DE2508383A1

DE2508383A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden von mit flanschen versehenen teilen

Info

Publication number: DE2508383A1
Application number: DE19752508383
Authority: DE
Inventors: Mikio Yamashita
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-08-07
Filing date: 1975-02-26
Publication date: 1976-02-19
Also published as: US3970402A; GB1504403A; FR2281512B1; JPS5118317A; FR2281512A1

Description

DR. MÜLLER-BORE dipl.-ING. GROENINÜ D¹PL. CKEM. DR. DEUHEL DIPL.-CHEM. DR. SCHÖN DI PL.-PHYS. H ERTEL

2 a FEB. 1975

y ioio

MIKIO YMiASHITA Yokohama, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von mit Flanschen versehenen Teilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von mit Flanschen versehenen Teilen.

Die herkömmlichen Verfahren zum Verbinden von aneinanderstoßenden Teilen umfassen das Vernieten, das Verschweißen, das Verbinden durch Schraubenbolzen und Muttern usw..

Beim Vernieten und beim Verbinden mittels Schraube und Mutter wird auf das Flanschpaar in Richtung der Berührungsfläche der Flansche eine Druckkraft ausgeübt. Dabei werden die Bolzen oder Niete in ihrer Axialrichtung unter Zug gesetzt, wobei die Zugkraft gleich der Druckkraft ist, da das Vernieten oder das Anziehen der Bolzen erfolgt, nachdem die Flansche in innigem Kontakt miteinander gebracht worden sind. Die auf die Niet- oder Bolzenabschnitte der Flanschpaare wirkende Druckkraft kommt auf die Flanschabschnitte, welche keine Nieten oder Bolzen aufweisen, nicht in

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gleichem Maße zur Einwirkung. Um dieses Problem zu beseitigen, macht man die Stärke der Flansche groß genug, um eine ausreichende Steifigkeit zu erhalten. Wenn ein Fluiddruck auf die zu verbindenden Flächen der Flansche wirkt, können Fluidlecks an den Oberflächenpaaren, welche infolge des fehlenden Ausgleichs in der Druckverteilung an den Oberflächen auftreten, auch nicht durch Erhöhen der Flanschstärke oder durch Versuche, den die Abdichtung bzw. das Festlegen bewirkenden Druck auf die aneinandergelegten Flansche gleichförmig zu verteilen, vollständig vermieden werden. Der ürund dafür besteht darin, daß di^ ^lanschabschnitte zwischen den genieteten oder verbolzten Flächen durch äußere Kräfte elastisch verformt werden können.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, die Nachteile der bekannten Verbindungsarten zu beseitigen und ein Verfahren zum Verbinden von flanschförmigen Teilen zu schaffen, bei welchem die paarweise angeordneten Flansche der Teile gegeneinander gepreßt werden unter Verwendung von durch Hebewirkung erzeugten statischen Momenten. Bei dem Verfahren zim Verbinden soll eine gleichförmige Druckkraft über die ganzen aneinanderliegenden Oberflächen der zu verbindenden Flansche aufgebracht v/erden. Mit dem Verfahren zum Verbinden soll eine zweifache Fluiddichtung der verbundenen Teile verwirklicht werden. Außerdem soll eine Vorrichtung zum Verbinden geschaffen werden, mit der die vorstehenden Ziele erreichbar sind und die so wirkt, daß die erhaltenen Gegenstände verstärkt werden.

Diese Aufgabe wird durch den Einsatz von wenigstens einem im folgenden als Verbindungselement bezeichneten Körper mit einem Doppel-T-Querschnitt und wenigstens einen Keil gelöst. Das Verbindungselement ist aus einem Paar von parallelen Elementen und einem Drehpunktelement zusammengesetzt, welches die parallelen Elemente miteinander verbindet und gleichzeitig als verteilter Drehpunkt (distributed fulcrum) dient.

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Das Verbindungselement hat einen insgesamt H-förmigen Querschnitt und eine gewünschte LängserStreckung. Das Verbindungselement kann deshalb als langgestreckter Körper angesehen v/erden, der mit einer oberen und einer unteren durchgehenden Nut versehen ist, wobei die Trennwand zwischen den Nuten das Drehpunktelement ist.

Die Kontaktflächen der Flansche der zu verbindenden Teile werden aneinandergelegt und die erste Nut des Verbindungselementes über die aneinandergelegten Flansche gepaßt. In die andere Nut bzw. die zweite Nut wird ein Keil eingeführt, um dadurch deren Breite zu vergrößern und somit eine Klemmwirkung auf die erste Nut zu schaffen, so daß die aneinanderliegenden Flansche in innigem Kontakt miteinander durch die Seitenwände der ersten Nut gebracht werden.

Das Material des Verbindungselementes und das Material der zu verbindenden Teile braucht nicht notwendigerweise Metall zu sein. Es kann irgendein Material verwendet werden, welches ausreichend elastisch und steif ist, um den verschiedenen nachstehenden Anforderungen zu genügen.

Wie vorstehend erwähnt, haben erfindungsgemäß die zu verbindenden Elemente Flansche, wobei die Kontaktflächen der Flansche zuerst paarweise wie beim herkömmlichen Verbinden angeordnet werden. Die aneinandergelegten Flansche werden in die erste Nut des Verbindungselementes eingeführt. Durch Einsetzen eines Keils in die zweite Nut wird eine Druckspannung auf die aneinandergelegten Flansche durch die Seitenwände der ersten Nut über die Drehpunktwirkung des Trennwandelementes des Verbindungselementes ausgeübt. In diesem Fall entspricht die für das Verbinden der Flansche ausgenutzte Druckkraft dem statischen Moment um den Drehpunkt infolge der Drehwirkung durch den Keil, der in die zweite Nut des Verbindungselementes eingeführt ist. Der Drehpunkt

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kann in dem Drehpunktelement liegen, welches die parallelen Elemente verbindet.

Die zusammengesetzte Kraft, die sich aus der Summe der Keilkraft und der Reaktionskraft der auf die aneinandergelegten Flansche wirkenden Druckkraft ergibt, wird durch eine Zugspannung in dem Drehpunktelement oder dem Trennwandelement des Verbindungselementes ausgeglichen, in welchem der Drehpunkt liegt. Das heißt, daß unter diesem ausgeglichenen Zustand in dem Drehpunktelement eine Zugbeanspruchung erzeugt wird, die gleich der zusammengesetzten Kraft ist.

Erfindungsgemäß ist die auf die Flanschabschnitte über die Seitenwände der Nut, in welche die Flanschpaare eingeführt sind, wirkende Druckkraft über den aneinanderliegenden Flächen der Flansche gleichförmig, da die Seitenwände die volle Länge der gepaarten Flansche bedecken. Der auf die Flanschabschnitte ausgeübte Kontaktdruck ist somit durchgehend gleichförmig, was bei der herkömmlichen Vernietung oder der Verbindung durch Bolzen und Mutter mit den vorstehend erwähnten Nachteilen nicht der Fall war.

Da erfindungsgemäß die aneinanderliegenden Flächen der Flansche in Druckkontakt miteinander durch die Wirkung der Momente gebracht werden, die durch das Anordnen der aneinandergelegten Flansche zwischen den Seitenwänden der ersten Nut des Verbindungselementes und durch Aufbringen einer Hebe!wirkung darauf erzeugt werden, wird zwischen den äußeren Seitenflächen der aneinandergelegten Flansche und den Seitenwänden der Nut des Verbindungselementes zusätzlich zu dem vorstehend genannten gleichförmigen Druck auf die aufeinanderliegenden Flächen der Flansche ein gleichförmiger Druck erzeugt. Man erhält deshalb eine zweifache Fluiddichtung, wobei die erste Dichtung zwischen den

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aneinanderliegenden Flanschflächen und die zweite Dichtung zwischen der äußeren Fläche der Flansche und den Seitenwänden der Nut des Verbindungselementes auftritt. Dies ist ein weiterer wesentlicher Vorteil, wenn ein erfindungsgemäß verbündender Behälter zum Transport oder zur Speicherung von Fluid benutzt wird.

Erfindungsgemäß kann die Stärke der Flansche der zu verbindenden Teile sehr klein sein. Wie vorstehend erwähnt, muß bei dem herkömmlichen Verfahren die Stärke der Flansche ausreichend groß sein, um eine zufriedenstellende Steifigkeit zu erzielen, da sonst ein Lecken des Fluides eintreten würde. Da erfindungsgemäß das Verbindungselement die Flanschabschnitte selbst verstärkt, tritt ein Lecken auch dann nicht ein, wenn die Stärke der Flansche sehr gering ist. Dies ist ein sehr wichtiger Effekt, der insbesondere für die Verbindung sehr dünnwandiger Rohre von großem Durchmesser oder sehr dünnwandiger Zellstrukturen von Bedeutung ist.

Das herkömmliche durchgehende Verschweißen erfordert eine hochqualifizierte Arbeit, viel Zeit, eine aufwendige Produktbehandlung usw.. Diese Nachteile treten immer stärker zutage, je größer nach der jüngsten Tendenz die Behälter werden.

Diese Probleme werden durch die Erfindung auf einfache Weise vollständig gelöst. Da die für den Bau von Behältern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderliche Arbeit lediglich darin besteht, den Keil oder die Keile in das Verbindungselement oder die Verbindungselemente einzusetzen, ist eine qualifizierte Arbeit oder sind lange Fabrikationszeiträume nicht erforderlich, so daß der gesamte Vorgang sehr wirtschaftlich ist.

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Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt das Aneinandersetzen der Endabschnitte von plattenförmigen Teilen oder" das Aneinander legen von Flanschen, die durch Biegen der Endabschnitte der plattenförmigen Teile gebildet worden sind, das Einführen der aneinandergelegten Abschnitte in eine erste Nut eines Verbindungselementes, welches eine zweite Nut an einer der ersten Nut gegenüberliegenden Stelle hat, sowie das Einführen von wenigstens einem Keil in die zweite Nut, um dadurch die aneinandergelegten Abschnitte durch die Hebelwirkung zusammenzudrücken, die durch den Keil über die Trennwand zwischen den Nuten hervorgerufen wird, so daß dadurch eine dichte Verbindung erreicht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist den herkömmlichen Verbindungstechniken dadurch überlegen, daß die Verbindungskraft durch die Hebelwirkung des Verbindungselementes selbst erzeugt wird, daß die Verbindungsflächen einen gleichförmigein Druck erhalten, daß sich eine zweifache Fluiddichtung ergibt, daß der verbundene Abschnitt durch das Verbindungselement merklich verstärkt wird und daß die Herstellung sehr einfach und wirtschaftlich ist.

Das erfindungsgemäße Verbindungselement umfaßt, wie erwähnt, ein Paar paralleler Elemente, die als Hebel wirken, und ein Drehpunktelement, welches die parallelen Elemente verbindet und als ein verteilter Drehpunkt wirkt. Der Querschnitt des Verbindungselementes ist H-förmig und umfaßt eine erste Nut und eine gegenüberliegende zweite Nut. Durch Einführen eines Keils in eine der Nuten wird deren Breite durch elastische Verformung des Drehpunktelementes vergrößert. Dadurch wird die Breite der anderen Nut entsprechend verengt, so daß die in der anderen Nut angeordneten Abschnitte mit einer gleichförmigen Druckkraft zusammengedrückt werden, was zu einer innigen Verbindung zwischen den Abschnitten mit einem konstanten Oberflächenkontaktdruck führt.

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Wenn der Keil aus der Nut auf geeignete Weise entfernt wird, beispielsweise unter Verwendung eines Hebels, wird die Verbindung der Teile auf einfache Weise aufgehoben. Das Einführen oder das Entfernen des Keils bezüglich der Nut kann sehr einfach gestaltet werden, indem die Auslegung des Hebels, seine Länge und der Keilwinkel geeignet gewählt werden.

Die Verbindungsabschnitte der zu verbindenden Teile und des Verbindungselementes sowie des Keils können baulich verschieden gestaltet werden. Wenn beispielsweise flache Teile zu verbinden sind, sind das Verbindungselement und somit der Keil langgestreckt und gerade. Wenn gekrümmte oder zylindrische Teile zu verbinden sind, sind das Verbindungselement oder die Verbindungselemente und somit der Keil oder die Keile ebenfalls gekrümmt ausgebildet. Vorteilhafterweise können erfindungsgemäß vor allem dünnwandige Rohre mit großem Durchmesser, vorfabrizierte Bauteile, Zellenstrukturen usw. verbunden werden.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt perspektivisch eine erste Ausführungsform einer Verbindungsvorrichtung, welche einen H-förmigen Querschnitt hat, sowie den Einsatz der Vorrichtung zum Verbinden eines Paares von Platten durch die Keilwirkung.

Fig. 2a zeigt im Querschnitt ein H-förmiges Verbindungselement mit zugeordneten aneinandergelegten Flanschen vor dem Verbinden.

Fig. 2b zeigt im Querschnitt das Verbindungselement aufgesetzt auf die aneinandergelegten Verbindungsabschnitte mit eingeführtem Keil.

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Fig. 3a zeigt teilweise geschnitten ein kreisförmiges Rohr, das erfindungsgemäß verbunden werden soll.

Fig. 3b zeigt das Rohr von Fig. 3a in einer stirnseitigen Ansicht.

Fig. 4a zeigt ein Verbindungselement zum Verbinden des kreisförmigen Rohres von Fig. 3 in der Stirnansicht.

Fig. 4b zeigt das Verbindungselement von Fig. 4a in der Seitenansicht teilweise geschnitten.

Fig. 5a zeigt eine ebene Anordnung eines Keils für das Verbindungselement von Fig. 4a und 4b.

Fig. 5b zeigt einen Keil von Fig. 5a im Schnitt.

Fig. 6 zeigt in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht die erfindungsgemäß verbundenen kreisförmigen Rohre.

Fig. 7 zeigt in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht mehrere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundene kreisförmige Rohrabschnitte.

Fig. 8, 9 und 1o zeigen in Schnittansichten verschiedene erfindungsgemäß erzielbare Verbindungsstadien bei dünnwandigen Rohren mit großem Durchmesser und unterschiedlich gestalteten Flanschen.

Fig. 11 zeigt als Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Verbinden einer Zellenstruktur.

Fig. 11a und 11b zeigen perspektivisch Einzelheiten von Fig. 11.

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Fig. 12 zeigt die Verbindung von Randabschnitten vorfabrizierter Bauteile.

Fig. 12a, 12b und 12c zeigen Einzelheiten der verbundenen Abschnitte von Fig. 12.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Randteile 3 eines plattenartigen Teils 1 rechtwinklig abgebogen, so daß man Flansche mit Enden 2 erhält. Die äußeren Verbindungsflächen 4 der Flansche 3 können spanabhebend bearbeitet werden, damit man ebene glatte Flächen erhält. Die ebenen Flächen 4 werden aneinanderliegend angeordnet, wie dies in der Figur gezeigt ist. Die inneren Flächen 5 der Flansche 3 bilden Führungsflächen für ein Verbindungselement, wenn die Flächen gegeneinandergelegt sind.

Das Verbindungselement 8 ist mit einer ersten Nut 7 und einer zweiten Nut 6 versehen, wobei sich die Nuten über der Länge des VerbindungseJ.ementes 8 erstrecken, so daß der Querschnitt des Verbindungselementes H-förmig ist. Die erste Nut 7 wird auf die gegeneinandergelegten Flansche aufgepaßt. Dann wird ein Keil 9 in die zweite Nut 6 eingefügt, um die Breite der zweiten Nut 6 zu vergrößern und dadurch die Breite der ersten Nut 7 zu verringern, so daß der Verbindungsabschnitt zusammengedrückt wird.

Das in Fig. 2a und 2b gezeigte Verbindungselement 8 hat eine relativ flache erste Nut 7 und eine tiefe zweite Nut 6. Die Innenwände 14 der zweiten Nut 6 sind nach innen zum Boden der Nut hin zugespitzt bzw. sich verengend ausgebildet, um so das Einführen des Keilse 9 zu erleichtern. Die oberen Endabschnitte 12 der inneren Wände der zweiten Nut 6 sind abgerundet, um eine anfängliche Führung für den Keil 9 zu schaffen.

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Ein Endwandabschnitt 11 der zweiten Nut 6 bildet einen Verbindungsabschnitt, welcher die Seitenteile 1o des Verbindungselementes so verbindet, daß es für die Elemente 1o als verteilter Drehpunkt wirken kann. Die Innenwände 16 der ersten Nut 7 sind ebenfalls nach innen zum Boden hin zugespitzt bzw. erweitern sich nach außen, um so das Aufsetzen auf die Führungsflächen 5 der Flansche 3 zu erleichtern.

Durch die gegenüberliegenden Endabschnitte der Endwand 18 und durch Schultern 2o, die um die Innenwände 16 der ersten Nut herum vorgesehen sind, wird ein Paar von gegenüberliegenden Taschenabschnitten 19 begrenzt. Die Ränder 21 der Schultern 2o sind scharf ausgebildet, so daß, wenn der Keil 9 in die zweite Nut 6 eingefügt wird und somit die Breite der ersten Nut 7 verringert wird, um die Flansche 3 zusammenzudrücken, die scharfen Kanten 21 so wirken, daß die Wände 5 der Flansche 3 zusammengedrückt v/erden, wodurch die Flächen 4 in einen erzwungenen innigen Kontakt miteinander kommen.

Wenn die Abschnitte 15 der Seitenelemente 1o gegeneinander durch die Wirkung des Keils 9 gedrückt werden und die Flächen 5 des Flansches 3, die zwischen den Abschnitten 15 eingeklemmt sind, mit einer starken Elastizität zusammengedrückt werden, werden gleichförmige Kontaktdrucke zwischen den Flächen 5 der Flansche 3 und den scharfen Kanten 21 sowie zwischen den Flächen 4 der Flansche 3 erzeugt, so daß die beiden Teile 1 verbunden sind. Zur Schaffung eines luftdichten Kontaktes zwischen den scharfen Kanten 21 und den Flächen 5 der Flansche 3 können gewünschtenfalls flache Kerben 22 an den Flächen 5 vorgesehen werden, so daß man bei dem Kontakt ein Ineinandergreifen der Elemente bzw. einen Verriegelungskontakt bewirkt.

Wie aus Fig. 2b zu ersehen ist, werden durch Einführen des Keiles 9 in die zweite Nut 6 ein Paar von entgegengesetzten Keilkräften N¹ erzeugt, die auf die oberen Enden des

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Verbindungselementes 8 wirken, so daß die Breite der zweiten Nut 6 nach außen vergrößert wird. Die Keilkräfte N¹ ihrerseits rufen Reaktionskräfte E hervor, die gegen den Keil wirken, was zu dem gezeigten Gleichgewicht der Kräfte führt.

Da sich dieses Kräftegleichgewicht einstellt, nachdem die Kanten 21 des Verbindungselementes 8 in Kontakt mit den Flanschen 3 stehen, wird eine Druckkraft R auf die Flansche infolge der Drehpunktwirkung der Keilkraft N¹ ausgeübt. In diesem Fall wird das Moment um den Drehpunkt 0 in dem Wandabschnitt 11 ausgeglichen, wobei dieser Zustand durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

R= (t₁ /t₂) ν

Auf den Wandabschnitt 11 wird eine zusammengesetzte Kraft S als Zugkraft ausgeübt, die durch die Reaktionskräfte R und N hervorgerufen wird. Da infolge der elastischen Verformung des Verbindungselementes 8 ein Anteil einer elastischen Reaktionskraft in den Kräften N und R enthalten ist, wirken die Druckkräfte R infolge der Drehpunktwirkung elastisch auf die Flansche 3 der zu verbindenden Teile ein. Dies ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung.

Wenn, wie vorstehend erwähnt, sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat, wirkt die zusammengesetzte Kraft S infolge der Drehpunktwirkung am Drehpunkt 0 in dem Wandabschnitt 11 des Verbindungselementes 8 in Form einer Zugkraft. Es kann berücksichtigt werden, daß die Kraft S eine Zugkraft ist, die als ein Moment um den mittigen Drehpunkt P der Druckkraft R wirkt, die ihrerseits auf die Flansche 3 der Teile 1 wirkt. Wenn die Gestaltung des Querschnittes des Wandabschnittes 11 aus diesem Grund bogenförmig vorgenommen wird, wobei das Zentrum mit dem Drehpunkt P zusammenfällt, wird die in dem Wandabschnitt 11 verteilte Beanspruchung eine

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Zugspannung, so daß in dem Wandabschnitt 11 keine Druckbeanspruchung herrscht. Hinsichtlich der Festigkeit ist ein gebogener Querschnitt des Wandabschnittes 11 günstiger als eine flache plattenförmige Ausbildung. Wenn eine flache plattenförmige Wand als Wandabschnitt 11 benutzt wird, wird dieser Wandabschnitt 11 durch das Moment um den Punkt P nach unten gebogen. Dadurch kann die Spannung um die mittlere Knotenlinie des Wandabschnittes 11 zunehmen.

Obwohl es vorteilhaft ist, wenn die Verteilung der Zugspannung in der Wand 11 gleichförmig ist, sollte die Spannung innerhalb der Elastizitätsgrenze liegen, da, wenn die Auslegung derart ist, daß die Spannung die Elastizitätsgrenze überschreitet, sich ein Kriechen einstellt, das von einer Reduzierung der Druckkraft R begleitet wird.

Um ein Lockerwerden zu verhindern, kann ein Paar von kantenförmigen Zähnen 24 an dem oberen Teil der Wandflächen 11 des Verbindungselementes 8 über dessen ganzer Länge vorgesehen werden. Die Zähne 24 sollen verhindern, daß der Keil 9 aus der zweiten Nut 6 austritt (Fig. 2a). Die Länge des in die zweite Nut 6 des Verbindungselementes 8 einzuführenden Keiles 9 ist gewöhnlich im allgemeinen gleich der Länge des Verbindungselementes 8, so daß der Keil in die zweite Nut über deren ganzer Länge eingeführt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, den Keil 9 in Abschnitte geeigneter Länge zu unterteilen und diese Abschnitte längs der Nut in geeigneten Intervallen einzusetzen. In diesem Fall sollten die Intervalle bzw. Zwischenräume zwischen den Keilen gleich sein.

Der Winkel der v/irksamen Oberfläche 27 des Keils 9 sollte kleiner als der Reibungswinkel sein. Wenn der wirksame Oberflächenwinkel gleich oder größer als der Reibungswinkel ist, besteht die Möglichkeit, daß der Keil aus der Nut entweicht.

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Bei der gezeigten Äusführungsform sind an dem hinteren Ende des Keils 9 ein Paar Schultern 25 vorgesehen. BIe Schultern 25 dienen als Anschläge zum Begrenzen des Einführweges des Keils 9 in die Nut 6. Infolge des Vorhandenseins der Schultern 25 wird die Einführungstiefe des Keils 9 bezüglich des Verbindungselementes 8 gleichförmig über dessen ganzer Länge gehalten, nachdem der Keil in die Nut 6 zwangsweise eingeführt worden ist, bis die Schultern 25 Kontakt mit den äusseren Rändern der Nut 6 haben. Auf diese Weise wird der Verbindungsdruck auf die Flansche 3 gleichförmig gehalten. Der Spalt zwischen den Schultern 25 und den äußeren Enden der Nut 6 kann als ein Maß für die Kraft benutzt werden _t die durch den Keil 9 ausgeübt wird, der in die Kut eingeführt ist,und somit als ein Maß für äie Verbindungsfestigkeit.

Die Ausbildung der Flansche 3 der Plattenelemente 1 kann auf einfache Weise zu abgebogenen oder ringförmigen Elementen modifiziert v/erden, was im folgenden beschrieben wird. Im letzteren Fall kann das Plattenelement ein dünnwandiges zylindrisches Rohr 28 sein, wie es in Fig. 3a und 3b gezeigt ist.

Das zylindrische Rohr 28 hat an seinen beiden Enden Ringflansche 29. In Fig. 4a und 4b ist ein Paar halbkreisförmiger Verbindungselemente 3o für die Verwendung bsi den ringförmigen Flanschen 29 gezeigt. Diese halbkreisförmigen Verbindungselemente haben einen H-förmigen Querschnitt, der im wesentlichen der der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entspricht. Jedes der halbkreisförmigen Verbindungselemente 3o ist mit Flanschen 31 an dan Enden versehen. Wenn die erste Nut 7 der Verbindungselemente 3o auf dia aneinandergelegten Flansche 29 aufgesetzt ist, liegen die Flansche 31 der Verbindungselemente 3ο gegeneinander an und werden dann in geeigneter Weise mit Hilfe einer Bolzen-f-iuttsr-Verbindung gekuppelt, xm so si:* vollständiges ringforiaigas Verbindungselement zu bilden.

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In Fig. 5a und 5b sind Keilsegmente für das Einführen in die zweite Nut 6 des ringförmigen Verbindungselementes 3o gezeigt, in Fig. 5a beträgt die Zahl der Keilsegmente 32 acht. Es ist jedoch auch jede andere Zahl von Keilelementen möglich. Außerdem können anstelle der beiden in Fig. gezeigten Verbindungselementesegmente 3o mehrere derartige Segmente verwendet werden.

Fig. 6 zeigt eine v/eitere Ausführungsform eines Verbindungselementes, welches dem in Fig. 4a und 4b gezeigten ähnlich ist, mit der Ausnahme/ daß zwischen den Flanschen 31 bzw. zwischen den Flanschen 29 Dichtungsmaterial 33 bzw. 34 angeordnet ist, um einen wasserdichten Aufbau zu erzielen, Bei dieser Ausführungsform sind die Schultern 21 an den Seitenflächen 16 der ersten Nut 7 des Verbindungselementes 3o ausgebildet, um eine luftdichte Abdichtung zwischen der zweiten Nut 7 und der Außenseite durch elastischen Druckkontakt zwischen den Seitenflächen 35 der Flansche 29 und den Schultern 21 zu erzielen.

Fig. 7 zeigt die Verbindung einer Vielzahl von dünnwandigen Rohren 36 mit großem Durchmesser und entsprechend kurzer Länge. Bekanntlich ist die Länge derartiger dünnwandiger Rohre mit großem Durchmesser auf eine bestimmte Kürzs begrenzt, da die Arbeitsfähigkeit von Pressen und/oder iiixlz- bzw. Rollvorrichtungen Begrenzungen unterliegt. Dadurch wird notwendigerweise die Anzahl der Verbindungsstellen erhöht. Daa Verbindungsverfanren eignet sicn in diesen Fällen besonders. Man weiß, daß die Rohre eine geringe mechanische Festigkeit haben und gegenüber Verformung empfindlich sind. Nun bildet das nach dam erfindungsgemäßen Verfahren ittifgebrachte ringförmige Verbindungselement 3o eine Eüsät liehe \?erstSrKunc_; des Rohres. Kinsu kommt, ά&;3 das Rohr .^t;:.< festar wird, je kürner es Lzt., -„/as auf d_?.:■.* -Srhöujiig el ^r Anzahl der verstärkenden Verbindungen ^^ruhh-.

Fig. 8 bis 1o zeigen die Verbindung von relativ flexiblen dünnwandigen Rohren mit großem Durchmesser. Bei den Rohren von Fig. 8 und 9 sind die Endabschnitte 38 eines Rohres 37 durch plastische Verformung schräg bzw. konisch verlaufend ausgebildet, während die Endflächen der konischen Abschnitte flach ausgebildet sind, so daß man Ringflansche 39 erhält, mit denen die Flansche der anderen Rohre von gleichem Aufbau gepaart werden.

Die ersten Nuten 7 der Verbindungselemente 3o werden über die Außenflächen 35 der gegeneinandergelegten Flansche 39 aufgesetzt. Nachdem die Verbindungselemente 3o zur Bildung eines ringförmigen Verbindungselementes verbolzt sind, werden die Keile 9 in die ersten Nuten 6 der Verbindungselemente 3o in gleicher Weise wie in Fig. 6 gezeigt eingeführt.

Durch Verbinden einer Vielzahl von derart relativ kurzen Rohren, wie sie in Fig. 8 oder 9 gezeigt sind, erhält man ein langes balgförmiges Rohr.

In diesem Fall werden in axialen Richtungen aufgebrachte Kräfte oder in anderen Richtungen wirkende andere Beanspruchungen an den geneigten Flächen der konischen Abschnitte 38 durch deren Verbiegen absorbiert. Wenn, wie in Fig. 9 gezeigt ist, eine Druckkraft oder Druckkräfte in Axialrichtung auf das Rohr aufgebracht werden, werden die konischen Abschnitte 38 so gebogen, wie dies durch die strichpunktierte Linie gezeigt ist. Wenn eine Dehnungskraft in Axialrichtung zur Wirkung gelangt, werden die Abschnitte 38 so verformt, wie dies durch die gestrichelten Linien veranschaulicht ist. Das bedeutet, daß eine Reihe von auf die vorstehende Weise balgförmig verbundener Rohre elastisch axiale Stöße, thermische Beanspruchungen und/oder unerwartete äußere Kräfte absorbieren kann, so daß ein Schutz gegenüber Beschädigungen geschaffen und eine ausreichende Flexibilität

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für die Installierung des Rohres längs einer gekrümmten Bahn erzielt wird. Die mechanische Festigkeit des Rohres in Radialrichtung wird in diesem Fall durch das ringförmige Verbindungselement sowie durch die konischen Flanschabschnitte 38 erhöht.

Fig. 1o zeigt eine ähnliche Verbindung wie Fig. 9 mit der Ausnahme, daß der Flanschabschnitt nicht konisch ausgebildet ist, sondern die Form einer Schale 39 hat. Eine auf das verbundene Rohr wirkende Axialkraft kann durch die Verformung des schalenform!gen Flanschabschnittes 39 absorbiert werden. Wenn eine Druckkraft in Axialrichtung wirkt, werden die Abschnitte 39 verformt, bis die Innenseiten der Abschnitte 39 miteinander in Kontakt kommen, wie dies durch die strichpunktierten Linien in Fig. 1o gezeigt ist.

Da jedes der vorstehenden Rohre mechanisch schwach ist, werden gewöhnlich einige Rohre an einer geeigneten Stelle vorher verbunden und zu den verbundenen Rohren an der Installationsstelle transportiert. Die Installierung der Rohre kann in geeigneter Weise an Land nach dem Verfahren von Spread oder auf See nach dem Verfahren von Laybarge ausgeführt werden. In diesem Fall haben die erfindungsgemäß verbundenen Rohre den Vorteil, daß ihre Biegebeanspruchung beträchtlich verringert ist, wenn sie aufgehängt werden, wobei nur ihr Eigengewicht zur Wirkung gelangt, da die Zwischenräume zwischen den Verbindungsstellen, welche das Rohr selbst verstärken, kurz sind.

Bei der in Fig. 11 gezeigten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine Vielzahl von Zellstrukturen 4o, die insgesamt die Form eines umgekehrten U haben, zur Bildung einer Baracke verbunden.

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Jede der Zellstrukturen 4o hat nach innen vorstehende Flansche 41 an beiden Seiten des Dachabschnittes und Flansche 42 an beiden Seiten der Seitenabschnitte. Die Flansche 41 von aneinandergrenzenden Zellen 4oa und 4ob werden direkt nebeneinandergelegt. Die Flansche 42 von benachbarten Zellen werden indirekt gepaart, wobei eine Stütztafel 43 zur Abstützung der Baracke vorgesehen wird. Die Verbindungselemente 3o werden wie gezeigt angebracht und die Teile 9 in der beschriebenen Weise eingeführt.

Fig. 12 zeigt eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Gebäude 44, das aus vorfabrizierten Teilen zusammengefügt wird, wobei jec" 3 dieser Teile eine Wandstruktur, bestehend aus einer Streckmetallstahleinlage und Betonest. Jedes der Bauteile umfaßt Stahlplatten 45, 46 bzw. 47, die in die Ränder eingebettet und mit der Streckmetallstahleinlage verbunden sind. Diese Platten sind in geeigneter Weise abgebogen, wobei das Abbiegen von den Stellen abhängt, an denen der Rand angeordnet v/erden soll. Fig. 12b und 12c zeigen Beispiele verschiedener Abbiegungen der Platten, wobei in Fig. 12b eine orthogonale Anordnung von drei Wänden und in Fig. 12c eine Eckanordnung von zwtx Wänden gezeigt ist. Wie Fig. 12b zeigt, sind die Abbiegungen der Flansche 45 und 46 der in der gleichen Ebene zu verbindenden Wände rechtwinklig, während der Flansch 47 an der zu verbindenden Wand in einer Ebene senkrecht zu den anderen beiden Wänden nicht abgebogen, sondern von den rechtwinkligen Flanschen 45 und 46 eingeklemmt ist. Für die Eckverbindung sind die Endplatten 48 und 49 in einem Winkel von 45° abgebogen, wie es in Fig. 12c gezeigt ist. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf diese Flansche erfolgt wie vorstehend beschrieben. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für den vorstehenden Zweck kann eine Erstellung oder ein Abbau der Struktur aus den vorgefertigten Wandelementen auf einfache Weise auch mit unqualifiziertem Personal bei einem minimalen Zeitaufwand erreicht werden.

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Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Erstellung von Bauwerken gemäß Fig. 11 und 12 erhält man erdbebensichere Gebäude, die ausreichend flexible sind, um Biegemomente, Scherbeanspruchungen und/oder thermische Beanspruchungen, die auf das Gebäude einwirken, zu absorbieren.

Wie erwähnt, eignet sich die Erfindung insbesondere zum Verbinden von dünnwandigen Rohren großen Durchmessers. Diese Verbindung resultiert aus der neueren Entwicklung für ein abgeschlossenes bzw. abgekapseltes Transportwesen in Rohrleitungen, durch welche massive Gegenstände erheblicher Größe transportiert werden. Versuche zeigten, daß auf diesem Gebiet das herkömmliche Verschweißen oder Verbinden der die Einheiten bildenden Rohrsegmente durch Bolzen und Muttern unzweckmäßig ist. Bei der Verbindung durch Bolzen und Muttern ist es insbesondere auch für qualifiziertes Personal schwierig, ein gleichförmiges Festziehen der Verbindungsstellen zu erreichen. Dies führt dazu, daß Lecks an den Flanschabschnitten nicht vollständig ausgeschlossen werden können. Außerdem benötigen die herkömmlichen Verbindungsverfahren viel Zeit und qualifizierte Arbeit. Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren völlig beseitigt. Zusätzlich wird durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die für die Installierung erforderliche Zeit beträchtlich verkürzt, während gleichzeitig die Betriebssicherheit der Rohrleitung verbessert wird, da die Verbindungsstellen eine gleichförmige Qualität haben. Da die Flansche der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundenen Rohre dünn sein können, kann auch eine Materialeinsparung verwirklicht werden. Die vorstehenden Vorteile zeigen, daß der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens wirtschaftlicher ist als der irgendeines anderen herkömmlichen Verfahrens.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(1 .jVerfahren zum Verbinden von Gegenständen mit Flanschen, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche gegeneinandergelegt werden, daß die gegeneinandergelegten Flansche zwischen ersten Abschnitten eines Paares von parallelen Elementen eingeklemmt werden, die durch ein Drehpunktelement verbunden sind, und daß ein Keil in einen Raum eingeführt wird, der von dem Drehpunktelement und zweiten Abschnitten von parallelen Elementen begrenzt wird, die sich jenseits des Drehpunktelementes in zu den ersten Abschnitten entgegengesetzter Richtung erstrecken, so daß die ersten Abschnitte zum Klemmen und innigen Verbinden der aneinandergelegten Flansche gebracht werden.
2. Vorrichtung zum Verbinden von mit Flanschen versehenen Teilen, gekennzeichnet durch ein H-förmiges langgestrecktes Verbindungselement (8, 3o), welches ein Paar von parallelen Elementen (1o) und ein Drehpunktelement (11) aufweist, welches die parallelen Elemente (1o) verbindet, und durch einen Keil (9), dessen Länge der des H-förmigen langgestreckten Verbindungselementes (8, 3o) entspricht und für das Einführen in eine öffnung (6) dieses Elementes vorgesehen ist.

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