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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.
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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.
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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.
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Durch die dadurch ebenfalls abnehmende Anpresskraft
können
hohe Leckageraten entstehen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Als Material für das Klemmband kann insbesondere
Blech verwendet werden. Damit können gute
Ergebnisse bei relativ geringem Gewicht erzielt werden.
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Zum Zusammerziehen des Spannbandes wird
bevorzugt eine einzige Schraube verwendet. Dies spart Platz und
Gewicht. Außerdem
ist die Montage vereinfacht.
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Ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend
beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schelle,
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2 einen
Teilquerschnitt durch einen V-Flansch und
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3 eine
perspektivische Ansicht einer auf einen V-Flansch aufgezogenen erfindungsgemäßen Schelle.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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