DE3741782A1 - Verbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Für die Verbindung von Teilen, insbesondere Rohr­ enden, Behälterteilen oder dergleichen, ist es be­ kannt, zwei Kegelflansche, eine zwischen deren ein­ ander zugewandten Flanschflächen angeordnete Dichtung und einen Spannring vorzusehen, der die Kegelflansche übergreift und gegen die Dichtung drückt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ver­ bindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dahingehend weiterzubilden, daß mit einfachen Mitteln eine auch bei extremer Be­ anspruchung hohe Gasdichtigkeit in kleinbauend kompakter Ausführung mit zwangsgeführter Koaxial­ ausrichtung der Flansche erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie weitere Vorteile und wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind den Merkmalen der Unteransprüche, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in schematischer Darstellung bevor­ zugte Ausführungsformen als Beispiel zeigt. Es stellen dar:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Verbindung in Seiten­ ansicht und

Fig. 2 einen Teil der Verbindung gemäß Fig. 1 in vergrößerter Schnittdarstellung.

Die in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Verbindung 1 weist zwei Kegelflansche 2, 3 mit je einem Rohransatz 4 sowie eine Dichtung 5 und einen Spannring 6 auf, der die beiden Kegelflansche 2, 3 umschließt.

Der Spannring 6 besitzt zwei Halbschalen 7, 8, die über ein bevorzugt doppelgelenkiges Scharnier 9 ver­ bunden sein können, das eine Scharnierlasche 10 und zwei Gelenkzapfen 11 aufweist. Die Scharnier­ lasche 10 kann in Schlitzen der Halbschalen 7, 8 weitgehend verdeckt gelagert sein. Es ist jedoch auch möglich, an den gegenüberliegenden Stirnflächen der Halbschalen 7, 8 je eine Scharnierlasche vorzusehen, wobei die Gelenkzapfen 11 als Nietbolzen ausgebildet sein können. Statt des doppelgelenkigen Scharniers 9 kann der Spannring 6 auch ein eingelenkiges Scharnier besitzen, wobei die Scharnierlasche 10 entfallen kann und die Halbschalen 7, 8 über einen einzigen Gelenkbolzen verbunden werden.

Auf der dem Scharnier 9 gegenüberliegenden Seite des Spannrings 6 ist ein aufklappbarer Verschluß 12 vorgesehen, über den die beiden Halbschalen 7, 8 stufenlos zusammengespannt werden können. Der Ver­ schluß 12 kann dazu eine Augenschraube 13 aufweisen, die über einen Gelenkstift 14 an einem gabelförmigen Kopfteil 15 der einen Halbschale 7 schwenkbar gelagert ist. Die Augenschraube 13 ist in den ebenfalls gabelförmigen Kopfteil 16 der anderen Halbschale 8 eingeschwenkt und überragt den Kopfteil 16 mit einem Gewindeende 17. Auf das Gewindeende 17 kann eine Flügelmutter 18 aufgeschraubt sein, die beim Festschrauben gegen den Kopfteil 16 der Halb­ schale 8 drückt. Durch Drehen der Flügelmutter 18 in Richtung zum freien Ende des Gewindeendes 17 kann der Verschluß 12 gelöst und die Augenschraube 13 mit der Flügelmutter 18 hochgeschwenkt werden, so daß die beiden Halbschalen 7, 8 um die Gelenkzapfen 11 des Scharniers 9 zum Lösen der Verbindung 1 auseinander schwenken können.

In den Halbschalen 7, 8 des Spannrings 6 ist eine im Querschnitt etwa V-förmige Nut 19 ausgebildet, die von einer Grundfläche 20 und zwei von dieser abstrebenden Schrägwänden 21 begrenzt ist. In der V-Nut 19 befinden sich die beiden Kegelflansche 2, 3, die mit je einer Schrägfläche 22 an den Schrägwänden 21 des Spannrings 6 anliegen, wobei die Kegelflansche 2, 3 annähernd über ihren gesamten Umfangsbereich von den Halbschalen 7, 8 übergriffen sind. Die Kegel­ flansche 2, 3 sind im Durchmesser kleiner als der Durchmesser der V-Nut 19 an der Grundfläche 20, so daß zwischen der Grundfläche 20 und dem Flanschumfang 23 ein ringspaltförmiger Freiraum besteht.

Die bevorzugt metallische Dichtung 5 liegt zwischen den einander zugewandten Flanschflächen 24 der Kegel­ flansche 2, 3. Der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die Dichtung 5 an den den Kegelflanschen 2, 3 zuge­ wandten Stirnseiten einander gegenüberliegende Zentriervorsprünge 25, 26 aufweist, die an der inneren und äußeren Seite jeweils von zwei sich stoßenden Schrägen 27 so begrenzt sind, daß sie als im Querschnitt spitzwinklige Dreiecke ausgebildet sind. Das heißt der Winkel zwischen den beiden Schrägen 27 eines jeden Zentriervorsprungs 25, 26 ist kleiner als 90° und beträgt zweckmäßig etwa 70°. Die spitzwinkligen Eckteile der Zentriervorsprünge 25, 26 sind dabei ausgesprochen scharfkantig ausge­ bildet, so daß am Stoß der Schrägen 27 eine messer­ schneidenscharfe Dichtkante 28 ausgebildet ist.

Die Zentriervorsprünge 25, 26 befinden sich zwischen einem im Querschnitt bevorzugt rechteckförmigen Außenringbund 29 und einem Innenringbund 30, der im Querschnitt ebenfalls bevorzugt rechteckförmig ausgeführt sein kann. Der Innenringbund 30 und der Außenringbund 29 können sowohl in der Länge, also in radialer Richtung, als auch in der Dicke, also in axialer Richtung, im wesentlichen gleich ausgebildet sein. Die Zentriervorsprünge 25, 26 befinden sich da­ bei im mittleren Bereich der Dichtung zwischen dem Außenringbund 29 und dem Innenringbund 30, wobei die Dichtschneidkanten 28 den mittleren Durchmesser der Dichtung 5 bestimmen können. Die Dicke der Dichtung 5 kann zweckmäßig so bemessen sein, daß der Abstand zwischen den einander gegenüber­ liegenden Dichtschneidkanten 28 etwa zwei- bis fünf- mal größer ist als die Dicke des Innenringbundes 30 bzw. des Außenringbundes 29. Bei einer bevorzugten Ausführung kann der Abstand zwischen den Dicht­ schneidkanten 28 etwa 3,2mal größer sein als die Dicke des Außenringbundes 29 bzw. des Innenringbundes 30.

Der Innenringbund 30 kann an der dem Rohrinnern zuge­ wandten Seite eine Innenwand 31 aufweisen, die ein Durchgangsloch 32 der Dichtung 5 am Umfang begrenzt. Das Durchgangsloch 32 kann im Durchmesser zweckmäßig genauso groß sein wie die in den Kegel­ flanschen 2,3 und Rohransätzen 4 ausgebildete Durchgangsbohrung 33. Die Innenwand 31 liegt somit in derselben Ebene wie die die Durchgangsbohrung 33 begrenzende Wandung 34, so daß ein weitgehend glatter Durchgang gewährleistet ist. Bezüglich des Außendurchmessers kann die Dichtung 5 zweck­ mäßig so ausgebildet sein, daß die den Außenring­ bund 29 am äußeren Umfang begrenzende Außenwand 35 etwa in derselben Ebene verläuft wie der Flanschum­ fang 23 der Kegelflansche 2, 3, so daß auch hier im Innern der V-Nut 19 zur Grundfläche 20 hin ein weit­ gehend glatter Abschluß ohne einen störenden Über­ stand oder Rücksprung besteht.

In den Kegelflanschen 2, 3 ist je eine Ringnut 36 ausgebildet, die einen annähernd U-förmigen Quer­ schnitt mit einem etwa halbkreisförmigen Nutgrund 37 und zwei Seitenflächen 38 aufweisen kann. Die Seitenflächen 38 können V-förmig auseinanderstreben, so daß die Ringnut 36 in der Ebene der Flansch­ fläche 24 breiter ist als am Nutgrund 37. Die Breite der Ringnut 36 in der Ebene der Flanschfläche 24 kann vorteilhaft so ausgeführt sein, daß sie nur etwas größer ist als die Breite des dreieckförmigen Zentriervorsprungs 25, 26 am Fußbereich, also ebenfalls im Bereich der Ebene der Flanschfläche 24 bzw. der Stirnseiten des Außenringbundes 29 und Innenringbundes 30, wodurch eine sehr genaue Zwangszentrierung und präzise koaxiale Ausrichtung erzielt werden kann. Dabei liegt die Dichtschneid­ kante 28 an der tiefstgelegenen Stelle des Nutgrundes 37 kreislinig an. Die Ringnut 36 kann dazu zweckmäßig so ausgebildet sein, daß die tiefstgelegene Keislinie 39 am Nutgrund 37 im wesentlichen den gleichen Durch­ messer besitzt wie die kreisringförmige Dichtschneid­ kante 28. Die Kreislinie 39 und die Dichtschneidkante 28 können sich dabei vorteilhaft im Bereich des mittleren Durchmessers der Flanschfläche 24 befinden. Für eine einwandfreie Dichtheit der Verbindung 1 kann es darüber hinaus günstig sein, den Kreisdurchmesser der Dichtschneidkante 28 ungefähr gleich oder etwas größer zu wählen als den Außendurchmesser des Rohr­ ansatzes 4. Außerdem kann der Kreisdurchmesser der Dichtschneidkante 28 ungefähr gleich oder etwas kleiner als der lichte Innendurchmesser 40 des Spannrings 6 sein. Die Dichtschneidkante 28 befindet sich damit in einem solchen Umfangsbereich der Verbindung 1, in dem eine optimale Krafteinleitung für eine dauerhaft hohe Dichtigkeit erreicht werden kann. Die Gesamtbreite der Dichtung 5, also der Abstand zwischen den beiden Dichtschneidkanten 28, kann zweckmäßig ungefähr so groß sein wie die Breite der Grundfläche 20 der V-Nut 19, wobei die Breite bzw. Dicke der die V-Nut 19 begrenzenden Grundwandung 41 und der Seitenwandungen 42, 43 der massiven Halbschalen 7, 8 vorteilhaft etwa gleich oder größer ist als der Abstand zwischen den beiden Dichtschneidkanten 28 der Dichtung 5.

In bevorzugter Ausführung können sowohl die Kegel­ flansche 2, 3 mit den Rohransätzen 4 als auch die mit den Zentriervorsprüngen 25, 26 und dem Innenringbund 30 und Außenringbund 29 einstückige Dichtung 5 sowie der Spannring 6 aus etwa gleich­ wertigen Werkstoffen hergestellt sein. Dabei kann es besonders günstig sein, die vorgenannten Teile der Verbindung 1 aus austenitischem Edelstahl herzu­ stellen, wobei bevorzugt die Edelstahlsorten X 5 CrNi 189, X 10 CrNiTi 189, X 5 CrNiMo 1810, X 10 CrNiMoTi 1810 und/oder X 2 CrNiMo 1812 eingesetzt werden können. Insbesondere können die Kegelflansche 2, 3 mit den Rohransätzen 4 und die Dichtung 5 aus der Edelstahlsorte X 10 CrNiMoTi 1810 bestehen, während der Spannring 6 aus der Edelstahlsorte X 5 CrNi 189 gefertigt sein kann.

Durch Festdrehen der Flügelmutter 18 werden die messerscharfen Dichtschneidkanten 28 an der Kreis­ linie 39 gegen den Nutgrund 37 der Kegelflansche 2, 3 derart dichtend angedrückt, daß eine gasdichte Ver­ bindung erzielt wird. Bei sehr starkem Festdrehen der Flügelmutter 18 können die Kegelflansche 2, 3 in axialer Richtung so weit gegen die Dichtung 5 gepreßt werden, daß die Flanschflächen 24 an den Stirnflächen des Außenringbundes 29 und Innenring­ bundes 30 bündig anliegen, so daß eine weitgehend spaltfreie Verbindung gewährleistet ist.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ver­ bindung 1 besteht darin, daß bei der Montage auf einfache Weise eine exakte Selbstzentrierung erfolgt und daß der Flanschdichtungsbereich durch die inte­ grierte formschlüssige Lagerung der Zentriervor­ sprünge 25, 26 in den Kegelflanschen 2, 3 kleinbauend kompakt ausgebildet werden kann. Insgesamt kann eine auch extrem wechselnden Beanspruchungen sowie hohen und/oder niedrigen Temperatureinflüssen widerstehende gasdichte Verbindung erreicht werden, die für flüssige und gasförmige Medien und Vakuum geeignet ist und besonders vorteilhaft bei heißen Verbrennungs­ gasen angewandt werden kann.

Claims (14)

1. Verbindung (1) mit zwei Kegelflanschen (2, 3), einer Dichtung (5) zwischen zwei Flanschflächen (24) und einem die Kegelflansche (2, 3) übergreifenden lösbaren Spannring (6), dadurch gekennzeichnet, daß zwei an gegenüberliegenden Dichtungsstirnseiten vorgesehene Zentriervorsprünge (25, 26) mit je einer messerschneidenscharfen Dichtkante (28) in Ringnuten (36) der Kegelflansche (2,3) formschlüssig eingreifen und die Dichtschneidkanten (28) über den Spannring (6) gegen den Grund (37) der Ringnuten (36) kreislinig anpreßbar sind.

2. Verbindung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelflansche (2, 3), die Dichtung (5) mit den Zentriervorsprüngen (25, 26) und der Spannring (6) aus etwa gleichwertigen Werk­ stoffen, vorzugsweise austenitischem Edelstahl, hergestellt sind.

3. Verbindung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (6) mindestens einen zwei den Kegelflanschumfang (23) mehr als die Hälfte übergreifende Halbschalen (7, 8) stufenlos gegeneinander verspannbaren Verschluß (12) besitzt und bevorzugt ein gegenüber dem Verschluß (12) vorgesehenes ein- oder doppel­ gelenkiges Scharnier (9) aufweist.

4. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der kreisförmigen Dichtschneidkante (28) und der Durchmesser der Ringnut (36) an der tiefst­ gelegenen Kreislinie (39) des Nutgrundes (37) im wesentlichen gleich sind.

5. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschneidkante (28) und die Kreislinie (39) des Ringnutgrundes (37) etwa im mittleren Durchmesser der Flanschfläche (24) vorgesehen sind.

6. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschneidkante (28) im Durchmesser etwa gleich oder größer ist als der Außendurchmesser eines am Kegelflansch (2, 3) vorgesehenen Rohransatzes (4) und bevorzugt etwa gleich oder kleiner als der lichte Innendurchmesser (40) des Spannrings (6) ist.

7. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Dichtschneidkanten (28) der Zentriervorsprünge (25, 26) etwa gleich der Nutgrundbreite einer im Spannring (6) ausgebildeten V-förmigen Nut (19) ist, in der die Kegelflansche (2, 3) eingespannt sind.

8. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichent, daß im Abstand zwischen den beiden Dichtschneidkanten (28) in Richtung zur Flanschmitte ein im Querschnitt be­ vorzugt flachrechteckförmiger Innenringbund (30) zwischen den Flanschflächen (24) vorgesehen ist, der eine ein Durchgangsloch (32) begrenzende Innen­ wand (31) aufweist, die vorzugsweise in derselben Ebene wie die eine Durchgangsbohrung (33) des Kegelflansches (2, 3) begrenzende Bohrungswandung (34) liegt.

9. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand zwischen den beiden Dichtschneidkanten (28) in Richtung zum Flanschumfang (23) ein im Querschnitt bevorzugt rechteckförmiger Außenringbund (29) zwischen den Flanschflächen (24) vorgesehen ist, dessen Außenwand (35) vorzugsweise in derselben Ebene wie der Flanschumfang (23) liegt.

10. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Innenringbundes (30) und die des Außenringbundes (29) der Dichtung (5) etwa gleich ist und der Abstand zwischen den Dichtschneidkanten (28) 2 bis 5, vorzugsweise 3 bis 4 mal größer ist als die Dicke des Innenringbundes (30) und/oder des Außenringbundes (29).

11. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschneidkanten (28) etwa in der Mitte zwischen der Innenwand (31) des Innenringbundes (30) und der Außenwand (35) des Außenringbundes (29) vorgesehen sind.

12. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (36) des Kegelflansches (2, 3) im Querschnitt ungefähr U-förmig und deren Nutgrund (37) etwa halb­ kreisförmig ist und daß der Zentriervorsprung (25, 26) mit zwei an der Dichtschneidkante (28) sich stoßenden Schrägen (27) im Querschnitt dreieckförmig ist.

13. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite am Fuß des Zentriervorsprungs (25, 26) gleich oder etwas kleiner als die Breite der Ringnut (36) ist.

14. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Schrägen (27) des Zentriervor­ sprungs (25, 26) kleiner als 90° ist und bevorzugt 50 bis 85° beträgt.