DE2404890A1

DE2404890A1 - Flanschverbindung

Info

Publication number: DE2404890A1
Application number: DE19742404890
Authority: DE
Inventors: Heinrich Fend
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-03-27
Filing date: 1974-02-01
Publication date: 1974-10-03
Also published as: FR2223620B1; DE2404890C2; GB1422758A; FR2223620A1; CH559333A5

Description

Dfp!-Ph"3.

Willy Lorenz

Patentanwalt
803*; Gauting

Hubert.«:'-. 83Vz

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1. Februar 1974 Meine Akte; f 64-j,DT

Heinrich Fend, St. Gallerstrasse 10, 9H70 Buchs

Flanschverbindung.

Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung für Rohre, bei der jeweils unter Zwischenlegen eines Dichtungsrings durch im Keilanzug über die Flansche greifende, mittels einer Spannvorrichtung schliessbare, miteinander verbundene Spannelemente mit keilförmiger Innennut die an den Rohrenden befindlichen Flansche unter hohem Druck gegeneinander pressbar sind.

Derartige Flanschverbindungen zum schnellen Verbinden bzw. Lösen von Rohrleitungen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt und gebräuchlich.

Schwierigkeiten bestehen jedoch bei schnell lösbaren Flanschverbindungen, die in bestimmten Anwendungsgebieten, z.B. bei Verwendung von Metalldichtungen, hohen Anpressdruck der Rohrflansche gewährleisten müssen. Die schnelle Lösbarkeit bzw. das schnelle Schliessen derartiger Flanschverbindungen wird häufig bei Versuchsaufbauten oder aber auch in anderen Bereichen, z.B. beim Vorliegen von Strahlenbelastung

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für das Bedienungspersonal gefordert.

Die 'bekannten schnell handhabbaren Flarischverbindungen sind entweder zu schwach, um den erforderlichen Anpressdruck z.B. bei Metalldichtungen zu gewährleisten, oder es ist keine gleichmässige Verteilung des Drucks über den gesamten Umfang der Flansche erreichbar.

Es wurde deshalb auch bereits vorgeschlagen, Ketten mit einzelnen, jeweils eine keilförmige Unfangsnut aufweisenden Rollen über die Flansche zu spannen und damit gleichmassigen hohen Anpressdruck zu erzielen. Diese Lösung weist jedoch zwei schwerwiegende Nachteile auf: Zum einen ist das Prinzip bei kleinen Flanschdurchmessern wirtschaftlich kaum anwendbar und zum anderen ergeben sich durch die punktförmige Berührungsfläche zwischen Rollen und Flanschrand Verformungen der Flarischoberflache, wodurch beim Spannen ein gleichmässiges Weiterleiten der Spannkräfte auf sämtliche Rollen' nicht erreichbar ist; dies führt zwangsläufig zum Entstehen von Druckdifferenzen auf dem Flanschunfang und damit zu undichten Verbindungen. Das Problem der Deformierung von Rollen und Flanschen lässt sich zwar durch Verwendung von gehärtetem Material bei sämtlichen Bauteilen abschwächen, doch führt dies zu wirtschaftlich nicht vertretbarem Aufwand, ohne dass dabei die geschilderten Ilachteile vollständig vermieden würden.

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Der³ Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden, insbesondere also eine Flanschverbindung zu schaffen, welche schnell lös- und verbindbar ist und Zusammenpressen der Rohrflansche unter gleichmässig hohem Druck gewährleistet. '

Erfindungsgemäss wird dies in erster Linie durch die Kombination folgender Merkmale erreicht:

Die Flanschverbindung ist als Kette mit einer Kettenspannvorrichtung zum Aufbringen der Umfangsspannung und zum Anlegen der Verbindung ausgebildet,

die Spannelemente sind als längliche Glieder in dieser Kette angeordnet,

die keilförmige Innennut jedes Spannelements weist eine Längskrümmung mit derart grösserem Radius als die Flansche auf_ä dass sie mit diesen nur partiell in Eingriff steht.

Dadurch wird auf optimal einfache Weise erreicht, dass sich Flansche und Spannelemente auf einer jeweils ausreichend grossen Fläche berühren, um Deformierung der Bauteile zu vermeiden; gleichzeitig wird jedoch gewährleistet, dass die einzelnen Spannelemente als Glieder der .Kette flexibel bei:n

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Hachspannen auf den Flanschen kippen und/oder gleiten und dadurch gleichmässige Verteilung der Anzugskraft über den Flanschumfang gewährleisten.

Die Dimensionierung der Krümmung der Spannelemente kann dabei jeweils unschwer in Abhängigkeit von der Materialpaarung, dem Flanschdurchmesser, und der erforderlichen Spannkraft empirisch ermittelt werden. Bei grossem Flanschdurchmesser und einer Vielzahl von Spannelementen ist als Grenzwert der Krümmung durchaus denkbar, dass die Innennut als die Flansch-Aussendurchmesser tangierende Gerade verläuft.

Besonders vorteilhaft ist dabei auch, dass für bestimmte Durchmesserbereiche jeweils die gleichen Spannelemente verwendbar sind und die Anpassung an Durchmesserschwankungen gegebenenfalls rationell durch Verkürzung oder Verlängerung der Zwischenglieder der Kette oder durch Vorsehen einer jeweils verschiedenen Anzahl von Spannelementen und/oder Zwischengliedern erreichbar ist.

Durch die neue Flanschverbindung lassen sich ohne weiteres Kräfte bis etwa 100 Kilopond pro Zentimeter Dichtungslänge , wie sie z.B. für Aluminiumdichtungen erforderlich sind, erreichen. Darüber hinaus wird dabei eine universell verwendbare Flanschverbindung geschaffen, die besonders bei den nach

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Pneurop genormten, sog. Kleiriflanschverbindungen verwendet werden kann, jedoch auch mit konischen Ueberwurfringen bei normalen Klammerflanschen der gleichen Norm einsetzbar ist,

Ersichtlicherweise v/erden der technische Fortschritt und der erfinderische Inhalt des Anmeldungsgegenstands sowohl durch die spezielle Merkmalskombination als auch durch Unterkombinationen und die neuen Merkmale an sich gewährleistet.

Die Erfindung ist im folgenden in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Schnitt I - I der Fig. 2- eine Klein-Flanschverbindung mit einer eingelegten Metalldichtung,

Fig. 2 eine Schnellverbindung mit vier konkav gebogenen Spannelementen in der Ansicht,

Fig. 3 eine Schnellverbindung mit drei Spannelementen für eine andere Nennweite im Schnitt, wobei die gleichen Spannelemente wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2, jedoch kürzere Zwischenglieder¹ verwendet werden,

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Fig. 4· einen Schnitt IV - IV durch eine sogenannte Pneurop-Flanschverbindung mit zusätzlichen konischen Ueberwurfflanschen für eine grössere Nennweite und mit geraden Spannelementen,

Fig. 5 die Verbindung gemäss Fig. 4 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht und mit einer Ausführungsvariante des Verschlusses, und

Fig. 6 einen Schnitt VI - VI gemäss Fig. 5.

Figuren 1 und 2 zeigen zwei zu verbindende Rohrenden 11 und II¹ mit jeweils konischen Flanschen 12 und 12'. Dazwischen befindet sich eine Dichtung 13. Auf den konischen Flanschen 12, 12' aufgelegt sind Spannelemente 14, 14', 14'' und 15, welche mit Zwischengliedern 17, 17' und 17'' durch Bolzen 16 verbunden sind. Aus Fig. 2 ist die Anordnung dieser Elemente am besten ersichtlich.

Das letzte Spannelement 15 weist eine Ausfräsung 18 füreinen Spannbolzen 19 mit Spannschraube 20 und Spannmutter 21 auf. Der Spannbolzen 19 ist dabei gleich breit wie das Spannelement 15. Die Spannmutter 21 weist ausser einer Sechskantfläche am Umfang noch eine Hilfsbohrung 22 zum Spannen auf.

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Im Schnitt gemäss Fig. 3 ist eine vergleichbare Anordnung dargestellt. Dabei sind genau dieselben Spannelemente 14, "15, jedoch kürzere Zwischenglieder 2 3 vorgesehen, so dass die kleinere Wennweite des Rohrendes 24' fest umschlossen wird.

Die Funktion ist bereits aus den Figuren ersichtlich: Die Schraube 2 0 ist auf dem Bolzen 16 schwenkbar, sobald die Spannmutter 21 gelöst ist, so dass der Spannbolzen 19 aus dem Spannelement 15 ausgehängt und die Verbindung schnell gelöst werden kann. Umgekehrt kann nach dem Auflegen der ganzen Kette auf die Flansche 12, 12' und nach dem Einhängen des Verschlusses die Spannmutter 21 einfach angezogen werden. Dadurch wird die Kette zusammengezogen und durch die Spannelemente I¹I, 15 ein Anpressdruck auf Flansche 12, 12' und Dichtung 13 ausgeübt. Sobald die Spannelemente 14, 15 auf den Flanschen 12, 12' fest anliegen, steigt die Reibung und wirkt dem Verschieben der Spannelemente 14, 15 beim Anziehen der Spannmutter 21 entgegen. Die Spannelemente 14, 15 können jedoch durch die gewählte Formgebung bis zum endgültigen Sitzen der Flanschverbindung ebenfalls durch Kippen um ihren mittleren Auflagepunkt auf den Flanschen 12, 12' die angelegte Spannkraft weiterleiten, so dass gleichmässiger Druckverlauf über den Flanschumfang gewährleistet ist. Damit wird eine gleichmässige Verteilung der auf die Dich-

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tung 13 ausgeübten Kraft erreicht. Gleichzeitig wird dadurch gewährleistet, dass die Flächenpressung auf den Flanschen 12, 12' den kleinstmöglichen Wert annimmt, sofer:: der Radius der Spanneleraente IM-, 15 etwas grosser ist als der Radius der zugehörigen Flansche 12, 12'. Dies ist besonders bei kleinen Flanschdurchinessern wesentlich.

Fig. 4 bis G zeigen die Verbindung von zwei sogenannten Pneurop-Klaramerflans-chen 25 und 25', zwischen denen eine Dichtung 31 vorgesehen ist. In üblicher V/eise liegen zwei Sprengringe 26 und 26' am Umfang der Flansche 25, 25' und bilden so den Anschlag für zwei konische Ueberwurfflansche 27 und 27', auf welchen Spannelemente 32 mit Bolzen 29 und Zwischengliedern 30 liegen.

An der Verbindungsstelle der Spannelemente 32 sind je zwei Laschen 3 3 und 33' als Zwischenglied aussen an den End-Spannelementen 37, 38 angeordnet, um Platz für eine Spannschraube 34 mit Hülse 35 und Drucklager 36 zu schaffen. Die Spannschraube 34 ist ist in dem speziell ausgebildeten End-Spannelement 3 7 geführt, mittels eines Sprengringes 39 gesichert sowie in das Spannelement 3 8 eingeschraubt. Die Laschen 33, 33' des Zwischenglieds sind auf einer Seite auf Bolzen 40, 40' aufgesteckt und mittels Sprengringen 41, 41' gesichert und auf der anderen Seite auf Bolzen 42 ge-

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steckt und durch Sprengringe 43, 43' gesichert.

Bei der in den Figuren 4 bis 6 dargestellten Ausführung handelt es sich im Prinzip um die gleiche Anordnung wie genäss Figuren 1 bis 3, die jedoch für einen grösseren Durchmesser und damit für grössere Kräfte ausgelegt ist. Der Einsatz ist ersichtlicherweise sowohl für die dargestellten planen Flansche 25, 25' bei Verwendung der Ueberwurfflansche 27, 27' als auch bei von Haus aus konischen Flanschen möglich.

Die Spannschraube 34 zieht dabei über die Hülse 35 und das Drucklager 3 6 die beiden Kettenenden zusammen. Letzteres verringert die Reibung beim Anziehen, so dass bei gleichem Kraftaufwand eine viel grössere Spannkraft erreicht werden kann. Zum Erleichtern des Zusammensteckens der beiden Enden bei der Montage besitzt Schraube 34 vorne einen Zentrierdurchmesser 44.

Die hier entsprechend dem grösseren Durchmesser der Flansche 25, 25' gerade ausgeführten Spannelemente 32 sind sehr einfach herstellbar; sie berühren die Flansche 25, 25' nur' in. der Mitte und können sich dadurch beim Spannen noch etwas einstellen. Dabei weisen die beiden End-Spannelemerite 37 und 38 ebenfalls eine keilförmige Nut auf und drücken die Flansche 25, 25' zusammen, da andernfalls eine zu grosse Lücke ohne Spannkräfte entstehen würde.

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Bei diesem grossen Durchmesser wird'die Kraftübertragung auf die dem Verschlussteil gegenüberliegende Flanschseite infolge der grösseren Anzahl von Spannelenenten 32 etwas ungünstiger. Trotzdem bleibt sie in genau kontrollierten Grenzen und ist noch wesentlich günstiger als bei bekannten Verbindungen. Sofern - als ungünstigster Fall - reine ümschlingungsreibung vorliegt und ein Reibungskoeffizient von etwa 0,15 angenommen wird, so ergibt sich, für e/"¹⁰* ein Wert von 1,6 für 18 0 . Die Spannschraube nuss also maximal mit der 1,6-fachen Kraft angezogen werden, um auf der Rückseite des Flansches noch die geforderte Spannkraft zu gewährleisten. Für grössere Durchmesser ist es sehr einfach, diesen Wert noch herabzusetzen, indem um 13 0 versetzt ein zweiter Verschluss angeordnet wird. Der Faktor 1,6 wird dabei auf 1,25 reduziert. Beim Anziehen werden dann beide Schrauben gespannt, während zum vollständigen Lösen der Flanschverbindung nur eine Schraube geöffnet werden muss, um die Kette aus Spannelenenten und Zwischengliedern abzunehmen.

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Claims

Patentansprüche 2^04

1») Flanschverbindung für Rohre, bei der jeweils unter Zwischenlegen eines Dichtungsrings durch im Keilanzug über die Flansche greifende, mittels einer Spannvorrichtung schliessbare, miteinander verbundene Spannelemente mit keilförmiger Innennut die an den Rohrenden befindlichen Flansche unter hohem Druck gegeneinander pressbar sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Die Flanschverbindung ist als Kette ausgebildet;

b) die Spannelemente (14, 15, 32, 37, 38) sind Glieder dieser Kette J

c) die keilförmige Innennut jedes Spannelements weist eine Längskrümmung mit derart grösserem Radius als die Flanschkrümmung auf, dass die Innennut jedes Spannelements nur partiell mit dem Flansch in Eingriff steht.
2. Flanschverbindung nach Patentanspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Spannelementen (14, 15; 32, 37, 38,) jeweils ein Zwischenglied (17, 33) vorgesehen ist.

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_ τ ο _
3. Flanschverbindung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (19, 20, 21} 34, 35, 36) eine gelenkig mit zwei aufeinander folgenden Spannelernenten (14, 15 j 37, 38) verbundene Spannschraube (20; 34) aufweist.
4. Flanschverbindung nach Patentanspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das eine Spannelement (15) eine kreisförmig gebogene Auflagefläche zur gelenkigen Aufnahme der Spannmutfcer (21) aufweist.

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