DE2040111A1

DE2040111A1 - Zweiteiliges flanschartiges Verbindungsteil

Info

Publication number: DE2040111A1
Application number: DE19702040111
Authority: DE
Inventors: Stafford Warren Jess
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1969-09-08
Filing date: 1970-08-12
Publication date: 1971-03-11
Also published as: BE755801A; CA924750A; ES383229A1; GB1290757A; US3600012A; ZA704311B; FR2061060A5

Description

Zweiteiliges flanschartiges Verbindungsteil

Zweiteilige, flanschartige Verbindungsteile sind oft verwendet worden, um Rohr- oder Schlauchkupplungen mit Blöcken, verzweigten Rohranschlüssen und dergl. zu verbinden, um in den Fällen eine Strömungsmittelverbindung herzustellen, in denen es schwierig oder teuer ist, durchgehende kreisförmige Plansche zu verwenden, die der Flüssigkeitskupplung notwendigerweise dauernd zugeordnet sein müssen. Im letzteren Fall werden die Kosten der Austauschoder Ersatzanordnungen infolge des Einbaus des Flansches an der Kupplung selbst erheblich erhöht. Daher werden zweiteilige Flanschverbindungsstücke oft verwendet, um die Kupplung von hydraulischen Hochdrucks chlauehanordnungen,, die mit derartigen Kupplungen an jedem Ende ausgerüstet sind, an zugeordneten Gebilden zu befestigen. Die USA-Patentschrift 2 681 817 zeigt eine Art eines zweiteiligen Flanschverbindunge-

10 9 811/13 6 1

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

OppenmierBOroi PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

Stückes, das in der Erdbewegungeindustrie zur Verbindung der Kupplung von hydraulischen Hochdruckschlauchanordnungen mit den zugeordneten Bestandteilen, wie z.B. Ventilen, hydraulischen Zylindern und dergl«, weitverbreitete Verwendung gefunden hat.

In der Hydrauliktechnik und insbesondere bei Erdbewegungsmaschinen besteht ein allgemeiner Trend zu höheren Arbeitsdrücken in Hydraulikkreisen, so daß die Größe des einzelnen hydraulischen Betätigungsteils ohne den Verlust der verfügbaren Kraft verringert werden kann. Daher ist es nicht ungewöhnlich, in Erdbewegungsmaschinen Hydraul jkkre is β ™ anzutreffen, die mit Betriebsdrücken im Bereich zwischen 210 und 350 kp/cm arbeiten, wobei oft Druckstöße von mehr als 700 kp/cm auftreten.

Wenn in Hydraulikkreisen höhere hydraulische Drücke auftreten, müssen die zweiteiligen Flanschverbindungsteile, die zur Anbringung der Kupplungen an ihren zugeordneten Gebilden verwendet werden, höhere Drücke und Belastungen aushalten können. Beispielsweise muß bei einer Schlauchkupplung mit einem Innendurchmesser von 38,1 mm während eines Druckstoßes mit einer Höhe von 700 kp/em das zweiteilige Flanschverbindungsstück eine Kraft von 6790 kp oder mehr aushalten, die auf die Trennung W der Kupplung von dem zugeordneten Gebilde gerichtet ist. Daraus ergibt sioh, daß Kupplungen, die mit den herkömmlichen zweiteiligen Flanschverbindungsstucken befestigt sind, infolge der Verzerrung des Flansches und der Kupplung aufgrund dieser hohen Belastungen in derartigen Hydraulikkreisen von dem totalen Ausfall oder dem Lecken an der Verbindungsstelle bedroht sind·

Die gegenwärtig im Handel erhältlichen Flansohe sind ohne eine weitgehende Umgestaltung zur Verwendung in hydraulischen Hoohdruckkreisen nicht für die Verwendung bei diesen höheren Drücken geeignet. Eine derartige Umgestaltung kennte eine

109811/1361

20A0111

Erhöhung des Querschnittes der Flanschsegmente oder eine Erhöhung der Anzahl der Bolzenlöcher in jedem Segment umfassen, um die Verzerrung oder Verformung zu verringern oder den Ausfall zu verhindern, der durch die höheren Drücke besonders während Druckstößen bewirkt wird. Die Erhöhung der Querschnittsabmessung oder die Vermehrung der Anzahl der Bolzen oder auch die Verwendung beider Techniken in Verbindung miteinander verbessert zwar die Leistungsfähigkeit der herkömmlichen zweiteiligen Flansche, jedoch erfordern begrenzter Raum und Zugang oft andere Lösungen für ein annehmbares zweiteiliges Flanschverbindungsteil für den Hoclldruckbetrieb. Zweiteilige Flanschverbindungsteile mit einander überlappenden Segmenten zur Lastverteilung, wie z.B. der in der USA-Patentschrift 2 683 6l3 offenbarte Rohrflansch haben sich nicht als wirtschaftlich annehmbar für eine derartige Verwendung erwiesen, und zwar wegen ihrer komplizierten Herstellungserfordernisse und ihrer Unfähigkeit, den Faktor der hohen Belastung ohne eine sehr sorgfältige Bearbeitung und große Querschnittserfordernisse gleichmäßig zu verteilen.

Daher besteht die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in der Schaffung eines verbesserten Vierbolzen-Flanschverbindungsteils, das für den Betrieb bei hohem Druck geeignet ist.

Ferner soll erfindungsgemäß ein zweiteiliges Flanschverbindungsteil geschaffen werden, das durch das Lockern von drei Bolzen und die Herausnahme eines Bolzens bedient werden kann, um dadurch den Einbau und Ausbau von Kupplungen mit dem Flanschverbindungsteil zu erleichtern. Ferner soll erfindungsgemäß ein zweiteiliges Vierbolzen-Flanschverbindungs-

10 9 811/13 6 1

teil geschaffen werden, bei dem jeder Sektor durch drei Bolzen der vier Befestigungsbolzen gehalten wird, um eine verbesserte Lastverteilung hervorzurufen und die durch den Hochdruckbetrieb hervorgerufene Verzerrung oder Verformung herabzusetzen. Ferner soll erfindungsgemäß ein verbesserter zweiteiliger Vierbolzenflansch geschaffen werden, der nicht teuer ist.

Ein verbessertes zweiteiliges Flanschverbindungsteil zur Verbindung von Hochdruckkupplungen mit den zugeordneten hydraulischen Bestandteilen, das nur vier Befestigungsbolzen verwendet, besteht aus einem scheibenförmigen Flansch, der eine Mittelöffnung und vier Bolzenlöcher aufweist, Die Bolzenlöcher sind in Abstand in einem Umfangsmuster um die Mittelöffnung des Flansches angeordnet, und ihre Achsen verlaufen parallel zu der Mittelachse der Mittelöffnung. Der scheibenförmige Flansch ist diametral durch seine Mitte und die Achsen von zwei seiner vier Bolzenlöcher aufgeschnitten, um den scheibenförmigen Flansch in zwei einander gleiche bogenförmige Sektoren aufzuteilen. Jeder Sektor weist ein in der Mitte des Bogens befindliches Bolzenloch und an seinen entgegengesetzten Enden je ein halbes Bolzenloch auf. Ferner weist jeder Sektor eine halbkreisförmige Ausnehmung um seinen inneren Umfang auf, die eine abgestufte Wand für den Eingriff an einer Kupplung bildet, sowie vier Befestigungsbolzen, durch die zwei derartige Sektoren mit einer Hochdruckkupplung zusammengebaut werden können, um diese an einem zugeordneten Bestandteil zu befestigen, wobei drei der vier Befestigungsbolzen jeden der beiden Sektoren des zweiteiligen Flansches befestigen.

In den Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist, sind

109811/1361

Fig. 1 eine Draufsicht auf das neuartige zweiteilige

Flanschverhindungsteil mit eingesetzten Befestifungsholzen, zusammengehaut mit einer Hochdruckkupplung ,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in

Fig. 1 (die Linie 2-2 fallt mit der diametralen Linie A-A zusammen), und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, in der ein Sektor des zweiteiligen Flanschverbindungsteils gezeigt ist, das an einem hydraulischen Bestandteil angebracht ist, und mit drei der vier Befestigungsbolzen, wobei veranschaulicht wird, wie die Flüssigkeitskupplung mit drei der vier eingesetzten Bolzen abgenommen oder angebracht werden kann.

In Fig. 1 ist das neuartige zweiteilige Flanschverbindungsteil gezeigt, wobei die vier Befestigungsbolzen 11 in Bolzenlöchern 12 des kreisförmigen Flansches 13 eingeführt sind. Normalerweise werden unter den Köpfen 15 der Befestigungsbolzen Unterlegscheiben lh verwendet, wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. In Fig. 3 sind jedoch die Unterlegscheiben 14 nicht verwendet. Die Befestigungsbolzen werden normalerweise in Gewindelöcher 16 in dem Gebilde eines hydraulischen Bestandteils 17 eingeschraubt, wie z.B, dem verzweigten Rohranschluß eines hydraulischen Motors, einer Pumpe, eines Ventilkörpers oder dergl., mit dem das Verbindungsteil verwendet wird, um eine Hochdruckkupplung daran zu befestigen. Ein derartiges hydraulisches Bestandteil umfaßt eine Öffnung 18, die in Fig. 2 gezeigt ist und durch die das hydraulische Bestandteil mit der Kupplung verbunden ist und zur Herstellung einer Strömungsmittel— verbindung in Verbindung steht.

109811/1361

— ο —

Die Gewindelöcher l6 sind in Abständen voneinander um den Umfang der Öffnung 18 in dem Gebilde des hydraulischen Bestandteils 17 angeordnet, und das zweiteilige Flanschverbindungsteil wird dazu verwendet, eine Hochdruckkupplung 20 an dem hydraulischen Bestandteil zu befestigen, so daß der Durchgang 21 der Kupplung auf die Öffnung 18 in dem hydraulischen Bestandteil ausgerichtet ist. Eine Hochdruckkupplung umfaßt für gewöhnlich einen rohrförmigen Teil 22, der an einem kreisförmigen Kopf 23 befestigt ist, beispielsweise durch mechanische Ausdehnung der Rohrwand in eine mit Nuten ausgebildete Innenwand des Kopfes in dem Teil, in dem das Rohr und der Kopf teleskopartig ineinandersitzen. Eine derartige Verbindung ist in den Zeichnungen veranschaulicht. Natürlich kann der Rohrteil durch zahlreiche andere Verfahren, wie z.B. durch Schweißen, an dem Kopf befestigt werden, und normalerweise ist das Rohrteil ein Teil der Kupplungsverbindung mit einem hydraulischen Schlauch oder Hochdruckmetallrohren, wie sie bei Erdbewegungsmaschinen verwendet werden.

Für gewöhnlich weist der Kopf 23 der Kupplung einen in radialer Richtung verlaufenden Flansch 2k an seinem außen liegenden Ende auf, wodurch eine Schulter 25 gebildet wird, die eine kreisförmige Lagerfläche ist, über die ein zweiteiliges Flanschverbindungsteil an dem Kopf angreift, um ihn fest an die Fläche des hydraulischen Bestandteils 17 anzudrücken, an dem die Kupplung mit einem Flansch befestigt wird. Die Mündungsöffnung 26 in dem Kopf umfaßt eine Nut in der ein O-Ring 28 Aufnahme findet, um eine Flüssigkeitsdichtung hervorzurufen, wenn der O-Ring zwischen der Angriffsfläche des hydraulischen Bestandteils und der Grundfläche der Nut in dem Kopf zusammengedrückt wird, wenn der Kopf

109811/1361

durch Anziehen der Bolzen des zweiteiligen Flanschverbindungsteils in Anlage an dem hydraulischen Bestandteil gebracht wird.

Die Ausbildung des Flansches 13 des zweiteiligen Flanschverbindungsteils 10 ist von wesentlicher Bedeutung für die Erzielung der gewünschten Ergebnisse. Der Flansch ist im wesentlichen kreisförmig oder oval, und weist eine Mittelöffnung 30 für die Aufnahme des Kopfes 23 der Hochdruckkupplung 20 auf. Aus der in Fig. 1 gezeigten Draufsicht ist ersichtlich, daß die.Achsen der Bolzenlöcher 12 der vier Befestigungsbolzen 11 auf der einen oder der anderen sich kreuzenden diametralen Linien A und B liegen, die durch den Mittelpunkt C der Öffnung 30 verlaufen, der auch der Mittelpunkt der Kupplung ist. Diese diametralen Linien sollten sich zur besten Lastverteilung und geringsten Verzerrung oder Verformung je nach den anzustellenden räumlichen Überlegungen in einem Winkel schneiden, der um höchstens 40 von einem rechtwinkligen Schnittwinkel abweicht. Ein bevorzugtes Verhältnis zwischen diesen diametralen Linien bewegt sich im Bereich einer Abweichung von 35 von einem rechtwinkligen Schnitbwinkel. Die Bolzenlöcher 12, die durch den Flansch verlaufen, sind in dem Flansch um den Umfang der Mittelöffnung und natürlich auf den beiden diametralen Linien angeordnet, wie es in der Zeichnung angedeutet ist ο Ferner sind die Achsen dieser Bolzenlöcher parallel zu den Achsen der Öffnung 30 ausgerichtet, so daß die Bolzenlöcher an der oberen Fläche 31 und der unteren Fläche 32 des scheibenförmigen Flansches münden.

Der scheibenförmige Flansch ist entlang einer diametralen Linie A oder B aufgeschnitten, und in Fig. 1 bildet

10 9 8 11/13 6 1

2OA0111

die diametrale Linie A die Schnittebene. Der Flansch kann als ein einheitliches Gebilde hergestellt werden und nach Ausbildung der Öffnung 30 sowie der Bolzenlöcher 12 entlang der diametralen Linie A aufgeschnitten werden, um den Flansch in zwei gleiche bogenförmige Segmente 33 aufzuteilen, die jeweils ein !mittleres Bolzenloch 12 und zwei halbe Bolzenlöcher aufweisen, die sich an ihren entgegengesetzten Enden 3^ befinden, so daß vier Bolzenlöcher gebildet werden, wenn zwei dieser Segmente so zusammengesetzt werden, daß ihre halben Bolzenlöcher jeweils aufeinander ausgerichtet sind. Es ist ersichtlich, daß bei dieser Anordnung drei der vier Befestigungsbolzen ψ ständig in Eingriff mit jedem bogenförmigen Sektor 33 stehen, um ihn an dem Gebilde zu befestigen und dadurch die hydraulische Kupplung 20 an dem zugeordneten hydraulischen Bestandteil festzuklemmen.

Der Kopf 23 der Hochdruckkupplung kann leicht von einem Sektor 33 abgenommen werden, während dieser Sektor noch immer mit drei lockeren Bolzen 11 an einem zugeordneten hydraulischen Bestandteil befestigt ist, indem die Kupplung in Richtung des Pfeils D in Fig. 3 bewegt wird. Daraus ist !Öreichtlich, daß es lediglich notwendig ist, einen einzigen Befestigungsbolzen herauszunehmen und die anderen drei zu ^ lockern, um zu gestatten, einen der bogenförmigen Sektoren abzunehmen, um die mit dem neuartigen zweiteiligen Flanschverbindungsteil verbundene Hochdruckkupplung zu warten oder auszutauschen.

Jeder der bogenförmigen Sektoren 33 umfaßt eine halbkreisförmige Ausnehmung 35» die von seiner Bodenfläche 32 um ihren inneren kreisförmigen Umfang (eine Hälfte der Öffnung 30) zu seinem mittleren Teil verläuft, wodurch eine

10981 1/1361

abgestufte Wand hervorgerufen wird und eine Lagerfläche 36 gebildet wird, die an etwa einer Hälfte der kreisförmigen Lagerfläche 25 des Kopfes 23 der Hochdruckkupplung angreift, wenn ein Sektor mit der Kupplung zusammengesetzt wird. Der Abstand von der Lagerfläche 36 jedes Sektors zu seiner unteren Fläche 32 ist geringer als die Dicke des Flansches 34, oder es können der Flansch 24 und Abstandsstücke verwendet werden, so daß die Klemmwirkung der Befestigungsbolzen immer durch den Kopf der Kupplung und nicht an der Bodenfläche des Verbindungsflansches ausgeübt wird. Dieser Abstandsunterschied ist in Fig. 2 veranschaulicht.

Normalerweise sitzen alle Bolzen 11 eng in den Bolzenlöchern 12, so daß , wenn ein Sektor durch zwei oder mehrere Bolzen 11 gehalten wird, wie in Fig. 3 gezeigt, der Sektor nicht das Bestreben hat, sich um sein einziges mittleres Befestigungsbolzenloch zu drehen. Die Öffnung 30, die gebildet wird, wenn zwei bogenförmige Sektoren 33 miteinander zusammengesetzt werden, sowie die Wände der Ausnehmung 35 sitzen eng an dem Kopf, so daß dieser keine Neigung hat, sich in nennenswertem Maß in der Kupplung seitlich zu bewegen oder zu vibrieren.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die vier Befestigungsbolzen 11 in Umfangsrichtung um den Sektor für eine ausgezeichnete Lastverteilung angeordnet sind, und daß die einzelnen Sektoren nicht durch das Vorhandensein von mehr als einem vollständigen Bolzenloch in jedem Sektor geschwächt werden. Als Ergebnis der Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität jedes Sektors können kleinere Flanschgrößen (Querschnittsflächen) verwendet werden, ohne daß dadurch Verzerrungen und Leckstellen auftreten, die für gewöhnlich bei den herkömmlichen zweiteiligen Flanschverbindungsteilen auftreten,. Ferner gibt es keine freitragenden Endteile an

10 9 811/13 6 1

20A0111

jedem Sektor, wie es bei den bekannten Vierbolzen-Flanschverbindungsteilen üblich ist. Daraus ergibt sich, daß ein Kippen des neuartigen Flanschverbindungsteils unter Hochdruckbelastungen weniger wahrscheinlich ist, da aufgrund der Dreipunktbefestigung keine Drehung der Sektoren auftritt. Dieses Kippen kann bei den herkömmlichen zweiteiligen Vierbolzenflanschen auftreten, da nur zwei Befestigungsbolzen in jedem Sektor zur Befestigung des Sektors vorhanden sind und der Sektor um eine Achse schwingen oder kippen kann, die durch die beiden Befestigungsbolzen verläuft. Bei dem zweiteiligen Flanschverbindungsteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine dreieckige Dreibolzenbefestigung für jeden Sektor erzielt worden.

10981 1/1361

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Zweiteiliges Flanschverbindungeteil für die Anbringung von Hochdruckkupplungen an zugeordneten hydraulischen Bestandteilen, gekennzeichnet durch einen scheibenförmigen Flansch (13) mit einer Mittelöffnung und vier Befestigungsbolzenlöchern (12), die um den Umfang der Mittelöffnung angeordnet sind, wobei die Bolzenlöcher (12) so angeordnet sind, daß, die Achsen von jeweils zwei diametral gegenüberliegenden Bolzenlöchern auf einer von zwei sich schneidenden diametralen Linien (A bzw. B) liegen, die durch den Mittelpunkt des ringförmigen Flansches verlaufen, und wobei der scheibenförmige Flansch entlang einer dieser diametralen ' Linien (A) aufgeschnitten ist, wodurch der scheibenförmige Flansch in zwei einander gleiche bogenförmige .Sektoren aufgeteilt wird, so daß jeder Sektor ein mittleres Bolzenloch und zwei halbe Bolzenlöcher an seinen entgegengesetzten Enden aufweist, so daß durch den Zusammenbau gleicher Sektoren ein Flansch mit vier Bolzenlöchern gebildet wird, in jedem Sektor ausgebildete Befestigungsmittel, die mit einer Lagerfläche (25) des Kopfes (23) einer zu befestigenden Hochdruckkupplung zusammenwirken, und vier Befestigungsbolzen (ll), die einen Kopfteil (15) aufweisen, der breiter ist, als das zugeordnete Bolzenloch, und die dazu dienen, jeden Sektoren mit drei der vier Bolzen zu befestigen, wenn der Sektor an einem Bestandteil angebracht ist, an dem die Hochdruckkupplung befestigt werden soll.

2. Zweiteiliges Flanschverbindungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander schneidenden diametralen Linien (A, β) durch den Mittelpunkt des

10 9 8 11/13 6 1

scheibenförmigen Flansches und je zwei Bolzenlöcher verlaufen, sich in einem Winkel schneiden, der höchstens um 40 von einem rechtwinkligen Schnittwinkel abweicht.

3. Zweiteiliges Flanschverbindungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel in jedem Sektor eine abgestufte Wand umfassen, die eine Lagerfläche aufweist, welche mit der Lagerfläche des Kopfes zusammenwirkt, so daß die Kupplung durch das Verbindungsteil befestigt wird.

k. Zweiteiliges Flanschverbindungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen eng in den Bolzenlöchern sitzen, um die Bewegung des bogenförmigen Sektors zu begrenzen, wenn er durch zwei oder mehr Befestigungsbolzen befestigt ist.

10981 1/1361