DE3539537A1 - Flanschverbindung fuer keramikrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flanschverbindung für Keramikrohre.

Keramikrohre werden dort eingesetzt, wo gasförmige oder flüssige Medien unter hoher Temperatur gefördert werden müssen, wie z.B. bei Wärmetauschern für die diversesten Zwecke, z.B. Solaranlagen, Reaktoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flansch­ verbindung der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit der Keramikrohre dicht miteinander verbindbar sind.

Die Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst, wodurch eine sichere und auf die Dauer gleichbleibende Verbindung möglich ist.

Der Flansch ist vorzugsweise direkt am Keramikrohr eingeformt, so daß eine feste Schulter vorgesehen ist, gegen die die Klemmringe angelegt werden können.

Eine derartige Ausführung läßt sich je nach Bedarf an den Stirnseiten der miteinander zu verbindenden Rohre oder am Außenumfang derselben abdichten. In einer fer­ tigsungstechnisch einfachen Art ist zwischen den Stirn­ seiten der Keramikrohre ein Dichtungsring vorgesehen.

Der Dichtungsring kann mit einem Umfangsring kombiniert werden, der als Dichtung und gleichzeitig als Führung für die zusammenzufügenden Rohre dient.

Es sind die unterschiedlichsten Ausgestaltungen für die Klemmringe möglich.

Eine sehr einfache Ausführung besteht in der Verwendung von zwei Ringen, die mittels elastischen Spannelementen gegen jeweils eine senkrecht zum Rohrmantel gerichtete Flanschfläche gedrückt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine schräge Flanschfläche vorgesehen, gegen die ein mehrteilig ausgebildeter Klemmring angreift. Hierdurch ergibt sich eine günstigere Kräfteverteilung, bei der die Gefahr des Abbruches von Kanten des spröden Keramik­ materials vermieden wird. Außerdem ist ein Keramikflansch, dessen Schulter nicht senkrecht, sondern im flachen Winkel zur Umfangslinie verläuft, leichter herzustellen. Um einen Wärmedehnungsausgleich zu erleichtern und ein Mikroverschweißen ("Fresser") zu vermeiden, ist die Schulterfläche des Flansches mit einer Gleitschicht versehen.

Eine weitere Ausgestaltung liegt darin, daß der Klemmring in Verbindung mit einem Führungsring arbeitet, was die Zwischenlage von Dichtungsringen bzw. Dichtungsscheiben erlaubt, die die Spannkräfte vom Ring auf die Keramik übertragen. Hierdurch wird nicht nur eine verbesserte Ab­ dichtung, sondern auch eine bessere Kraftübertragung erreicht, bei der eine Beschädigung des Keramikrohres vermieden wird.

Die Klemmringe werden je nach Ausgestaltung der Rohre einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Ein gesonderter oder mit dem Spannelement verbundener Führungsring wird im letzeren Fall die Ringteile zusammenhalten.

Auch das Spannelement kann vielseitig ausgestaltet werden. Eine einfache Ausführung besteht in der Anbringung von mehreren elastischen Spannbügeln, die am Umfang der Verbindungsstelle in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Diese Ausführung hat den weiteren Vorteil, daß sie thermische Dehnungen des Systemes automatisch aus­ gleichen kann.

Bei Anwendungen, bei denen die Keramikrohre und deren Verbindungsstelle hohen Belastungen, hohen Temeraturen oder hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, ist ein Spannelement mit Schraubverbindungen vorgesehen, bei denen elastische Spannscheiben oder dergleichen für den notwendigen Dehnausgleich sorgen.

Die Flanschverbindung gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine sichere und dichte Verbindung von Keramikrohren auf Dauer gewährleistet und mit einer geringen radialen Abmessung hergestellt werden kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, wobei die Fig. 1 und 2 je ein Ausführungsbeispiel zeigen. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt aus Fig. 2.

In Fig. 1 sind zwei verschiedene Ausführungen von Flansch­ verbindungen 10 bzw. 11 an einem selben Rohrpaar 12, 13 im Längsschnitt dargestellt. Die in Fig. 1 links gezeichnete Ausführung besteht aus zwei Klemmringen 14, 15, die mittels elastischen Spannbügeln 16 jeweils gegen eine Schulter 17 bzw. 18 der Keramikrohre 12, 13 angedrückt werden. Damit werden die Rohre 12, 13 über die zugehörigen Flansche 20, 21 stirnseitig (22) aneinander gedrückt werden. Zwischen den Stirnseiten 22 der Flansche 20, 21 befindet sich ein Dichtungsring 23, der verhindern soll, daß das mit den Rohren 12, 13 transportierte Fluid nicht durch die Verbindungsstelle treten kann.

Solche Rohrsysteme sind zur Verwendung bei Anlagen, die höheren Temperaturen bis zu 1000°C ausgesetzt sind, geeignet. Dazu werden für die Klemmringe 14, 15 und den Spannbügel 16 temperaturbeständige Metalle verwendet, während für die Dichtung 23 ein möglichst elastisches, temperaturbeständiges Material, wie Glimmer verwendet wird.

Keramik hat einen kleineren Temperatur-Ausdehnungs­ koeffizienten als Metall. Wird also das System im Betrieb auf eine höhere Temperatur gebracht, so wird sich die Keramik in geringerem Maße ausdehnen als das Metall, so daß ein Nachziehen des axialen Druckes erforderlich ist, um die Dichtheit an der Verbindungs­ stelle zu gewährleisten. Dieses erfolgt bei dem Beispiel der Verbindung 10 automatisch durch die am Umfang der Rohre 12, 13 verteilten elastischen Bügel 16.

Auf der rechten Seite der Fig. 1 ist eine Flansch­ verbindung 11 gezeigt, bei der die Spannringe 30 mit einem Führungsring 31 zusammenwirken. Der Führungsring 31 umgreift die Außenmäntel der Flansche 32 und erstreckt sich axial beidseitig darüber hinaus derart, daß zwischen dem Führungsring 31 und den Keramikrohren 12 und 13 jeweils ein Ringspalt freibleibt. In diesem Ringspalt sind mehrere axial hintereinander angeordnete Dichtungsscheiben 33 und zuletzt die Spannringe 30 angeordnet. Als Spann­ element dienen mehrere am Umfang der Rohre 12, 13 angeordnete Schraubstangen 35, die über jeweils einen Zwischenring 36 axial gerichtete, entgegengesetzte Kräfte auf die jeweiligen Klemmringe 30 ausüben und diese dabei gegen die Dichtungsscheiben 33 drücken. Die Kräfte werden dabei über die Dichtungsscheibenringe 33 auf die Keramikrohre 12, 13 bzw. deren Flansche 32 übertragen, so daß kein Kontakt zwischen Metall und Keramik verfolgen muß. Unterschiedliche Dehnbewegungen werden mittels elastischen Scheiben 38 ausgeglichen, die unterhalb der den Schraubstangen 35 zugeordneten Muttern 39 angeordnet sind.

Die Schultern 17, 18 der Keramikflansche 20, 21 können, wie auf der linken Seite der Fig. 1 gezeigt, senkrecht zur Mantellinie der Rohr 12, 13 verlaufen, oder aber auch schräg dazu ausgebildet sein, wie es in der rechten Hälfte der Fig. 1 (34) gezeigt ist.

Die Klemmringe 14, 15 bzw. 30 bestehen jeweils aus einem einstückigen Ring, wenn die zweiten Enden von zu verbindenden Keramikrohren ohne einem Flansch ausgestaltet sind, so daß die Ringe über die Rohre gestülpt werden können. In den meisten Fällen jedoch ist dieses nicht der Fall. Bei solchen Anwendungen bestehen die Klemmringe aus zwei oder mehr Teilen, die bei der Montage der jeweiligen Flanschverbindung an der Verbindungstelle um die Keramikrohre gelegt werden und von einem Führungsring radial gehalten werden. Gemäß dem in Fig. 1 rechts gezeigten Beispiel dienen sowohl der Führungsring 31 als auch der Zwischenring 36 des Spannelementes zur Halterung von Ringteilen. Es kann aber auch nur die eine oder die andere Führung vorgesehen werden.

In Fig. 2 ist eine Ausführung gezeigt, bei der ein Schraubspannelement, wie in Fig. 1 rechts dargestellt, direkt über die Klemmringe 42 bzw. 43 am Keramikflansch 32 angreift. In diesem Beispiel ist der Führungsring axial so kurz ausgestaltet, daß er nicht über die Keramikflansche 32 hinwegragt. Der Führungsring 44 hat außerdem einen radialen Bereich 45, der zwischen die Stirnseiten 46 der Flansche 32 zu liegen kommt. Mit dem radialen Bereich 45 des Führungsringes 44 soll ein Mindestspalt 47 zwischen den Keramikrohren 12, 13 sichergestellt werden, um die in diesem Bereich angeordnete Dichtung 48, z.B. ein Metall-O-Ring, nicht über die zulässige Grenze zu stauchen.

Die Klemmringe 42 bzw. 43 bestehen aus drei Ringsegmenten, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist. Um die Ringsegmente zu führen, ist bei dem Beispiel auf der linken Seite der Fig. 2 eine äußere, konische Anlagefläche 47 vorgesehen, gegen die das Schraubspannelement 48 sowohl eine radiale als auch eine axiale Kraft ausübt.

Gemäß der rechten Ausführung der Fig. 2 bilden die Klemmringe 43 eine radiale und eine axiale Schulter 49 bzw. 50, gegen die das Spannnelement 48 radial bzw. axial angreift. In diesen Fällen wird der Führungsring für die Klemmringe entweder durch die konische Ausgestaltung des Außenteiles 47 des Klemmringes 42 oder der Radialschulter 49 des Klemmringes 43 ersetzt.

Claims (10)

1. Flanschverbindung für Keramikrohre, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikrohre (12, 13) an ihren zu verbindenden Enden je einen Flansch (20, 21 bzw. 32) aufweisen, gegen den Klemmringe (14, 15 bzw. 30) angeordnet sind, und daß den Klemmringen eine Spannvorrichtung (16, 35-39) zugeordnet ist, mit denen die beiden Klemmringe axial gegeneinander drückbar sind.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (20, 21 bzw. 32) im Keramikrohr (12, 13) eingeformt ist.

3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den angrenzenden Stirnseiten (22) der Keramikrohre (12, 13) ein Dichtungsring (23) vorgesehen ist.

4. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmringe (42, 43) mehrteilig ausgebildet sind.

5. Flanschverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung aus mehreren elastischen Bügeln (16) besteht.

6. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung als Schraubelement (35 bis 39) ausgebildet ist.

7. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß um den Außenmantel der Flansche (32) ein Führungsring (44) angeordnet ist.

8. Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (44) einen zwischen die Stirnseiten (46) der Keramikrohre (12, 13) hineinragenden radialen Bereich (45) hat.

9. Verbindung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Führungsring (31) sich axial über den Flanschbereich hinaus erstreckt.

10. Verbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den axialen Fortsätzen des Führungsringes (31) und den Keramikrohren (12, 13) mindestens je ein Dichtungsring (33) vorgesehen ist, gegen den der jeweilige Klemmring (30) angelegt ist.