DE3744045A1 - Verbindung - Google Patents

Description

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

Zur Kupplung von rohr- oder behälterförmigen Teilen, die einen Durchgang für ein gasförmiges oder flüssiges Medium aufweisen, ist es bekannt, zwei Kegelflansche, eine zwischen gegenüberliegenden Dichtflächen angeordnete Elastomerdichtung und einen lösbaren Spannring vorzusehen, der die Kegel­ flansche übergreift und gegen die Elastomerdichtung drückt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ver­ bindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des An­ spruchs 1 dahingehend weiterzubilden, daß ein sterili­ sierbarer totraumfreier Durchgang und eine hohe Dicht­ heit im schnell lösbaren Stoßbereich der Kegel­ flansche erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden 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 bevorzugte Ausführungsformen als Beispiel zeigt. Es stellen dar:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Verbindung in Seiten­ ansicht,

Fig. 2 die Verbindung ähnlich Fig. 1, jedoch mit einem anderen Spannring, und

Fig. 3 einen Teil der Verbindung in vergrößerter Schnittdarstellung.

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

Der Spannring 6 besteht im wesentlichen aus zwei Halbschalen 7, 8, die bei dem in der Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel über ein doppelge­ lenkiges Scharnier 9 verbunden sind. Das Scharnier 9 besitzt eine Gelenklasche 10, die in Schlitzen der Halbschalen 7, 8 weitgehend verdeckt gelagert sein kann und über an den unteren Enden der Halb­ schalen 7, 8 vorgesehenen Zapfen 11 gelenkig be­ festigt ist. Statt der verdeckten Lagerung der Ge­ lenklasche 10 in den Schlitzen der Halbschalen 7, 8 kann es auch günstig sein, je eine Scharnierlasche an gegenüberliegenden Stirnflächen der Halbschalen 7, 8 vorzusehen, wobei die Gelenkzapfen 11 als Nietbolzen ausgebildet sein können.

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 Flügelschraube 13 auf­ weisen, die über einen Gelenkbolzen 14 an einem gabelförmigen Kopfteil 15 der einen Halbschale 7 schwenkbar gelagert ist. Der Gelenkbolzen 14 be­ sitzt ein hier nicht näher dargestelltes Gewinde­ loch, das quer zur Gelenkachse verläuft und in das das Gewindeende 16 der Flügelschraube 13 einge­ schraubt ist.

Am anderen Ende besitzt die Flügelschraube 13 einen zwei Betätigungsflügel aufweisenden Kopf 17, an dem eine Reibkräfte ausgleichende Unterlegscheibe 18 anliegt. Die Unterlegscheibe 18 ist an dem Gewinde­ ende 16 so gelagert, daß sie zwar um die Schrauben­ längsachse frei drehbar ist, aber in Axialrichtung nicht verschoben werden kann, so daß sich die Unter­ legscheibe 18 stets unmittelbar in der richtigen Position dicht neben dem Flügelkopf 17 befindet.

Die Flügelschraube 13 kann in den ebenfalls gabel­ förmigen Kopfteil 19 der anderen Halbschale 8 einge­ schwenkt werden (Pfeil). Beim Festschrauben der Flügelschraube 13 drückt der Flügelkopf 17 gegen den Kopfteil 19, wobei die an dessen Außenfläche 20 anliegende Unterlegscheibe 18 die beim Drehen der Flügelschraube 13 auftretende Reibung zwischen dem Kopfteil 19 und dem Flügelkopf 17 ausgleicht. Durch Zurückdrehen der Flügelschraube 13 kann der Verschluß 12 gelöst und die Flügelschraube 13 hochgeschwenkt werden, so daß die beiden Halbschalen 7, 8 zum Lösen der Verbindung 1 um die Gelenkzapfen 11 des Scharniers 9 auseinanderschwenken können.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiel weist die Verbindung 1 einen anders ausge­ bildeten Spannring 6′ auf, dessen Halbschalen 7, 8 mit den Kopfteilen 15, 19 und dem Scharnier 9 als aus einem Blech hergestelltes einstückiges Stanz­ biegeteil ausgeführt sein kann. Das Scharnier 9 kann hierbei als im Querschnitt flachrechteckförmige biegbare Lasche ausgebildet sein, die an den unteren Enden der Halbschalen 7, 8 materialeinheitlich angeformt ist. Der Verschluß 12 weist ebenfalls eine Flügelschraube 13 auf, auf deren Gewindeende 16 dicht neben dem Flügelkopf 17 die Unterlegscheibe 18 unverlierbar aber frei drehbar gelagert ist. Das Gewindeende 16 ist durch ein hier nicht dargestelltes Langloch des Kopfteils 19 hindurch­ geführt und in ein Muttergewinde 21 eingeschraubt, das in einem Durchzug 22 ausgebildet ist, der an dem Kopfteil 15 materialeinheitlich angeformt ist. Die Flügelschraube 13 kann durch Zurückdrehen aus dem Durchzug 22 herausgeschraubt und dann heraus­ gezogen werden, so daß die Halbschalen 7, 8 zum Lösen der Verbindung 1 um das Scharnier 9 etwas aus­ einandergebogen werden können.

In den Halbschalen 7, 8 des Spannrings 6, 6′ ist eine im Querschnitt etwa V-förmige Nut 23 ausgebildet, die von einer Grundfläche 24 und zwei von dieser abstrebenden Schrägwänden 25 begrenzt ist. In der V-Nut 23 befinden sich die beiden Kegelflansche 2, 3, die mit je einer Schrägfläche 26 an den Schrägwänden 25 des Spannrings 6, 6′ anliegen. Die Kegelflansche 2, 3 sind dabei annähernd über ihren gesamten Um­ fangsbereich von den Halbschalen 7, 8 übergriffen. Der Durchmesser der Kegelflansche 2, 3 ist etwas kleiner als der Durchmesser der V-Nut 23, so daß zwischen der Grundfläche 24 und dem Flanschumfang 27 ein ringspaltförmiger Freiraum besteht.

Die Elastomerdichtung 5, die bevorzugt aus Äthylen-Propylen-Terpolymerisat, Fluorkautschuk, Silicon-Kautschuk oder Polytetrafluoräthylen her­ gestellt sein kann, liegt zwischen den einander zu­ gewandten Dichtflächen 28 der Kegelflansche 2, 3. Der Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die Elastomer­ dichtung 5 an den den Kegelflanschen 2, 3 zugewandten Stirnseiten einander gegenüberliegende Dichtwulste 29, 30 aufweist, die im Querschnitt etwa halbkreis­ förmig sind.

Die Dichtwulste 29, 30 befinden sich zwischen einem im Querschnitt bevorzugt rechteckförmigen Außen­ dichtteil 31 und einem sich in Richtung nach innen erstreckenden Flachdichtteil 32, der im Quer­ schnitt ebenfalls bevorzugt rechteckförmig aus­ gebildet sein kann. Außerdem besitzt die Elastomer­ dichtung 5 einen äußeren Haltebund 33, der an dem Außendichtteil 31 materialeinheitlich im rechten Winkel angeformt sein kann und den einen Kegel­ flansch 3 am Umfang 27 umgreift, und zwar so, daß der Haltebund 33 mit elastischer Vorspannung am Um­ fang 27 anliegt, so daß die Elastomerdichtung 5 bereits bei der Montage der Verbindung 1 am Kegel­ flansch 3 fixiert ist.

Der Flachdichtteil 32 kann an der dem Rohrinnern zugewandten Seite eine Wandfläche 34 aufweisen, die ein Durchgangsloch 35 der Elastomerdichtung 5 am Umfang begrenzt. Das Durchgangsloch 35 kann im Durchmesser um ein Fünftel der Dicke des Flach­ dichtteils oder mehr größer sein als der Durchmesser der in den Kegelflanschen 2, 3 befindlichen Durch­ gangsbohrung 36, so daß die Wandfläche 34 im dargestellten nicht endgültigen Montagezustand der Verbindung 1 gegenüber der die Durchgangsbohrung 36 begrenzenden Innenfläche 37 zurückgesetzt ist (Fig. 3). Wenn der Spannring 6, 6′ durch Anziehen der Flügelschraube 13 fest geschlossen wird, wobei die Kegelflansche 2, 3 noch tiefer in die V-Nut 23 eindringen, wird der innere Flachdichtteil 32 über die Dichtflächen 28 der Kegelflansche 2, 3 so weit zusammengepreßt, daß die Wandfläche 34 gerade so weit sich nach innen verlagert, daß die Wandfläche 34 des Durchgangsloches 35 und die Innenfläche 37 der Durchgangsbohrungen 36 in ein und derselben Ebene liegen. Dabei kommt auch der andere Teil der Dichtflächen 28 an den Stirnseiten des Außendicht­ teils 31 zur Anlage, der gemäß der Darstellung in Fig. 3 etwas dünner ausgebildet ist als der Flach­ dichtteil 32. Dadurch wird im Verbindungsbereich eine hohe Dichtigkeit erreicht, die auch einem großen Druck eines Mediums einwandfrei widersteht. Darüber hinaus ist im Verbindungsbereich ein stufen­ los glatter Durchgang für das Medium gegeben, so daß weder Strömungsturbulenzen noch Produktab­ lagerungen des Mediums auftreten können, da im fertig montierten Zustand der Verbindung weder ein störender Überstand noch ein Rücksprung des Flach­ dichtteils 32 besteht, da dessen innere Wandfläche 34 gemäß der gestrichelten Darstellung in Fig. 3 mit der Innenfläche 37 der Kegelflansche 2, 3 in einer Ebene verläuft.

In den Kegelflanschen 2, 3 ist je eine etwa halb­ kreisförmige Ringnut 38 ausgebildet, in die die Dichtwulste 29, 30 formschlüssig eingreifen. Bezüglich der Rohrachse 39 besitzen die Dichtwulste 29, 30 und die Ringnut 38 im wesentlichen den gleichen Durchmesser. Durch den formschlüssigen Eingriff der Dichtwulste 29, 30 in die Ringnuten 38 ist eine sehr genaue Zwangszentrierung und eine präzise koaxiale Ausrichtung der Kegelflansche 2, 3 und der Elastomerdichtung 5 gewährleistet.

Die Fig. 3 zeigt weiterhin deutlich, daß die radiale Breite des Außendichtteils 31 zwischen dem Dichtwulst 29, 30 und dem Flanschumfang 27 zweckmäßig wesentlich größer als die radiale Breite des inneren Flachdichtteils 32 zwischen den Dichtwulsten 29, 30 und der Wandfläche 34 ist. Der Außendichtteil 31 kann radial etwa 2 bis 5 mal breiter sein als der Flachdichtteil 32. Beim vorliegenden Ausführungs­ beispiel ist der Außendichtteil 31 radial etwa vier mal breiter als der Flachdichtteil 32. Die in den Kegelflanschen 2, 3 ausgebildete Ringnut 38 ist so positioniert, daß der Abstand zur Innenfläche 37 ebenfalls wesentlich (mehr als das Doppelte) kleiner ist als zum Flanschumfang 27. Dazu kann es günstig sein, die Flanschringnut 38 so auszubilden und an­ zuordnen, daß mindestens ein Teil der Ringnut 38 in der Ebene des Kegelflanschrohransatzes 4 liegt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Ringnuten 38 und damit auch die Dichtwulste 29, 30 insgesamt in der Ebene der Rohransätze 4.

Außerdem kann es vorteilhaft sein, den Flachdicht­ teil 32 bezüglich seiner radialen Breite so zu ge­ stalten, daß der Abstand der Wandfläche 34 vom Dichtwulst 29, 30 ungefähr gleich oder kleiner ist als der Abstand zwischen den einander gegenüber­ liegenden Dichtflächen 28 der beiden Kegelflansche 2, 3. Dazu kann die radiale Breite der Kegelflansch­ dichtfläche 28 zwischen der Innenfläche 37 und der Flanschringnut 38 ungefähr gleich oder kleiner sein als der Radius der Flanschringnut 38. Dadurch sind die Dichtwulste 29, 30 in der Nähe der Innenflächen 37 angeordnet, was für die Dichtfunktion der Ver­ bindung 1 besonders günstig ist.

Die Dicke eines jeden Kegelflansches 2, 3 am äußeren Umfang 27 ist vorteilhaft so bemessen, daß sie unge­ fähr der Gesamtdicke der Elastomerdichtung 5 im Bereich der Dichtwulste 29, 30 entspricht. Außerdem ist die Dicke der Kegelflansche 2, 3 am Umfang 27 mindestens zwei, vorzugsweise etwa drei mal größer als die Dicke des Flachdichtteils 32. Darüber hinaus kann es günstig sein, die V-Nut 23 im Spannring 6, 6′ so zu gestalten, daß die Breite der Grundfläche 24 ungefähr doppelt so groß ist wie die Gesamtdicke der Elastomerdichtung 5 im Bereich der Dichtwulste 29, 30 bzw. die Tiefe der zwei einander gegenüber­ liegenden Ringnuten 38 zuzüglich der den Abstand zwischen den beiden Dichtflächen 28 mitbestimmenden Dicke des Außendichtteils 31.

Sowohl die mit den Rohransätzen 4 versehenen Kegelflansche 2, 3 als auch der Spannring 6, 6′ können bevorzugt aus etwa gleichwertigen Werkstoffen her­ gestellt sein. Dabei kann es besonders günstig sein, die vorgenannten Teile aus austenitischem Edelstahl her­ zustellen, wobei zweckmäßig die Kegelflansche 2, 3 mit den Rohransätzen 4 aus der Edelstahlsorte X10CrNiMoTi 1810 und der mit dem Medium nicht in Berührung kommende Spannring aus der Edelstahlsorte X5CrNi189 hergestellt sein können.

Durch Festdrehen der den schnellösbaren Verschluß 12 mitbildenden Flügelschraube 13 werden die Halb­ schalen 7, 8 des Spannrings 6, 6′ auf die Schräg­ flächen 26 der Kegelflansche 2, 3 aufgeschoben, so daß diese fest gegen die Elastomerdichtung 5 ge­ preßt werden, bis die innere Dichtungswandfläche 34 mit der Innenfläche 37 der Kegelflansche 2, 3 eine einwandfrei glatt durchgängige Begrenzungsebene für die Durchgangsbohrung 36 und das Durchgangsloch 35 bilden. Bei der Montage der erfindungsgemäßen Ver­ bindung 1 erfolgt auf einfache Weise eine exakte Selbstzentrierung der Bauteile durch die integrierte formschlüssige Lagerung der Elastomerdichtung 5 in den Kegelflanschen 2, 3. Die Verbindung 1 kann ins­ gesamt kleinbauend und kompakt ausgebildet werden und sie kann auch extremen Wechselbeanspruchungen (Pulsation, Schwingung, Druck, Temperatur) dauerhaft zuverlässig widerstehen, so daß insgesamt eine hoch­ wertige flüssigkeits- und gasdichte und vor allem einwandfrei sterilisierbare Schnellverbindung 1 gegeben ist, die besonders zweckmäßig bei ver­ fahrenstechnischen Prozeßanlagen in der bio­ technologischen und pharmazeutischen Industrie z.B. an Bioreaktoren, Fermentern, Filtern, Ventilen und dergleichen Bauteilen angewendet werden kann.

Claims (10)

1. Verbindung mit zwei Kegelflanschen (2, 3), einer Elastomerdichtung (5) zwischen zwei Dichtflächen (28), einem Durchgang (35, 36) für ein Medium und einem die Kegelflansche (2, 3) übergreifenden lös­ baren Spannring (6, 6′), dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchgangsloch (35) der Elastomerdichtung (5) in einem von in Flanschringnuten (38) eingreifenden Dichtwulsten (29, 30) nach innen sich erstreckenden Flachdichtteil (32) im Durchmesser mindestens um ein Fünftel der Dicke des Flachdichtteils (32) größer ist als eine Durchgangsbohrung (36) der Kegelflansche (2, 3) in der Ebene der Dichtflächen (28) und daß der Flachdichtteil (32) über die gummielastisch beabstandeten Dichtflächen (28) mittels des Spannrings (6, 6′) so weit verformbar ist, daß eine das Durchgangsloch (35) begrenzende Wandfläche (34) des Flachdichtteils (32) und eine die Durchgangsbohrung (36) begrenzende Innenfläche (37) der Kegelflansche (2, 3) in derselben Ebene liegen.

2. Verbindung nach vorstehendem Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dicke des einen Kegel­ flansches (2, 3) am äußeren Umfang (27) etwa gleich der Gesamtdicke der Dichtwulste (29, 30) und mindestens doppelt so groß ist wie die Dicke des Flachdichtteils (32).

3. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund (24) einer im Spannring (6, 6′) ausge­ bildeten, die Kegelflansche (2, 3) aufnehmenden V-förmigen Nut (23) ungefähr doppelt so breit ist wie die Tiefe der zwei einander gegenüberliegenden Flanschringnuten (38) zuzüglich des Abstandes zwischen den Dichtflächen (28) der zwei Kegel­ flansche (2, 3).

4. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Breite des Flachdichtteils (32) zwischen der inneren Wandfläche (34) und dem Dicht­ wulst (29, 30) etwa gleich oder kleiner ist als der Abstand zwischen den Dichtflächen (28) der Kegelflansche (2, 3).

5. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Breite der Kegelflanschdichtfläche (28) zwischen der Innenfläche (37) und der Flanschringnut (38) etwa gleich oder kleiner ist als der Radius der bevorzugt etwa halbkreisförmigen Flanschringnut (38).

6. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Flanschringnut (38) zur Innenfläche (37) kleiner ist als zum äußeren Umfang (27) der Kegelflansche (2, 3).

7. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Flanschringnut (38) in der Ebene eines Rohransatzes (4) des Kegelflansches (2, 3) ausgebildet ist.

8. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerdichtung (5) in der Ebene des inneren Flachdichtteils (32) einen die Dichtwulste (29, 30) umfassenden Außendichtteil (31) aufweist, dessen radiale Breite zwischen dem Dichtwulst (29, 30) und dem Umfang (27) der Kegelflansche (2, 3) größer ist als die radiale Breite des inneren Flach­ dichtteils (32) und der bevorzugt einen den Kegel­ flanschumfang (27) mittels elastischer Vorspannung kraftschlüssig umfassenden Haltebund (33) besitzt.

9. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendichtteil (31) dünner ist als die Dicke des Flachdichtteils (32).

10. Verbindung nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (6, 6′) mindestens zwei über ein doppel­ gelenkig schwenkbares oder ein materialeinheitlich angeformtes biegbares Scharnier (9) verbundene Halb­ schalen (7, 8) aufweist und gegenüber dem Scharnier (9) einen die Halbschalen (7, 8) stufenlos gegenein­ ander verspannbaren Verschluß (12) besitzt und wie die Kegelflansche (2, 3) vorzugsweise komplett aus austenitischem Edelstahl hergestellt ist.