NL7908624A

NL7908624A - REMOVABLE METAL FLANGE GASKET.

Info

Publication number: NL7908624A
Application number: NL7908624A
Authority: NL
Original assignee: Varian Associates
Priority date: 1978-12-04
Filing date: 1979-11-28
Publication date: 1980-06-06
Also published as: CA1110292A; IT1125885B; FR2443635A1; GB2038972B; IT7927818A0; GB2038972A; FR2443635B1; NL188244C; DE2948286A1; NL188244B

Description

VV

P & c W 1609-141 Ned. , ' sr _P & c W 1609-141 Ned. , 'sr _

Demonteerbare metalen flenspakkingRemovable metal flange gasket

De uitvinding betreft een verbetering van een gasdichte flenskoppeling en heeft in het bijzonder betrekking op flensverbindingen in hoogvacuumleidingen en hogedrukleidingen.The invention relates to an improvement of a gas-tight flange coupling and relates in particular to flange connections in high-vacuum lines and high-pressure lines.

Geheel metalen flenspakkingen voor hoge temperaturen en/o£ veel-5 vuldig losnemen van gemaakte verbindingen, zijn bekend. In het bijzonder beschrijft het Amerikaanse octrooischrift 3.208.758 een geheel metalen flenskoppeling, waarbij een gasdichte afdichting tussen samenwerkende flenzen wordt verkregen door het doen vloeien van een pakking van zacht metaal in een ringvormige groef tussen de tegenover elkaar liggende flens-10 vlakken wanneer de beide flenzen tegen elkaar worden gedrukt.All-metal flange gaskets for high temperatures and frequent loosening of joints made are known. Specifically, U.S. Pat. No. 3,208,758 discloses an all-metal flange coupling, wherein a gas-tight seal between co-operating flanges is obtained by flowing a soft metal gasket into an annular groove between the opposing flange faces when both flanges are pressed together.

In de flenskoppeling volgens dit Amerikaanse octrooischrift hébben de tegenover elkaar liggende flensvlakken een zodanige vorm dat een pakking van zacht metaal kan worden opgenomen in een uitsparing, welke aanwezig is tussen de flenzen wanneer deze op elkaar worden gedrukt. De tegenover elkaar 15 liggende flensvlakken hebben corresponderende ringvormige ruggen, welke uitsteken in de uitsparing, waardoor zij binnendringen in tegenover liggende zijden van een omtreksgébied van de pakking, gelegen in de uitsparing.In the flange coupling of this U.S. Patent, the opposing flange surfaces are shaped such that a soft metal gasket can be received in a recess present between the flanges when pressed together. The opposing flange faces have corresponding annular ridges projecting into the recess through which they penetrate opposite sides of a peripheral region of the gasket located in the recess.

Een deel van het pakkingmateriaal wordt daarbij gedwongen te vloeien in een ringvormige groef die de omtrek vormt van de uitsparing tussen de 20 tegenover elkaar liggende flensvlakken. Deze groef heeft zodanige.afmetingen dat het volume ervan groter is dan het volume van het pakkingmateriaal dat in de groef kan vloeien, waardoor wordt belet dat het pakkingmateriaal de groef geheel vult. Wanneer een overschot aan pakkingmateriaal de ringvormige groef zou kunnen binnengaan zouden de tegenover elkaar liggende flensvlakken 25 uit elkaar worden gedrukt. De juiste afmetingen van de groef dienen voor het verschaffen van een gasdichte afdichting op de wijze van een samengedrukte 0-ring, welke drukverschillen kunnen weerstaan die alleen worden begrensd door de treksterkte van de metalen pakking.Part of the packing material is thereby forced to flow in an annular groove which forms the periphery of the recess between the opposite flange surfaces. This groove has dimensions such that its volume is greater than the volume of the packing material that can flow into the groove, thereby preventing the packing material from completely filling the groove. If a surplus of gasket material could enter the annular groove, the opposing flange faces 25 would be pressed apart. The proper dimensions of the groove serve to provide a gas-tight seal in the manner of a compressed O-ring, which can withstand pressure differences limited only by the tensile strength of the metal gasket.

Bij de bekende flenspakkingen van de bovengenoemde soort ondervond 30 men echter moeilijkheden bij het demonteren van de koppeling nadat de afdichting tot stand was gebracht. Deze bekende flenzen werden bijvoorbeeld door bouten, gaande door de flenzen, met elkaar verbonden. Deze bouten of een andere wijze van het onder druk met elkaar koppelen van de tegenover elkaar liggende flensvlakken, veroorzaken een samendrukking van de ertussen 35 gelegen pakking, waardoor het zachte metaal werd geëxtrudeerd van de omtrek van de pakking in een ringvormige groef, gevormd aan de omtrek van de uitsparing tussen de beide flensvlakken. Wanneer daarna de flenzen werden ontkoppeld, bijvoorbeeld door losnemen van de bouten, voor het demonteren 790 86 24 -2-However, in the prior art flange gaskets of the above type, difficulties were encountered in disassembling the coupling after the sealing was accomplished. These known flanges were connected, for example, by bolts passing through the flanges. These bolts, or some other means of coupling the opposing flange surfaces together under pressure, cause compression of the gasket located therebetween, thereby extruding the soft metal from the periphery of the gasket into an annular groove formed on the circumference of the recess between the two flange surfaces. If afterwards the flanges were disconnected, for example by loosening the bolts, for disassembly 790 86 24 -2-

VV

Ίί / van de koppeling, bleef het pakkingmateriaal vaak kleven aan het ene of het andere flensvlak of aan deze beide vlakken./Ί / from the coupling, the packing material often adhered to one or the other flange surface or to both surfaces.

Wanneer een pakking van zacht metaal sterk wordt samengedrukt tegen een oppervlak van een harder metaal ontstaat een oppervlakhechting met de 5 aard van een las. Bovendien tracht een tegenhoudende wrijvingskracht, die afhangt van de wrijvingscoëfficiënt van het zachte metaal van de pakking ten opzichte van het hardere oppervlak van de flens, de beweging tegen te gaan van de pakking in de richting van de flens af.When a soft metal gasket is strongly compressed against a surface of a harder metal, a surface bond with the nature of a weld is created. In addition, a restraining frictional force, which depends on the frictional coefficient of the soft metal of the gasket relative to the harder surface of the flange, attempts to counteract the movement of the gasket toward the flange.

Bij de bekende koppelingen was de neiging van het pakkingmetaal 10 om bevestigd te blijven aan de flensvlakken geen onoverkomenlijk probleem bij het demonteren van de koppeling wanneer voldoende ruimte aanwezig was voor het uitoefenen van een uitwendige kracht om de flenzen van elkaar te scheiden. Wanneer na het scheiden van de flenzen de pakking van zacht metaal bevestigd bleef aan één der flenzen kon de pakking gewoonlijk gemakkelijk 15 worden verwijderd met een handgereedschap dat werd ingestoken tussen de pakking en de flens. Echter door de tegenwoordige ruime toepassing van miniflenzen, d.w.z. flenzen met een afdichtdiameter van minder dan ongeveer 2,5 cm, zijn de pakkingen daarvan moeilijk toegankelijk voor een handgereedschap voor het loswerken van de pakking ► Ook is het bij flenzen van 20 grote diameter, bijvoorbeeld diameters groter dan 7 cm, moeilijk om de flenskoppelingen te demonteren ten gevolge van de grote uitwendige kracht die nodig is om de pakking te scheiden van één der flensvlakken. Bij veel toepassingen is het gunstig uit een oogpunt van het ontwerp van de systemen de flenskoppelingen aan te brengen op plaatsen die vrij moeilijk toeganke-25 lijk zijn. Daardoor is een flenskoppeling, die niet gemakkelijk kan worden gedemonteerd, een ernstig nadeel.In the prior art couplings, the tendency of the packing metal 10 to remain attached to the flange surfaces was not an insurmountable problem in disassembling the coupling when there was sufficient space to exert an external force to separate the flanges. If, after separating the flanges, the soft metal gasket remained attached to one of the flanges, the gasket could usually be easily removed with a hand tool inserted between the gasket and the flange. However, due to the current wide use of mini flanges, ie flanges with a sealing diameter of less than about 2.5 cm, the gaskets thereof are difficult to access for a hand tool for loosening the gasket ► It is also the case with large diameter flanges, for example diameters larger than 7 cm, difficult to disassemble the flange couplings due to the great external force required to separate the gasket from one of the flange faces. In many applications it is advantageous from the point of view of the design of the systems to arrange the flange couplings in places which are rather difficult to access. Therefore, a flange coupling, which cannot be easily disassembled, is a serious drawback.

De uitvinding beoogt daarom het verschaffen van een geheel metalen flenskoppeling waarvan de pakking juist de neiging heeft de bijbehorende flensvlakken los te laten bi*j demontage van de koppeling.The object of the invention is therefore to provide an all-metal flange coupling, the packing of which tends to release the associated flange surfaces during disassembly of the coupling.

30 Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een geheel metalen flenskoppeling met een pakking van zacht metaal, aangebracht tussen bij elkaar behorende flensvlakken, welke pakking gemakkelijk kan worden verwijderd wanneer de koppeling wordt gedemonteerd.The object of the invention is to provide an all-metal flange coupling with a soft metal gasket arranged between associated flange surfaces, which gasket can be easily removed when the coupling is disassembled.

Een bijzonder doel van de uitvinding is het verschaffen van een 35 geheel metalen koppeling voor miniflenzen, d.w.z. flenzen met een kleinere diameter dan ongeveer 2,5 cm, waarbij de koppeling een pakking van zacht metaal heeft, aangebracht tussen de tegenovef elkaar liggende vlakken van de miniflenzen, waarvan de pakking gemakkelijk kan worden verwijderd wan-, neer de koppeling wordt gedemonteerd.A particular object of the invention is to provide an all-metal coupling for mini flanges, ie flanges smaller than about 2.5 cm in diameter, the coupling having a soft metal gasket disposed between the opposing surfaces of the mini flanges, the gasket of which can be easily removed when the coupling is disassembled.

790 86 24 -3- ί790 86 24 -3- ί

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de tegenover elkaar liggende vlakken van de flenzen een zodanige vorm hebben dat zij tussen zich een uitsparing vormen waarin een pakking van zacht metaal kan worden geplaatst bij het tegen elkaar drukken van de flensvlakken.This is achieved according to the invention in that the opposing faces of the flanges have a shape such that they form a recess between which a soft metal gasket can be placed upon pressing the flange faces together.

5 Tegenover elkaar liggende ringvormige ruggen op de flensvlakken steken uit in de uitsparing waardoor zij de tegenover liggende zijden binnendringen van een omtreksdeel van de pakking. De samendrukking van de pakking, veroorzaakt door het op elkaar drukken van de flensvlakken, doet een deel van het pakkingmateriaal extruderen in een ringvormige groef, gevormd aan de 10 omtrek van de uitsparing tussen de flensvlakken. Dit gecomprimeerde flensmateriaal in de ringvormige groef verschaft een gasdichte afdichting op de wijze van een samengeperste metalen O-ring in de groef tussen de flensvlakken. Evenals bij de stand der techniek heeft de ringvormige groef zodanige afmetingen dat deze groef een groter volume heeft dan het volume 15 van het pakkingmateriaal dat in de groef kan vloeien. Op deze wijze kan het volume van de groef al het pakkingmateriaal opnemen dat erin vloeit.Opposite annular ridges on the flange faces protrude into the recess, penetrating the opposite sides of a peripheral portion of the gasket. The compression of the gasket, caused by pressing the flange surfaces together, extrudes part of the gasket material into an annular groove formed at the circumference of the recess between the flange surfaces. This compressed flange material in the annular groove provides a gas-tight seal in the manner of a compressed metal O-ring in the groove between the flange surfaces. As in the prior art, the annular groove has dimensions such that this groove has a larger volume than the volume of gasket material that can flow into the groove. In this way, the volume of the groove can absorb all the packing material flowing into it.

Een eventueel overschot aan pakkingmateriaal, dat anders de flensvlakken uit elkaar zou drukken, wordt belet de groef binnen te gaan. Als verschil met de stand der techniek is de vorm van de tegenover elkaar liggende 20 flensvlakken volgens de uitvinding zodanig dat de overblijvende samendruk-krachten, welke nog aanwezig zijn wanneer de flenskoppeling is losgenomen, verdeeld over het oppervlak van de pakking, ongeveer gelijk zijn aan of groter- dan de wrijvings- en hechtkrachten die trachten de pakking in aanraking met de beide flenzen te houden.Any excess packing material, which would otherwise squeeze the flange surfaces apart, is prevented from entering the groove. As a difference from the prior art, the shape of the opposing flange surfaces according to the invention is such that the residual compressive forces still present when the flange coupling is released, distributed over the surface of the gasket, are approximately equal to or greater than the friction and bonding forces that attempt to keep the gasket in contact with both flanges.

25 In het bijzonder hellen volgens de uitvinding de oppervlakdelen van de flensvlakken, die de ringvormige groef begrenzen, waarin het pakkingmateriaal kan worden geëxtrudeerd, met een andere dan een rechte hoek ten opzichte van het tussenvlak tussen de flensvlakken. Hierdoor heeft de verdeelde samendrukkracht, die wordt uitgeoefend op de pakking door elk 30 vlak dat de groef begrenst, een komponent die tracht de pakking van de aanraking met het flensvlak weg te drukken. Volgens de uitvinding tracht dus de pakking van het bijbehorende flensvlak weg te bewegen wanneer de koppeling wordt gedemonteerd.In particular, according to the invention, the surface parts of the flange surfaces, which define the annular groove, into which the packing material can be extruded, are inclined at a angle other than at right angles to the interface between the flange surfaces. As a result, the distributed compressive force applied to the gasket through each face defining the groove has a component that attempts to push the gasket out of contact with the flange face. According to the invention, the gasket therefore tries to move away from the associated flange surface when the coupling is disassembled.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand 35 van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld van de koppeling met pakking volgens de uitvinding is weergegeven.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, in which an embodiment of the coupling with packing according to the invention is shown.

Fig. 1 is een langsdoorsnede door een geheel metalen koppeling tussen twee flenzen, gekoppeld door een pijpkoppelingselement bestaande uit een mannelijk orgaan aan één flens en een vrouwelijk orgaan aan de 790 86 24 > -4- p ' andere flens.Fig. 1 is a longitudinal section through an all-metal coupling between two flanges, coupled by a pipe coupling member consisting of a male member on one flange and a female member on the other flange.

Fig. 2 toont op grotere schaal een gedeelte van de koppeling van fig. 1.Fig. 2 shows on a larger scale part of the coupling of FIG. 1.

Fig. 3 is een doorsnede door een deel van het vlak van één der 5 flenzen als weergegeven in fig..2.Fig. 3 is a section through part of the plane of one of the 5 flanges as shown in FIG. 2.

Fig. 4 is een langsdoorsnede door de koppeling volgens de uitvinding waarvan de flenzen zijn gekoppeld door een pijpkoppelingselement bestaande uit een mannelijk deel met schroefdraad aan elke flens en een vrouwelijk deel met schroefdraad waarvan de beide einden in ingrijping zijn 10 met de mannelijke delen.Fig. 4 is a longitudinal section through the coupling of the invention, the flanges of which are coupled by a pipe coupling member consisting of a male threaded portion on each flange and a female threaded portion, both ends of which engage the male portions.

Fig. 5 is een doorsnede van een koppeling welke wordt tot stand gebracht door bouten.Fig. 5 is a sectional view of a coupling made by bolts.

Fig. 6 toont een krachtendiagram van de verdeelde drukkrachtenf die worden uitgeoefend op een pakking door de vlakken van een flens volgens 15 de uitvinding wanneer de koppeling wordt gelost.Fig. 6 shows a force diagram of the distributed compressive forces applied to a gasket through the faces of a flange according to the invention when the coupling is released.

Fig. 7 toont een krachtendiagram van de verdeelde drukkrachten, welke worden' uitgéoefend op een pakking door de vlakken van een flens volgens de stand der· techniek, wanneer de koppeling wordt gelost.Fig. 7 shows a force diagram of the distributed compressive forces applied to a gasket through the surfaces of a prior art flange when the coupling is released.

Fig. 1 toont de geheel metalen flenskoppeling volgens de uitvinding 20 waardoor een gasdichte afdichting wordt verschaft tussen flensvormige einddelen 10 en 20 van buizen 11 resp. 21. De flenzen 10, 20 worden gekoppeld door een pijpkoppelingselement bestaande uit een mannelijk deel 1-2 dat draagt op de buis 11 en een vrouwelijk 22 dat draagt op de buis 21.Fig. 1 shows the all-metal flange coupling according to the invention 20, whereby a gas-tight seal is provided between flange-shaped end parts 10 and 20 of pipes 11 and 11 respectively. 21. The flanges 10, 20 are coupled by a pipe coupling element consisting of a male part 1-2 bearing on the tube 11 and a female 22 bearing on the tube 21.

Zoals is weergegeven in fig. 1 is het mannelijke deel 12 ringvormig 25 en heeft uitwendige schroefdraad, waarbij dit deel in de langsrichting kan verschuiven over de buis 11. De binnendiameter van het mannelijke deel 12 is kleiner dan de buitendiameter van de flens 10 zodat belet wordt dat het mannelijke deel 12 van het einde met flens van de buis 11 afschuift. Op overeenkomstige wijze is het vrouwelijke deel 22 ringvormig en heeft inwen-30 dige schroefdraad, waarbij dit deel in langsrichting verschuifbaar is over de buis 21. Het vrouwelijke deel 22 heeft een binnendiameter die kleiner is dan de buitendiameter van de flens 20 zodat het deel 22 wordt belet van het flenseinde van de buis 21 af te schuiven.As shown in Fig. 1, the male part 12 is annular 25 and has external threads, this part being able to slide longitudinally over the tube 11. The inner diameter of the male part 12 is smaller than the outer diameter of the flange 10 so that the male portion 12 of the flanged end shears off the tube 11. Similarly, the female portion 22 is annular and internally threaded, this portion being longitudinally slidable over the tube 21. The female portion 22 has an inner diameter that is smaller than the outer diameter of the flange 20 so that the portion 22 is prevented from sliding off the flange end of the tube 21.

Wanneer tegenover elkaar liggende vlakken van de flenzen 10 en 20 35 met elkaar in aanraking worden gebracht strekt zich het vrouwelijke deel 22 uit over de flenzen 20 en 10 en kan in ingrijping worden gebracht met de schroefdraad op het mannelijke deel 12. ‘Hierdoor kan de koppeling van de buizen worden verkregen door het aandraaien van het vrouwelijke deel 22 om het mannelijke deel 12.When opposed faces of the flanges 10 and 20 are brought into contact, the female part 22 extends over the flanges 20 and 10 and can be engaged with the threads on the male part 12. This allows the coupling of the tubes is obtained by tightening the female part 22 around the male part 12.

790 86 24 -5-.790 86 24 -5-.

tt

De tegenover elkaar liggende vlakken van de flenseinden 10 en 20 hébben een zodanige vorm dat zij tussen zich een uitsparing 30 insluiten,· waarin een pakking 31 van zacht metaal kan worden geplaatst. De pakking 31 is ringvormig en vervaardigd van een materiaal dat meer vervormbaar is dan 5 het materiaal waarvan de flenzen 10 en 20 zijn vervaardigd. De flenzen 10 en 20 zijn bijvoorbeeld vervaardigd van roestvrij staal, in welk geval de metalen pakking 31 een koperen ring met platte vorm kan zijn. Andere geschikte pakkingmaterialen, die kunnen worden gebruikt tezamen met roestvrij stalen flenzen, zijn nikkel, aluminium, verschillende legeringen en 10 combinaties van een basismetaal bedekt met een zacht metaal.The opposing faces of the flange ends 10 and 20 are shaped to enclose a recess 30 between them into which a soft metal gasket 31 can be placed. The gasket 31 is annular and made of a material that is more deformable than the material from which the flanges 10 and 20 are made. The flanges 10 and 20 are, for example, made of stainless steel, in which case the metal gasket 31 may be a flat shape copper ring. Other suitable gasket materials that can be used in conjunction with stainless steel flanges include nickel, aluminum, various alloys, and base metal combinations coated with a soft metal.

Zoals duidelijker blijkt uit fig. 2 heeft het vlak van de flens 10 van de buis 11 een ringvormige rug 13 die in de uitsparing 30 uitsteekt. Evenzo steekt een ringvormige rug 23 uit van het tegenover liggende vlak van de flens 20 van de buis 21 in de uitsparing 30, waarbij deze ruggen 15 13 en 23 het zachte metaal van de pakking 31 aan weerszijden van de omtrek daarvan binnendringen. Door samendrukking van de pakking 31 door het op elkaar drukken van de flenzen 10 en 20 ontstaat een extrusie van pakking-materiaal in een groef, die is gevormd aan de omtrek van de uitsparing 20.As is more apparent from Figure 2, the face of the flange 10 of the tube 11 has an annular backing 13 projecting into the recess 30. Likewise, an annular backing 23 protrudes from the opposite face of the flange 20 of the tube 21 into the recess 30, these ridges 13 and 23 penetrating the soft metal of the gasket 31 on either side of its circumference. Compression of the gasket 31 by pressing the flanges 10 and 20 together creates an extrusion of gasket material into a groove formed on the periphery of the recess 20.

Uit fig. 2 blijkt dat de ringvormige rug 13 is gevormd op het vlak 20 van de flens 10 door elkaar snijdende kegelvlakken 14 en 15, terwijl een ringvormige trog 16 is gevormd door elkaar snijdende conische vlakken 15 en 17. Evenzo is de ringvormige rug 23 gevormd op het vlak van de flens 20 door elkaar snijdende kegelvlakken 24 en 25, terwijl een ringvormige trog 26 is gevormd door elkaar snijdende conische vlakken 25 en 27.It can be seen from Fig. 2 that the annular back 13 is formed on the face 20 of the flange 10 intersecting conical faces 14 and 15, while an annular trough 16 is formed by intersecting conical faces 15 and 17. Likewise, the annular back 23 is formed on the face of the flange 20 intersecting conical surfaces 24 and 25, while an annular trough 26 is formed by intersecting conical surfaces 25 and 27.

25 Wanneer de flenzen 10, 20 stijf op elkaar worden gedrukt vormen de kegelvlakken 15, 17, 25 en 27 tezamen de begrenzing van de ringvormige groef waarin het zachte metaal van de pakking wordt geëxtrudeerd. Dit geëxtrudeer-de pakkingmateriaal vormt het equivalent van een samengedrukte metalen O-ring die een gasdichte afdichting vormt tussen de flenzen 10 en 20.When the flanges 10, 20 are pressed rigidly together, the conical surfaces 15, 17, 25 and 27 together form the boundary of the annular groove into which the soft metal of the gasket is extruded. This extruded gasket material is the equivalent of a compressed metal O-ring that forms a gas-tight seal between flanges 10 and 20.

30 De ringvormige groef welke wordt begrensd door de vlakken 15 en 17 aan de flens 10 en de vlakken 27 en 25 aan de flens 20 heeft zodanige afmetingen dat het volume ervan groter is dan het volume van het pakkingmateriaal dat erin kan worden geëxtrudeerd door het knijpeffekt van de ruggen 13 en 23 op de pakking 31. De hoeveelheid pakkingmateriaal die de 35 ringvormige groef kan binnengaan is daardoor klein genoeg om te voorkomen dat de flenzen 10 en 20 uit elkaar worden gedrukt.The annular groove delimited by the surfaces 15 and 17 on the flange 10 and the surfaces 27 and 25 on the flange 20 has dimensions such that its volume is greater than the volume of the packing material that can be extruded by the pinch effect from the ridges 13 and 23 to the gasket 31. The amount of gasket material that can enter the annular groove is therefore small enough to prevent flanges 10 and 20 from being pressed apart.

In fig. 3 zijn de richtingen van de oppervlakdelen 24, 25 en 27 ten opzichte van elkaar op het vlak van de flens 20 meer in detail weergegeven. Overeenkomstige symmetrische richtingen zijn gegeven aan de opper- 790 86 24 ¥ -6- vlakdelen 14, 15 en 17 op het vlak van flens 10.In Fig. 3, the directions of the surface parts 24, 25 and 27 relative to each other on the plane of the flange 20 are shown in more detail. Corresponding symmetrical directions are given to the surface 790 86 24 ¥ -6 surface parts 14, 15 and 17 in the plane of flange 10.

Zoals blijkt uit fig. 3 helt het oppervlakdeel 25 van de rug 23 af naar de trog 26, van waaruit het oppervlakdeel 27 verloopt naar het tussenvlak tussen de beide flenzen 20 en 10. Het conische oppervlakdeel 24 5 maakt een scherpe hoek ft met het tussenvlak van de flenzen. Evenzo maakt het oppervlakdeel 25 een scherpe hoek -Q met ditzelfde tussenvlak. De hoek & ligt bij voorkeur in het gebied van 60 tot 75°, terwijl de hoek β o ( bij voorkeur ligt in het gebied van 15 tot 30 .As can be seen from Fig. 3, the surface part 25 is inclined from the back 23 to the trough 26, from which the surface part 27 extends to the intermediate surface between the two flanges 20 and 10. The conical surface part 24 forms an acute angle ft with the intermediate surface of the flanges. Likewise, the surface part 25 makes an acute angle -Q with this same intermediate surface. The angle & is preferably in the range from 60 to 75 °, while the angle β o (preferably is in the range from 15 to 30.

Symmetrisch overeenkomstig maakt het conische vlak 14 op de flens 10 10 een scherpe hoek φ met het tussenvlak van de'- flenzen, terwijl het conische vlak 15 een scherpe hoek 6· maakt met dit tussenvlak. De tegenover elkaar liggende vlakken van de flenzen 10 en 20 zijn dus symmetrisch ten opzichte van elkaar geplaatst.Correspondingly symmetrically, the conical face 14 on the flange 10 makes an acute angle φ with the interface of the flanges, while the conical face 15 makes an acute angle met with this interface. The opposing faces of the flanges 10 and 20 are thus placed symmetrically to each other.

Zowel het kegelvlak 27 aan de flens 20' als het bijbehorende 15 kegelvlak 17 aan de flens 10 maken een scherpe hoek/3 met het tussenvlak van de flenzen. Volgens de uitvinding is de hoek β een scherpe hoek. Bij de stand der techniek werd geen scherpe hoek β toegepast.Both the conical surface 27 on the flange 20 'and the associated conical surface 17 on the flange 10 make an acute angle ⁄ with the intermediate surface of the flanges. According to the invention, the angle β is an acute angle. No sharp angle β was used in the prior art.

De schematische fig. 7 toont een bekende flenskoppeling waarbij, in tegenstelling met de uitvinding, de eindwand 27' van de ringvormige 20 groef, waarin geëxtrudeerd pakkingmateriaal werd opgesloten, loodrecht op het tussenvlak tussen de flenzen. De hoekƒ3 van de uitvinding is in tegenstelling met de stand der techniek een scherpe hoek (bij voorkeur in het gebied, van 60 tot 75°). Deze nieuwe vorm van de eindwand van de ringvormige groef (d.w.z. de wand gevormd door de oppervlakdelen 27 en 17) 25 tezamen met de voorgeschreven vorm van de oppervlakdelen 24 en 14, maakt het mogelijk de pakking 31 veel gemakkelijker te verwijderen wanneer de koppeling wordt gedemonteerd dan bij de stand der techniek mogelijk was.The schematic Fig. 7 shows a known flange coupling in which, in contrast to the invention, the end wall 27 'of the annular groove, in which extruded packing material was contained, perpendicular to the interface between the flanges. Contrary to the prior art, the angle β of the invention is an acute angle (preferably in the range, from 60 to 75 °). This new shape of the end wall of the annular groove (ie the wall formed by the surface parts 27 and 17) 25 together with the prescribed shape of the surface parts 24 and 14 makes it possible to remove the gasket 31 much more easily when the coupling is disassembled than was possible in the prior art.

Voor een gemakkelijke fabricage kunnen de kegelvlakken 24 en 27 van de flens 20 evenwijdig aan.elkaar zijn, d.w.z. het is mogelijk om 30 ft = β te maken, mits β een scherpe hoek is. Het is echter voor de toepassing van de uitvinding niet nodig dat 0 = β . Het is gewenst dat β kleiner is dan 75° zodat de loodlijn op het oppervlakdeel 25 een vrij grote component heeft loodrecht op het tussenvlak tussen de flenzen. Wanneer echter^ te klein wordt zou de buitendiameter van de flenzen 10 en 20 overeenkomstig 35 groot worden, hetgeen ongewenst is voor de standaardontwerpen. Het is niet gewenst om f veel kleiner te maken dan ongeveer 30° daar de uitsteekafstand van de rug 23 in de uitsparing 30 kleiner wordt naarmate φ kleiner wordt.For easy fabrication, the conical surfaces 24 and 27 of the flange 20 can be parallel to each other, i.e. it is possible to make 30 ft = β, provided that β is an acute angle. However, it is not necessary for the application of the invention that 0 = β. It is desirable that β be less than 75 ° so that the perpendicular to the surface portion 25 has a fairly large component perpendicular to the interface between the flanges. However, if too small, the outer diameter of the flanges 10 and 20 would correspondingly become large, which is undesirable for the standard designs. It is not desirable to make f much smaller than about 30 ° since the protrusion distance of the back 23 in the recess 30 decreases as φ decreases.

Een geschikt gebied voor ft ligt tussen 60° en 75°. Een geschikt gebied voor -0· ligt tussen 15° en 30°, 790 86 24 -7-A suitable range for ft is between 60 ° and 75 °. A suitable range for -0 is between 15 ° and 30 °, 790 86 24 -7-

Wanneer de flenzen 10 en 20 op elkaar worden gedrukt, hetzij op de wijze volgens fig. 1 waarbij het vrouwelijke pijpkoppelingsdeel 22 met schroefdraad wordt aangedraaid over het mannelijke deel 12 met schroefdraad, of door een andere geschikte koppelingstechniek zoals volgens fig. 4 en 5, 5 dringen de ruggen 13 en 23 in de pakking 31 van zacht metaal en doen een omtreksdeel daarvan extruderen in de ringvormige groef, welke wordt begrensd door de oppervlakdelen 15, 17, 27 en 25. Bij de flenskoppeling volgens fig. 4 is het vrouwelijke deel 22 van fig. 1 vervangen door een mannelijk deel 42 dat in langsrichting verschuifbaar is over de buis 21. De binnen-10 diameter van het mannelijke deel 42 is kleiner dan de buitendiameter van de flens 20 zodat het mannelijke deel 42 wordt belet van het flenseinde van de buis 21 af te schuiven. Een buitenvlak van het mannelijke deel 42 is voorzien van schroefdraad, evenals een overeenkomstig buitenvlakdeel van het mannelijke deel 12 op de buis 11. Een cilindrisch vrouwelijk deel 52 heeft 15 inwendige schroefdraad op het binnenvlak en kan tegelijk in ingrijping worden gebracht met de schroefdraaddelen van de mannelijke delen 12 en 42 wanneer de flenzen 10 en 20 tegen elkaar aan worden gebracht. In de praktijk wordt eerst het vrouwelijke deel 52 op één der mannelijke delen geschroefd, bijvoorbeeld het deel 42 en daarna wordt het andere mannelijke deel 12 in 20 het vrouwelijke deel 52 geschroefd en vastgezet. Hierdoor worden de flenzen 10 en 20 tegen elkaar aangëbracht.When the flanges 10 and 20 are pressed together, either in the manner of Figure 1 wherein the female threaded pipe coupling part 22 is tightened over the threaded male part 12, or by another suitable coupling technique such as that of Figures 4 and 5, 5, the ridges 13 and 23 penetrate the soft metal gasket 31 and extrude a peripheral portion thereof into the annular groove, which is bounded by the surface portions 15, 17, 27 and 25. In the flange coupling of FIG. 4, the female portion 22 of FIG. 1 replaced by a male portion 42 which is longitudinally slidable over the tube 21. The inner diameter of the male portion 42 is smaller than the outer diameter of the flange 20 so that the male portion 42 is prevented from the flange end from the tube 21. An outer surface of the male part 42 is threaded, as well as a corresponding outer surface part of the male part 12 on the tube 11. A cylindrical female part 52 has an internal thread on the inner surface and can be simultaneously engaged with the threaded parts of the male parts 12 and 42 when the flanges 10 and 20 are brought together. In practice, the female part 52 is first screwed onto one of the male parts, for example the part 42, and then the other male part 12 is screwed into the female part 52 and secured. The flanges 10 and 20 are hereby arranged against each other.

Een andere wijze van koppeling van de flenzen is weergegeven in fig. 5,. waarbij een flens 10' is bevestigd aan het einde van de buis 11 met een geschikte techniek, bijvoorbeeld lassen. Evenzo is een flens 20' 25 bevestigd aan een einde van de buis 21. De pakking 31 van zacht metaal wordt samengedrukt tussen de beide flenzen door bouten. Zoals in fig. 5 is weergegeven wordt een bout 61 gestoken door op één lijn liggende gaten in de flenzen 10' en 20* en wordt een moer 62 geschroefd op het uitstekende einde van de bout 61. Er zijn een aantal soortgelijke bouten met moeren 30 verdeeld over de omtrek, bij voorkeur op gelijke afstanden, van de flenzen 10' en 20'.Another way of coupling the flanges is shown in Fig. 5. wherein a flange 10 'is attached to the end of the tube 11 by a suitable technique, for example welding. Likewise, a flange 20 '25 is attached to one end of the tube 21. The soft metal gasket 31 is compressed between the two flanges by bolts. As shown in Figure 5, a bolt 61 is inserted through aligned holes in the flanges 10 'and 20 * and a nut 62 is screwed onto the protruding end of the bolt 61. There are a number of similar bolts with nuts 30 distributed over the circumference, preferably equidistant, from flanges 10 'and 20'.

Wanneer de flenzen 10 en 20 volgens fig. 1 en 4 (of de flenzen 10' en 20' volgens fig. 5) tegen elkaar worden gedrukt steken de ruggen 13 en 23 van de tegenover liggende flensvlakken uit in de pakking 31 en doen een 35 omtreksdeel van het materiaal daarvan vloeien in een ringvormige groef, gevormd aan de omtrek van de uitsparing 30 tussen de tegenover elkaar lig-gende flensvlakken. Deze groef is begrensd door de vlakken 15 en 17 van de flens 10 en door de vlakken 27 en 25 van de flens 20 en heeft een totaal volume dat groter is dan het volume van het pakkingmateriaal dat kan worden 7908624 -8- c geëxtrudeerd in de groef. Zoals hierboven is. verklaard kunnen nu de met elkaar in aanraking zijnde vlakken van de flenzen 10 en 20 niet uit elkaar worden gedrukt door pakkingmateriaal in de groef daar minder dan het totale volume van de groef kan worden ingenomen door het pakkingmateriaal. Het 5 samengedrukte pakkingmateriaal in de ringvormige groef werkt als een metalen 0-ring onder druk en geeft éen gasdiehte afdichting tussen de vlakken van de flenzen.When the flanges 10 and 20 of Figures 1 and 4 (or the flanges 10 'and 20' of Figure 5) are pressed together, the ridges 13 and 23 of the opposite flange faces protrude into the gasket 31 and circumferential portion of the material thereof flow into an annular groove formed on the periphery of the recess 30 between the opposing flange faces. This groove is delimited by the surfaces 15 and 17 of the flange 10 and by the surfaces 27 and 25 of the flange 20 and has a total volume greater than the volume of the gasket material that can be extruded in the groove. As above. Explained, now, the contacting surfaces of the flanges 10 and 20 cannot be pressed apart by packing material in the groove since less than the total volume of the groove can be occupied by the packing material. The compressed packing material in the annular groove acts as a metal O-ring under pressure and provides a gas-tight seal between the faces of the flanges.

In fig. 6 zijn weergegeven de overblijvende verdeelde drukkrachten F^, F2 en F2 wanneer de flenskoppeling wordt gelost en welke krachten 10 respectievelijk worden uitgeoefend door de oppervlakdelen 27, 25 en 24 van het flensdeel 20 op de pakking 31, waarbij deze krachten zijn weergegeven door pijlen loodrecht op de bijbehorende vlakken. Deze drukkrachten trachten de pakking 31 buiten aanraking met het flensdeel 20 te drukken. Overeenkomstige, symmetrisch werkende, verdeelde drukkrachten worden uitgeoefend 15 door de vlakken 17, 15 en 14 van de flens 10 op de andere zijde van de pakking 31 en trachten eveneens de pakking 31 buiten aanraking te drukken met de flens 10.·Fig. 6 shows the remaining distributed compressive forces F ^, F2 and F2 when the flange coupling is released and which forces are exerted by the surface parts 27, 25 and 24 of the flange part 20 on the gasket 31 respectively, these forces being shown by arrows perpendicular to the corresponding planes. These compressive forces attempt to press the gasket 31 out of contact with the flange part 20. Corresponding, symmetrically acting, distributed compressive forces are exerted 15 by the surfaces 17, 15 and 14 of the flange 10 on the other side of the gasket 31 and also attempt to press the gasket 31 out of contact with the flange 10. ·

Wanneer men de flenzen 10 en 20 wenst los te koppelen voor het demonteren van de verbinding is het gewoonlijk ook gewenst om de pakking 20 31 te verwijderen. Vaak echter was het bij de stand der techniek moeilijk om de verbinding te verbreken tussen de beide flenzen door hecht- en wrijvingskrachten, die trachtten de pakking in aanrakihg te houden met de vlakken van de flenzen. Hechtkrachten van de soort van koude lassen ontstonden door de samendrukking van de pakking tegen de flenzen. Wrijvings-25 krachten werken evenwijdig aan de vlakken van de flenzen in richtingen tegengesteld aan de krachten die trachten de pakking buiten aanraking te drukken met de flenzen. Zelfs nadat de beide tegen elkaar liggende flenzen van de stand der techniek van elkaar waren gescheiden bleef de pakking vaak aan één of de beide flenzen hechten. Volgens de uitvinding zijn de 30 tegenover elkaar liggende vlakken van de flenzen zodanig gevormd dat de krachten, die trachten het verwijderen van de pakking nadat de flenskoppeling was gelost, te beletten, tot een minimum zijn teruggebracht. Het lossen van de koppeling geschiedt door het losdraaien van de schroefdraad-elementen volgens fig. 1 en 4 of het verwijderen van de moeren 62 volgens 35 fig. 5.If one wishes to disconnect the flanges 10 and 20 before disassembling the connection, it is usually also desirable to remove the gasket 20 31. Often, however, it has been difficult in the prior art to break the connection between the two flanges due to adhesive and frictional forces which attempted to keep the gasket in contact with the faces of the flanges. Cold welding type adhesives were created by the compression of the gasket against the flanges. Frictional forces act parallel to the faces of the flanges in directions opposite to the forces that attempt to force the gasket out of contact with the flanges. Even after the two prior art flanges abut each other, the gasket often continued to adhere to one or both flanges. According to the invention, the opposing faces of the flanges are formed such that the forces which attempt to prevent removal of the gasket after the flange coupling is released are minimized. The coupling is loosened by loosening the threaded elements according to Figs. 1 and 4 or removing the nuts 62 according to Fig. 5.

Volgens fig. 6 wordt de resterende drukkrachtcomponent F, die tracht de pakking 31 buiten aanraking te drukken met de flens. 20, voorgesteld door de vergelijking: > F = F. cos & + F„ cos β + F- cos φ.According to FIG. 6, the residual compressive force component F, which attempts to press the gasket 31 out of contact with the flange. 20, represented by the equation:> F = F. cos & + F „cos β + F-cos φ.

790 86 24 -9-790 86 24 -9-

Deze nettodrukkrachtcomponent F neemt toe wanneer _ de hoeken β , 4? en ^ afnemen. Het is gewenst dat 0- ligt in het gebied van 15° tot 30° en dat i ligt in het gebied van 60° tot 75°/ zodat de rug 23 scherp genoeg in de uitsparing 30 uitsteekt, waardoor extrusie van materiaal ontstaat 5 van de omtrek van de pakking 31. Volgens de uitvinding is de hoek β zo klein gemaakt als praktisch mogelijk is, teneinde een component te verkrijgen van de drukkracht in de richting tegengesteld aan de component van de wrijvingskracht die tracht de pakking 31 in aanraking te houden met het oppervlakdeel 27.This net compressive force component F increases when _ the angles β, 4? and ^ decrease. Desirably, 0- is in the range from 15 ° to 30 ° and i is in the range from 60 ° to 75 ° / so that the spine 23 protrudes sharply enough into the recess 30, causing extrusion of material 5 of the circumference of the gasket 31. According to the invention, the angle β is made as small as practicable, in order to obtain a component of the compressive force in the direction opposite to the component of the frictional force which tries to keep the gasket 31 in contact with the surface part 27.

10 Het hoofddoel van de uitvinding is de gemakkelijke demonteerbaar- heid van een geheel metalen flenskoppeling van de soort als wordt gebruikt voor toepassing in hogedruksystemen en hoogvacuumsystemen. De diameter van de te verbinden flenzen is niet belangrijk voor de uitvinding, hoewel de uitvinding speciaal nuttig is voor verbindingen met miniflenzen, welke zijn 15 gelegen in gebieden welke niet gemakkelijk toegankelijk zijn voor demontage door handgereedschap.The main object of the invention is the ease of disassembly of an all-metal flange coupling of the type used for use in high pressure systems and high vacuum systems. The diameter of the flanges to be joined is not important to the invention, although the invention is particularly useful for connections with mini flanges, which are located in areas which are not easily accessible for disassembly by hand tools.

De uitvinding kan worden toegepast bij een aantal verschillende koppelingstechnieken voor het verbinden van de tegenover elkaar liggende vlakken van de flenzen. In het bijzonder is de koppelingstechniek volgens 20 fig. 4, waarbij een pijpkoppelingselement wordt gebruikt bestaande uit een mannelijk deel aan elke flens en een vrouwelijk deel dat met de beide mannelijke delen in ingrijping is, een gemakkelijke manier voor het verbinden van een aantal buisstukken met flenzen zonder dat gezorgd behoeft te worden dat de juiste onderdelen van de mannelijke en vrouwelijke pijp-25 koppelingselementen zijn aangebracht aan de betreffende einden van de te verbinden flenzen. Indien gewenst kan een. toevoergat voor heliumgas worden aangebracht in één of de beide samenwerkende flenzen naar het omtreksgebied van de daartussen gevormde uitsparing, zodat de gasdichtheid van de flenskoppeling kan worden bewaakt door aan een deskundige op dit gebied bekende 30 technieken. De aard van de te verbinden buizen kan variëren afhankelijk van het soort systeem waarin de buizen worden toegepast. Een flenskoppeling volgens de uitvinding kan worden gebruikt voor het verbinden van buizen van willekeurige diameter en vorm, ook van buizen met uitzetbare "balg"-delen. Andere toepassingen voor geheel metalen koppelingen volgens de uit-35 vinding zullen aan een deskundige na lezing van de beschrijving duidelijk zijn.The invention can be applied to a number of different coupling techniques for joining the opposing faces of the flanges. In particular, the coupling technique of Figure 4, using a pipe coupling element consisting of a male part on each flange and a female part that engages the two male parts, is an easy way of connecting a number of pipe pieces to flanges without it being necessary to ensure that the correct parts of the male and female pipe coupling elements are provided at the respective ends of the flanges to be joined. If desired, a. helium gas feed hole are provided in one or both of the co-operating flanges to the peripheral region of the recess formed therebetween, so that the gas tightness of the flange coupling can be monitored by techniques known to those skilled in the art. The nature of the pipes to be joined may vary depending on the type of system in which the pipes are used. A flange coupling according to the invention can be used to connect pipes of any diameter and shape, including pipes with expandable "bellows" parts. Other uses for all-metal couplings of the invention will be apparent to one skilled in the art upon reading the description.

« 790 86 24790 86 24

Claims

1. All-metal coupling consisting of a pair of flanges, each having a plane of a given shape, to be placed opposite an associated plane of the other flange when the flanges are coupled, the flanges coming into contact with one another Bonding surface; the plane of each flange having a first surface area and the two first surface areas of the two flanges intersecting in the joining plane at an angle of less than 180 ° to each other; while the face of each flange further has a second surface area 10 and a third surface area, the second and third surface areas of a flange intersect and form a backing spaced from the joining face, while the second surface area overlays the first surface area cuts the face of each flange; the back on one of the flanges being opposite to one spaced from the back of the other flange, such that an annular recess is formed between the two opposite faces of the flanges when the flanges are coupled, a circumferential part the recess is bounded by the first and second surface areas of each flange; 20 wherein a soft metal gasket is formed to be received in the recess and the backing on the face of each flange penetrates into a peripheral region of the gasket when the flanges are coupled, thereby extruding gasket material into the peripheral region of the gasket recess and contacts the first surface area on the face of each flange when the flanges are coupled; wherein the first and second surface areas of the face of each flange are formed such that the volume of the peripheral part of the recess is greater than the volume of gasket material that can be extruded into the peripheral part of the recess when the flanges are coupled; while the distributed compressive forces, exerted by each of the first, second and third surface areas on the face of each flange, on the gasket material in the peripheral portion of the recess, have a component perpendicular to the joining face. 35

Coupling according to claim 1, characterized in that the first surface area on the face of each flange intersects the joining face at an acute angle in the range of 60 ° to 75 °, while the third surface is 790 8 6 24 "β. V -11- plane area on the plane of each flange the joining plane cuts at an acute angle in the range 60 to 75. 790 8 6 24