DE2918998C2

DE2918998C2 - Spannring für Flanschverbindungen

Info

Publication number: DE2918998C2
Application number: DE19792918998
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Jokisch; Hans-Peter Dr.-Ing. Kabelitz; Heinz Ing.(grad.) 5000 Köln 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: 1984-03-15
Also published as: GB2051213B; GB2051213A; DE2918998A1; FR2456276A1

Description

a) Der Spannring (1) besteht aus zwei Gliedern (2, 3) mit zumindest hinsichtlich der Spannflächen identischer Form;

b) es sind drei etwa gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Bereiche mit Spannflächenpaaren (11, 12 sowie 13 und 14) vorgesehen welche auf den Innenseiten der U-Schenkel der Spannglieder ausgebildet sind und insgesamt zwischen 30 und 70%, vorzugsweise zwischen 40 und 50%, des Umfanges einnehmen;

c) die freien Enden der beiden Spannglieder sind durch eine Zylinder-Schraubverbindung (5, 10) miteinander verbindbar;

d) die drei Spannflächenpaare (11,12 sowie 13 und 14) sind symmetrisch zur einzigen Gelenkverbindung (4) angeordnet, wobei sich von dem dritten Spannflächenpaar (13, 14) je ein Abscnnitt in unmittelbarer Nähe der der Schraubverbindung (β., 10) zugewandten Enden der Spannglieder (2,3) befindet;

e) die Umfangserstreckui\2 der im Bereich der Gelenkverbindung (4) befindlichen Spannflächenpaare (11, 12) ist jeweils kleiner als die Summe der Umfangserstreckungen der im Bereich der Schraubverbindung (5,10) befindlichen Spannflächenpaarabschnitte (13,14);

f) das Material des Spannringes (1) und des Metalldichtringes haben einen im wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.

2. Spannring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannflächenpaare bzw. -abschnitte (11 bis 14) von erhabenen Schrägflächen auf den Innenseiten der U-Schenkel der Spannglieder (2, 3) gebildet werden.

3. Spannring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Schraubverbindung (5,10) der miteinander lösbaren und verbindbaren Enden der Spannglieder (2, 3) im Bereich des einen Endes ein Gelenkstift (5) vorgesehen ist, der entweder mit einem Gewinde versehen ist und dadurch ein Mutterstück bildet oder einen Gewindestift trägt.

4. Spannring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (Gelenkstift, Schraubverbindung) aus Edelstahl und die übrigen Teile aus Aluminium bestehen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannring für eine Flanschverbindung mit einem Metalldichtring, bestehend aus mehreren einfach gelenkig miteinander verbundenen Spanngliedern mit einem im wesentlichen U-förmigen, nach innen offenen Querschnitt, wobei die Innenseiten der U-Schenkel mit im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Sparsnflächenpaaren ausgerüstet sind.

Eine Vielzahl von Spannringen ist bekannt Wenn sie der Verbindung von Flanschen mit einer gummielastischen Dichtung dienen, dann sind die dadrrch auf die Flansche aufzubringenden Kräfte nicht besonders hoch.

ίο 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

is Flügelschraube können die notwendigen Anpreßkräfte erzeugt werden (vgl. CH-PS 4 48 638).

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 Umfang nachgasen, ausheizbar sind und auch bei wesentlich niedrigeren Drücken noch dicht sind.

Bei der Montage von ausheizbaren Kleinflanschverbindungen mit V*-£talIdichtungen 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

J5 des Fressens klein gehalten werden.

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

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

•ro e) Die Herstellung des Spannringes soil einfach und kostensparend sein.

Von den bisher bekannten Spannringen werden diese Forderungen nur unvollkommen erfüllt. Es ist z. B. ein

■»5 dreiteiliger Spannring mit drei einzelnen, um 120° versetzten Schraubverbindungen bekannt (vgl. Leybold-Katalog HV 150, Teil H-F, Seite 9, 1971). Wegen der Vielzahl der jeweils durch Schraubverbindungen miteinander zu verbindenden Teile ist seine Montage häufig

M sehr schwierig. Bei ungünstigen Einbauverhältnissen können die um 120° versetzten Schraubverbindungen häufig nicht alle erreicht werden. Bei einem weiteren Spannring der Firma Brand (siehe Werbeschrift »Bauelemente«, Seite 5, 1979) sind nur zwei jeweils aus Edelstahl bestehende Spannringhälften 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 Anriehen oder Lösen von zwei Schrauben

w> 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 (Vakuum-Mitteilungen der Fa. Balzers, Nr. 2Z 1978 und Spannring der Fa. Schuster, vergleichbar mit dem Spannring nach der CH-PS 4 48 638). Zum Offnen 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 ist¹⁰ 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 Kxaftverteiiung erreicht; nachteilig ist jedoch, daß wegen der fast halbkreisförmig gestalteten Druckflächen beim Ansetzen des Spannringes vor altern die Ecken der Druckflächen überlastet werden. Schließlich besteht der Nachteil, daß die Doppelgelenkverbindungen der Spannringhälften erhöhte Herstellkosten zur Folge haben.

Aus der CH-PS 5 22 164 ist schließlich noch ein Spannring der eingangs genannten Art bekannt mit drei Spanngliedern, deren Innenseiten ebenfalls auf nahezu w ihrem gesamten Umfang den miteinander zu verbindenden Flanschen anliegen, so daß die. Gefahr der Überbelastung von Eckbereichen der Druckflächen beim Ansetzen des Spannringes ebenfalls besteht. Weiterhin ist dieser Spannring relativ teuer in seiner Herstellung, da er drei Glieder sowie einen kombinierten Hebel-Schraubverschluß umfaßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannring der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der die eingangs geschilderten Förderungen möglichst gut erfüllt.

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

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a) Der Spannring besteht aus zwei Gliedern mit zumindest hinsichtlich der Spannflächen identischer Form;

b) es sind drei etwa gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete tJereiche mit Spannflächen- "»" paaren vorgesehen, welche auf den Innenseiten der U-Schetikel der Spannglieder ausgebildet sind und insgesamt zwischen 30 und 70%, vorzugsweise zwischen 40 und 50%, des Umfanges einnehmen;

c) die freien Enden der beiden Spannglieder sind durch eine Zylinder-Schraubverbindung miteinander verbindbar;

d) die drei Spannflächenpaare sind symmetrisch zur einzigen Gelenkverbindung angeordnet, wobei sich von dem dritten Spannflächenpaar je ein Abschnitt in unmittelbarer Nähe der der Schraubverbindung zugewandten Enden der Spannglieder befindet;

e) die Umfangserstreckung der im Bereich der Gelenkverbindung (4) befindlichen Spannflächenpaare (11, 12) ist jeweils kleiner als die Summe der Umfangserstreckungen der im Bereich der Schraubverbindung (Z, 10) befindlichen Spannflächenpaarabschnitte(13,14);

f) 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 die erfindungsgemäße Ausbildung der Spannflächenpaare 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. Da der Spannring nur aus zwei Spanngliedern mit hinsichtlich der Spannflächen identischer Form öesteht, sind die Herstellkosten niedrig, zumal nur ein einfaches Gelenk vorgesehen ist

Infolge der besonderen Anordnung _;ht Spannflächen ist eine direkte, gleichmäßige und nahe/u verlustlose Einleitung der Spannkraft in die Spannringteile möglich. Darunter ist zu verstehen, daß während der Schließbewegung eine quasi abwälzende Verformung des Dichtrinpf°s vor sich geht Zunächst wird der Dichtring im Bereich des Gelenkes verformt Daran schließt sich kontinuierlich bis zur Verbindungsschraube die Verformung der übrigen Dichtringbereiche an. Dieses abwälzende Verformen der Metalldichtung hat den Vorteil, daß die gesamten Schließkräfte nacheinander (und nicht gleichzeitig) aufgebracht werden müssen, so daß die aufzubringenden Kräfte klein gehalten werden können. Daraus resultieren die weiteren Vorteile, daß für Metalldichtsysteme überraschend kleine Schraubverbindungen verwendbar sind, die sogar eine Einhand-Montage ermöglichen.

Das Material der Spannringe ist dem Material der jeweils verwendeten, nicht dargestellten MeuJIdici/lringe angepaßt, damit Wärmedehnungsprobleme nicht auftreten. Da in der Regel Aluminium-Dichtringe verwendet werden, ist Aluminium der bevorzugte Werkstoff auch für die Spannglieder. Darüber hinaus können die Verbindungselemente (Gelenkstifte. Spannschrauben, Gewindestifte und dgl.) aus Festigkeitsgründen aus Edelstahl bestehen, da Edelstahlschrauben in ihren Ausdehnungskoeffizienten dem Aluminium nahekommen, während Schrauben aus Normalstahl stark davon abweichen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Die F i g. 1 und 2 zeigen in Draufsicht bzw. in Ansicht (nur einer Spannriflhälfte) einen zweiteiligen Spannring nach der Erfindung.

Beim dargestellten Spannring 1 sind zwei Spannringhälften 2 und 3 vorgesehen, die auf ihrer einen Seite mit Hilfe des Zylinders'iftes 4 einfachgelenkig miteinander verbunden sind. Die mit Γ bezeichneten strichpunktierten Linien stellen die kontur des Spannringes 1 in seiner geöffneten Stellung dar. Außerdem zeigt diese Figur zwei senkrecht aufeinander stehende, mit χ a;nd 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 Achse 6 steht

senkrecht auf der von der x- und /-Achse gebildeten Ebene. Im Bereich einer Einfräsung 8 weist das Mutterstück S die Gewindebohrung 9 auf, in die die Schraube 10 einschraubbar ist. Zweckmäßigerweise weist diese einen Imbuskopf auf. Die Spannringhälften 2 und 3 weisen einen U-förmigen, nach innen offenen Querschnitt auf. Die Schenkel der Spannringhälften sind mit zwei Spannflächenpaaren 11 und 12 sowie mit zwei weiteren Spannflächenpaarabschnitten 13 und 14 versehen. Sie bestehen aus gegenüber ihrer Umgebung erhabenen, radial nach außen ansteigenden Schrägflächen. Die Spannflächenpaarabschnitie 13 und 14 liegen unmittelbar im Bereich der Schraubverbindung 5, 10 und bilden im gespannten Zustand im wesentlichen nur ein Spannflächenpaar. Die Spannflächenpaare Hund 12 r> 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 Il und 12 sine dabei möglichst nahe an die /-Achse gerückt. Di< Umfangserstreckung der Spannflächenpaare U und Y. ist jeweils kleiner als die Summe der Umfangserstrek kung des dritten Spannflächenpaares, bestehend aus der Spannflächenpaar-Abschnitten 13 und 14. Dadurrt werden die während des Schlicßvorganges aufeinander reibenden Flächen klein gehalten. Die gesamte Um fangserstreckung der Spannflächenpaare beträgt etw; 40%, was ausreicht, um ein Fressen zu verhindern.

Die Spannringhälften haben jeweils eine nahezi identische Form. Sie unterscheiden sich lediglich in dei Bohrung 7 zur Aufnahme des Mutterstückes 5 in de: einen Spannringhälfte 3 und in der stufenförmig erweiterten Ausfräsung 15 des Schlitzes 8 in dei Spannringhälfte 2. Die dadurch gebildete Stufe dient dei Auflage des Kopfes der Schraube 10.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spannring für eine Flanschverbindung mit einem Metalldichtring, bestehend aus mehreren einfach gelenkig miteinander verbundenen Spanngliedern mit einem im wesentlichen U-förmigen, nach innen offenen Querschnitt, wobei die Innenseiten der U-Schenkel mit im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Spannflächenpaaren ausgerüstet sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: