DE2430627C3 - Flanschverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung mit iwei Flanschen, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben und beispielsweise aus dem DBGM 30 365 bekannt ist.

Bei dieser bekannten Ausbildung sind die beiden Flanschen in gleicher Konfiguration ausgeführt und weisen beide eine Findrehung auf, in der je ein Ende eines Zentrier- und Dichtringes sitzt. Dieser Zentrier- und Dichtring kann entweder als Hohlzylinder ausgebildet sein, so daß seine als Dichtungskragen wirkenden Enden mit ihrer Stirnfläche dichten sollen, oder jedes der Enden des Zentrier- und Dichtrings kann kegelitumpfförmig abgeschnitten sein, so daß die Dichtung auf einer auf der abgeschrägten Kegelstumpffläche liegenden Kreislinie erfolgt.

Nachteilig ist bei dieser bekannten Ausbildung, daß es nur an der Stirnfläche der Dichtungskragen zu einer Abdichtungswirkung kommt und diese Wirkung im Betrieb, z. B. beim Auftreten von erheblichen Innendrücken, dadurch beeinträchtigt werden kann, daß die an der Stirnfläche in Axialrichtung wirkende Andrück· so kraft kleiner wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, die zuverlässige Dichtheit einer Flanschverbindung auch beim Auftreten hoher Innendrücke zu gewährleisten. Dabei soll die Flanschverbindung konstruktiv einfach bleiben, eine leichte Und deswegen metallsparende Bauart gestatten und mit mäßigen Anzugskräften der Verbindungsschrauben auskpmmen.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Hinter dieser Ausbildung steht die Erkenntnis, daß die beim Anziehen von Flanschen auftretende Verformung zur Bewirkung einer zusätzlichen Abdichtung herangezogen werden kann. Die Art der beim Anziehen von Flanschverbindungen auftretenden Verformungen ist bekannt, z. B. aus der Zeitschrift »technica«, 1967, Seite 1157 ff. Es handelt sich um eine Biegung des vorher ringscheibenförmigen Flansches derart, daß dieser sich etwas einstülpt, also im Querschnitt betrachtet gedreht wird und eine schwach kegelstumpfförmige Gestalt annimmt. Diese Verformungen werden jedoch als unerwünscht angesehen und es werden Lösungen gesucht, mit denen diese Erscheinungen bzw. deren Wirkungen vermieden oder verringert werden können.

Die vorliegende Erfindung macht sich nun diese bisher unerwünschten Verformungen derart zunutze, daß diese durch die ringförmige Abstützung erleichtert werden und es durch entsprechende Auswahl der Passungen auf der zylindrischen Umfangsfläche des Dichtungskragens zu einer Anpressung des Randes der Innenfläche kommt und dadurch eine zusätzliche Abdichtung zustandekommt. Diese zusätzliche Abdichtung ist in dem Sinne selbstverstär'.end, als bei einer Erhöhung des Ronrinnendrucks durch die zunehmende Verformung des Flansches das dichtende Anpressen stärker wird. Dabei kann ein vorher eventuell gegebenes dichtendes Tragen an der Stirnfläche des Dichtungskragens abgeschwächt werden oder ganz verlorengehen, ohne daß die Dichtigkeit der Verbindung in Frage gestellt wird.

Die in Anspruch 2 vorgeschlagene zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung, bei der die ringförmige Abstützung einstückig mit einem der Flansche ausgeführt ist, z. B. am Dichtungskragen angeformt ist, der seinerseits einstückig mit dem Flansch verbunden ist, empfiehlt sich insbesondere bei "ler Verbindung von Rohren unterschiedlichen Durchmessers oder beim Verschließen eines Druckgefäßes mit einem Deckel, wobei der Dichtungskragen mit ringförmiger Abstützung am Deckel angeformt ist.

Es kann allerdings auch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 zweckmäßig sein, wobei dann beide Flansche die gleiche Konfiguration aufweisen können und die er^findungsgemäß erzielte zusätzliche Abdichtung doppelt, nämlich an jedem der Flansche auftritt.

Durch die Maßnahme gemäß Anspruch 4 kann schließlich eine sichere anfängliche Abdichtung an der Stirnfläche der Abstützung gewährleistet werden, wenn es zweckmäßig erscheint, die Passungen so zu wählen, daß die zusätzliche Abdichtung erst im Betrieb beim Auftreten von Innendrücken hinzukommen soll.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert. F.s zeigt

F 1 g. 1 eine erste Ausführungsform der Flanschverbindung;

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform der Flanschverbindung;

F i g, 3 die Einzelheil V in F i g. 2 Vergrößert;

Fig.4 eine dritte Ausführungsform der Flanschverbindung;

F i g. 5 eine vierte Ausführungsform der Flanschverbindung;

F i g. 6 eine fünfte Aüsführurigsform der Flanschverbindung;

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F i g. 7 die Einzelheit Xh in F i g. 6 vergrößert;

F i g. 8 eine sechste Ausführungsform der Flanschverbindung;

F i g. 9 eine siebente Ausführungsform der Flanschverbindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Flanschverbindung kann zum Aufschrauben des Deckels eines Druckbehälters oder zum Verbinden von Rohren unterschiedlichen Durchmessers dienen. Die Flanschverbindung enthält einen (gemäß der Zeichnung) oberen Flansch 1, der, wie mit enger Schraffur angedeutet, zu einem Deckel gehören kann oder, wie mit weiter Schraffur angedeutet, zu einem Rohr kleineren Durchmessers gehören kann, sowie einen unteren Flansch 2. Am oberen Flansch 1 ist einstückig mit diesem ein Dichtungskragen 3 in Form eines zylindrischen Fortsatzes ausgebildet. Der untere Flansch 2 besitzt eine zentrale Bohrung, auf deren Seitenfläche eine zylindrische Ausdrehung 4 eingearbeitet ist.

Die Ausdrehung 4 ist in dem Flansch eingearbeitet, der im Vergleich mit dem anderen eine geringere Steifigkeit aufweist, im vorliegenden Fall also im Flansch 2. Der Dichtungskragen 3 sitzt mit einer Passung in der Ausdrehung 4 im Flansch 2, die in Abhängigkeit von der Steifigkeit des Flansches 2, des Werkstoffs der Flansche 1 und 2, ihrer Herstellungsgenauigkeit, der Bearbeitungsgüte der Oberflächen des Dichtungskragens 3 und der Ausdrehung 4 im Flansch 2 sowie auch vom Druck und von den Eigenschaften des abzudichtenden Mediums gewählt ist.

Zum Zusammenziehen der Flansche 1 und 2 und zur Schaffung einer hermetisch dichten Verbindung derselben dienen Schraubenbolzen 5 mit Muttern 6, die in den Flanschen 1 und 2 in gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Bohrungen sitzen.

Zur Erleichterung der noch näher zu beschreibenden Verformungen beim Festziehen der Muttern 6 und beim Auftreten von Innendruck ist an der unteren Stirnfläche des Dichtungskragens 3 eine ringförmige Abstützung 8 in Form .ines umlaufenden Wulstes ausgebildet. Diese stützt sich auf die Grundfläche der Ausdrehung 4.

In der Ausbildung der Flanschverbindung gemäß F i g. 2 ist im (gemäß der Zeichnung) unteren Flansch 9 die zentrale Bohrung ausgebildet, in welche der Dichtungskragen 3 hineinragt. Der Flansch 9 weist eine im Vergleich mit dem Flansch 1 geringere Steifigkeit auf Das Radialspiel zwischen der Oberfläche der Bohrung im Flansch 9 und der Seitenfläche des Dichtungskragens 3 wird ausgehend von den oben angegebenen Bedingungen gewählt.

Auf der dem Flansch 1 zugekehrten Stirnfläche des Flansches 9 ist in einem gewissen Abstand von seiner Bohrung eine ringförmige Abstützung 10 ausgeführt, dessen (gemäß der Zeichnung) oberer Teil, der mit der Stirnfläche des Flansches 1 in Berührung steht, einen halbkreisförmigen Querschnitt hat. Die Höhe h der Abstützung 10 und seine Breite b werden so gewählt, daß eine Drehung des weniger steifen Flansches 9 in bezug auf die Kammlinie der Abstützung 10 beim Zusammenziehen der Flansche 1 und 9 mittels der Schraubenbolzen 5 ermöglicht wird.

In Fig.4 ist eine Ausführungsform der Flanschverbindung dargestellt, deren Konstruktion es erlaubt, mit kleineren Anzugskräften der Schraubenbolzen 5 auszukommen. Diese Flanschverbindung hat einen Flansch 11, der z. B. als Ganzes mit einem Druckbehälterdeckcl ausgeführt ist, und ci'Jen Flansch 12, welcher zu dem Druckbehälter selbst gehört. Der Flansch 11 ist steifer als der Flansch 12. In den einander zugekehrten Stirnflächen jedes der Flansche 11 und 12 sind einander gegenüber Ringnuten 13 eingearbeitet, die zur Unterbringung einer ringförmigen Abstützung 14 in Form eines Rings dienen, welcher teilweise in die beiden Nuten 13 hineinragt Die Höhe des Ringes 14 übersteigt etwas die Gesamttiefe der Nuten 13. In dieser Ausführungsform ist der Dichtungskragen 3 ebenfalls als Ganzes mit dem steiferen Flansch 11 ausgebildet und ragt in die Bohrung des Flansches 12 hinein.

Die in F i g. 5 dargestellte Flanschverbindung hat einen Flansch 15, der wieder als eine Einheit mit einem Druckbehälterdeckel ausgeführt sein kann, und einen Flansch 16, welcher zu dem Druckbehälter selbst gehört. Der Flansch 15 weist eine im Vergleich mit dem Flansch 16 größere Steifigkeit auf. Der Dichtungskragen 3 ist als Ganzes mit dem Flansch 15 ausgebildet und ragt in die Bohrung des Flansches 16 hinein.

Auf der Stirnfläche des Flansches 15 ist in einem gewissen Abstand vom Dich·- ngskragen 3 eine ringförmige Abstützung 17 ausget'-hrt. deren Hohe und Breite ausgehend von denselben Bedingungen gewählt werden, welche für die Abstützung 10 des Flansches 9 in F i g. 2,3 angegeben sind.

In der Stirnfläche des Flansches 16 ist gegenüber der Abstützung 17 eine Ringnut 18 eingearbeitet, in der eine Dichtung 19 untergebracht ist. Die Abstützung 17 liegt an der Dichtung 19 an.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen von Flanschverbindungen sind vorwiegend zum hermetisch dichten Aufsetzen von Deckeln auf Druckbehälter oder zum Verbinden von Rohren unterschiedlicher Durchmesser bestimmt. Die Anwendung jeder der vorgeschlagenen Bauarten richtet sich nach den konkreten Bedingungen, von denen die wichtigsten die Werkstoffe, aus denen die Flansche und der Dichtungskragen bestehen, sowie die physikalischen und chemischen Eigenschaften des abzudichtenden Mediums sind.

Zur Verbindung von Rohren gleichen Durchmessers dient die in Fig. 6 dargestellte Flanschverbindung. Zu ^Jieser gehören ein Flansch 26 und ein Flansch 27. von denen jeder eine zentrale Bohrung 28 besitzt. In der Innenfläche der Bohrungen 28 sind ringförmige Ausdrehungen zur Anordnung des Dichtur.gskragens 23 eingearbeitet. Auf der Stirnfläche des (gemäß der Zeichnung) oberen Flansches 26 in der Nähe des Dichtungskragens 23 ist eine ringförmige Abstützung 29 ausgeführt, deren in F i g. 7 eingezeichnete Breite b\ und Höhe h\ so gewählt sind, daß eine Drehung der Flansche 26 und 27 in bezug auf die Kammlinie der Abstützung 29 beim Anziehen der Bolzenschrauben 5 ermöglicht wird.

In einer solchen Flanschverbindung verbleibt zwischen der (gemäß der Zeichnung) oberen Stirn des Dichtungskragens 23 und der Grundfläche der Ausdrehung 22 im Flansch 26 ein Abstand, dor zur Gewährleistung des Anliegens der Abstützung 29 an der Stirnfläche des Flansches 27 notwendig ist.

Eine Verminderung der Anzugskraft der Schraubenbolzen 5 beim Zusammenziehen der Flansche ist bei der Flansch»erbindung gemäß Fig.8 möglich, bei welcher in den einander zugekehrten Stirnflächen der Flansche 30 Ringnuten 31 eingearbeitet sind, die zur Unterbringung einer ringförmigen Abstützung in Form eines Ringes 32 dienen, der teilweise in die beiden Nuten 31 hineinragt. Die hühe des Ringes 32 übersteigt etwas die Gesamttiefe der Nuten 31.

Ein Dichtungskragen 23 sitzt in in den Flanschen 30 eingearbeiteten Ausdrehungen 22. Zv/ischen der (ge-

maß der Zeichnung) oberen Stirn des Dichtungskragens 23 und der Grundfläche der Ausdrehung 22 im oberen Flansch 30 bleibt ein Spiel, daß zur Gewährleistung des Anliegens des Ringes 32 in den Nuten 31 notwendig ist.

Fig. H zeigt schließlich eine Ausführungsform einer Flanschverbindung, die einen Flansch 34 (in der Zeichnung oben) und einen Flansch 35 enthält, in jedem von denen eine zentrale Bohrung 36 vorhanden ist. In der Seitenfläche der Bohrungen 36 sind Ausdrehungen 37 zur Anordnung des bereits beschriebenen Dichtungskragens 23 eingearbeitet.

Auf der Stirnfläche des Flansches 34 ist in einem gewissen Abstand vom Dichtungskragen 23 eine ringförmige Abstützung 38 ausgeführt, deren Höhe und Breite so gewählt werden, daß eine Drehung der Flansche 34 und 35 in bezug auf die Kammlinie der Absiüi^ung 38 ciTiiugiiCni Wird.

Im dem Flansch 34 gegenüberliegenden Flansch 35 ist eine Nut 39 eingearbeitet, in die eine Einlage 40 eingelegt ist. Gegen die Einlage 40 stützt sich die ringförmige Abstützung 38 ab.

Zwischen der (gemäß der Zeichnung) oberen Stirn des Dichtungskragens 23 und der Grundfläche der Ausdrehung 37 im Flansch 34 bleibt ein Abstand, der das Anliegen der ringförmigen Abstützung 38 an der Einlage 40 sicherstellt.

In den Ausführungsformen der Flanschverbindungen gemäß F i g. 6 bis 9 sitzt der Dichtungskragen 23 in den Ausdrehungen der Flansche mit einer Passung, die in Abhängigkeit vom Werkstoff der Flansche, von der Herstellungsgenauigkeit und Bearbeitungsgüte der Oberflächen des Dichtungskragens 23 und der Flansche sowie von dem Druck und den Eigenschaften des abzudichtenden Mediums gewählt wird.

Für jede der vorgeschlagenen Ausführungsformen von Flanschverbindungen ist es zweckmäßig, wenn auf der zylindrischen Außenflächi des Dichtungskragens eine Schicht eines Materials aufgetragen ist, welches weicher als der Werkstoff des eigentlichen Dichtungskraeens und der Werkstoff der Flansche ist, z. B. Gummi. Kunststoff oder weiche Metallegierungen je nach den konkreten Bedingungen der Anwendung.

In sämtlichen beschriebenen Flanschverbindungen kommt es zu einer zusätzlichen Abdichtung der Verbindung auf folgende Weise: Beim Zusammenziehen der Flansche 1 und 2 (Fig. 1) mittels der Schraubenbolzen 5 biegt sich der weniger steife Flansch 2 so, daß seine Außenkante (Punkt A) dem Flansch 1 näherkommt, wob°i sich der Rand der Ausdrehung 4 an der Stelle K an die Oberfläche des Dichtungskragens 3 andrückt. Dabei wirkt die ringförmige Abstützung 8 gewissermaßen als Drehpunkt für die Verformung des Flansches 2. Die an der Stelle K auftretende Dichtwirkung ist eine zuverlässige hermetische Abdichtung.

Die Anzugskraft der Schraubenbolzen 5 wird rechnerisch unter Berücksichtigung der Steifigkeit des Flansches 2, der Art der Passung des Dichtungskragens 3 in der Ausdrehung 4 und der Eigenschaften des abzudichtenden Mediums bestimmt.

Wenn das abgedichtete Medium unter Druck gesetzt wird, so erhöht sich die von den Schraubenbolzen 5 auf den Flansch 2 ausgeübte Kraft und dessen Verformung im beschriebenen Sinne wird größen Dadurch dreht sich der Flansch 2 noch weiter und die Anpressung seiner Innenkante an die Stelle K wird stärker. Die Größe dieser Anpressühg ist dem Druck des abzudichtenden Mediums direkt proportional. Somit nimmt bei einer Drucksteigerung des abzudichtenden Mediums in dem Behälter oder der Rohrleitung die Dichtwirkung zu. Ein zusätzliches Anziehen der Schraubenbolzen 5 ist entbehrlich.

In der Flanschverbindung gemäß Fig.2 biegt sich beim Zusammenziehen der Flansche 1 und 9 mittels der Schraubenbolzen 5 der weniger steif** £*iar>cr*ii q co HaR er sich in bezug auf die Kammlinie der ringförmigen Abstützung 10 dreht. Hierbei niinerl sieh die Außenkante des Flansches 9 (Stelle -4) der Stirnfläche des Flansches 1, während die Seilenfläche des Dichtungskragens 3 mit der Innenkante des Flansches 9 (Punkt K) in Berührung kommt, wodurch die Dichtheit der Flanschverbindung sichergestellt wird.

Die Größe der Anzugskraft wird in der bereits bes .hriebenen Weise bestimmt. Auch diese Flanschverbindungskonstruktion ist in der bereits beschriebenen Weise selbstdichtend.

Beim Zusammenziehen der Flansche 11 und 12 (Fig. 4) und der Flansche 15cind 16 (F ig. 5) kommt es in ähnlicher Weise zu einer Drehung des jeweils weniger steifen Flansches 12 und 16 um die jeweilige ringförmige Abstützung 14 bzw. 17 und damit zur zusätzlichen selbstdichtenden Abdichtungslänge einer umlaufenden Linie an der Stelle K.

Bei der wachsenden Abdichtung mit steigendem Innendruck kommt es zu einer Längsdehnung der Schraubenbolzen 5, so daß der Ring 14 bzw. die Einlage 19 entlastet werden. Dies bewirkt eine Vergrößerung der Anpressung an den Dichtungskragen 3 und dementsprechend eine Verstärkung der zusätzlichen Abdichtungswirkung.

Die Wirkungsweise der in Fig.6, 7 gezeigten Flanschverbindung ist ähnlich. Beim Zusammenziehen der Flansche 26 und 27 mittels der Schraubenbolzen 5 kommt es zu deren Drehung um die Kammlinie der ringförmigen Abstützung 29 in der Weise, daß sich die Außenkanten A der Flansche 26 und 27 einander nähern und die Seitenflächen des Dichtungskragens Ti mit den Innenkanten (Punkt M) der Flansche 26 und 27 in Berührung kommen und die Flanschverbindung hermetisch abdichten. Die Größe der Anzugskraft der Schraubenbolzen 5 wird in bereits beschriebener Weise bestimmt

Die Wirkungsweise der in F i g. 8 und 9 dargestellten Flanschverbindungen unterscheidet sich nicht von der Wirkungsweise der in den F i g. 4 und 5 gezeigten Flanschverbindungen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Flanschverbindung mit zwei Flanschen, von denen mindestens einer eine zentrale Bohrung besitzt, wobei zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen derselben ein zylindrischer Dichtungskragen zum hermetischen Abschluß der Verbindung beim Zusammenziehen der Flansche angeordnet ist, dessen Außenfläche mit der Innenfläche der zentralen Flanschbohrung zusammenwirkt, da- ι ο durch gekennzeichnet, daß zwischen den einander zugewandten Stirnflächen der Flansche (1, 2, 9, 11, 12, 15, 16, 20, 26, 27, 30, 34. 35) eine ringförmige Abstützung (8, 10, 14, 17, 29, 32, 38) solcher Breite (b) und Höhe (h) angeordnet ist, daß υ beim Anziehen der Verbindung eine Drehung wenigstens eines der Flansche in bezug auf den Vorsprang stattfindet

2. Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Abstützung (8, 10, 17, 29, 38) als Ganzes mit einem der Flansche ausgeführt ist.

3. Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Abstützung (14,32) in Form eines Rings ausgeführt ist und in den Stirnflächen der beiden FLnsche einander gegenüber Ringnuten eingearbeitet sind, in die der Ring teilweise hineinragt, wobei die Höhe des Rings die Gesamttiefe dei beiden Nuten etwas übersteigt.

4. Flanschverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnfläche des Flansches, die dem die Abstützung aufweisenden Flansch gegenüberliegt, eine P ingnut ausgearbeitet ist, in der eine Einlage (19) angeorc""iet ist, die mit der Stirnfläche der Abstützung zusammenwirkt.