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l)ie Erfindung betrifft einen Flansch gemäß dem Oberbegriff des
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Patentanspruchs 1.
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Speziell in der Abwassertechnik hat es sich als schwierig erwiesen,
beim Jiers tellen von );'lansch-Rohrverh indunclctn eine gleichmäßige Belastung
des zwischen den Flanschen liegenden Dichtmittels zu erreichen, da Fertigungsungen
au igkeiten oder' geringfügige Winkel zwischen den zu verbindenden Polieren durch
die Steifigkeit der Flansche und die verhältnismäßig großen Anlage flächen die Kräfte
der ßefestigungsmittel der Flansche zum in dest stellenweise an einer ordnungsgemäßen
Belastung des Dichtmittels hinderten. Verstärkt wird dieser negative Effekt vermutlich
dadurch, daß zwischen dem Rohrinnendurchmeser und der Aufnahme für das Dichtmittel
ein beträchtlicher radialer Abstand vorliegt, über den die Stirnflächen der Flansche
satt aufeinander liegen, so daß die Anpreßkräfte der Flansche in diesen Flächenbereichen,
in deren radialer Erstreckung die Flansche besonders steif sind, sozusagen 1'verbt'aucht"
werden und nicht mehr in das Dichtmittel eingeloitet werden können. Ungünstig ist
bei den bekannten Flanschen ferner, daß häufig Rohrkrümmer oder Rohrabschnitte mit
schräg zur Rohrachse angeordneten Flanschen miteinander verbunden werden müssen,
wobei bei gelockerten Befestigungsmitteln der Flansche die Hohre solange zueinander
relativ verdreht werden müssen, bis der jeweils gewünschte Rohrverlauf vorliegt.
Diese relative Verdrehung wird nun durch die satt aufeinander liegenden Flanschstirnseiten
um so mehr erschwert, wenn die Flansche an den Rohren sehr steif sind und mit verhältnismäßig
großen Flächenbereichen in den Stirnseiten aneinanderliegen. Bei den zuvor erwähnten
Abdichtproblemen wurde dann versucht, mit besonders kräftigen Befestigungsmitteln
die Flansche geataltsam so zu verformen, daß das Dichtmittel entsprechend verformt
wurde. Damit war jedoch die Gefahr einer Beschädigung des Flansches und des Dichtmittels
gegeben, verbunden mit der Gefahr einer verhältnismäßig Frühzeitigen Er
mündung
der Befestigungsmittel. Gerade für Flansch verbindungen, die mehrfach wieder gelöst
und angezogen werden mußten, war dies nachteilig.
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ner @@@@undung liegt dds technische Problem zugrunde, einen Ftansch
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem trotz P'er'tigungstolei'anzen und
Fluchtfehlern mit verhältnismäßig geringen Anpreßkräften stets eine einwandfrei
dichte Flanschverhüidung herstellbar ist, wobei auch die Forderung erfüllt werden
soll, daß die Flansche der Flanschverbindung bei gelockerten Befestigungsmitteln
verhältnismäßig leicht relativ zueinander verdrchbar sind.
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Das gestellte Problem wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.
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Bei dieser Ausbildung erhält der Flansch in seinem radial außer halb
des Rohres liegenden Erstreckungsbereiches eine gewünschte Elastizität, mit der
er sich unter Ausgleich von Fertigungstoleranzen oder Flucht fehlern relativ zum
Rohrkörper verformen läßt.
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Es hat sich überraschend gezeigt, daß infolge dieser Sollbiegestelle
bereits bei geringen Anpreßkräften seitens der Befestigungsmittel eine saubere und
gleichmäßige Belastung des Dichtmittels und damit eine einwandfreie Abdichtung erreicht
wird. Die Aussparung bildet nicht nur diese Sollbiegestelle, sondern reduziert auch
die Anlagefläche zwischen den Stirnseiten zweier solcher Flansche in einer Flanschverbindung,
woraus eine erhöhte spezifiscile Flächenpressung resultiert, die ebenfalls zur Verbesserung
der Dichtwirkung beiträgt. Obwohl die Flanschverbindung einwandfrei abdichtet und
in den äußeren Umfangsbereichen der Flansche diese fest aneinandergehalten sind,
ist den mit der F'Ja nscl'verbindung miteinander verbundenen Rohren oder einem an
einem Anschlußflansch angeschlossenen Rohr eine gewisse Eigenbewegung
möglich,
was sich hei Benutzung der Flanschverbindung positiv bemerkbar macht, z.B. bei thermisch
bedingten Relativbewegungen. bei Vibrationen aufgrund einer Strömung oder bei durch
Uru c ksteigeru ngen bedingten Bewegungen oder allgemeinen mneren Spannungen, die
an Flanschverbindungen bei längeren Rohrleitungen gern auftreten.
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eine zweckmäßige Ausfübrungsform der Erfindung geht aus Anspruch 2
hervor. Diese Form der Aussparung ist herstellungstechnisch einfach zu realisieren
und führt zu einer Sollbiegestelle, in der keine lokalen Spannungsspitzen oder Überbeanspruchungen
auftreten können. imine derartige Gestalt der Aussparung gestattet es ferner, das
eigentliche Rohrende über den Flansch hinaus zu verlängern, was zweckmäßig sein
kann, wenn der Flansch an eiiien Behälteranschlußflansch od. dgl. festgelegt werden
soll, wo es ggfs. erforderllch ist, daß das Rohrende in den Anschlußflansch hineingreift.
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Ein weiterer, wichtiger Godanke der Erfindung goht aus An spruch 3
hervor. Bei dieser Ausbildung bilden die beiden Aussparungen bei einer llanschverb
in dung aus zwei identischen Flanschen einen umlaufenden Ringraum, dergegenüber
dem Rohrinneren nur über' einen engen Spalt zugänglich ist. In der Abwassertechnik
hat diese" enge Spalt den Vorteil, daß er einerseits kein merkbares Strömungshindernis
bildet und daß andererseits die Gefahr' nicht besteht, daß Ablagerungen in diesem
Bereich zu einem allmählihen Zuwachsen des nutzbaren Rohrquerschnittes führen Konnen.
Eine unmittelbare Anlage der Stirnenden der Rohre in einer solchen Flanschverbindung
wäre nachteilig, da diese Anlage dann die Wirkung der Sollbiegestellen wieder beeinträchtlgen
könnte, Diese Gleichheit der Flanschausbildung mit Erhöhungen und Aussparungen bietet
den Vorteil der geringen Lagerhaltung, denn jedes Flanschende paßt aufeinander und
benötigt kein negatives Gegenstück.
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Alternativ dazu ist auch eine Ausführungsform denkbar, wie sie erläutert.
4 erläutert. Diese Ausbildung ist formen technisch besonders einfach. Die Aussparungen
beider Flansche einer Flanschverbindung bilden jedoch dann eine umlaufende und zum
Rohrinneren hin offene Ringnut im Bereich der Flanschverbindung.
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And .s<'its hat diese Ausführungsform den Vorteil, daß die Sollbiegestelle
sich über einen optimal großen, radialen Bereich erstreckt.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, die Merkmale von Anspruch 5 vorzusehen.
Es wird auf diese Weise die eingangs erläuterte Flächenpressung in den unmittelbar
aufeinandertreffenden Bereichen der Stirnseiten zweier Flansche einer Flanschverbindung
optik miert, was der Abdichtwirkung zugute kommt. Ilerstellungstechnisch ist dieser
Gesichtspunkt ebenfalls wichtig, da nur verhältnismäßig kleine Flächenbereiche sauber
und präzise bearbeitet sein müssen.
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Ein weiterer, wichtiger Gedanke der Erfindung geht aus Anspruch 6
hervor. Bei dieser Ausbildung wird gewährleistet, daß beim erstellen der Flanschverbindung
das Dichtmittel in Verb in dungsrichtung zusammen gedrückt und in radialer Richtung
verformt wird, bis es die Aufnahmen beider Flansche gut ausfüllt una damit zu der
gewünschten Abdichtung führt. Die Expansion des Dichtmittels erfolgt infolge dieser
Ausbildung exakt entgegen gesetzt zu der Richtung des später wirkenden Innendrucks
aus den verbundenen Rohren. Ein weiterer Vorteil dieses Gestaltungsmerkmals besteht
darin, daß bei gelockerten Befestigungsmitteln und bei relativem Verdrehen der Flansche
die Gefahr nicht besteht, daß die innen- bzw. Außen ränder der beiden Aufnahmen
das Dichtmittel beschädigen können, da sich dieses in unverformten oder noch wenig
verformtem Zustand noch nicht in diese Bereiche hineirierstreckt. Es besteht somit
auch nicht die Gefahr, daß es zwischen den Flanschen außerhalb der Aussparung
eingeklemmt
wird. Das Dichtmittel ist für die gelockerten Flansche eine gute Führung und bietet
auch gute Gleiteigenschaften.
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Eine besonders gute Abdichtwirkung wird bei einer Ausführungsform
erreicht, die aus Anspruch 7 entnehmbar ist. Diese Gestalt der Aufnahme ist zudem
herstellungstechnisch besonders gut zu verwirklichen.
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Alternativ dazu ist auch eine Form einer Aufnahme brauchbar, wie sie
aus Anspruch 8 hervorgeht. Bei dieser Querschnittsgespalt der Aufnahme wiro eine
besonders gleichmäßige Verformung ds Dichtmittels beim Zusammenspannen der Flansche
erreicht.
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ß'ei einer weiteren und aus Anspruch 9 entnehmbaren Ausführungsform
ist der Querschnitt der Aufnahme so gewählt, daß beim Zusammenpressen der Flansche
das Dich trii it tel deformiert wird und sich in Richtung entgegen dem späteren
Innendruck aUs den miteinander verbundenen Rohren verlagert. Vor dem endgute'gen
Zusammenpressen der Flansche ist jedoch ein leichtes relatives Verdrehen genauso
möglich wie ein gutes Festlegen des Dichtmittels, z.B. eines Dichtringes beim Montieren
der Flansch-Verb in dung.
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Ein weiterer, zweckmäßiger Gedanke läßt sich aus Anspruch 10 erkennen.
Diese Ausbildung sorgt dafür, daß die Befestigungskräfte der Befestigungsmittel
tatsächlich nur dort zur Wirkung kommen, wo sie für die Abdichtung gebraucht werden.
In dem Bereich radial außerhalb des Dichtmittels konnten aufeanander liegende Flächenbereiche
in den Stirnseiten der Flansche zu keinem nutzbaren Dichteffekt mehr genutzt werden.
Gleichzeitig verringert diese Maßnanine wiederum die Größe der Flächenbereiche,
in denen die gegeneinander gespannten Flansche tatsächlich mit Ihren Stirnseiten
aneinander zu liegen kommen.
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Eine weitere, besonders wichtige Ausführungsform der Erfindung aus
aus Anspruch 11 hervor. Diese Rippe drückt sich in das I)£chtmittel ein und erbringt
auf diese Weise einen zusätzlichen Zentriereffekt für die P'ianschverb in dung.
Diese Ausbildung trägt auch der allgemeinen Erkenntnis Rechnung, daß es nachteilig
ist, einem elastischem Dichtmittel eine Scherbelastung aufzuzwingez. was ggfs. bei
einer Versetzung der beiden Flansche durch die Scherenwirksamen Endkanten der Aufnahme
der Fall sein könnte Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch
12 hervor. Diese Quer'schnittsgestait des Flansches ist aus statischen Gründen zweckmäßig.
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Wichtig ist ferner auch das Merkmal von Anspruch 13, da sich der Flansch
mit hoher Fertigungsgenauigkeit und ohne wesentliche Nachbearbeitung besonders nach
modernen ku nststoffverformungsverfahren aus Kunststoff herstellen läßt.
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Schließlich ist auch noch Anspruch 14 wichtig, der eine Flanschverbindung
unter Verwendung zweier kongruenter Flansche betrifft. Gerade in der Abwassertechnik
haben sich solche schnell montierenden Flansch verbindungen mit V-'fb'rm igen Sp
annringen gut bewährt, wobei es bisher problematisch war, eine eipwandfreie Abdichtung
zu erreichen. Durch die mit Spritztechnik hergestellten rohre mit Flanschen entstehen
an den Stellen mit unterschiedlichen Wandstärken beim Erkalten unterschiedliche
innere Spannungen, wodurch sich Flanschflächen verziehen und nicht mehr aufeinander
fluchten. Da jedoch bei der erfindungsgemäßen Ausbildung durch die Sollbiegestellen
einerseits die Wandstärke annähernd gleichbleibend, andererseits die inneren Verspannungen
ausgeglichen, werden, so reichen geringe Klammerkräfte aus, um eine dichte Flanschverbindung
herzustellen. Dazu lassen sich speziell solche Spannringe mit V-förmigem Innenquerschnitt
einsetzen,
mit denen an sich nur begrenzte Spannkräfte für die
Flansche erzielbar sind. Da solche Spannringe, wenn sie hohe Kräfte auf Dauer erzeugen
müssen, zum Ermüden urid damit zum Nachlassen in der Spannwirkung neigen, kommt
ihnen die erfindungsgemal3e Ausbildung besonders entgegen, mit der bereits durch
geringe Spannkräfte eine einwandfreie Abdichtung erreicht wird und mit der ein Arbeiten
der Rohre durch die Sollbiegestellen kompensiert und nicht mehr in die Befestigungsmittel
tXingeleitet wird.
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Nachstehend werden anhand der Zeichnung Ausführungsformen der Erfindung
erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 in der oberen Hälfte eine Flanschverbindung mit
zwei erfindungsgemäß ausgebildeten Flanschen unter Verwendung eines Spannringes
und in der unteren hälfte eine Flanschverbindung aus zwei erfindungsgemäß ausgebildeten
Flanschen unter Verwendung von Spannschrauben als Befestigungsmittel, Fig 2 eine
weitere Ausführungsform der Flanschverbindung mit zwei erfindungsgemäß ausgebildeten
Planschen im Schnitt, Fig. 3 ein Detail einer weiteren Ausführungsform eines Flansches
im Schnitt, Fig. 4 ein Detail einer weiteren Ausführungsform eines Flansches im
Schnitt und Fig. 5 ein Detail einer weiteren Ausführungstorm eines Flan sches im
Schnitt.
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In Jig. 1 ist in der oberen Hälfte eine Flansch-fEohrverbindung 1
im Schnitt gezeigt, in der zwei Rohre 2 und 3 mit an ihren Rohrenden außen angeformten
Fla-nschen 4 und 5 durch ein Berestigun,f,sniittel 6 in Form eines Spannringes mit
V-förmige»> Innenquerschnitt gegeneinander gepreßt werden. Zwischen den Stirnstuten
der Flansche 4, 5 ist ein Dichtmittel 7 in Form eines elastomeren bicbtringes eingefügt,
der in einer Aufnahme 16 untergebracht ist, auf die später eingegangen wird. In
einem Abstand zur Aufnahme 16 ist radial nach innen in jedem Flansch 4, 5 eine umlaufende
Aussparung 8, 9 vorgesehen, wobei die beiden Aussparungen 8, 9 über einen schmalen
Spalt 10 zum Rohrinneren fuhren. Die Aussparungen 8, 9 bilden Sollbiegestellen mit
verringerter Wandstärke am Flansch fuß in etwa im Bereich 11 der Flansche 4, 5.
Die Außenseiten der Flansche 4, 5 sind in etwa mit der gleichen Schräge geformt,
wie der Innen querschnitt des Befestigungsmittels ó.
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In der unteren llälfte von Fig. 1 ist eine Flansch-Rohrverbindung
1' aus zwei Rohren 2', 3' im Schnitt gezeigt, bei der die Außenseiten der Flansche
4',5' radial stehen. In den Flanschen 4', 5' sind Durchgangsbohrungen 12 ausgebildet,
durch die eine Spannschraube als Befestigungsmittel 6 gesteckt ist, die die Flansche
4', 5 ' gegeneinander preßt. Im Übergangsbereich von jedem Rohrflansch 4', 5' zum
Rohrkörper ist innen eine schräge Aussparung 8' bzw. 9' vorgesehen, mit der wiederum
eine Sollbiegestelle 11 gebildet wird. Die beiden Aussparungen 8', 9' bilden im
Rohrinneren eine V-förmig umlaufende Nut.
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Eine weitere Ausführungsform, vergleichbar mit der Ausführungsform
in der oberen Hälfte von Fig. 1 ist in vergrößerter Darstellung aus Fig. 2 erkennbar.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich jedoch dadurch, daß die Aussparungen 8,
9 im Querschnitt trogförmig ausgebildet sind. Es ist hier gut erkennbar, wie beispielsweise
die Aussparung 8 zwischen dem tibergangsbereich
vom Rohr 2 zum
Flansch 4 und der weiterfuhrenden Außenseite des Flansches 4 dei Sollbiegestelle
11 mit reduzierter Wandstärke bildet. mit strichlierten Linien lOa ist eine weitere
Querschnirtsform der Aussparungen 8, 9 angedeutet, die in etwa der Querschnittsform
entspricht, wie sie in der interen hälfte von Fig. 1 gezeigt ist.
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Die beiden Flansche 4, 5 liegen praktisch nur in dem Bereich 17 mit
ihren Stirnseiten aneinander, wobei dieser Bereich eine geringere radiale i'rstreckung
Jiat, als die mit 16 bezeichneten Aufnahmen für das Dichtmittel 7. Jede Aufnahme
16 hat eine am Querschnitt trapezförmige Gestalt, wobei die in Richtung der Rohrlängsachse
gesehene Tiefe h der Aufnahme 16 kleiner ist, als die Haltte r der in dieser Richtung
gemessenen Gesamtstarke des Dichtmittels 7 in unverformtem Zustand (7u). Es ist
auch gut erkennbar. daß die radiale Erstreckung der Anfnahme 16 größer ist, als
die in dieser Richtung gemessene Gesamtstärke des Dichtmittels 7 in unverlormtem
Zustand (7u). Gegenüber der Stirnseite des Flansches 4 ist das eigentliche Stirnende
18 des Rohres 2 geringfügig zurückgesetzt, so daß der bereits erwähnte Spalt 10
entsteht. Von der Aufnahme 16 bis zum Außenrand des Flansches 4 iührt eine schräge
Fläche 15.
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In der rechten hälfte von Fig. 2 ist das Dichtmittel 7 so gezeigt,
wie es unter der Wirkung der Kraft des Befestigungsmittels 6 verformt ist. Es ist
erkennbar, daß durch die Differenz zwischen h und r das Dichtmittel 7 in Richtung
der Rohrlängsachsen zusammengedrückt wurde und sich in radialer Richtung expandierte.
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Durch diese Maßnahme wird eine besonders gute Abdichtung einerseits
und anderecseits der Vorteil erreicht. daß bei gelockertem Befestigungsmittel 6
und relativer Verdrehung der beider Flansche 4, 5 zueinander die Gefahr vermieden
wird, daß die Rander der beiden Aufnahmen 6 das D@ btmittel 7 beschädigen oder ein
klemmen könnten.
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VBen dri in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die Aufnahmc
16' im Querschnitt bogenförmig gekrümmt, wobei wiederum dlt' Tieü.' b d(r' Aufnahme
16' kleiner ist, als die hälfte r der Cesamtabmessung des Dichtmittels in unverformtem
Zustand (7u).
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Wenn zwei solcher Flansche 4, 5 gegeneinander gepreßt werden, wind
das Dichtmittel 7 in Richtung eines Pfeiles 19 zusammengedruckt und dahei in radialer
Richtung (Doppelpteil 20) auseinandergedrückt, so daß die Aufnahmen 16' beider Flansche
vollständig ausgefüllt sind. Beirri Lockern der Befestigungsmittel dieser beiden
Flansche entfernt sich das Dichtmittel wieder von den scharfen Kanten der Aufnahme,
so daß beim relativen Verdrehen dieser beiden Flansche die Gefahr' vermieden wird,
daß durch diese schargen Ränder ßas Dichtmittel verletzt wird.
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zwei clen Ausfübrungsformen gemäß den Fig. 2 und 3 und auch bei den
später erläuterten Ausführungsformen wird durch dieses radiale Ausfüllen beider
Aufnahmen der Flansche zudem der Vorteil erreicht, daß das Dichtmittel eine einwandfreie
Zentrierung der Flansche gegeneinander mitübernimmt.
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ßei der Ausführungsform von Fig. 4 ist die Aufnahme 16" so ausgebildet,
daß sie als Ringnut eine umfangsparallele Außenwand 23 ur>d eine schräg nach
innen geneigte Innen wand 22 erhält. Die Tiefe der Aufnahme 16" ist wieder geringer
als die Halfte der Gesamterstreckung des Dichtmittels 7 in unverformtem Zustand
(?i). Auch hier erfolgt wieder ein Zusammen drücken des Dichtmittels in Richtung
des Pfeiles IY, wobei durch die Gestalt der' Aufnahme 16" das Dichtmittel dann gezwungen
wird, sich In Richtung eines Pfeiles 20 radial nach Innen zu verformen und die Aufnahme
auszufüllen. Mit dem strichlierten Pfeil 21 wird die Wirkung des Durckes entgegen
dem Dichtmittel angedeutet.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fi. 5 ist in der Aufnahme 16"' in etwa
in ihrer Mitte eine umlaufende, erhabene Rippe 24 angeformt,
die
sich in das Dichtmittel 7 eindrückt urid hilft, dieses zu arretieren und in gewünschter
Weise zu verformen. Die Ripe 24 erbringt zusätzlich einen Zentriereffekt für dre
gegeneinander gezogsnen Flansche. Anstelle nur einer Rippe könnten auch mehrere
schmale gezackte kippen nebeneinander am Grund der Aufnahme 16''' angeformt sein.
Denkbar ist auch, das Dichtmittel 7 schon von vornherein mit außen umlaufenden Nuten
auszustatten, die sich dann mit den Rippen oder der Rippe 24 formschlüssig verzahnen
und zu einer besonders guten Zentrierwirkung fuhren.
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Es ist jedoch hervorzuheben, daß diese gewünschte Verformung des Dichtmittels
und die eingangs erläuterte, gleichmäßige Dichtung vor allem durch die Wirkung der
Sollbiegestelle 11 jedes Flansches unterstützt wird.
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L e e r s e i t e