DE3805885A1

DE3805885A1 - Verbindung

Info

Publication number: DE3805885A1
Application number: DE19883805885
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: LINNEMANN, FRIEDRICH, 7400 TUEBINGEN, DE
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1989-09-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei Reaktoren und dergleichen Anlagen ist es zur Kupplung der medienführenden rohr- oder behälter förmigen Teile bekannt, lösbare Verbindungen vorzu sehen, die zwei einander stirnseitig zugewandte Flansche, einen zwischen diesen in Nuten angeordneten Dichtring und einen die Flansche übergreifenden und gegen die Dichtung drückenden Ring aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ver bindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des An spruchs 1 dahingehend weiterzubilden, daß mit ein fachen Mitteln eine aseptisch einwandfreie sterilisier bare Rohrkupplung mit totraumfreiem Durchgang er zielt wird, die auch bei extremen Temperaturwechsel beanspruchungen und quer zu Rohrlängsachse angrei fenden Kräften hohe Dichtigkeitsanforderungen erfüllt, kostengünstig hergestellt und unverwechselbar montiert werden kann und schnell lösbar ist.

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 ent nehmen, die in schematischer Darstellung bevorzugte Ausführungsformen als Beispiel zeigt. Es stellen dar:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Rohrverbindung in Seitenansicht und

Fig. 2 einen Teil der Verbindung nach Fig. 1 in ver größerter Schnittdarstellung.

Die in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Rohrverbindung 1 besitzt zwei Kegelflansche 2, 3, an denen je ein Rohransatz 4 ausgebildet ist. Das Stirn ende des Rohransatzes 4 kann an einen Behälter, ins besondere Fermenter, oder an das Ende eines weiter führenden Rohres angeschweißt werden. Zwischen den Kegelflanschen 2, 3 befindet sich ein bevorzugt als O-Ring ausgebildeter Dichtring 5. Außerdem ist ein Spannring 6 vorgesehen, der die Kegelflansche 2, 3 um schließt und axial gegeneinanderdrückt.

Der Spannring 6 kann zwei ungefähr halbkreisförmige Schalen 7, 8 aufweisen, die vorzugsweise über ein doppelgelenkiges Scharnier 9 verbunden sein können.

Das Scharnier besteht aus einer oder mehreren Gelenk laschen 10, die mittels Zapfen 11 an den unteren Enden der Schalen 7, 8 gelenkig festgelegt und in den Schalen 7, 8 ausgebildeten Schlitzen weitgehend verdeckt ge lagert sein können. Anstelle der verdeckten Lagerung der Gelenklasche 10 kann es auch vorteilhaft sein, an den unteren Enden der Schalen 7, 8 an den einander gegenüberliegenden Außenseiten je eine Scharnierlasche anzuordnen, wobei die Zapfen 11 als Nietbolzen ausge bildet sein können. Darüber hinaus kann es im Rahmen der Erfindung auch günstig sein, das Scharnier 9 nicht doppelgelenkig, sondern eingelenkig auszubilden und die Enden der Schalen 7, 8 über einen einzigen Zapfen 11 unmittelbar zu verbinden, so daß die Gelenk lasche 10 nicht erforderlich ist.

An den dem Scharnier 9 gegenüberliegenden oberen Enden des Spannrings 6 kann ein schnell lösbarer aufklappbarer Verschluß 12 vorgesehen sein. Der Ver schluß 12 kann einen von Hand leichtgängig und schnell betätigbaren Flügel 13 sowie eine Scheibe 14 aufweisen und an einem Gelenkbolzen 15 schwenkbar an gelenkt sein.

Beim Festschrauben des Flügels 13 drückt die Scheibe 14 gegen den Kopfteil 16 der Schale 8, wobei die beim Drehen des Flügels 13 auftretende Reibung über die Scheibe 14 ausgeglichen wird. Durch Weiterdrehen des Flügels 13 können die Halbschalen 7, 8 stufenlos fest in Richtung gegeneinander verspannt werden. Durch Zurückdrehen des Flügels 13 kann der Verschluß 12 ge löst und um den am Kopfteil 17 der Schale 7 befestigten Gelenkbolzen 15 hochgeschwenkt werden, so daß die Rohrverbindung 1 durch auseinander schwenken der beiden Schalen 7, 8 um die Achsen 11 des Scharniers 9 schnell demontiert werden kann.

Insbesondere für biotechnologische Anwendungen kann es günstig sein, die medienberührten Kegelflansche 2, 3 aus einem austenitischen Edelstahl herzustellen, wobei im Rahmen der Erfindung bevorzugt die Edelstahl sorten X2CrNiMo 1812 und X10CrNiMoTi 1810 vor gesehen werden können. In den Schalen 7, 8 des Spann rings 6 kann eine im Querschnitt V-förmige Nut 18 ausgebildet sein. Die Nut 18 ist von einer Grundwand 19 und zwei von dieser abstrebenden Schrägwänden 20 begrenzt. Die von dem Spannring 6 übergriffenen Kegel flansche 2, 3 befinden sich in der V-Nut 18 und liegen mit je einer Schrägfläche 21 an den Schrägwänden 20 der Schalen 7, 8 an. Der Fig. 1 ist zu entnehmen, daß die Schalen 7, 8 des Spannrings 6 annähernd den ge samten Umfang der Kegelflansche 2, 3 übergreifen, so daß ringsum eine formschlüssig sichere Flanschlagerung gewährleistet ist. Die Kegelflansche 2, 3 sind im Durchmesser etwas kleiner als der Durchmesser der Spannringnut 18. Dadurch ist, wie die Fig. 2 zeigt, zwischen der Grundwand 20 und dem Umfang 22 der Flansche 2, 3 ein schmaler Ringspalt gegeben.

Der Dichtring 5 kann aus einem Elastomer hergestellt sein und bevorzugt aus Äthylen-Propylen-Terpolymerisat, Fluorkautschuk, Silikon-Kautschuk oder Polytetrafluor äthylen bestehen. Der Dichtring 5 kann vor der Montage der Rohrverbindung 1 einen kreisrunden Schnur durchmesser besitzen. Der Innendurchmesser des Dicht rings 5 ist so bemessen, daß er gleich oder etwas größer ist als der Durchmesser des Durchgangs 23 im Stoßbereich der Kegelflansche 2, 3.

Die Kegelflansche 2, 3 besitzen je eine plane Stirn fläche 24, die in der dargestellten Verschlußstellung der Rohrververbindung 1 in der Mittenebene 25 des Spannrings 6 sowie des Dichtring 5 aneinanderliegen. Außerdem ist in jedem der beiden Kegelflansche 2, 3 je eine Ringnut 26 ausgebildet, in denen der Dichtring 5 eingespannt ist. Die Wand der Ringnut 26 ist als Teil eines Kreisbogens ausgebildet, dessen Radius im wesentlichen gleich dem Radius der entspannten Dicht ringschnur 5 ist. Der Dichtring 5 ist an der dem Durchgang 23 zugewandten Seite von Stütznasen 27 untergriffen, die an den Flanschen 2, 3 ausgebildet sind und die Nut 25 begrenzen. Die Stötznase 27 be sitzt einen messerschneidenförmigen Querschnitt, so daß eine schneidenförmige Kante 28 gebildet ist. Die Schneidkante 28 liegt in der Ebene der den Durchgang 23 begrenzenden Innenwand 29 der Flansche 2, 3. Die Tiefe der Ringnut 26 ist in Richtung quer zur Ebene der Stirnfläche 24 so ausgeführt, daß sie etwas kleiner ist als der Radius der Ringnutwand 26. Das heißt, daß beim Montieren der Rohrverbindung 1, wenn also der Dichring 5 noch nicht verformt beziehungs weise zusammengedrückt worden ist, zwischen den beiden Stirnflächen 24 der Flansche 2, 3 zunächst ein schmaler Spalt steht.

Der die Ringnut 26 am Außendurchmesser begrenzende Eckteil 30, der von der Stirnfläche 24 mitgebildet ist, kann bevorzugt scharfkantig ausgebildet sein, wo durch der Dichtring 5 während der Montage beim Einsetzen in die Ringnut 26 einwandfrei gehalten wird.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei spiel ist die Ringnut 26 so positioniert und bemessen, daß sie sich in der Ebene beziehungsweise im Bereich der Dicke des Rohransatzes 4 befindet, wobei der Ring nutradius deutlich kleiner als die Dicke der Wandung des Rohransatzes 4 ausgeführt ist. Die Fig. 2 zeigt deutlich, daß die Schneidkante 28 gegenüber der Ebene der Stirnfläche 24 etwas zurückgesetzt ist. Da durch ist zwischen den einander gegenüberliegenden Schneidkanten 28 der Stütznasen 27 ein kleiner Abstand 31 gebildet. Dieser Abstand 31 kann zweckmäßig so ausgelegt sein, daß er nur einem Achtel, höchstens jedoch der halben Dicke beziehungsweise des halben Durchmessers der Dichtringschnur 5 entspricht. Vorzugs weise entspricht der Abstand zwischen den beiden Schneidkanten 28 ungefähr einem Viertel der Dicke der Dichtringschnur 5. Bei der dargestellten Verschluß position der Rohrverbindung 1, in der die sich von den Eckteilen 30 bis zum Umfang 22 in einer durchgehend planen Ebene erstreckenden Stirnflächen 24 eng anein anderliegen, ist der Abstand 31 zwischen den Schneid kanten 28 von einem Innenwandteil 32 des Dichtrings 5 überbrückt. Der Innenwandteil 32 kann in Richtung zur Mittenachse 33 der Rohrverbindung 1 etwas konvex verformt sein, so daß eine zuverlässige Dichtigkeit auch bei hohem Mediumsdruck und ein absolut spalt- und totraumfreier Durchgang im Verbindungsbereich gewähr leistet ist, wodurch eine Bildung von Bakteriennestern und dergleichen mit Sicherheit unterbunden ist.

Die Dicke am Umfang 22 eines jeden Flansches 2, 3 kann mindestens doppelt so groß, vorzugsweise ungefähr dreimal größer sein als die Tiefe der Flanschnut 26, wodurch eine hohe Stabilität gewährleistet ist. Die Breite der V-Nut 18 an der Grundwand 19 des Spannrings 6 kann in bevorzugter Ausgestaltung zweckmäßig vier- bis siebenmal größer sein als die Tiefe der Ringnut 26. Die Rohrverbindung 1 kann bei verhältnismäßig kleiner Nennweite (DN 6 bis 40) derartig ausgebildete Flansche 2, 3 besitzen, bei denen der Winkel zwischen der Stirnfläche 24 und der Schrägfläche 21, also die Neigung der Schrägfläche 21, etwa 15° beträgt. Bei größeren Nennweiten (DN 50 bis 250 und mehr) kann die Schrägfläche 21 des Flansches 2, 3 in einem Winkel von etwa 20°C zur Stirnfläche 24 geneigt verlaufen. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, für die Flansche der kleinen Nennweiten (DN 6 bis DN 40) einen Neigungswinkel von 20° für die Schrägfläche 21 vor zusehen.

Beim Montieren der erfindungsgemäßen Rohrverbindung 1 wird zunächst der Dichtring 5 in die eine der Ring nuten 26 des Flansches 2, 3 eingelegt und hier form schlüssig und saugend gehalten. Dann wird der andere Flansch 2, 3 dagegengesetzt, so daß die andere Hälfte des Dichtrings 5 in die andere Ringnut 26 gelangt. Dabei erfolgt eine ganz präzise koaxiale Zwangs zentrierung der Kegelflansche 2, 3. Alsdann werden die Schalen 7, 8 des bevorzugt aus Aluminiumlegierung und/oder Edelstahl (V 2A oder V 4A) bestehenden Spannrings 6 um die Flansche 2, 3 herumgeklappt und es wird der Schnellverschluß 12 festgedreht, wobei die Schrägwände 20 auf den Schrägflächen 21 hochgleiten. Dabei werden die Flansche 2, 3 axial gegeneinanderge drückt, bis die planen Stirnflächen 24 zusammenstoßen und der Dichtring 5 aus seiner Kreisform etwas oval verformt wird, wie dies in der Fig. 2 angedeutet ist. Dabei ist ein weitgehend glatter und vor allem totraum freier Durchgang für das Medium in der Ebene der Innenwand 29 gewährleistet, wobei nur der sehr schmale Innenwandteil 32 des Dichtrings 5 mit dem im Durchgang 23 befindlichen Medium kontaktiert.

Die erfindungsgemäße Rohrschnellverbindung 1 kann vorteilhaft kompakt und kleinbauend hergestellt werden, so daß sie auch bei beengten Raumverhältnissen und bei dicht nebeneinander verlaufenden Rohrsystemen vorteilhaft eingesetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Rohrschnell verbindung 1 auch bei extremen Wechselbeanspruchungen, wie Druck, Temperatur, Schwingung, Pulsation, dauer haft dicht ist, so daß insgesamt eine kostengünstig herstellbare und dennoch hochwertige flüssigskeits- und gasdichte lösbare Verbindung gegeben ist. Die auch großen Querkräften widerstehende Rohrverbindung 1 kann problemlos einwandfrei sterilisiert werden und kann besonders vorteilhaft bei solchen Verfahrens prozessen zum Einsatz gelangen, bei denen hohe An forderungen bezüglich der Keimfreiheit bestehen. Ins besondere kann die Rohrverbindung 1 bei verfahrens technischen Prozessen in der Biotechnologie, der Pharmazie und der Lebensmittelindustrie zum Beispiel an Bioreaktoren, Fermentern, Filtern, Ventilen, Rohr systemen und dergleichen Bauteilen angewendet werden.

Claims

1. Verbindung mit zwei einander stirnseitig zuge wandten Flanschen (2, 3), einem diese übergreifenden Ring (6), einem Durchgang (23) für ein Medium und einem Dichtring (5), der in Ringnuten (26) der Flansche (2, 3) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (2, 3) identisch sind und vom Um fang der Nut (26) nach außen zum Flanschumfang (22) sich erstreckende plane, bei geschlossenem Ring (6) in der Mittenebene (25) des Dichtrings (5) aneinander stoßende Stirnflächen (24) aufweisen und an der den Durchgang (23) begrenzenden Innenwand (29) eine den Dichtring (5) untergreifende, im Querschnitt messer schneidenförmige Stütznase (27) besitzen, deren Schneidkante (28) gegenüber der Ebene der planen Stirnfläche (24) zurückgesetzt ist, daß die Tiefe der Ringnut (26) quer zur Ebene der Stirnfläche (24) etwas kleiner ist als der Radius der Ringnutwand (26) und daß der Innendurchmesser des Dichtrings (5) im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Durchgangs (23) an der Stütznasenschneidkante (28) ist.

2. Verbindung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (31) zwischen den Schneidkanten (28) der einander gegenüberliegenden Stütznasen (27) ungefähr ein Achtel bis ein halb, vorzugsweise etwa ein Viertel der Dicke des Dichtrings (5) ist.

3. Verbindung nach einem oder mehreren der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (5) einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist, dessen Radius gleich dem Radius der Wand der Ringnut (26) ist.

4. Verbindung nach einem oder mehreren der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (31) zwischen den Schneidkanten (28) der einander gegenüberliegenden Stütznasen (27) von einem den Durchgang (23) in der Planebene der Flansch stirnflächen (24) mitbegrenzenden konvexen Innen wandteil (32) des Dichtrings (5) überbrückt ist.

5. Verbindung nach einem oder mehreren der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (2, 3) je eine in Richtung zum Umfang (22) sich nähernde Schrägfläche (21) aufweisen, die von eine V-Nut (18) des Rings (6) mitbegrenzenden Schrägwänden (20) übergriffen sind.

6. Verbindung nach einem oder mehreren der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (6) mindestens zwei die Flansche (2, 3) übergreifende Schalenteile (7, 8) aufweist, in denen die V-Nut (18) ausgebildet ist und die über ein Scharnier (9) verbunden und über einen lösbaren Verschluß (12) gegen die Flanschschrägflächen (21) stufenlos anpreßbar sind.

7. Verbindung nach einem oder mehreren der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderstoßenden planen Stirnflächen (21) der Flansche (2, 3) in der Mittenebene (25) des Rings (6) und/oder der V-Nut (18) vorgesehen sind.

8. Verbindung nach einem oder mehreren der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der V-Nut (18) des Rings (6) am Nutgrund (19) mindestens vier mal größer ist als die Tiefe der Ringnut (26) des Flansches (2, 3).

9. Verbindung nach einem oder mehreren der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Flansches (2, 3) am Umfang (22) mindestens doppelt so groß, bevorzugt etwa drei mal größer ist als die Tiefe der Ringnut (26).

10. Verbindung nach einem oder mehreren der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Ringnut (26) außen und die Stirnfläche (24) im Innendurchmesser begrenzende Eckteil (30) des Flansches (2, 3) scharfkantig ausgebildet ist.

11. Verbindung nach einem oder mehreren der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (26) in der Ebene eines am Flansch (2, 3) ausgebildeten Rohransatzes (4) vorgesehen und der Nut radius etwa gleich oder kleiner als die Dicke der Wand des Rohransatzes (4) ist.

12. Verbindung nach einem oder mehreren der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der planen Stirnfläche (24) und der Schrägfläche (21) des Flansches (2,3) bei kleiner Nennweite (DN) des Durchgangs (23) etwa 15° und bei größerer Nennweite (DN) etwa 20° beträgt.

13. Verbindung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (2, 3) mit dem Rohransatz (4) aus einer austenitischen Edelstahlsorte, insbesondere X10CrNiMoTi 1810 oder X2CrNiMo 1812, der Dichtring (5) aus einem weitgehend aseptischen Elastomer, insbesondere Fluorkautschuk (FPM) oder Äthylen- Propylen-Terpolymerisat (EPDM), und der Ring (6) aus einem Chromnickelstahl (V2A, V4A) und/oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind.