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Spannring zur Kupplung zweier
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Flansche einer Rohrverbindung -===== ======== == Die Erfindung bezieht
sich auf einen Spannring mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
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In der Vakuumtechnik wird zur Verbindung zweier sogenannter Eleinflansche
eines Rohrsystems od. dgl. vornehmlich ein Spannring verwendet, dessen schwenkbarer
Schraubbolzen einen als Mutter ausgeführten Schraubkopf aufweist. Zur Spannringbefestigung
wird der Schraubbolzen so verschwenkt, daß die Mutter hinter ein Endstück gelangt.
Sodann wird die Mutter angezogen, so daß die Kleinflansche über die Spannstücke
dichtend gegeneinander gedrückt werden. Um einen Ausgleich zwischen der Mutter und
dem Endstück des Spannrings zu erzielen, ist eine Un'erlegscheibe vorgesehen.
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Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, daß die Bedienungsperson
beim Kupplungsvorgang vor dem Verschwenken des Schraubbolzens die Unterlegscheibe
stets von Hand extra bis an die Mutter heranziehen muß, was ausgesprochen umständlich
und lästig und nicht zuletzt auch zeitraubend ist, zumal dann, wenn die Mutter nach
einem ersten Zurückdrehen nochmals weiter zum freien Ende des Schraubbolzens zurückgedreht
werden muß und wenn dabei noch der Schraubbolzen nach oben weist, so daß die Unterlegscheibe
aufgrund ihres Eigengewichts stets bestrebt ist, nach unten zu rutschen und sich
damit von der Mutter zu entfernen. Ein weiterer Nachteil
besteht
darin, daß bei einem nicht ordnungsgemäßen Zurückziehen der Scheibe letztere beim
Verschwenken des Schraubbolzens gegen eine Stirnfläche des Endstücks stößt und damit
das Einschwenken des Schraubbolzens zunächst verhindert. Weiterhin ist zu beobachten,
daß bei einer Handhabung durch unqualifizierte Hilfskräfte und insbesondere auch
bei schlecht zugänglichen Kupplungsstellen die Unterlegscheibe gar nicht an die
Mutter herangezogen wird, sondern sich im Spalt zwischen dem Endteil und dem Endstück
befindet. In einem solchen Falle reibt die Mutter beim Anziehen unmittelbar an der
Fläche des Endstücks, so daß Beschädigungen auftreten können und aufgrund der Reibdrehung
die Mutter mit dem Schraubbolzen in Richtung zur Stirnseite des Endstücks sich verlagert,
wodurch kein einwandfreier Spannschluß gegeben ist und die Gefahr eines Abgleitens
der Mutter vom Endstück und damit ein unbeabsichtigtes Lösen des Spannrings vor
allem bei Vibrationen bzw.
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Dauerschwingungen des Rohrsystems besteht. Darüber hinaus ist die
Gefahr gegeben, daß im Falle eines zum Beispiel unbeabsichtigten Abdrehens der Mutter
vom Schraubbolzen die Unterlegscheibe verloren gehen kann. In einem solchen Falle
müßte zunächst eine neue Unterlegscheibe beschafft und aufgeschoben werden, bevor
der Spannring fachgerecht montiert werden kann. Ist eine neue Unterlegscheibe Jedoch
nicht gleich zur Hand, so ist nicht auszuschließen, daß der Spannring ohne Scheibe
unsachgemäß zur Kupplung der Flansche verwendet wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Spannring mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß eine höhere Kupplungssicherheit
auch bei einer Betätigung durch unqualifizierte Bedienungspersonen und eine leichtere
und schnellere Handhabung gerade auch bei engen und schlecht zugänglichen Platzverhältnissen
erzielt
wird und daß eine stets funktionsrichtige und fehlbedienungssichere Lageposition
der Ausgleichsscheibe zur hintergreifenden Einschwenkanlage am Endstück gege-Den
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kennzeich#-nungsmerkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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:Dabei kann es vorteilhaft sein, den Schraubbolzen und den Schraubkopf
im wesentlichen einstückig auszuführen und den Schraubkopf dabei mit zwei Griffteilen
zu versehen, so daß eine Flügelschraube gegeben ist. Der Schraubbolzen und der Schraubkopf
können materialeinheitlich einstückig sein. Es ist aber auch möglich, die Einstückigkeit
damit zu erzielen, daß zum Beispiel ein als Schraubbolzen ausgeführtes Gewinde ende
in einen im wesentlichen als Flügelmutter ausgeführten Schraubkopf Eingesetzt und
hier zum Beispiel durch Schweißen, Nieten cder dergleichen verdrehsicher festgelegt
ist. Der ';chraubbolzen kann hierbei zweckmäßig in einem Quergewinde eines Schwenkbolzens
gewindegängig gelagert sein.
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Aller Schwenkbolzen befindet sich dabei in einer Lagerbohrung des
dem Endstück gegenüberliegenden Endteils des Spannrings. Sowohl im Endteil als auch
im Endstück des Spannrings können eine nutförmige Ausnehmung bzw.
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Aussparung vorgesehen sein, die im Kupplungszustand im wesentlichen
in einer Flucht liegen. Der Schwenkbolzen kann dabei derart im Endteil gelagert
sein, daß sich das den Schraubbolzen aufnehmende Quergewinde im Bereich der Ausnehmung
befindet. Der Schraubbolzen liegt dgmit im Kupplungszustand im wesentlichen verdeckt
in der Ausnehmung und der Aussparung. Dabei kann die Flügalsohraube vorteilhaft
so ausgeführt und angeordnet s ein, daß sie weitgehend vermittelt ist. Das heißt,
daß sowohl zur linken als auch zur rechten Seite verhältnis-
mäßig
gleich kurze Teile überstehen, so daß ein einseitig langer Schraubenüberstand, wie
er beim bekannten Spannring gegeben und insbesondere bei kleinen Spannringdurchmessern
durch den großen Überstand störend ist, vermieden ist. Beim erfindungsgemäßen Spannring
befindet sich an der einen Seite der Schraubkopf und an der anderen Seite mit etwa
gleich kurzem Überstand der freie Endbereich des Schraubbolzens. In bevorzugter
Ausführung kann die Flügelschraube gegenüber einem Scharniergelenk des Spannrings
vorgesehen sein, wobei das Scharniergelenk zwei halbschalenförmige Spannstücke,
welche die zu verbindenden Flansche übergreifen, miteinander verbindet. An dem einen
halbschalenförmigen Spannstück kann der Endteil materialeinheitlich einstückig ausgebildet
sein, in dem der den Schraubbolzen der Flügelschraube gewindegängig aufnehmbare
Schwenkbolzen gelagert ist. Am anderen halbschalenförmigen Spannstück ist gegenüber
dem Scharniergelenk das Endstück angeformt, das beim Einschwenken der Flügelschraube
vom Schraubkopf mit der neben diesem radial freidrehbar und axial unverschiebbar
befestigten Scheibe hintergriffen wird und beim Anziehen der Flügelschraube durch
weiteres Hineindrehen des Schraubbolzens in den Schwenkbolzen in Richtung gegen
den Endteil des anderen halbschalenförmigen Spannstücks gespannt wird.
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Die Scheibe ist dicht neben der Preßfläche des Schraubkopfes gelagert
und kann dabei vorteilhaft derart befestigt sein, daß ihr Innendurchmesser etwas
kleiner ist als der Durchmesser des Schraubbolzens der Flügelsohraube, wobei sich
der Lochrand der Scheibe in einer im wesentlichen eng angepaßten Umfangsnut des
Schraubbolzens befindet. Die Umfangsnut ist bezüglich der Scheibe so ausgeführt,
daß letztere zwar radial frei drehbar, aber dennoch weitgehend spielfrei geführt
ist, so daß eine
Axialverschiebung und ein Schrägstellen der Scheibe
auf dem Schraubbolzen praktisch vermieden ist. Darüber hinaus kann es vorteilhaft
sein, die Scheibe über zweckmäßig angeformte Verbindungselemente am Schraubkopf
radial freidrehbar zu lagern. Hierbei kann der Schraubkopf nahe seiner Preßfläche
am äußeren Umfang eine Nut besitzen, in die die Verbindungselemente, die zum Beispiel
als am Außenumfang der Scheibe vorstehende Stege ausgeführt sein können, hakenförmig
eingreifen. Eine solche freidrehbare Lagerung der Scheibe neben der Preßfläche des
Schraubkopfes kann sowohl am Schraubkopf einer mit einem Schraubbolzen einstückig
ausgeführten Flügelschraube als auch an einem Schraubkopf vorgesehen sein, der zweckmäßig
als Flügelmutter ausgeführt ist, die auf dem Gewinde des Schraubbolzens drehbar
gelagert ist. Bei dieser Ausführung ist der Innendurchmesser der Scheibe geringfügig
größer als der Durchmesser des Schraubbolzens.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen befindet sich die Scheibe
stets unmittelbar dicht neben der Preßfläche des Schraubkopfes. Die Scheibe ist
dabei für ihre Ausgleichsfunktion völlig ungehxlldert freidrehbar, ist aber dennoch
im wesentlichen ortsfest fixiert und somit zwangsgeführt. Beim Einschwenken des
Schraubbolzens in die Verschlußposition befindet sich die Scheibe immer am richtigen
Platz, so daß eine behinderungsfreie und zeitsparende Handhabung gegeben ist und
ein unsachgemäßer Kupplungsverschluß durch eine Nichtverwendung der Scheibe mit
Sicherheit ausgeschaltet ist, wodurch bei dem als Massenartikel verwendeten Spannring
mit kostensparenden Mitteln wirkungsvolle Qualitätsverbesserungen sowohl bei der
Bedienungsfunktion als auch beim Kupplungseinsatz gegeben sind.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen mit weiteren Vorteilen
und Einzelheiten der Erfindung sind den Merkmalen der Unteransprüche sowie der nachfolgen
den Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in schematischer Darstellung
bevorzugte Ausführungsformen als Beispiel zeigt. Es stellen dar: FIG. 1 eine Ansicht
einer Vakuumrohrverbindung in Rohrachsrichtung mit einem erfindungsgemäßen Spannring
in einer Montageposition, FIG, 2 eine Ansicht gemäß FIG. 1 mit geschlossenem Spannring,
FIG. 3 eine Seitenansicht der Vakuumrohrverbindung gemäß FIG. 2 in einer Sicht von
oben auf den Verschlußbereich des Spannrings der FIG. 2, FIG. 4 eine vergrößerte
Teildarstellung der erfindungsgemäßen Flügelsohraube des Spannrings nach FIG.
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1 bis 3 und FIG. 5 weitere Ausführungen erfindungsgemäßer Scheiben-und
6 lagerungen an als Muttern ausgebildeten Schraubbolzen für Spannringe gemäß den
FIG. 1 bis 3.
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Der in der Zeichnung dargestellte Spannring 1 kommt insbesondere in
der Vakuumtechnik praktisch als Massenartikel in verschiedenen Durchmessergrößen
zur Verbindung zweier Flansche 2,3 zum Einsatz, die an Rohren 4,5 angeordnet sein
können und zwischen sich einen Dichtungsring aufweisen. Die Flansche 2,3 sind an
ihren Randbereichen konisch verJüngt ausgeführt und werden hier von im vorliegenden
Falle halbkreisförmigen Spannstücken 6,7 übergriffen, die im Querschnitt U-förmig
ausgebildet sind
und konische Innenflächen besitzen, über die die
Flansche 2,3 mit entsprechender Spannkraft dicht in Richtung gegeneinander gepreßt
werden. Die Spannstücke 6,7 können zweckmäßig aus Aluminiumdruckguß bestehen. Es
ist aber auch möglich, die Spannstücke 6,7 aus einem anderen Metall oder aus Kunststoff
herzustellen. Die beiden halbkreisförmigen Spannstücke 6,7 der vorliegenden Ausführungsform
sind an einer Seite über ein Scharniergelenk 8 niteinander verbunden, welches eine
in Schlitzen verdeckt gelagerte Verbindungslasche 9 und zwei Gelenkzapfen 10 besitzt.
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An der dem Scharniergelenk 8 gegenüberliegenden Seite des Spannrings
1 ist am Spannstück 6 ein Endteil 11 angeformt, während am Spannstück 7 ein Endstück
12 ausgebildet ist. Die beiden Spannstücke 6,7 mit dem Endteil 11 und dem Endstück
12 besitzen eine im wesentlichen gleiche Raumform und sind spiegelsymmetrisch zueinander
angeordnet. Der Endteil 11 weist zwischen zwei Seitenteilen 13,13' eine nutförmige
Ausnehmung 14 auf, die mit einer Aussparung 15 zwischen zwei Seitenteilen des Endstücks
12 fluchtet.
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In einer in die Seitenteile 13,13' des Endteils 11 eingebrachten Bohrung
ist ein um seine Achse drehbarer ¢,chwenkbolzen 16 gelagert. Die Länge des Schwenkbolzens
16 entspricht im wesentlichen der Breite des Endteils 11. Im Bereich der Ausnehmung
14 des Endteils 11 be-:sitzt der Schwenkbolzen 16 ein durchgehendes Quergewinde
17, in dem ein mit einem durchgehenden Außengewinde versehener Schraubbolzen 18
einer Flügelschraube 19 gewindegängig drehbar gelagert ist. Die Flügelschraube 19
besitzt einen Schraubkopf 20 mit zwei Griffteilen 21 für eine Handbetätigung. Darüber
hinaus ist eine Scheibe 22 vorgesehen, die sich unmittelbar dicht neben einer
Preßfläche
23 des Schraubkopfes 20 befindet. Die Scheibe 22 ist hier weitgehend spielfrei um
die Achse der Flügelschraube 19 radial freidrehbar gelagert und insofern ortsfest
zwangsgeführt, als sie in Axialrichtung der Flügelschraube 19 nicht verschoben werden
kann.
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Bei einer Kupplung des Spannrings 1 gemäß FIG. 1 klaffen die beiden
Spannstücke 6,7 aufgrund der Dichtungsringanordnung zwischen den Flanschen 2,3 etwas
auseinander.
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Die Flügelschraube 19 mit der integrierten Scheibe 22 ist annähernd
in ihre äußerste Position zurückgedreht und kann nunmehr in Richtung des Pfeiles
E nach unten geschwenkt werden, so daß der Schraubbolzen 18 in die nutförmige Ausnehmung
14 und Aussparung 15 gelangt.
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Beim Einschwenken des Schraubbolzens 18 in die Verschlußposition ist
die Scheibe 22 aufgrund ihrer ortsfesten Freidrehlagerung derart zwangsgeführt am
Schraubkopf 20 gehalten, daß sie das Endstück 12 sicher und absolut ungehindert
übergreift und an der Druckfläche 24 des Endstücks 12 zur Anlage gelangt. Beim Anziehen
der Flügelschraube 19 durch die Bedienungsperson durchsetzt der Schraubbolzen 18
den Schwenkbolzen 16 und das Endstück 12 sowie der Endteil 11 werden gegeneinander
gezogen, wobei die Spannstücke 6,7 weiter auf die Flansche 2,3 gleiten und letztere
dabei derart stark zusammendrücken, daß eine vakuumdichte Rohrverbindung gegeben
ist. Beim Bestdrehen der Flügelschraube 19 bewirkt die Scheibe 22 eine Ausgleichsfunktion
zwischen dem Schraubkopf 20 und dem Endstück 12, so daß die Preßkräfte gut übertragen
werden und eine unmittelbare Reibabnutzung zwischen dem Schraubkopf 20 und dem Endteil
12 vermieden ist. Die Scheibe 22 kann sich beim Festdrehen der Flügelschraube 19
je nach den auftretenden Reibungsverhältnissen beliebig mitdrehen oder stehen bleiben,
womit auch verhindert wird, daß die Flügelschraube 19
beim Festdrehen
unbeabsichtigt nach vorn in Richtung zur Öffnung der Aussparung 15 wandert bzw.
sich verschiebt, so daß in jedem Falle eine dauerhaft sichere Kupplungsfunktion
entsprechend der in der FIG. 2 dargestellten Position gegeben ist.
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Den FIG. 2 und 3 ist zudem klar zu entnehmen, daß aufgrund der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung die Flügelschraube 19 des Spannrings 1 so bemessen und angeordnet
ist, daß ein einseitiger Überstand vermieden ist. Es ist vielmehr eine weitgehend
gleichmäßige Längenaufteilung gegeben, da auf der einen Seite neben dem Endstück
12 die Scheibe 22 mit dem Schraubkopf 20 sich befindet, während an der anderen Seite
der freie Endbereich des Schraubbolzens 18 den Endteil 11 überragt, wobei das überragen
des Endbereichs des Schraubbolzens 18 etwa gleich dem tierstand des Schraubkopfes
20 ist, so daß praktisch eine sogenannte Längenvermittlung gegeben ist. Die gleichmäßige
Verteilung ist insbesondere bei kleineren Spannringdurchmessern, bei denen im wesentlichen
ein gleich großes Verschlußsystem verwendet wird, vorteilhaft, da dadurch ein einseitiger
Schraubenüberstand über den Umfang der einen Seite des Spannrings hinaus vermieden
ist.
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In einer bevorzugten Ausführung ist gemäß der FIG. 4 dicht neben der
Preßfläche 23 des Schraubkopfes 20 im Schraubbolsen 18 eine Umfangsnut 25 ausgebildet,
die nur geringfügig breiter ist als die Stärke der Scheibe 22. Der Innendurchmesser
der Scheibe 22 ist kleiner als der Durchmesser des Schraubbolzens 18, so daß sich
der Lochrandbereich der Scheibe 22 in der Umfangsnut 25 befindet. Die freidrehbare
Lagerung der Scheibe 22 ist so ausgeführt, daß sie praktisch spielfrei ist, wobei
die Scheibe 22 gegen Axialverschiebung sicher gehalten ist.
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Hierbei ist der Schraubbolzen 18 ein durchgehendes Gewindeende, auf
das der Schraubkopf 20 aufgesetzt und am Kopfende 26 durch Vernietung festgelegt
worden ist. Der Schraubbolzen 18 und der Schraubkopf 20 sind somit praktisch einstückig
ausgeführt. Es ist allerdings auch möglich, den Schraubbolzen 18 und den Schraubkopf
20 materialeinheitlich einstückig auszubilden und es k:rnn der Schraubbolzen 18
auch so ausgeführt sein, daß vor dem Schraubkopf 20 ein größerer gewindefreier Schaftteil
verbleibt.
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Bei der in der FIG. 5 dargestellten Ausführungsform ist der Schraubkopf
27 als Flügelmutter ausgebildet, die ebenfalls zwei Griffteile 21 besitzt. Am vorderen
Umfang des Schraubkopfes 27 ist eine schmale Umfangrille 28 ausgebildet. Unmittelbar
vor der Preßfläche 29 des Schraubkopfes 27 befindet sich eine Scheibe 30, deren
Lochinnendurchmesser etwas größer ist als des Gewinde im Schraubkopf 27. Die Scheibe
30 besitzt an ihrem Außenumfang vier schmale Verbindungselemente, die hakenförmig
umgebogen sind und in die Umfangsrille 28 des Schraubkopfes 27 derart eingreifen,
daß zuz einen in Axialrichtung eine weitgehend spielfreie ortsfeste Lagerung der
Scheibe 30 gegeben und darüber hinaus eine radiale Freidrehbarkeit der Scheibe SO
gewährleistet ist.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, eine solche Scheibenlagerung auch
bei einer Flügelschraube vorzusehen, bei der also Schraubbolzen und Schraubkopf
einstückig fest zusammen sind.
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Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, die Flügelschraube 19 mit
ihrem Schraubkopf 20 und dem Schraubbolzen 18 insbesondere als Tempergußteil materialeinzeitlich
einstückig auszuführen und nach der Formgebung der Flügelschraube 19 die Scheibe
22 an diesem mat-rial-
einheitlichen Schraubenteil so festzulegen,
daß die Scheibe 22 vor der Preßfläche 23 frei drehbar ortsfest fixiert ist. Zweckmäßig
kann die Scheibe 22 auf den Schraubbolzen 18 aufgesteckt und insbesondere sodann
vor der Ebene der Preßfläche 23 durch entsprechende Materialverformung ortsfest
festgelegt werden, so daß sie frei drehbar ist. Dazu kann es insbesondere günstig
sein, die Scheibe 22 vor dem Aufstecken auf den Schraubbolzen 18 für die Materialverformungsfestlegung
durch entsprechende Formgebung vorzubereiten. Weiterhin kann es vorteilhaft sein,
die Scheibe 22 durch eine Umfangserweiterung am Schraubbolzen 18 ortsfest freidrehbar
vor der Preßfläche 23 des Schraubkopfes 20 zu lagern.
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Eine solche Umfangserweiterung kann zum Beispiel durch eine Wulstbildung
am Schraubbolzen 18 oder auch durch eine nachträgliche Gewinde ausprägung erzielt
werden.
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Bei der Ausführungsform gemäß der FIG. 6 ist an einem ebenfalls als
Flügelmutter ausgebildeten Schraubkopf 35 eine im wesentlichen topfförmige Scheibe
32 freidrehend gelagert Bei der Herstellung ist die Scheibe 32 auf einen Vorderrandteil
33 des Schraubkopfes 35 aufgestülpt worden. Anschließend wurde die Umfangswandung
34 der Topfform-Scheibe 32 etwas nach innen gebogen, so daß sie den leicht konisch
gestalteten Vorderrandteil 33 hintergreift. Damit ist ein unverlierbarer, Jedoch
freidrehender Halt gegeben. Für die ungehinderte Frei drehbarkeit der topfförmigen
Scheibe 32 sind an den Griffteilen 21 des Schraubkopfes 35 im Ubergangsbereich zum
Vorderrandteil 33 kleine Ausklinkungen 36 ausgebildet.
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