmmitteln (7) mit einer der Außenkontur des Flanschpaares (9,10) mit Untermaß entsprechenden Innenkontur, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmmittel (7 ) eine Vielzahl von Klemmelementen (7a, 7b) aufweisen, die über den Umfang der Schelle verteilt angeordnet und in Umfangsrichtung (I) voneinander beabstandet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schelle für rotationssymmetrische Flanschpaare mit konischer Außenkontur, so genannte V-Flansche, mit einem um die Flansche herumlegbaren, radial zusammenziehbaren Spannband und auf der Innenseite des Spannbandes angeordneten Klemmmitteln mit einer der Außenkontur des Flanschpaares mit Untermaß entsprechenden Innenkontur.
  • So genannte V-Flansche bestehen aus zwei rotationssymmetrischen Flanschen, die jeweils auf Ihrer Rückseite über Kegelabschnittsflächen mit stumpfem Winkel verfügen. Im verbundenen Zustand ergeben beide Flansche zueinander im Profil eine V-förmige Randkontur. Bei bekannten Schellen für derartige Flansche ist ein V-förmiges Klemmband vorgesehen, welches mit Untermaß auf die Flanschkontur aufgezogen wird. Die Kraft zum Aufziehen des Klemmbandes ergibt sich durch Zusammenziehen eines außerhalb des Klemmbandes angeordneten Spannbandes, dessen Umfang beispieasweise mittels einer Schraube verringert wird.
  • Die resultierende Anpresskraft der Flansche zueinander wird im Wesentlichen durch die Biegesteifigkeit des Klemmbandes bestimmt. Dabei muss ein Kompromiss gefunden werden zwischen ausreichend hoher Biegesteifigkeit, das heißt großer Wandstärke, und vertretbarem Gewicht, also eher kleiner Wandstärke. Besonders problematisch ist dies, wenn die Flansche hohen Temperaturen ausgesetzt werden, wie beispielsweise Flansche von Abgasanlagen, die Gastemperaturen von bis zu > 900°C ausgesetzt sind. Bei diesen Temperaturen sinkt die Biegesteifigkeit des Klemmbandes deutlich ab.
  • Durch die dadurch ebenfalls abnehmende Anpresskraft können hohe Leckageraten entstehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schelle der eingangs genannten Art anzugeben, die gegenüber bekannten Schellen dieser Art verbessert ist. Insbesondere soll eine hohe Anpresskraft auch bei hohen Temperaturen gewährleistet werden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Klemmmittel eine Vielzahl von Klemmelementen aufweisen, die über den Umfang der Schelle verteilt angeordnet und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.
  • Durch die Verwendung einer Vielzahl von über den Umfang der Flansche verteilt angeordneten Klemmelementen kann die Temperaturfestigkeit der Schelle erhöht werden. Anders als bei einem kontinuierlichen Klemmband besteht bei der Verwendung einer Vielzahl von Klemmelementen keine Verbindung zwischen Schelle und Flanschen über den gesamten Umfang sondern nur in einer Vielzahl von Berührungspunkten oder Berührungslinien. Zwischen den einzelnen Klemmelementen besteht dagegen keine Verbindung zu den Flanschen. Dadurch ist die Wärmeübertragung zwischen Flanschen und Schelle geringer als bei bekannten Schellen. Zudem ergibt sich in den Bereichen, in denen keine Klemmelemente vorhanden sind, ein Kühleffekt aufgrund der möglichen Durchlüftung. Die Temperatur der Schelle ist dadurch gegenüber bekannten Schellen verringert und dementsprechend ist ihre Biegesteifigkeit bei hohen Flanschtemperaturen gegenüber bekannten Schellen vergrößert. Die Erhöhung der Biegesteifigkeit bei hohen Temperaturen gegenüber bekannten Schellen kann vorteilhafterweise auch dazu verwendet werden, die Materialstärke der Schelle und insbesondere der Klemmelemente zu verringern. Damit kann auch eine Gewichtsreduzierung erreicht werden.
  • Bevorzugt sind die Klemmelemente gleichmäßig über den Umfang der Schelle verteilt angeordnet. Damit kann eine gleichmäßige Verteilung der Anpresskraft und auch eine gleichmäßige Erwärmung der Schelle gewährleistet werden. Dies führt wiederum zu einer Verbesserung der Flanschdichtigkeit.
  • Besonders bevorzugt weisen die Klemmelemente in Umfangsrichtung je nur eine geringe Erstreckung auf. Die Kontaktfläche zwischen Schelle und Flanschen kann dadurch gering gehalten werden. Entsprechend gering ist der Wärmeübergang, wodurch die Biegesteifigkeit der Schelle bei hohen Temperaturen weiter erhöht werden kann.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Klemmelemente U-bügelartig ausgebildet. Dies ist von der Herstellung her vorteilhaft und führt zu einer gleichmäßigen Klemmung der Flansche.
  • Vorteilhaft ist es des Weiteren, wenn die Kontur der Bügel so gewählt ist, dass sich die Berührungspunkte zwischen den Bügeln und den Flanschen beim Zusammenziehen des Spannbandes lediglich verschieben und keine vollflächige Anlage entsteht. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass der Öffnungswinkel der Bügel größer ist als derjenige der V-Flansche. Dadurch kann die Temperaturübertragung auf die Schelle weiter verringert und so deren Biegefestigkeit auch bei hohen Flanschtemperaturen weiter erhöht werden.
  • Nach einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung sind die Bügel in Umfangsrichtung der Schelle abwechselnd in die eine oder andere Richtung geneigt. Damit kann ein vorteilhafter Aufbau erreicht werden.
  • Besonders bevorzugt sind die Klemmmittel als flaches, in Umfangsrichtung der Schelle gewellter Band ausgebildet, wobei die zum Flanschpaar weisenden Wellenberge Ausschnitte aufweisen, deren Randkontur entsprechend der Außenkontur des Flanschpaares ausgebildet ist. Durch ein derartiges gewelltes Band können abwechselnd in Umfangsrichtung geneigte, U-förmige Bügel gebildet werden. Die Herstellung ist dabei besonders einfach, da nur ein kontinuierliches Band hergestellt, geformt und geschnitten werden muss. Darüber hinaus sind die Berührungspunkte zwischen Klemmband und Flanschen besonders gleichmäßig über den Flanschumfang verteilt, sodass auch eine gleichmäßige Kräfteeinleitung gewälhrleistet ist.
  • Die Wellenform hat außerdem den Vorteil, dass eine besonders gute Belüftung der Schelle gegeben ist. Die Erwärmung der Schelle bei heißen Flanschen kann dadurch besonders gering gehalten werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Biegekräfte bei einem derartigen gewellten Band entlang dieses Bandes und nicht quer hierzu verlaufen wie bei bekannten Klemmbändern. In dieser Richtung sind die Strukturen jedoch belastbarer, wobei dieser Vorteil sowohl dazu verwendet werden kann, die Klemmkräfte zu erhöhen als auch die Materialstärke zu reduzieren und damit Gewicht einzusparen.
  • Ein weiterer Vorteil eines derartigen gewellten Klemmbandes besteht darin, dass die Auflagepunkte des Bandes auf den Flanschen über die Geometrie definiert sind und sich beim Anziehen der Schelle nur hinsichtlich ihrer Lage aber nicht hinsichtlich ihrer flächigen Ausdehnung ändern. Dies insbesondere dann, wenn der Öffnungswinkel der Ausschnitte in dem gewellten Band größer gewählt wird als der Öffnungswinkel der konischen Außenkontur der Flansche. Durch eine große Anzahl von Wellen und ihre symmetrische Verteilung kann außerdem ein guter Ausgleich der Formänderung beim Zusammenziehen des Spannbandes und somit eine homogene Pressungsverteilung in den Flanschen erreicht werden. Eine symmetrische Verteilung und homogene Pressung ist insbesondere bei Turboladern wichtig, bei denen keine Verspannungen auftreten dürfen.
  • Als Material für das Klemmband kann insbesondere Blech verwendet werden. Damit können gute Ergebnisse bei relativ geringem Gewicht erzielt werden.
  • Zum Zusammerziehen des Spannbandes wird bevorzugt eine einzige Schraube verwendet. Dies spart Platz und Gewicht. Außerdem ist die Montage vereinfacht.
  • Ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schelle,
  • 2 einen Teilquerschnitt durch einen V-Flansch und
  • 3 eine perspektivische Ansicht einer auf einen V-Flansch aufgezogenen erfindungsgemäßen Schelle.
  • Die in den Figuren dargestellte Schelle umfasst ein Spannband 1, welches ringförmig ausgebildet ist und an seinen Enden Aufnahmen für eine Spannschraube 2 aufweist. Die Aufnahmen umfassen eine an einem Ende 3 des Spannbandes 1 angeordnete Führung 4, durch welche die Spannschraube hindurchgeführt ist, und eine am anderen Ende 5 des Spannbandes 1 angeordnete Gewindebuchse 6, in welche die Spannschraube 2 mit ihrem Gewinde eingreift. Durch Verdrehen der Spannschraube 2 ist das Spannband 1 so radial zusammenziehbar.
  • Auf der Innenseite des Spannbandes 1 ist ein Klemmband 7 angeordnet, welches als flaches, in Umfangsrichtung I des Spannbandes 1 gewelltes Band ausgebildet ist. Die zum Spannband 1 weisenden Wellenberge 7a sind an diesem befestigt, beispielsweise durch Schweißen. Die nach innen weisenden Wellenberge 7b sind frei. Sie weisen Ausschnitte 8 auf, deren Randkontur der Außenkontur eines Flanschpaares entspricht, für das die Schelle bestimmt ist.
  • 2 ist eine solche Außenkontur entnehmbar. Sie zeigt einen Teil eines Flanschpaares 9, 10 im Querschnitt. Die voneinander abgewandten Seiten der Flansche 9, 10 sind radial außen jeweils mit einer Kegelabschnittsfläche 11, 12 ausgebildet, so dass die Verlängerung der Kegelabschnittsflächen 11, 12 im Querschnitt eine V-Form aufweist. Der von den beiden Kegelabschnittsflächen 11, 12 eingeschlossenen Winkel α ist dabei bevorzugt etwas kleiner als der eingeschlossene Winkel der Ausnehmungen 8 im Klemmband 7 der zugehörigen Schelle. Außerdem sind die Ausnehmungen 8 gegenüber den Kegelabschnitten 11, 12 der Flansche 9, 10 geringfügig auf Untermaß gefertigt.
  • 3 zeigt eine auf eine V-förmiges Flanschpaar 9, 10 aufgesetzte Schelle mit Spannband 1 und Klemmband 7. Man erkennt, wie das Klemmband 7 mit seinen Ausnehmungen 8 auf den Kegelabschnittsflächen 11, 12 der Flansche 9, 10 sitzt. Durch Verdrehen der Spannschraube 2 wird das Spannband 1 und mit diesem das Klemmband 7 zusammengezogen. Die Ausnehmungen 8 geraten dadurch in Anlage an den Kegelabschnittsflächen 11, 12 der Flansche 9, 10. Bei weiterem Zusammenziehen des Spannbandes 1 tauchen die Kegelabschnittsflächen 11, 12 der Flansche 9, 10 immer tiefer in die Ausnehmungen 8 des Klemmbandes 7 hinein, wobei pro Welle und Seite des Klemmbandes 7 nur zwei Kontaktpunkte bzw. Kontaktflächen zwischen den Kegelabschnittsflächen 11, 12 der Flansche 9, 10 und dem Klemmband 7 vorhanden sind, die sich aufgrund der Ausgestaltung der Ausnehmungen 8 beim weiteren Zusammenziehen des Spannbandes 1 im Wesentlichen nur verschieben und nicht vergrößern.
  • Wie man in 3 erkennt, ergibt sich neben diesem geringen Kontakt zwischen der Schelle und den V-Flanschen eine gute Belüftung der Schelle durch die freibleibenden Bereiche zwischen dem gewellten Klemmband 7 und dem Spannband 1 aufgrund der Wellung. Die Temperatur der Schelle kann daher gegenüber bekannten Schellen reduziert werden. Außerdem sind die Biegekräfte bei der erfindungsgemäßen Schelle gut verteilt und angeordnet, da sie nicht quer sondern längs des Klemmbandes 7 verlaufen. Durch die symmetrische Verteilung der Wellen des Klemmbandes 7 und durch ihre hohe Anzahl ergibt sich außerdem ein guter Ausgleich der Formänderung beim Zusammenziehen das Spannbandes 1 und eine homogene Pressungsverteilung in den Flanschen 9, 10. Insgesamt kann dadurch gegenüber bekannten Flanschen Gewicht eingespart oder bei gleichem Gewicht eine deutlich höhere Festigkeit, insbesondere bei hohen Temperaturen, erreicht werden.
  • 1
    Spannband
    2
    Spannschraube
    3
    Ende von 1
    4
    Führung
    5
    Ende von 1
    6
    Gewindebuchse
    7
    Klemmband
    7a
    Außenwelle
    7b
    Innenwelle
    8
    Ausnehmung
    I
    Umfangsrichtung

Claims (10)

  1. Schelle für rotationssymmetrische Flanschpaare mit konischer Außenkontur, so genannte V-Flansche, mit einem um die Flansche (9, 10) herumlegbaren, radial zusammenziehbaren Spannband (1) und auf der Innenseite des Spannbandes (1) angeordneten Klemmmitteln (7) mit einer der Außenkontur des Flanschpaares (9,10) mit Untermaß entsprechenden Innenkontur, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmmittel (7 ) eine Vielzahl von Klemmelementen (7a, 7b) aufweisen, die über den Umfang der Schelle verteilt angeordnet und in Umfangsrichtung (I) voneinander beabstandet sind.
  2. Schelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente (7) gleichmäßig über den Umfang der Schelle verteilt angeordnet sind.
  3. Schelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente (7) in Umfangsrichtung (I) je nur eine geringe Erstreckung haben.
  4. Schelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente (7) U-bügelartig ausgebildet sind.
  5. Schelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Bügel so gewählt ist, dass sich die Berührungspunkte zwischen Bügel und Flanschen (9, 10) beim Zusammenziehen des Spannbandes (1) lediglich verschieben und keine vollflächige Anlage entsteht.
  6. Schelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel der Bügel größer ist als der Öffnungswinkel (α) der konischen Flanschkontur (11, 12).
  7. Schelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bügel in Umfangsrichtung (I) der Schelle abwechselnd in die eine und in die andere Richtung geneigt sind.
  8. Schelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmmittel als flaches, in Umfangsrichtung (I) gewelltes Band (7) ausgebildet sind, wobei die zum Flanschpaar (9, 10) weisenden Wellenberge (7b) Ausschnitte (8) aufweisen, deren Randkontur entsprechend der Außenkontur (11, 12) des Flanschpaares (9, 10) ausgebildet ist.
  9. Schelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,. Dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmmittel (7) aus Blech bestehen.
  10. Schelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zusammenziehen des Spannbandes (1) eine, bevorzugt einzige, Schraube (2) vorgesehen ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006029242B4 (de) * 2005-06-29 2013-07-04 Friedrich Boysen Gmbh & Co. Kg Flanschverbindung
WO2019219376A1 (de) * 2018-05-15 2019-11-21 Norma Germany Gmbh Profilschelle

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