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Mit temperaturempfindlichen Dichtungen ausgerüstete, hochtemperaturfeste,
mechanische Verbindung Die Erfindung betrifft dien Schaffung einer mit temperaturempfindlichen
Dichtungen ausgerüsteten, jedoch trotzdem hochtemperaturfesten, mechanischen Verbindung,
insbesondere für unter Vakuum stehende Einrichtungen der Wärmetechnik, wie sie beispielsweise
als Destillations- bzw. Rektifikationsapparate bekannt sind, um: einfache oder fraktionierte
Destillationen in geschlossenen Vorrichtungen, unter stark vermindertern Druck durchführen
zu können. Bei diesen Einrichtungen müssen einerseits sehr temperaturempfindliche
Dichtungen, etwa aus Gummi, Gummiverbindungen, Kunststoffen, Kunstharzen, oder sonstigen,
gleichzeitig nachgiebigen und anschmiegsamen Stoffen und, Stoffverbindungen zurr
Anwendung kommen, während andererseits die Durchführung des wärmetechnischen Verfahrens
es notwendigerweise mit sich bringt, daß die Apparaturen und damit die aus diesen
Stoffen bestehenden Dichtungen hohen Temperaturen sowie starken Unter- oder auch
überdirücken ausgesetzt werden. Da ein unter derartig widerstrebenden Bedingungen
auftretendes Problem, zunächst nicht lösbar erscheint, war man bisher genötigt,
auf aus derartigen, besonders nachgiebigen und anschmiegsamen, aber auch temperaturempfindlichen
Stoffen bestehende Dichtungen zu verzichten und Werkstoffe zur Anwendung zu bringen,
die den Dichtungszweck nicht voll erfüllten. Im Falle der Verwendung der temperaturempfindlichen
Dichtungen mußte man in Kauf nehmen, daß sie nach verhältnismäßig kurzer Zeit auszuwechseln
waren, womit sich Betriebsunterbrechungen und erhöhte Betriebskosten a;ls unvermeidliche
Folgen einstellten.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die genannte technische
Aufgabe trotz der genannten Gegensätzlichkeiten lösbar ist.
Erfindungsgemäß
ausgebildete, mit temperaturempfindlichen Dichtungen ausgerüstete, hochtemperaturfeste,
mechanische Verbindungen, insbesondere für unter Vakuum stehende Einrichtungen der
Wärmetechnik, kennzeichnen sich durch räumlich getrennte, einen Wärmefluß zwischen
ihnen hemmende oder unterbindende Anordnung der dichtenden und pressenden Flächen
der Verbindung. Ordnet man zwischen dichtende und pressende Flächen verbindenden
Elementen; der Verbindung unmittelbar schlechte Wärmeleiter an, so gelingt es, den
Wärmefluß von den pressenden zu den dichtenden Elementen stärkstens zu drosseln
oder sogar völlig zu beseitigen, so daß es ohne weiteres möglich wird, auch die
temperaturempfindlichsten Stoffe zur Ausbildung der Dichtungen heranzuziehen und
trotzdem die Festigkeit der mechanischen Verbindung auf jeden gewünschten Wert bringen
zu können.
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Im allgemeinen wird man Preßflächen aufweisende Elemente der Verbindung
als Flansche die Verbindung bildender oder sie enthaltender Einrichtungen ausgestalten.
Weiter wird man dichtende Flächen aufweisende Elemente der Verbindung, also vorzugsweise
die Dichtungen. selbst, in Flanschen; die Verbindung bildender oder sie enthaltender
Einrichtungen anordnen. Damit ergibt sich die :'Möglichkeit, beide Flansche, also
Preß-und Dichtungsflansche, durch im Verhältnis zur Flanschstärke weit dünnere,
als schlechte Wärmeleiter wirksame Zwischenstücke verbinden zu können. Das kann
in einfachster Weise dadurch geschehen, daß die Zwischenstücke blechartig ausgebildet
sind. Diabei kommen zwei grundsätzliche Möglichkeiten in Betracht. Die blechartigen
Zwischenstücke können zunächst mit den, Flanschen ein gemeinsames, somit homogenes
Werkstück bilden. Das bedeutet also, daß die blechartigen Zwischenstege, die dann
als Teil eines ursprünglichen Gesamtflansches aufgefaßt werden können, durch Verformungen,
also beispielsweise durch Auswalzen, oder durch spanabhebende Maßnahmen, also durch
Ausdrehen oder Ausfräsen des Gesamtflansches, herzustellen sind. Die Zwischenstücke
können aber auch ein; zwischen den Flanschen liegendes Einsatzstück bilden. In diesem
Falle wird man sie also von. vornherein als Blechringe ausbilden. und diese Ringe
an die pressenden und dichtenden Flansche anschweißen oder sonstwie mit ihnen befestigen.
In beiden Fällen ergibt sich die Möglichkeit, die Zwischenringe etwa aus hochlegierten
Stählen auszubilden, weil auf diese Weise größte Festigkeiten mit sehr schlechten
Wärmeeigenschaften vereinigt werden können. Immer aber wird man einander zugekehrte
Begrenzungsflächen der Zwischenstücke bündig mit einander gegenüberliegenden Begrenzungsflächen
der Preß- oder Dichtungsflansche bzw. beider abschließen lassen, weil dadurch die
Zwischenstücke in der festen und dichten Lage der Flansche infolge ihres Aneinanderliegens
von allen äußeren Kräften entlastet sind. Aus dem gleichen Grund wird der Dichtungsflansch
stets mit größerem Durchmesser als der Preßflansch ausgebildet, womit der weitere
Vorteil entsteht, daß gegebenenfalls vorzusehende Befestigiz gsmittel für den Dichtungsflansch
von diesen Kräften entlastet sind. Das bedeutet, da;ß zur Befestigung der Preßflansche
den Dichtungsflansch übergreifende Bügel vorzusehen sind. Ordnet man zwischen diesen
Bügeln und den Preßflanschen als schlechte Wärmeleiter ausgebildete Beilagen an,
so tritt auch ein verhältnismäßig geringfügiger Wärmefluß aus dem die Flansche bildenden
oder enthaltenden Gerät auf die Bügel ein, so daß diese keinen Wärme- oder Temperaturspannungen
unterliegen. Infolge , der Möglichkeit, die Dichtungen in den Dichtungsflanschen
mit kleinerem Durchmesser als den Durchmesser ausführen zu können, auf dem gegebenenfalls
vorzusehende Befestigungsmittel für die Dichtungsflansche liegen, kann. man; diese
Befestigungen sogar als die Dichtungsflansche durchsetzende Anker ausbilden, ohne
daß die Dichtungswirkungen irgendwie herabgesetzt würden.
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Die erfindungsgemäß getroffene Ausgestaltung derartiger Verbindungen
ergibt die weitere Möglichkeit, die Dichtungsflansche kühlen zu können. Damit können
die Dichtrungen, die in den Dichtungsflanschen üblicherweise angeordnet sind, auf
jede die längste Lebensdauer derselben verbürgende Temperatur, beispielsweise auf
Raumtemperatur, gebracht werden!, falls man nicht auf deren Unterschreitung Wert
legt. Diese Kühlung ist in einfachster Weise durchzuführen, indem an die Dichtungsflansche,
aber auch an die Dichtungen selbst, kühlmitteldurchströmte Rohre zur Anlage gebracht
,werden, die leicht zu montieren und demontieren sind. Aber selbstverständlich können
auch die Dichtungsflansche selbst kühlmitteldurchströmte Räume aufweisen: Es besteht
die weitere Möglichkeit, die Dichtungen selbst an derartige Hohlräume anzugrenzen
und letztere mittels dir gleichzeitig gekühlten Dichträngen abzudichten, so daß
die Erhaltung des gewünschten Temperaturzustandes der Dichtungen nicht die geringsten
Schwierigkeiten macht. Auch können als Kühlmittel Stoffe gewählt sein, die die technischen
Eigenschaften der Dichtungen oder ihre Lebensdauer unmittelbar günstig beeinflussen.
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Die Zeichnung gibt Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung am. Beispiel
von Flanschverbindungen für eine unter hohem Vakuum arbeitende Rektifizierungskolonne
wieder.
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Fig. i stellt in schematischer Darstellung eine einfache Ausführungsform,
einer derartigen, erfin dungsgemäZ ausgebildeten. Flansehverbindung dar, während
Fig. 2 in der gleichen Darstellung eine Ausfuhr rungsform veranschaulicht, die größeren
Ansprüchen entspricht.
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In Fig. i sind die beiden Kolonnenteile, die mittels einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Flanschverbindung miteinander zu befestigen sind, mit i und 2 bezeichnet.
Im Raume g herrscht hoher Unterdruck. Gleichzeitig befindet sich hier ein Stoff
hoher Temperatur, so daß die Verbindung zwischen den Teilen i und 2 hochtemperaturfes.t
auszubilden
ist. Trotzdem soll auf die Verwendung temperaturempfindlicher
Vakuumdichtungen nicht verzichtet werden. Um die sich damit ergebende technische
Aufgabe läsen zu können, sind erfindungsgemäß folgende Maßnahmen getroffen worden:
Die Teile i und 2 weisen zunächst zwei Ringflansche q. und 5 auf, die so dimensioniert
sind, daß sie die Teeile i und 2 allen auf diese Teile entfallenden Beanspruchungen
gegenüber in ihrer Lage erhalten können, wenn sie mit genügend hohen Kräften gegeneinander
verspannt sind. Derartige Kräfte können mit Hilfe von Bügeln 6 ausgeübt werden,
die an den Preßflanschen q. und 5 über Ringstücke oder Segmente 7 zur Anlage gebracht
sind, und zwar mittels der kräftigen Schraubenbolzenanker 8, durch welche die bei
9 gelenkig gelagerten Bügelarme mit beliebiger Kraftwirkung gegeneinander zu ziehen
sind. Die Ringstücke oder Segmente 7, kurz Beilagen, beistehen dabei aus Asbest,
Fiber, Verbindungen beider od. dgl., wobei nicht gezeichnete metallische Zwischenstücke
für gleichmäßige Druckverteilung Sorge tragen können. Außer den Preßflanschein q.,
5 sind, von diesen räumlich getrennt, besondere Dichtungsflansche io, i i vorgesehen,
die mit den Preßflanschen q., 5 über als schlechte Wärmeleiter ausgebildete Zwischenstücke
12 und 13 in Verbindung stehen. Die schlechte Wärmeleitfähigkeit der Zwitschenstücke
12, 13 ist sowohl durch ihre Form als auch durch ihren Stoff, als auch schließlich
durch beides erreichbar. Um durch die Formgebung der Teile 12, 13 schlechte Wärmeleiteigenschaften
zu erzielen und den Wärme fluß vom Flansch q. bis zum Flansch io bzw. vom Flansch
5 bis zum Flansch i i weitestgehend zu dämmen oder zu unterbrechen, ist zunächst
für die Teile 12, 13 eine blechringartige Ausbildung, gewählt worden. Dabei ist
in Fig. i davon ausgegangen worden, daßdiese blechringartige Ausgestaltung durch
Ausdrehungen 1q., 15 erzielt wurde, die in dem ursprünglich ein einheitliches Ringstück
bildenden Gesamtflansch io, 12, 14., q. bzw. i 1, 13, 15, 5 vorgesehen wurden, wobei
selbstverständlich auch andere Herstellungsmaßnahmen, wie Ausdrehen, Aushobeln,
Ausräumen, Auswalzen usw., in Betracht kommen. So bilden also die Teile io, 12 und
q, bzw. z i, 13, 5 aus homogenem, einheitlichem Werkstoff bestehende Teile, wobei
jedoch bereits für die Ausführung des ursprünglichen Gesamtflansches bestimmte Werkstoffe,
wie etwa hochlegierte Stähle, zur Anwendung zu bringen sind, um den Zwischenstücken
12 und 13 schlechte Wärmeleiteigen.schaften mittels des Stoffes zu erteilen, aus
dem sie bestehen. Dadurch, daß die radiale Länge der Zwischenstücke 12, 13 beliebig
groß gewählt werden kann, läßt sich ohne und natürlich erst besonders in Verbindung
mit der durch die Stoffauswahl bedingten Erniedrigung der Wärmeleitfähigkeit erreichen,
daß im Dichtungsflansch io untergebrachte Dichtungen 16 dem Temperatureinfluß dies
Raumes 3 mittel- und unmittelbar weitestgehend entzogen sind, so daß es damit möglich
geworden ist, für die Dichtungen 16 jeden Stoff verwenden zu. können, der unabhängig
von seiner Temperaturempfindlichkeit die gewünschte Dichtungswirkung mit größter
Lebensdauer verbürgt. Da der Dichtung 16 ein kleinerer Durchmesser erteilt werden
kann als dem Durchmesser, auf dem zur Sicherung derAusübung der erforderlichen Dichtungskräfte
Schraubenanker 17 anzuordnen sind, so können diese Schraubenanker als die Dichtungsflansche
io, i i quer durchsetzende Schraubenbolzen ausgebildet werden, so daß die Herstellung
der Dichtungskräfte nicht die geringsten Schwierigkeiten macht, soweit sie überhaupt
mit Rücksicht auf die Preßkrädte nötig sind, da diese allein die Dichtungen in ihrem
Sitz halben und erhalten können.
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Man erkennt, da.ß nach Herstellung des nicht veranschaulichten Endzustandes
der Verbindung die Blechringe 12, 13 von allen äußeren Kräften völlig entlastet
sind, da sie zur festschließenden Anlage aneinander deshalb kommen, weil ihre gegenüberliegenden
Begrenzungsflächen 18, i9 bündig mit den einander gegenüberliegenden Begrenzungsflachen
2o und 21 der Preßflanische q. und 5 bzw. 22 und 23 der Dichtungsflansche io und
i i abschließ-en.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Feig. 2 entsprechen gleiche Bezugsziffern
gleichartigen Teilen des Ausführungsbeispieles nach Fig. i. Unterschiedlich ist
lediglich die Ausbildung der Ringstücke 24 und 25, die mit den Flanschen q., 5 bzw.
10, 1-1 nicht mehr aus einem homogenen Werkstück bestehen, sondern die als von den
Flanschenq., 5, 10,
i i gesonderte Einsatzstücke hergestellt sind,
so daß die Möglichkeit entsteht, sie aus beliebigen, vor allem wärmehemmenden Werkstoffen
herzustellen und die Blechringe nachträglich mit den F'l.anschen d. und io bzw.
5 und ii zu verschweißen oder sonstwie mit ihnen: zu verbinden. Abweichend bzw.
zusätzlich ist die Anordnung der Kühlleitungen 26 und 27, die in unmittelbarer Nähe
der Dichtungen 16 so angeordnet sind, daß selbst ein etwaiger geringer, durch die
Blechringe 24 und 25 noch eintretender Wärmefluß zu keinen Temperaturerhöhungen
der Dichtung 16 zu führen vermag. Im Gegenteil, die Kühlwirkung der Teile 26, 27
kann so eingestellt sein, daß der Dichtung 16 jede gewünschte Temperatur, unabhängig
von der im Raum 3 herrschen:den Temperatur, erteilt werden kann. Dadurch, da,ß allein
durch ihre Formgebung in den Teilen 24,25 nur geringe Wärmemengen weitergeleitet
werden, ist es möglich, diesen Temperatu:rzusttand auch bei geringer Kühlleistung
beliebig lange zu erhalten. Durch auf die Zwischenstücke i2, 13 bzw. 2q., 25 aufgesetzte
oder angedrehte Rippen kann auch die Wärmeabstrahlungsfläche auf den gewünschten
Wert gebracht werden, so daß eine künstliche Kühlung völlig entfallen kann.