DE2918998A1

DE2918998A1 - Spannring fuer flanschverbindungen

Info

Publication number: DE2918998A1
Application number: DE19792918998
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Jokisch; Hans-Peter Dr Ing Kabelitz; Heinz Ing Grad Plate
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1979-05-11
Filing date: 1979-05-11
Publication date: 1980-11-13
Also published as: GB2051213A; FR2456276A1; GB2051213B; DE2918998C2

Description

79.004

-S-

LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental

Spannring für Flanschverbindungen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannring für Flanschverbindungen mit Metalldichtringen/ bestehend aus mehreren Spanngliedern mit einem im wesentlichen ü-förmigen, nach innen offenen Querschnitt.

Eine Vielzahl von Spannringen ist bekannt. Wenn sie der Verbindung von Flanschen mit einer gummielastischen Dichtung dienen, dann sind die dadurch auf die Flansche aufzubringenden Kräfte nicht besonders hoch. Derartige Spannringe bestehen deshalb in der Regel aus zwei Teilen, die auf der einen Seite durch ein Doppelgelenk miteinander verbunden und auf der anderen Seite mittels einer Flügelschraube miteinander verbindbar sind. Bereits mit einer relativ kleinen Flügelschraube können die notwendigen Anpreßkräfte erzeugt werden.

Soll der Spannring jedoch der Verbindung von Flanschen mit .einem Metalldichtring dienen, dann müssen wesentlich höhere Anpreßkräfte erzeugt werden. Metalldichtringe setzen sich bei der Herstellung von Vakuumverbindungen immer mehr durch, weil sie in wesentlich geringerem Umfange nachgasen, ausheizbar sind und auch bei wesentlich niedrigeren Drücken noch dicht sind.

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Bei der Montage von ausheizbaren Kleinflanschverbindungen mit Metalldichtungen sind folgende, für die Funktion wesentliche Forderungen zu erfüllen:

a) Die thermische Dehnung der Flansche und der Dichtung sowohl in Axial- als auch in Radialrichtung darf durch den Spannring nicht behindert werden.

b) Die Kantenpressung auf den Spannflächen muß beim Ansetzen des Spannringes wegen der Gefahr des Fressens klein gehalten werden.

c) Die Spannringkraft soll sich möglichst gleichmäßig auf den Umfang der Flansche verteilen.

) Das Schließen des Spannringes muß in einfacher Weise durchführbar sein.

e) Die Herstellung des Spannringes soll einfach und kostensparend sein.

Von den bisher bekannten Spannringen werden diese Forderungen nur unvollkommen erfüllt. Es ist z, B. ein dreiteiliger Spannring mit drei einzelnen, um 120 versetzten Schraubverbindungen bekannt. Wegen der Vielzahl der jeweils durch Schraubverbindungen miteinander zu verbindenden Teile ist seine Montage häufig sehr schwierig. Bei ungünstigen Einbauverhältnissen können die um versetzten Schraubverbindungen häufig nicht alle erreicht werden. Bei einem weiteren Spannring sind nur zwei jeweils aus Edelstahl bestehende Spannringhälften

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vorgesehen, die ebenfalls an ihren freien Enden mit jeweils einer Schraubverbindung lösbar und schließbar sind.. Bei der Montage eines solchen Spannringes ist also immerhin noch das Anziehen oder Lösen von zwei Schrauben notwendig. Da der Spannring aus Edelstahl besteht, muß die Dichtung aus einem relativ festen Material bestehen, damit die durch unterschiedliche Wärmedehnung auftretenden Kräfte elastisch aufgenommen werden können. Daher kann diese Verbindung nicht bei Al-Flanschen verwendet werden. Schließlich weist dieser Spannring nur zwei relativ kleine Flächenpaare auf, die zur Auflage auf den Flanschen dienen, was eine hohe Flächenpressung zur Folge hat.

Bei zwei weiteren bekannten Ausführungen sind zwei Spannringhälften auf der einen Seite durch ein Doppelgelenk miteinander verbunden. Zum öffnen und Schließen des Spannringes dienen· auf der anderen Seite bei der einen Ausführung ein Exzenterhebel und bei der anderen Ausführung eine Flügelschraube. Diese vorbekannten Spannringe sind zwar schnell zu montieren; jedoch ist auch bei diesen Spannringen ein hoher Platzbedarf notwendig, da zur Aufbringung der notwendigen hohen Kräfte der Exzenterhebel relativ lang und die Flügelschraube relativ breit ausgebildet sein müssen. Diese relativ großen Teile erschweren die Montage insbesondere bei ungünstigen Einbauverhältnissen. Den beiden zuletzt genannten Ausführungen haftet außerdem noch der .Nachteil an, daß sie auf nahezu ihrem gesamten umfang den miteinander zu verbindenden Flanschen anliegen. Dadurch wird zwar eine gleichmäßige Kraftverteilung erreicht; nachteilig ist jedoch, daß wegen der fast halbkreisförmig

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gestalteten Druckflächen beim Ansetzen des Spannringes vor allem die Ecken der Druckflächen überlastet werden. Schließlich besteht der Nachteil, daß die Doppelgelenkverbindungen der Spannringhälften erhöhte Herstellkosten zur Folge haben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannring der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der die eingangs geschilderten Forderungen möglichst gut erfüllt bzw. die geschilderten, dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile weitgehend vermeidet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Spannring mit folgenden, zum Teil an sich bekannten Merkmalen gelöst:

a) Der Spannring besteht aus zwei oder drei Gliedern;

b) es sind drei oder vier über den Umfang verteilt angeordnete Spannflächenpaare auf den Innenseiten der U-Schenkel der Spannglieder vorgesehen;

c) die Spannflächen sind auf den Umfang im wesentlichen gleichmäßig verteilt und nehmen zwischen 30 % und 70 %, vorzugsweise zwischen 40 % und 50 %, des Umfanges ein;

d) die Enden der Spannglieder sind durch einfache Gelenke miteinander verbunden und - im Bereich ihrer Öffnungsseite - durch eine Zylinder-Schraubverbindung miteinander verbindbar;

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e) das Material des Spannringes und des Metalldichtringes haben einen im wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ,

Ein in dieser Weise ausgebildeter Spannring benötigt keinen großen Platzbedarf, da nur eine Zylinderschraubverbindung zu lösen oder zu schließen ist. Aufgrund von umfangreichen Versuchsergebnissen hat sich herausgestellt, daß sich im wesentlichen gleichmäßig auf den Umfang verteilt erstreckende Spannflächenpaare von 30 bis 70 % der UmfangserStreckung, vorzugsweise 40 bis 50 %, ein optimaler Kompromiß sind zwischen den Forderungen nach gleichmäßiger Kräfteverteilung, nicht zu hoher Flächenpressung, möglichst geringer Flächenreibung während des Schließvorganges und der Verhinderung·hoher Kantenpressung beim Beginn des Schließvorganges. Insbesondere wenn der Spannring nur aus zwei Spanngliedern mit hinsichtlich der Spannflächen identischer Form besteht, sind die Herstellkosten niedrig, zumal nur einfache Gelenke vorgesehen sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Die Figuren 1 und 2 zeigen in Draufsicht bzw. in Ansicht (nur einer Spannringhälfte) einen zweiteiligen Spannring nach der Erfindung, Beim Gegenstand der Figur 3 sind drei Spannglieder mit beweglich angeordneten Spannflächenpaaren vorgesehen, von denen eines in Figur 4 dargestellt ist.

Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Spannring 1 sind zwei Spannringhälften 2 und 3 vorgesehen, die auf ihrer

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einen Seite mit Hilfe des Zylinderstiftes 4 einfachgelenkig miteinander verbunden sind. Die mit einem Strich bezeichneten strichpunktierten Linien stellen die Kontur des Spannringes 1 in seiner geöffneten Stellung dar. Außerdem zeigt diese Figur zwei senkrecht aufeinander stehende, mit χ und y bezeichnete Achsen.

Auf der dem Gelenkstift 4 gegenüberliegenden Seite sind die Spannringhälften 2 und 3 mittels einer Schraubverbindung miteinander verbindbar. Diese Schraubverbindung besteht aus einem zylindrischen Mutterstück 5, das in einer zur Zentralachse 6 parallelen Bohrung 7 schwenkbar gelagert ist. Die Acnse 6 steht senkrecht auf der von der x- und y-Achse gebildeten Ebene. Im Bereich einer Einfräsung 8 weist das Mutterstück 5 die Gewindebohrung 9 auf, in die die Schraube 10 einschraubbar ist. Zweckmäßig weist diese einen Imbus-' pf auf. Die Spannringhälften 2 und 3 weisen einen U-förmigen, nach innen offenen Querschnitt auf. Die Schenkel der Spannringhälften sind mit insgesamt vier Spannflächenpaaren 11, 12, 13 und 14 versehen. Sie bestehen aus gegenüber ihrer Umgebung erhabenen, radial nach außen ansteigenden Schrägflächen. Die Spannflächenpaare 13 und liegen unmittelbar im Bereich der Schraubverbindung und bilden im gespannten Zustand im wesentlichen nur ein Spannflächenpaar. Die Spannflächenpaare 11 und 12 sind jeweils symmetrisch in einem solchen Abstand dazu angeordnet, daß sich im gespannten Zustand eine etwa gleichmäßig über den gesamten Umfang verteilte Auflage ergibt. Die Spannflächenpaare 11 und 12 sind dabei möglichst nahe an die y-Achse gerückt. Die Umfangserstreckung der Spannflächenpaare 11 und 12 ist jeweils kleiner als die Summe der

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Umfangserstreckung der dritten Auflage, bestehend aus den Spannflächenpaar-Abschnitten 13 und 14. Dadurch werden die während des Schließvorganges aufeinanderreibenden Flächen klein gehalten. Die gesamte Umfangserstreckung der Spannflächenpaare beträgt etwa 40 %, was ausreicht, um ein Fressen zu verhindern.

Die Spannringhälften haben jeweils eine nahezu identische Form. Sie unterscheiden sich lediglich in der Bohrung 7 zur Aufnahme des Mutterstückes 5 in der einen Spannringhälfte 3 und in der stufenförmig erweiterten Ausfräsung des Schlitzes 8 in der Spannringhälfte 2. Die dadurch gebildete Stufe dient der Auflage des Kopfes der Schraube

Der in der Figur 3 dargestellte Spannring 1 weist drei Spannglieder 20, 21 und 22 auf. Zwischen den Spanngliedern

20 und 21 sowie 21 und 22 sind einfache Gelenke 23 und 24 vorgesehen. Die freien Enden der Spannglieder 20 und 22 sind mit Hilfe einer Schraubverbindung miteinander verbindbar. Diese besteht aus einem am freien Ende des Spanngliedes um die Achse 25 schwenkbar gelagerten Gewindestift 26, der im geschlossenen Zustand in einen Schlitz 27 am freien Ende des Spanngliedes 22 eingreift. Durch Anziehen der Mutter 28 erfolgt die Erzeugung der Anpreßkraft,

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 werden die Spannflächenpaare von ihrerseits beweglich bzw. schwenkbar an den ■ Spanngliedern gehalterten Elementen gebildet. Dazu sind die Spannbacken 30, 31 und 32 vorgesehen, von denen eines in Figur 4 für sich allein nochmals dargestellt ist. Die Spannbacken sind im geschlossenen Zustand des Spannringes

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gleichmäßig über den Umfang verteilt und nehmen ca. 50 % der Umfangserstreckung ein. Sie sind an den Innenseiten der Schenkel der U-förmigen Spannglieder 2p bis 22 gelenkig gehaltert. Dazu weisen die Spannbacken eine Bohrung 35 auf, die dem Durchtritt eines Gelenkstiftes dient. Die Spannbacken selbst weisen ebenfalls einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf und weisen an den Innenseiten der U-Schenkel die schrägverlaufenden Spannflächenpaare auf.

Der der Halterung der Spannbacke 30 dienende Gelenkstift ist identisch mit dem die Spannglieder 20 und 21 miteinander verbindenden Gelenkstift. Der die Spannbacke 31 haltende Gelenkstift ist identisch mit dem Gelenkstift 25 zur Halterung des Gewindestiftes 26. Die Spannbacke 32 ist etwa in der Mitte des Spanngliedes 22 angeordnet/ und zwar mit Hilfe des Gelenkstiftes 38.

Der Spannring nach den Figuren 3 und 4 hat den Vorteil minimaler Flächenreibung während des Fließvorganges, ist aber wegen seiner vielen Einzelteile relativ teuer in der Herstellung. Im übrigen hat er alle Vorteile auch des Spannringes nach den Figuren 1 und 2, nämlich, daß er zur Montage und Demontage wenig-Platz benötigt und daß infolge der besonderen Anordnung der Spannflächen eine direkte, gleichmäßige und nahezu verlustlose ,Einleitung der Spannkraft in die Spannringteile möglich ist. Das Material der Spannringe ist zweckmäßig dem Material der jeweils verwendeten und nicht dargestellten Metalldichtringe angepaßt, damit Wärmedehnungsprobleme nicht auftreten. Da in der Regel Aluminium-Dichtringe verwendet werden, ist Aluminium der

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bevorzugte Werkstoff auch für die Spannglieder. Darüber hinaus können die Verbindungselemente (Gelenkstifte, Spannschrauben, Gewindestifte und dgl.) aus Festigkeitsgründen aus Edelstahl' bestehen. Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 besteht die Möglichkeit, nur die Spannbacken 31, 32 und 33 aus Aluminium herzustellen. Die Spannglieder 20, 21 und 22 können aus Edelstahl bestehen, ohne daß besondere Wärmedehnungsprobleme auftreten.

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e e r s e 11 e

Claims

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ANSPRÜCHE

f 1J Spannring für Flanschverbindungen mit Metalldichtringen, bestehend aus mehreren Spanngliedern mit einem im wesentlichen U-förmigen, nach innen offenen Querschnitt, gekennzeichnet durch die folgenden, zum Teil an sich • bekannten Merkmale:

a) Der Spannring (1) besteht aus zwei oder drei Gliedern (2, 3 bzw. 20, 21, 22);

b) es sind drei oder vier über den Umfang verteilt angeordnete Spannflächenpaare (11 bis 14 bzw. 30 bis 32) auf den Innenseiten der Ü-Schenkel der Spannglieder vorgesehen;

c) die Spannflächen sind auf den Umfang im wesentlichen gleichmäßig verteilt und nehmen insgesamt zwischen 30 % und 70 % des Umfanges ein;

d) die Enden der Spannglieder sind durch einfache Gelenke (4 bzw. 23, 24) miteinander verbunden und im Bereich ihrer Öffnungsseite - durch eine Zylinder-Schraubverbindung (5, 10 bzw. 26, 28) miteinander verbindbar;

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e) das Material des Spannringes und des Metalldichtringes haben einen im wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
2. Spannring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Spanngliedern mit hinsichtlich der Spannflächen identischer Form besteht.
3. Spannring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß symmetrisch zur einzigen Gelenkverbindung je ein Spannflächenpaar und im Bereich der Schraubverbindung ein weiteres Spannflächenpaar vorgesehen sind, wobei von dem weiteren Spannflächenpaar je ein Abschnitt unmittelbar im Bereich der der Schraubverbindung zugewandten Enden der Spannglieder ausgebildet ist.
4. Spannring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangserstreckung der im Bereich der Gelenkverbindung befindlichen Spannflächenpaare jeweils kleiner ist als die Summe der Umfangserstreckungen der im Bereich der Schraubverbindung befindlichen Spannflächenpaarabschnitte.
5. Spannring nach einem der .vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannflächenpaare von erhabenen Schrägflächen auf den Innenseiten der U-Schenkel gebildet werden.
6. Spannring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannflächenpaare von

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ihrerseits beweglich an den Ü-Schenkeln gehalterten Elementen gebildet werden.
7. Spannring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanhflächenpaare von gelenkig an den Spanngliedern gehalterten Spannbacken gebildet werden.
8. Spannring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein der Verbindung von Spanngliedern dienendes Gelenk auch der Halterung einer Spannbacke dient.
9. Spannring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer Schraubverbindung der miteinander lösbaren und verbindbaren Enden der Spannglieder im Bereich des einen Endes ein Gelenkstift vorgesehen ist, der entweder mit einem Gewinde versehen ist und dadurch ein Mutterstück bildet oder einen Gewindestift trägt*
10. Spannring nach Anspruch 7 und Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkstift auch der Halterung einer Spannbacke dient* ■
11. Spannring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (Gelenkstifte, Schraubverbindungen) aus Edelstahl und die übrigen Teile aus Aluminium bestehen.

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12. Spannring nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur die die Spannflächen tragenden Elemente aus Aluminium und die übrigen Teile aus Edelstahl bestehen.

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