DE2655473A1

DE2655473A1 - Auswinkelbare flanschverbindung fuer rohrleitungen

Info

Publication number: DE2655473A1
Application number: DE19762655473
Authority: DE
Inventors: Walter Wedel
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1976-12-08
Filing date: 1976-12-08
Publication date: 1978-06-22
Also published as: DE2655473B2; DE2655473C3

Description

Auswlnkelbare Flanschverbindung für Rohrleitungen
Die Erfindung betrifft eine auswinkelbare Kugelflanschverblndung mit zwischengefügter Dichtung, insbesondere für Rohrleitungen aus Glas, Keramik, Steinzeug und entsprechenden Werkstoffen.
Solche Flanschverblndungen sind beispielsweise aus der FR-PS 1 236 037 und der US-PS 3 140 097 bekannt. Die Abdichtung der gewölbten Flanschflächen gegeneinander erfolgt bei solchen bekannten Systemen in der Regel dadurch, daß man in sich z,T. gegenüberliegende Nuten oder Rillen in den Dichtflachen entsprechend profilierte Dichtringe oder Dichtungen einlegt, die beim Verbinden der Flansche einer verhältnismäßig hohen Flächenpressung ausgesetzt werden. Zum Teil fügt man auch profilierte Dichtringe, wie etwa O-Ringe ohne Vorhandensein spezieller Nuten direkt zwischen die einander zugeordneten, kugelig-konkaven und kugelig-konvexen Dichtflächen. Beide Arten von Dichtungen erfordern hohe Maßgenauigkeit der verwendeten Dichtringe, da diese sich exakt in die vorgegebenen Flanschformen einpassen müssen.
Diese bekannten Systeme erfahren beim Zusammenspannen der Verbindung eine derartige Deformation der eingelegten Dichtringe, daß sich die an den Flanschen anliegenden Kontaktflächen in jedem Fall verbreitern.
Hierdurch wird die Flächenpressung der Dichtung entsprechend verringert und es müssen somit höhere Flansch- und Verbindungskräfte aufgebracht werden. Außerdem wirken sich auftretende fertigungsbedingte Unrundheiten an den Flanschen und Dichtungen erschwerend auf die Montage aus und können bei exzentrischem Versatz zur Zerstörung der Dichtung durch Scherkräfte führen. Auch wird durch Einbringen von Dichtrillen das jewellige Flanschbauteil geschwächt.
Ferner wird diesen bekannten Ausführungsformen beim Auswinkeln der Flanschverbindung die Dichtung in dem kugelig-konkaven Flansch, der sog. Pfanne, häufig verschoben, wodurch eine einseitige Belastung der Pfanne bewirkt wird.
Generell entstehen durch das Verspannen der Flanschverbindung in dem konvexen Flanschteil tangentiale, d.h. umfangsgerichtete Druckkräfte, während in dem konkav ausgebildeten Flanschteil Zugkräfte erzeugt werden.
Da bei den für die bezeichneten Rohrsysteme insbesondere eingesetzten Werkstoffen die Zugfestigkeit bedeutend geringer ist als die Druckfestigkeit, ist der konkave Flanschteil das bruchgefährdete Bauteil.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Flanschverbindung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, bei der die geschilderten Nachteile nicht auftreten und bei der insbesondere das pfannenartige Flanschteil weniger bruchgefährdet ist und eine durch ungenaue Lage des Dichtringes ungleichmäßige Dichtkraftverteilung vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine auswinkelbare Kugelflanschverbindung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Dichtfläche des Pfannen-Flansches aus zwei konzentrisch aneinander angrenzenden Kegelstumpfmantelflächen besteht, die die Rohrachse als Kegelachse gemeinsam haben und von denen die auf die Rohrachse bezogen innere Kegelstumpfmantelfläche einen geringeren Kegelwinkel aufweist, als die an diese angrenzende periphere Kegelstumpfmantelfläche, so daß die aus ihnen bestehende pfannenförmige Dichtfläche im Bereich der kreisförmigen Grenzlinie zwischen den beiden Kegelstumpfmantelflächen beim Herstellen der Flanschverbindung über den Dichtring an der kugelig-konvexen Dichtfläche des Gegenflansches anliegt. Die Kegelwinkel der beiden Kegelstumpfmantelflächen sind dabei so bemessen, daß die Tangente an die kugeligkonvexe Dichtfläche im Kontaktbereich mit der Dichtfläche des Pfannen-Flansches einen Winkel mit der Rohrachse bildet, der größer ist als der halbe Kegelwinkel der inneren Kegelstumpfmantelfläche, jedoch kleiner als der halbe Kegelwinkel der peripheren Kegelstumpfmantelfläche.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die halben Kegelwinkel beider Kegelstumpfmantelflächen spitze Winkel, jedoch läßt sich die pfannenförmige Dichtfläche vorteilhaft auch so ausführen, daß der halbe Kegelwinkel der peripheren Kegelstumpfmantelfläche etwa 900 beträgt, wo durch diese in eine Kreisringfläche übergeht, oder der entsprechende Winkel sogar mehr als 900 beträgt.
Durch diese Gestaltung wird die Dichtung immer linienförmig belastet und somit bleibt die Flächenpressung unabhängig von der Verformung der Dichtung praktisch konstant.
Dabei bilden sich außer- und innerhalb der Dichtkante ringförmige Wulste an der deformierten Dichtung, die ein seitliches Verschieben der Dichtung verhindern.
Außerdem bewirkt die ringförmige Dichtkante, daß der Grad der Auswinkelung des mit ihr verbundenen Kugel flansches die Krafteinleitung in den pfannenförmigen Flanschteil nicht beeinflußt. Sie erfolgt konzentrisch und rotationssymmetrisch, vermeidet somit einseitige Beanspruchung und ermöglicht die volle Ausnutzung der Gestaltfestigkeit des pfannenförmigen Flanschteiles.
Die Flansch- und Schraubenkräfte werden ebenfalls durch diese Formgebung minimal gehalten und erlauben eine leichtere Dimensionierung der Verbindungselemente.
Die Dichtung besteht aus den üblichen Werkstoffen. Sie kann als Ringscheibe ohne oder mit umgebördeltem Rand ausgeführt sein, wobei letzterer das Zentrieren bei der Montage erleichtert.
An die Maßgenauigkeit der Durchmesser werden keine besonderen Ansprüche gestellt, weil sich die Dichtkante in das Dichtungsmaterial eindrückt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier, in den anliegenden Zeichnungen dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es stellen dar: Figur 1 eine erfindungsgemäße-Kugelflanschverbindung, bei der die periphere Kegelstumpfmantelfläche des pfannenförmigen Flanschteiles rechtwinklig zur Rohrachse verläuft und somit eine Kreisringfläche bildet; Figur 2 eine erfindungsgemäße Kugelflanschverbindung, bei der die halben Kegelwinkel beider Kegelstumpfmantelflächen der pfannenförmigen Dichtfläche spitze Winkel sind.
Die Figur 2 erläutert ferner die Winkelverhältnisse.
Entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren zeigen jeweils ein Rohrende 1, dessen Flanschteil 2 mit einer kugelig-konvexen Dichtfläche 8 versehen ist. Das anzuschließende zweite Rohrende 3 besitzt ein Flanschteil 4 mit erfindungsgemäß ausoeführter pfannenförmiger Dichtfläche. Zwischen beiden Dichtflächen befindet sich ein Dichtring 5. Gegen die rückseitigen Schultern der Flanschteile 2 und 4 liegen jeweils Uberwurfflansche 6 an, die dazu dienen, die Rohrenden 1 und 2 mittels Schrauben 7 gegeneinander zu verspannen.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht die erfindungsgemäß ausgeführte Dichtfläche aus einer inneren Kegelstumpfmantelfläche 9 und einer sich konzentrisch an diese anschließenden peripheren Kreisringfläche 10. Mit der den Ubergang zwischen den Flächen 9 und 10 bildenden kreisförmigen Kante 11 liegt die pfannenförmige Dichtfläche des Flanschteils 4 an dem Dichtring 5 und über diesen an der kugeligkonvexen Dichtfläche 8 des Flanschteils 2 an. Durch den halben Kegelwinkel & ist die mögliche Auswinkelung zwischen Achsen 12 und 13 der Rohrenden 1 und 3 angedeutet.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flanschverbindung mit einer pfannenförmigen Dichtfläche, deren periphere Kegelstumpfmantelfläche 10 einen spitzen Winkel g mit der Rohrachse bildet. Dadurch, daß der Winkel t der inneren Kegelstumpfmantelfläche 9 kleiner ist als der Winkel g , entsteht eine kreisförmige Dichtkante 11, die an dem Dichtring 5 und über diesen an der kugeligkonvexen Dichtfläche 8 anliegt. Der Winkel der Tangente an die kugeligkonvexe Dichtfläche 8 in diesem Bereich ist mit ß bezeichnet. Um einen definierten Kontaktbereich zwischen den gegenseitigen Dichtflächen zu erhalten, muß der Winkel » kleiner als der Winkel g und größer als der Winkel t sein. Nur im Grenzfall kann entweder der Winkel T oder der Winkel g gleich dem Winkel n sein. Jedoch erfordert eine solche Ausführung eine hohe Maßgenauigkeit, damit der pfannenförmige Flanschteil 4 auch wirklich im Bereich der Linie 11 am Kugelflansch 2 anliegt.
Durch den eingezeichneten Winkel g ist angedeutet, daß der halbe Kegelwinkel der peripheren Kegelstumpfmantelfläche 10 auch größer als 900 ausgeführt sein kann.
Mit R ist der Krümmungsradius der kugelig-konvexen Dichtfläche 8 bezeichnet.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Auswinkelbare Kugelflanschverbindung zum Verbinden von zwei Rohrenden, deren eines Rohrende (1) einen Flanschteil (2) mit einer herkömmlichen, kugelig-konvexen Dichtfläche (8) aufweist, undbbei der ein Dichtring (5), vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen, zwischen die kugelig-konvexe Dichtfläche (8) und die Dichtfläche des Flanschteils (4) des anderen Rohrendes (3) eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die pfannenförmige Dichtfläche des Flanschteils (4) aus zwei konzentrisch aneinander grenzenden Kegelstumpfmanteiflächen (9, 10) besteht, die die Rohrachse (13) als Kegelachse gemeinsam haben, und von-denen die auf die Rohrachse (13) bezogen innere Kegelstumpfmantelfläche (9) einen kleineren Kegelwinkel aufweist als die an diese angrenzende periphere Kegelstumpfmantelfläche (10), so daß die aus ihnen bestehende pfannenförmige Dichtfläche des Flanschteils (4) im Bereich der kreisförmigen Grenzlinie (11) zwischen -den Kegelstumpfmantelflächen (9, 10) über den Dichtring (5) an der kugelig-konvexen Dichtfläche (8) des Flanschteils (2) anliegt, wobei die Tangente an die'kugelig-konvexe Dichtfläche. (8) Im Kontaktbereich (11) mit der Dichtfläche (9, 10, 11) des Flanschteils (4) einen Winkel (ß) mit der Rohrachse bildet, der größer ist als der halbe Kegelwinkel (z) der inneren Kegelstumpfmantelfläche (9), jedoch kleiner als der halbe Kegelwinkel (&) der peripheren Kegelstumpfmantelfläche (10).
2. Kugelflanschverbindung nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Kegelwinkel (s) der peripheren Kegelmantelfläche (11) in etwa 900 beträgt, so daß diese Im wesentlichen die Gestalt eines Kreisringes besitzt.
3. Kugelflanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Kegelwinkel (g) der peripheren Kegelmantelfläche (10) und der halbe Kegelwinkel (#) der inneren Kegelmantelfläche (9) spitze Winkel sind.
4. Kugelflanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Kegelwinkel (d) der peripheren Kegelmantelfläche größer als 900 ist.
5. Kugelflanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (5) als flache Ringscheibe ausgebildet ist.
6. Kugelflanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (5) am Außenumfang einen Zentrierkragen aufweist.
7. Kugelflanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rand des Dichtringes (5) unter einem Winkel verläuft, der dem halben Kegelwinkel ( t) der inneren Kegelmantelfläche (9) der pfannenförmigen Dichtfläche entspricht.