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Verbindung für Rohrleitungs-
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und Apparatetei le Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindung
für Rohrleitungs- und Apparateteile, die endseitig einen Flansch aufweisen, der
einen sich in Richtung auf seine Stirnfläche vergrößernden, etwa kegelstumpfförmigen
Abschnitt für die Auflage eines im wesentlichen mit rundem Querschnitt ausgeführten
Beilageringes aufweist, wobei der Beilagering über den Flanschaußendurchmesser dehnbar
und mittels eines festspannbaren Schellenringes von über dem Flanschaußendurchmesser
liegenden Innendurchmesser im Querschnitt punktförmig anpressbar ist.
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Eine Verbindung dieser Art ist nach dem DT-Gbm 6 750 621 bekannt.
Der Beilagering liegt dabei sowohl beim Schellenring als auch beim Bundabschnitt
des Flansches an seinem Durchmesser bzw. den Durchmessern seiner Elemente angepassten,
angerundeten Kehl flächen an. Die genaue Anlagestelle ist somit nicht fixiert und
kann bereichweise
weiter nach innen zur Achse hin bzw. bereichweise
weiter nach außen liegen. Daraus ergibt sich eine ungleichmäßige Anpresskraft für
die Anschlußfläche des Flansches, so daß auch die Abdichtung örtlich unterschiedlich
wird. Dies ruft vor allem bei Flanschen mit kalottenförmig gekrümmten Anschlußflächen,
die eine gewisse Verschwenkbarkeit ermöglichen sollen, Störungen während des Betriebes
hervor.
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Vor allem bei aus Glas bestehenden Verbindungen, wie sie in der chemischen
Verfahrenstechnik eine große Rolle spielen,muß allerdings bei der Ausbildung der
Verbindungsstellen den speziellen Eigenschaftswerten von Gläsern Rechnung getragen
werden und eine Verbindungsform gewählt werden, die nicht der Bruchgefahr ausgesetzt
ist.
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Eine verbesserte Gleichmäßigkeit wird bei einer Verbindung der beschriebenen
Art nach der DT-OS 22 46 183.2-12 erzielt. Dabei schließt sich an einen ersten,
kegelstumpfförmigen Abschnitt des Flansches ein weiterer, kegelstumpfförmiger Abschnitt
desselben an, so daß der Beilagering bzw. dessen Elemente in angepresstem Zustand
mit seinem Querschnittsumfang schließlich an den beiden Konusflanken der kegelstumpfförmigen
Abschnitte anliegt. Dank der definierten Berührungspunkte für den Beilagering am
Flansch werden den Beilagering belastende Anpresskräfte in zwei genau definierten
Richtungen auf den Flansch zur Einwirkung gebracht, wobei eine Richtungskomponente
radial und die andere Richtungskomponente senkrecht zur Konusfläche des weiteren,
kegelstumpfförmigen Abschnittes verlaufen. Dank dieser Anordnung werden unterschiedliche
Krafteinwirkungsrichtungen vermieden. Da sich jedoch die Kehlfläche des Schellenringes
niemals vollständig an den runden Querschnitt des Beilageringes anpassen läßt, unterliegt
die Stelle der Krafteinwirkung auf den Beilagering Änderungen, so daß die richtungsgemäß
festgelegten,
auf den Flansch wirkenden Kräfte sich noch in ihrer
Größe ändern können, ohne jedoch dabei so starke Abweichungen im Hinblick auf die
Dichtungswirkung herbeizuführen, wie dies bei beidseitig angerundeten Kehl flächen
sowohl des Bundes als auch des Schellenringes der Fall ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitergehende Verbesserung
der Gleichmänikeit der auf den Flansch zur Einwirkung gelangenden Kräfte zu erzielen.
Eine genaue Zentrierung des Beilagerines bzw. seiner Elemente soll dabei gewährleistet
bleiben. Insbesondere soll auch eine vollständige Beweglichkeit bei mit kalottenförmig
gekrümmten Anschlußflächen versehenen Flanschen gewährleistet bleiben.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Schellenring mit
zwei dem Abschnitt des Flansches zugekehrten sowie unterschiedlich zu seiner Achse
geneigten Ringflächen am Beilagering bzw. an dessen Elementen im Querschnitt punktförmig
anliegt, und daß der Beilagering bzw. seine Elemente an nur einer Stelle der Mantelfläche
des Abschnittes des Flansches im Querschnitt punktförmig angreift.
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Auf diese Weise kommt man zu insgesamt drei Anlagepunkten am Umfang
des Beilageringes bzw. seiner Elemente, so daß der Beilagering bzw. seine Elemente
in ihrer Lage unverrückbar fixiert sind. Vor allem aber ergibt sich für die Krafteinleitung
in den Flansch nicht nur eine stets gleichbleibende Richtung gegenüber der Achse,
sondern auch ein über den gesamten Umfang gleichbleibender Betrag. Der Flansch lät
sich dabei leicht so ausbilden, daß den Werkstoffeigenschaften von Glas Rechnung
getragen werden
kann. Man kann den kegelstumpfförmigen Abschnitt
genügen flach wählen, so daß die Kraft weitgehend in Richtung auf die Anschlußfläche
des Flansches gerichtet wird.
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In besonders vorteilhafter Ausführungsform stützen die Mantelfläche
des Abschnittes des Flansches und die innere Ringfläche des Schellenringes den Beilagering
bzw. dessen Elemente an Punkten seines Umfanges ab, deren zugehörige Tangenten einen
spitzen Winkel mit in Richtung auf die Achse konvergierenden Schenkeln bilden. Diese
Maßnahme eignet sich hervorragend für eine äußerst präzise Zentrierung des Beilageringes
in gespanntem Zustand. Dabei ist zu berücksichtigen, daß der Schellenring einen
größeren Innendurchmesser hat als der Außendurchmesser des Flansches, so daß die
gesamte Anordnung zunächst lose in ihre vorgesehene Lage gebracht werden kann. Wenn
dann die Anpresskraft durch achsiale Verspannung des Schellenringes erzeugt wird,
sucht diese wegen der Konvergenz des genannten Tangentenwinkels den Beilagering
nach außen zu drücken.
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Da der Schellenring aber in radialer Richtung durch die äußere Ringfläche
des Schellenrings fixiert ist, kommt es zu einer selbsttätigen Zentrierung des Beilageringes
mit zunehmender Anpresskraft. Wenn man von der Einwirkungsstelle an der Mantelfläche
des Abschnittes des Flansches ausgehend die vom Beilagering ausgeübte Kraft in eine
radiale und in eine achsiale Komponente zerlegt, ergibt sich leicht, daß bei Übereinstimmung
der achsialen Komponente mit der Anpresskraft die radiale, für die Zentrierung maßgebliche
Komponente nur vom Ausmaß der Konvergenz des erwähnten Tagentenwinkels abhängig
ist. Einem kleinen Tangentenwinkel entspricht eine kleine Zentrierungskraft, während
einem zunehmenden Tangentenwinkel eine größer werdende Zentrierungskraft entspricht.
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Eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung besteht darin,
die Mantelfläche des Abschnittes des Flansches und die innere Ringfläche des Schellenringes
im Querschnitt geradlinig sowie in Richtung auf die Achse konvergierend auszubilden.
Derartige Ausführungsformen eignen sich vor allem für ebene Anschlußflächen der
Flanschen, wobei es entscheidend auf die Zentrierung und die Gleichmäßigkeit der
Anpresskraft ankommt. Man kann die Wirkung im Hinblick auf die Zentrierung noch
dadurch verbessern, daß die Mantelfläche des Abschnittes des Bundes konvex kalottenförmig
gekrümmt ist. Dies führt dazu, daß die Zentrierungskraft umso stärker wird, je weiter
sich der punktförmige Kraftangriff auf die Mantelfläche von der Achse entfernt.
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Die kalottenförmig gekrümmte Mantelfläche des Abschnittes des Flansches
hat besondere Bedeutung noch für diejenigen Fälle, in denen auch die Anschlußfläche
des Flansches gekrümmt ist. Wenn dabei die Mantelfläche des Abschnittes des Flansches
den gleichen Krümmungsmittelpunkt wie seine Anschlußfläche aufweist, ist eine beliebige
Verschwenkbarkeit des Flansches gegenüber dem zugehörigen Rohrleitungs- bzw. Apparateteil
gewährleistet, wobei die Anpresskraft stets gleich bleibt.
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Die äußere Ringfläche des Schellenringes dient, wie bereits beschrieben,
zur Abstützung bei der Zentrierung des Beilageringes. Da die Zentrierungskraft in
radialer Richtung wirken muß, wird die genannte äußere Fläche deshalb zweckmäßig
parallel zur Achse ausgebildet.
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Um bei der Lagerung bzw. beim Transport Beilageringe und die zugehörigen
Schellenringe zusammenzuhalten sowie deren Montage zu erleichtern, ist es zweckmäßig,
wenn sich an die
äußere Ringfläche des Schellenringes an ihrer der
inneren Ringfläche gegenüberliegenden Seite noch ein zur Achse gerichteter Vorsprung
anschließt, der eine Sicherung gegen Herausfallen des noch nicht fest eingespannten
Beilageringes bietet.
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Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die Zeichnung
Bezug genommen, die der schematischen Darstellung des Erfindungsgedankens dienen
soll.
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Der Einfachheit halber ist lediglich eine Seite der um die strichpunktierte
Achse 1 drehsymmetrischen Verbindung dargestellt. Man erkennt das Ende einer Rohrleitung
2, die einen den Flansch bildenden Abschnitt 3 aufweist. In der mit ausgezogenen
Strichen ausgeführten Darstellung handelt es sich um einen Planflansch, während
die gestrichelte Darstellung einen sogenannten Kugelpfannenflansch wiedergibt, dessen
Anschlußfläche 4 im Hinblick auf den auf der Achse 1 liegenden Punkt 5 gekrümmt
ist.
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Der Beilagering 6 ist als runder Querschnitt erkennbar.
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Es kann sich sowohl um einen massiven Ring als auch um einen aus mehreren
Elementen zusammengesetzten Ring handeln. Schließlich erkennt man den Schellenring
7, der mittels nicht dargestellter Schraubbolzen, die ihn in peripheren Öffnungen
8 durchsetzen, festgespannt ist. Die Schraubbolzen sind entweder an der Rohrleitung
bzw. am Apparateteil oder einem entsprechenden Schellenring der korrespondierenden,
zeichnerisch nicht wiedergegebenen Anschlußseite des Flansches anschraubbar, so
daß sie die Anpresskraft aufbringen können.
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Für die Erfindung ist nun wesentlich, daß der Schellenring 7 eine
innere Ringfläche 9 sowie eine angrenzende, äußere Ringfläche 10 derart aufweist,
daß der Beilagering an diesen Flächen punktartig anliegt, wie sich an den jeweils
mit einem Punkt bezeichneten Stellen 11 und 12 erkennen läßt. Weiterhin erkennt
man die kegelstumpfförmige Mantelfläche 13 des den Flansch bildenden Abschnittes
3, die im Hinblick auf die innere Ringfläche 9 des Schellenringes derart geneigt
ist, daß sich ein spitzer Winkel bildet, der in Richtung auf die Achse 1 konvergiert.
Der Beilagering 6 liegt an der erwähnten Mantelfläche 13 an der Stelle des Punktes
14 an. Durch die Anlage an den drei Punkten 11, 12 und 14 ist er in der beschriebenen
Weise genau fixiert und zentriert.
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Bei einem Flansch mit kalottenförmig gekrümmter Anschlußfläche 4 besitzt
die Mantelfläche 14 eine Krümmung mit dem gleichen Krümmungsmittelpunkt 5, wie ihn
die Anschlußfläche 4 hat. Wie ohne weiteres aus der Zeichnung ersichtlich ist, kann
der Beilagering 6 auf der Fläche 14 bei Schrägstellung des entsprechenden Rohrleitungs-
oder Apparateteils rollen. Dessen ungeachtet leitet er seine Kraft aber stets in
Richtung des Pfeiles 15 in Richtung auf den Krümmungsmittelpunkt 5 in den Flansch
ein, so daß die Anpressung auch in verschwenkter Lage der Verbindung völlig gleichmäBig
bleibt.
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