CH699688A1

CH699688A1 - Flanschverbindung.

Info

Publication number: CH699688A1
Application number: CH01556/08A
Authority: CH
Inventors: Pierino Keller-Staub; Pascal Good
Original assignee: Inficon Gmbh
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-04-15
Also published as: CN101713480A; US7914053B2; US20090295155A1; CN101713480B; DE102009034579A1; CH699688B1

Abstract

Eine Flanschverbindung umfasst zwei Rohrenden (1´, 2´) an denen je ein Flansch (1, 2) angeordnet ist, welche Flanschflächen (11, 11´) aufweisen und einen Zentrierring (33) mit einem Elastomerdichtungsring (14), diese berührend, einschliessen, und dass beide Flansche Mittel aufweisen zur lösbaren Verspannung gegeneinander, derart, dass die Flanschflächen (11, 11´) am Zentrierring (33) anliegen und dadurch auf einem vorgegebenen Flanschabstand (10) gehalten sind und der Elastomerdichtungsring (14) an den Flanschflächen (11, 11´) in Richtung der Rohrachsen (15) dichtend verpresst ist, wobei der Zentrierring (33) an der Peripherie der Flansche (1, 2) mindestens teilweise anliegend positioniert ist, und dass daran ringförmig nach innen gerichtete Tragmittel (18) angeordnet sind, um welche der Elastomerdichtungsring (14), im Querschnitt U-förmig ausgebildet, angeordnet ist, derart, dass an den Seitenflanken der U-Form auf beiden Seiten eine ringförmige flächige Flanschberührungszone (6, 6´) ausgebildet ist.

Description

CH 699 688 A1

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Flanschverbindung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Mit Elastomeren gedichtete Flanschverbindungen zur einfachen, raschen und dichten Verbindung von zwei Rohrteilen sind schon seit langem und in verschiedenster Art bekannt und werden insbesondere in der Vakuumtechnik beim Aufbau von Vakuumsystemen verwendet.

[0003] Derartige Elastomer gedichtete Flanschverbindungen sind beispielsweise als Kleinflanschverbindungen, bezeichnet als ISO-KF-Flansche und als Schraubflanschverbindungen, beispielsweise als ISO-K-Flansche bezeichnet, international über PNEUROP (www.pneurop.org) oder ISO (www.iso.org) genormt und werden in der Vakuum-Industrie angewendet.

[0004] Die Haupt-Nennweiten bei den Kleinflanschverbindungen sind: DN 10/16/25/40/50 ISO-KF und die Neben-Nenn-weiten: DN 20/32 ISO-KF. Die Abmessungen sind nach DIN 28403 und auch nach ISO 2861/1 festgelegt. Die beiden Rohrenden tragen Flansche mit konischen Anzugsflächen auf welche eine ringförmige, lösbare Spannklammer wirkt. Zwischen den Flanschflächen wird ein Zentrierring mit einer ringförmigen gummielastischen Dichtung angeordnet. Dadurch werden die Rohrachsen zur Deckung gebracht, die gummielastische Dichtung abgestützt und dessen Zusammendrücken begrenzt beim Anziehen der Spannklammer. Die Dicke des Zentrierringes bestimmt den Flanschabstand und ist beispielsweise nach heutiger ISO - Norm mit 3.9 mm festgelegt. Spannklammern umschliessen die Flansche und können auch mehrteilig, kettenartig ausgebildet sein. Bei Druckanwendungen wird der Zentrierring mit Vorteil im äusseren Bereich der Flansche vorgesehen und die Dichtung liegt dann im Innenbereich und wird durch den Innendruck an den Zentrierring gedrückt. Bei Vakuumanwendungen liegt der Zentrierring im Innenbereich und die Dichtung wird gegen innen abgestützt. Eine derartige Kleinflanschverbindung ist beispielsweise in der Patentschrift CH 448638 beschrieben. Eine weitere Beschreibung ist ersichtlich im Buch «Theorie und Praxis der Vakuumtechnik» von Wutz - Adam - Walcher, Vieweg Verlag, 2. Auflage 1982 (ISBN 3-528-04884-0) Seite 475.

[0005] Die Haupt-Nennweiten gemäss der Norm für Schraubflanschverbindungen sind: DN 63 ISO-K/100/160/200/250/ 320/400/500/630 ISO-K. Wobei K für Klammerflansch steht für die lösbare Befestigung mittels verschraubbaren Flanschen, Klammern oder Pratzen. Die Abmessungen sind nach DIN 28404 und auch nach ISO 1609/3669 festgelegt. Eine Beschreibung derartiger Schraubflanschverbindungen ist ersichtlich im Buch «Theorie und Praxis der Vakuumtechnik» von Wutz - Adam - Walcher, Vieweg Verlag, 2. Auflage 1982 (ISBN 3-528-04884-0) Seite 476 - 477.

[0006] Gemäss dieser Normung wird unterschieden zwischen:

a) Anordnung mit sogenannten Festflanschen die je an einem der zu verbindenden Rohrenden befestigt sind. Diese haben einen festen Loch-Teilkreis, der zur Aufnahme von Schrauben dient mit welchen eine ringförmige Dichtung verpresst wird, die zwischen den beiden Festflanschen liegt, wie dies schon zuvor beschrieben wurde für die Klein flanschverbindung.

b) Anordnung mit sogenannten Klammerflanschen. Diese weisen eine umlaufende nutartige Flanscheindrehung auf, in die seitlich verschraubbare Spannklammern eingehakt und dann festgezogen werden. Derartige Flansche sind vor dem Festziehen drehbar.

c) Anordnung mit sogenannten Überwurfflanschen. Diese sind mit einem Lochteilkreis versehen und können gegeneinander verschraubt werden. Vor dem Festziehen sind die Flansche drehbar. Es können beispielsweise ein Festflansch (z.B. nach ISO-F oder DIN 2501) und ein Überwurfflansch kombiniert werden.

[0007] Die verschiedenen Ausführungsarten der Flanschtypen bzw. der Verschraubungsarten gemäss a bis c können untereinander nach Bedarf kombiniert werden.

[0008] Bei diesen bekannten Flanschverbindungen werden mehrere verschieden ausgebildete Zentrierringe benötigt zur Aufnahme und Positionierung der Elastomerdichtung. Für Kleinflanschverbindungen werden beispielsweise fünf verschiedene Zentrierringe benötigt, um alle wichtigen Anwendungen abdecken zu können, wie für Vakuum, grossen Überdruck, verschiedene benötigte Materialien je nach Aggressivität des Mediums in der Leitung, sowie Übergangs - Zentrierringe wenn unterschiedliche Flanschnennweiten verbunden werden sollen. Es ist vakuumtechnisch unerwünscht, dass bei diesen bekannten Kleinflanschverbindungen und Schraubflanschverbindungen Bereiche mit Hohlräumen entstehen, welche dadurch eingeschlossene Gase unkontrolliert abgeben und hierdurch Quellen von virtuellen Lecks darstellen. Derartige virtuellen Lecks entstehen vor allem mit der Konfiguration des oft benutzten Innen - Zentrierringes. Derartige Lecke führen zu unerwünschten Verunreinigungen und langen Abpumpzeiten bei der Vakuumerzeugung und sind praktisch sehr schwierig zu lokalisieren. In der Vakuumtechnik geht es um höchst reine Prozessanwendungen und deshalb sind derartige Leckstellen sehr gefürchtet. In Vakuumprozesssystemen sind oft eine Vielzahl von Verbindungsstellen notwendig und es ist äusserst wichtig derartige unkontrollierte virtuellen Lecke zu vermeiden.

[0009] Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Flanschverbindung bereit zu stellen, bei welcher keine virtuellen Lecke auftreten, die alle vorerwähnten Anwendungsvarianten abdeckt unter Einsatz möglichst derselben Teile, und

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dass die Flanschverbindung einfach, rasch und sicher erstellt und auch gelöst werden kann. Ausserdem soll die Flanschverbindung wirtschaftlich herstellbar sein und bewirtschaftet werden können.

[0010] Die Aufgabe wird bei der gattungsgemässen Flanschverbindung gemäss dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruches 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung.

[0011] Erfindungsgemäss umfasst eine Flanschverbindung zwei Rohrenden mit Rohrachsen an denen je ein Flansch angeordnet ist, welche lösbar dichtend miteinander verbunden sind. In radialer Richtung zu den Rohrachsen weisen die Flansche Flanschflächen auf und sind einander gegenüberliegend positioniert angeordnet, wobei diese einen Zentrierring mit einem Elastomerdichtungsring, diesen mindestens teilweise berührend, einschliessen. Beide Flansche weisen Mittel auf, zur lösbaren Verspannung der beiden Flanschflächen gegeneinander, derart dass die Flanschflächen am Zentrierring anliegen und dadurch auf einem vorgegebenen Flanschabstand gehalten sind, und dass der Elastomerdichtungsring an den Flanschflächen in Richtung parallel zu der Rohrachsen dichtend verpresst ist. Der Zentrierring ist derart positioniert, dass dieser an der Peripherie der Flansche mindestens teilweise anliegt. Am Zentrierring sind ringförmig in radialer Richtung zur Rohrachse, vorzugsweise zentrisch, nach innen gerichtete Tragmittel angeordnet, um welche der Elastomerdichtungsring, im Querschnitt U - förmig ausgebildet angeordnet ist, derart dass an den Seitenflanken der U - Form auf beiden Seiten eine ringförmige flächige Flanschberührungszone ausgebildet ist. Diese Art der universalen Dichtringanordnung ist geeignet für beide zuvor beschriebenen Flanschtypen. Besonders Vorteilhaft kann diese eingesetzt werden bei der Kleinflanschausführung und insbesondere bei Vakuumanwendungen.

[0012] Die Erfindung wird nun anhand von Figuren schematisch und beispielsweise beschrieben.

[0013] Es zeigen:

Fig. 1 schematisch und im Querschnitt eine Kleinflanschverbindung entsprechend dem Stand der Technik mit einem innen liegenden Zentrierring, geeignet für Vakuum und Überdruck bis 2.5 barü,

Fig. 2 schematisch und im Querschnitt eine Kleinflanschverbindung entsprechend dem Stand der Technik mit einem aussen liegenden Zentrierring, insbesondere geeignet für Überdruck bis 10 barü,

Fig. 3 schematisch und im Querschnitt eine Kleinflanschverbindung entsprechend dem Stand der Technik mit einem innen liegenden Zentrierring und zwei ungleichen Rohrenden, geeignet für Vakuum und Überdruck bis 2.5 barü,

Fig. 4 schematisch und im Querschnitt eine Kleinflanschverbindung entsprechend dem Stand der Technik mit einem innen liegenden Zentrierring und einer Darstellung eines Beispiels für einen unerwünschten Hohlraum der ein virtuelles Leck bildet,

Fig. 5 schematisch und im Querschnitt eine Kleinflanschverbindung entsprechend der Erfindung mit aussen liegenden Zentrierring und einem daran angeordneten, nach innen gerichteten, U-förmigen Elastomerdichtungsring geeignet für Vakuum und Überdruck und unterschiedliche Prozessgase, eine Variante gemäss der Fig. 5 mit Rohrenden ohne Eindrehungen für einen Innenzentrierring. Die Flanschgeometrie entspricht in diesem Fall nicht der Normierung nach Pneurop.

Fig. 7 schematisch und im Querschnitt eine Klammerflanschverbindung entsprechend dem Stand der Technik mit einem innen liegenden Zentrierring und einem Aussenzentrierring, geeignet für Vakuum und Überdruck bis 2.5 barü,

Fig. 8 schematisch und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung mit verschraubbaren Überwurfflanschen entsprechend dem Stand der Technik mit einem innen liegenden Zentrierring und einem Aussenzentrierring, geeignet für Vakuum und Überdruck bis 2.5 barü,

Fig. 9 schematisch und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung als Klammerflanschverbindung bei welcher der eine Flansch mit einer Pratze, gegen einen plattenförmigem Flansch verschraubt wird entsprechend dem Stand der Technik mit einem innen liegenden Zentrierring und einem Aussenzentrierring, geeignet für Vakuum und Überdruck bis 2.5 bar,

Fig. 10 eine Variante gemäss der Fig. 9 ohne Zentrierringe mit einem Elastomerdichtungsring der in eine Nut eingelassen ist an einem der beiden Flansche;

Fig. 11 schematisch und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung entsprechend dem Stand der Technik nach der Fig. 7 mit einem innen liegenden Zentrierring und einem Aussenzentrierring und einer Darstellung eines Beispiels für einen unerwünschten Hohlraum der ein virtuelles Leck bildet,

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Fig. 12 schematisch und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung als Klammerflanschverbindung entsprechend der Erfindung mit aussen liegenden Zentrierring und einem daran angeordneten, nach innen gerichteten, U -förmigen Elastomerdichtungsring geeignet für Vakuum und Überdruck und unterschiedliche Prozessgase,

Fig. 13 schematisch und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung mit verschraubbaren Überwurfflanschen entsprechend der Erfindung mit aussen liegenden Zentrierring ausgebildet entsprechend der Fig. 12,

Fig. 14 schematisch und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung als Klammerflanschverbindung bei welcher der eine Flansch mit einer Pratze, gegen einen plattenförmigem Flansch verschraubt wird entsprechend der Erfindung mit aussen liegenden Zentrierring ausgebildet entsprechend der Fig. 12, wobei im plattenförmigen Flansch eine Ausdrehung angeordnet ist zur Aufnahme eines Schenkels als Anschlagmittel des Zentrierringes,

Fig. 15 schematisch und im Querschnitt eine Schraubflanschverbindung Klammerflanschverbindung ausgebildet entsprechend der Fig. 14 mit aussen liegendem Zentrierring, bei welchem der Zentrierring auf der Seite des plattenförmigen Flansches keinen Schenkel als Anschlagmittel aufweist und der plattenförmige Flansch plan, ohne eine Ausdrehung, ausgebildet ist.

[0014] In den Fig. 1 bis 6 werden nachfolgend Kleinflanschanordnungen dargestellt und beschrieben und in den Figuren 7 bis 15 Schraubflanschverbindungen.

[0015] In der Fig. 1 ist schematisch und im Querschnitt dargestellt wie auf bekannte Weise, gemäss Stand der Technik, eine Kleinflanschverbindung mit zwei gleichen Rohrenden 1 ', 2' mit der Rohrachse 15 und daran angeordneten Flanschen 1, 2 ausgebildet ist. Die Flansche 1, 2 weisen in radialer Richtung je eine Flanschfläche 11, 11' auf, die parallel zueinander angeordnet sind im zusammengebauten Zustand. Die Abdichtung erfolgt folgendermassen: ein Innenzentrierring 3 zentriert die Flansche 1, 2 an den innen liegenden Berührungsflächen 7, 7', welche durch Eindrehungen an den Rohrenden gebildet sind, so dass der Zentrierring 3 in diese Eindrehungen eingelassen ist. Die Dicke D des Zentrierringes definiert den Flanschabstand 10, indem die beiden Flanschflächen 11,11 ' an diesem Anliegen. Ein Elastomerdichtungsring 4, eine O-Ring Dichtung, umschliesst den Zentrierring 3 und hat einen grösseren Durchmesser als die Dicke D des Zentrierringes und wird hierbei derart verpresst, dass beidseitig ringförmige Flanschberührungszonen 6, 6' entstehen und dieser dadurch dichtend beidseitig an den Flanschflächen 11,11' anliegt. Die Flanschflächen werden deshalb mit geringer Oberflächenrauigkeit ausgebildet, wie mit dem Grad N6 c. Die beiden Flansche 1, 2 weisen seitlich konische Anzugsflächen 8,8' auf, welche mit einer die Flansche umfassenden Spannklammer 5, die zweiteilig oder mehrteilig ausgebildet ist, über die konischen Anzugsflächen 8, 8' in Richtung der Rohrachsen 15 zusammengespannt und gehalten ist. Zwischen den Flanschaussendurchmesser und der Spannklammer 5 ist genügend Freiraum 9 vorgesehen zur Aufnahmen eines dazwischen liegenden Aussenzentrierringes 13, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist. Der Innenzentrierring 3 kann je nach Anwendung, beispielsweise aus Aluminium oder Inox sein und eignet sich für Vakuumanwendungen und für Anwendungen mit Überdruck bis 2.5 barü.

[0016] Eine weitere Variante einer Kleinflanschverbindung, gemäss Stand der Technik, ist in der Fig. 2, schematisch und im Querschnitt dargestellt, bei welcher zwei gleiche Rohrenden 1', 2' mit der Rohrachse 15 und daran angeordneten Flanschen 1, 2 über einen dazwischen und aussen liegenden Aussenzentrierring 13 dichtend verbunden sind. Dieser Aussenzentrierring 13 positioniert und zentriert die Flansche 1, 2 an ihren Aussendurchmesser 17, 17' und stellt über seine Dicke D den Flanschabstand 10 ein. Ein Elastomerdichtungsring 4, eine O-Ring Dichtung, liegt auf der inneren Seite des Aussenzentrierringes 13 und hat einen grösseren Durchmesser als die Dicke D des Zentrierringes und wird hierbei derart verpresst, dass beidseitig ringförmige Flanschberührungszonen 6,6'entstehen und dieser dadurch dichtend beidseitig an den Flanschflächen 11, 11' anliegt. Die beiden Flansche 1, 2 werden wie zuvor in der Fig. 1 beschrieben, mit einer Spannklammer 5 über die konischen Anzugsflächen 8, 8' zusammengehalten. Dieser Aussenzentrierring ist beispielsweise aus Aluminium und eignet sich für Anwendungen mit Überdruck bis 10 barü.

[0017] Eine weitere Variante einer Kleinflanschverbindung, gemäss Stand der Technik, ist in der Fig. 3, schematisch und im Querschnitt dargestellt, bei welcher zwei ungleiche Rohrenden 1 ', 2' mit der Rohrachse 15 und daran angeordneten Flanschen 1, 2 über einen dazwischen und innen liegenden Übergangszentrierring 23 dichtend verbunden sind. Ein Elastomerdichtungsring 4, eine O-Ring Dichtung, umschliesst den Übergangszentrierring. Der innen liegende Übergangszentrierring 23 zentriert die Flansche an den innen liegenden Berührungsflächen 7, 7', welche durch Eindrehungen an den Rohrenden mit unterschiedlichen Durchmessern gebildet sind, so dass der Zentrierring 23 in diese Eindrehungen passend eingelassen ist. Ein Elastomerdichtungsring 4, eine O-Ring Dichtung, liegt auf der äusseren Seite des Übergangszentrierringes 23 und hat einen grösseren Durchmesser als die Dicke D des Übergangszentrierringes und wird hierbei derart verpresst, dass beidseitig ringförmige Flanschberührungszonen 6, 6' entstehen und dieser dadurch dichtend beidseitig an den Flanschflächen 11, 11' anliegt. Die beiden Flansche 1, 2 werden wie zuvor in der Figuri beschrieben, mit einer Spannklammer 5 über die konischen Anzugsflächen 8, 8'zusammengehalten. Der innen liegende Übergangszentrierring 23 kann je nach Anwendung, beispielsweise aus Aluminium oder Inox sein und eignet sich für Vakuumanwendungen und für Anwendungen mit Überdruck bis 2.5 barü.

[0018] In der Fig. 4 ist eine Beispielanordnung der bekannten, zuvor beschriebenen Kleinflanschausführungen im Querschnitt dargestellt bei der zwischen dem Elastomerdichtungsring 4 und dem innen liegenden Zentrierring 3, 23 ein oder

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mehrere Hohlräume 12 gebildet ist. Diese Hohlräume 12 bilden sich beispielsweise im Bereich der Berührungsflächen 7, 7' zwischen dem Zentrierring und den Flaschen 11, 11' und/oder unter dem Elastomerdichtungsring 4, dem O-Ring, je nach Oberflächenbeschaffenheit der Teile mehr oder weniger.

[0019] Derartige Hohlräume 12 entstehen insbesondere bei Kleinflanschverbindungen mit innen liegendem Zentrierring mit diesen umschliessenden Elastomerdichtungsring, wie dies in der Figur 4 dargestellt ist. Die Volumina derartiger eingeschlossener Hohlräume können beispielsweise Gase und/oder Materialien enthalten, die dann wenn die Rohrleitung evakuiert ist in diese unkontrolliert und unerwünscht abgegeben werden, wodurch die Qualität, wie der erreichbare Druck und/oder die Reinheit, des Vakuums verringert wird und/oder die Abpumpzeit verlängert wird. Verunreinigungen können auch entstehen durch den Einschluss von unerwünschte Rückständen von der Fertigung oder der Reinigung, durch Ausgasung von dort desorbierten Stoffen an den Oberflächen. Durch dieses Verhalten wird eine Art virtuelles Leck gebildet. Derartige Vorgänge sind in Vakuumprozessanlagen unerwünscht und können sogar den Einsatz von Prozessen mit hoher Reinheitsanforderung verunmöglichen.

[0020] Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei dieser bekannten Kleinflanschverbindung für die vorgestellten Varianten mehrere, beispielsweise bis zu 5, oder gar mehr, verschiedene Zentrierringausführungen notwendig sind wenn die verschiedenen Anwendungen abgedeckt werden sollen, wie für Vakuum, für grossen Überdruck, verschiedene geeignete Materialien je nach Aggressivität des Mediums in der Leitung und für Übergangszentrierringe bei Einsatz unterschiedlicher Flanschnennweiten. Dies erfordert insgesamt einen erhöhten Aufwand.

[0021] Gemäss der Erfindung wird ein Zentrierring 33 speziell ausgebildet, wie dies in den Fig. 5 und 6 schematisch dargestellt ist. Dieser Zentrierring 33 ist als aussenliegender Zentrierring ausgebildet und trägt eine nach innen gerichtete U-30-förmige und ringförmige Elastomerdichtung 14. Die Kleinflanschverbindung mit diesem Zentrierring 33 mit Elastomerdichtungsring 14 ist universell einsetzbar und deckt alle vorerwähnten Anwendungsfälle mit den gleichen Bauteilen und insbesondere mit demselben einen Zentrierring 33 ab. Insbesondere werden keine unerwünschten Hohlräume, welche virtuelle Lecks bilden können, erzeugt. Die erfindungsgemässe Kleinflanschverbindung umfasst zwei Rohrenden 1', 2' mit ihren Rohrachsen 15 an denen je ein Flansch 1, 2 angeordnet ist, welche in radialer Richtung zu den Rohrachsen 15 Flanschflächen 11,11' aufweisen und einander gegenüberliegend positioniert sind und einen Zentrierring 33 mit einem Elastomerdichtungsring 14, diese berührend, einschliessen, und dass beide Flansche 1, 2 an ihrer Seite je eine konische Anzugsfläche 8, 8' aufweisen, welche mit einer lösbaren Spannklammer 5 verspannend umfasst werden, derart dass die 10 Flanschflächen 11,11 ' am Zentrierring 33 anliegen und dadurch auf einem vorgegebenen Flanschabstand 10 gehalten sind und der Elastomerdichtungsring 14 an den Flanschflächen 11,11 ' in Richtung der Rohrachsen 15 dichtend verpresst ist, wobei der Zentrierring 33 an der Peripherie der Flansche 1, 2 mindestens teilweise anliegend positioniert ist, und dass daran, ringförmig nach innen gerichtete Tragmittel 18 angeordnet sind, um welche der Elastomerdichtungsring 14, im Querschnitt U-förmig ausgebildet angeordnet ist, derart dass an den Seitenflanken der U-Form auf beiden Seiten eine ringförmige flächige Flanschberührungszone 6, 6', B ausgebildet ist.

[0022] Der Zentrierring 33 ist aussen liegend angeordnet und trägt am äusseren Umfang Anschlagmittel welche den Flanschaussendurchmesser 17,17' mindestens teilweise anliegen und hierdurch die Flansche 1, 2 auf die Rohrachse 15 zentrieren. Die Trag mittel 18 werden mit Vorteil zentrisch bzw. mittig am Zentrierring 33 nach innen gegen die Rohrachse 15 gerichtet angeordnet. Die Tragmittel 18 sind ringförmig verteilt am Zentrierring 33 fixiert, bilden aber mit Vorteil einen ringförmigen umlaufenden Steg, eine Art Tragnase. Der Zentrierring 33 zusammen mit dem Tragsteg ist mit Vorteil aus einem Stück gefertigt. Die Gase in der Rohrleitung «sehen» den aussen liegenden Zentrierring 33 nicht und somit kann dessen Werkstoff nach Bedarf frei gewählt werden, wie aus Kunststoff, Aluminium, Inox, Holz etc. und elektrisch leitend oder elektrisch isolierend ausgebildet sein.

[0023] Der Elastomerdichtungsring 14 ist um die Tragmittel 18, wie den Tragsteg 18, im Querschnitt U-förmig gebogen angeordnet. Es ist besonders vorteilhaft wenn dieser direkt an die Tragmittel anvulkanisiert ist. Dadurch wird er an den Tragmittel 18 sicher fixiert und in Position gehalten und kann bei der Vakuumanwendung nicht in den Bereich des Rohrquerschnittes hineingezogen werden. Die Dichtung kann aber auch in bestimmten Fällen auf geklemmt angeordnet werden.

[0024] Die seitlichen Schenkel der U-förmigen Elastomerdichtung bilden beidseitig eine ringförmige flächige Flanschberührungszone 6, 6' mit der Breite B als für eine ringförmige Dichtfläche. Diese Dichtfläche ist bereits im nicht verpressten Zustand als Fläche vorhanden im Gegensatz zum Stand der Technik wo die O-Ring Dichtung eine ringförmige Linie bei der Flanschberührungszone 6, 6' bildet. Dieser neue U-förmige Elastomerdichtungsring 14 mit den Dichtflächen bildet eine sehr zuverlässige und reproduzierbare Dichtanordnung, wodurch zusätzlich die Handhabung vereinfacht wird.

[0025] Weiterhin wird dadurch gewährleistet, dass die Flanschberührungszonen 6, 6' weit unten gegen die Rohrachse zu liegen kommen und dort schon zu Beginn der Auflage, also bei Beginn des U-Radius, sicher dichten und in den Dichtflächenbereichen selbst keine unerwünschten Hohlräume eingeschlossen werden. Virtuelle Lecks können mit dieser Anordnung nicht mehr gebildet werden. Es ist günstig wenn die Breite B des flachen U-Schenkels des Elastomerdichtungsringes 14 im Bereich des 3.0 bis 10.0 fachen des Flanschabstandes 10 liegt bzw. der Dicke D des Zentrierringes 33.

[0026] Diese Kleinflanschverbindung ist besonders geeignet für Flanschverbindungen mit Nennweiten der Rohrenden 1 ', 2' mit den Flanschen 1, 2, die im Bereich von 10 bis 300 mm liegen, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 60 mm.

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[0027] Zentrierausnehmungen 19, 19', wie Zentriereindrehungen, innen an den Rohrenden 1 ', 2' bzw. an den Flanschen 1,2 können auch weggelassen werden und das Rohr 1 ', 2' kann den gleichen Durchmesserhaben wie der Bauteiledurchmesser. Dies führt dann zur weiteren Vereinfachung und somit Kostenreduktion.

[0028] Es kann erfindungsgemäss dieselbe aussenliegende Zentrierringausführung mit einer U - förmigen Elastomerdichtung, wie diese zuvor bei der Kleinflanschanordnung beschrieben wurde, auch in Schraubflanschverbindungen mit Vorteil eingesetzt werden, wie dies in den Figuren 7 bis 15 beispielsweise dargestellt ist. Der Zentrierring 33, 34 ist hierbei ebenfalls als aussenliegender Zentrierring ausgebildet und trägt eine nach innen gerichtete U-förmige und ringförmige Elastomerdichtung 14, 54. Die Schraubflanschverbindung mit diesem Zentrierring 33, 34 mit Elastomerdichtungsring 14, 54 ist ebenfalls universell einsetzbar und deckt alle vorerwähnten Anwendungsfälle mit den gleichen Bauteilen und insbesondere im Wesentlichen mit derselben Zentrierringausführung ab. Insbesondere werden keine unerwünschten Hohlräume, welche virtuelle Lecks bilden können, erzeugt.

[0029] Die Fig. 7 zeigt eine bekannte Schraubflanschverbindung mit an der Flanschperipherie angeordneten verschraub-baren Spannklammern 65, auch als Klammerflansch bezeichnet. Zwei gleiche Rohrenden 51 ', 52' mit daran angeordneten Flanschen 51, 52 werden folgendermassen gedichtet: ein innerhalb der Elastomerdichtung 54 angeordneter Zentrierring 53 zentriert die Flansche 51,52 an dem Innendurchmesser mit den Berührungsflächen 57, 57' mit einem Flanschabstand D, 60. D kann je nach Nennweite variieren, beispielsweise von 3.9 bis 5.6 mm. Bei grösseren Nennweiten der Rohre z.B. von 300 mm bis 1000 mm wird ein grösserer Abstand, beispielsweise 5,6 mm verwendet. Die ringförmige Elastomerdichtung 54 wird derart verpresst, dass es an den beiden Flanschberührungszonen 56, 56' anliegt und dichtet. Die anliegenden Flanschberührungsflächen 61, 61 ' an denen der innere und äussere Zentrierring 53, 55 anliegt sind weisen als Dichtflächen geringe Rauigkeit auf, vorzugsweise besser N6 c. Die Flansche 51, 52 werden mit mehreren 2-teiligen Spannklammern 64, 65 welche bei beiden Flanschen je an Eindrehungen 58, 58' eingehängt sind über eine Verschrau-bung 66 zusammengehalten. Die Spannklammer 64, 65 lässt gegen innen eine genügend grossen Freiraum 59 zu zur Aufnahme eines Aussenzentrierringes 55 an der Peripherie der Flansche. Der Innenzentrierring 53 kann je nach Anwendung aus Aluminium oder Inox sein und eignet sich für Vakuum bis Überdruck 2.5 barü. Der Aussenzentrierring 55 ist aus Aluminium, da er kein Vakuum «sieht».

[0030] Eine weitere bekannte Schraubflanschverbindung ist in der Fig. 8 dargestellt. Anstelle von Spannklammern 64, 65 werden bei dieser Ausführung Überwurfflansche 70, 70' welche Lochteilkreise aufweisen mit Schrauben verpresst zur Verklemmung der Elastomerdichtung 54 mit den Stütz- bzw. Zentrierringen 53, 55. Diese Flansche werden auch als Drehflansche bezeichnet, da diese verdreht werden können. Zusätzlich umschliesst je eine Halbrundnut 67, 67' die Flansche an deren Umfang mit je einem eingelegten Sprengring 68, 68'. Diese bilden je einen Anschlag für die Überwurfflansche 70, 70'. Mit Spannschrauben 74, Unterlagscheiben 75 und Muttern 76 werden die Überwurfflansche 70, 70' zusammengehalten und die Kraft für die Verpressung auf das Mass D 60 einer O-Ring Elastomerdichtung 54 erzeugt.

[0031] Eine Kombination eines Klammerflansches 51 mit einer Platte 81 ist gemäss Stand der Technik in der Fig. 9 dargestellt. Die formschlüssige, dichtende Verbindung entsteht über Pratzen 80, welche am Klammerflansch 51 an einer Flanscheindrehung 58 eingehängt sind und via Schrauben 77 in der Platte 81 verankert sind und dadurch in axialer Rohrrichtung klemmen. Die innen und aussen liegenden Zentrierringe 53, 55 und der O-Ring 54 liegen dichtend verpresst zwischen dem Klammerflansch 51 und Platte 81.

[0032] Eine weitere bekannte Variante einer Kombination eines Klammerflansches 51 mit einer Platte 81 ist in der Fig. 10 dargestellt. Die formschlüssige, dichtende Verbindung entsteht über Pratzen 80, welche am Klammerflansch 51 an der Flanscheindrehung 58 eingehängt sind und via Schrauben 77 in der Platte 83 verankert sind und dadurch in axialer Rohrrichtung klemmen. Der O-Ring 85 ist in einer umlaufenden Nut 84 in der Platte 83 eingelassen. In diesem Falle sind keine Zentrierringe notwendig und der Abstand D zwischen Flansch 51 und Platte 83 geht gegen null.

[0033] Bei den bekannten Anordnungen gemäss Stand der Technik, wie sie in den Fig. 7 bis 10 dargestellt sind müssen die Teile aus verschiedene geeigneten Materialien gefertigt werden je nach Aggressivität des Mediums in der Leitung. Vakuumtechnisch sehr ungünstig und somit unerwünscht ist, dass bei diesen bekannten Schraubflanschverbindungen Hohlräume 49 eingebaut sind, die virtuelle Leckstellen bilden, insbesondere wegen dem benötigten Innenzentrierring 53, wie dies auch bereits schon zuvor bei der Kleinflanschverbindung beschrieben worden ist und in der Fig. 11 dargestellt ist. Auf den Flanschberührungsflächen 56, 56' zu den Berührungsflächen 61, 61 'der Zentrierringe 53, 55 und insbesondere bezüglich dem Innenzentrierring 53 und unter dem O-Ring 54 können sich kleine Hohlräume 49 einschliessen, auch abhängig nach der Oberflächenbeschaffenheit der beteiligten Teile mehr oder weniger. In diesen Hohlräumen werden unerwünschte Stoffe gespeichert und dann beim evakuieren unkontrolliert und unerwünscht an das Vakuum bzw. Medium abgegeben. Darin enthalten sein können beispielsweise unerwünschte Rückstände von der Fertigung oder Reinigung, Gase welche dann ausgasen, oder es können Stoffe und Gase desorbiert werden und wieder abgegeben werden.

[0034] Gemäss der Erfindung wird ein Zentrierring 33, 34 speziell ausgebildet, wie dies in den Figuren 12 bis 15 schematisch und beispielsweise dargestellt ist. Dieser Zentrierring 33,34 ist als aussenliegender Zentrierring ausgebildet und trägt eine nach innen gerichtete U-förmige und ringförmige Elastomerdichtung 14. Die Schraubflanschverbindung mit diesem Zentrierring 33, 34 mit dem Elastomerdichtungsring 14 ist universell einsetzbar und deckt alle vorerwähnten Anwendungsfälle mit den gleichen Bauteilen und insbesondere im Wesentlichen mit demselben einen Zentrierringaufbau 33, 34 ab. Insbesondere werden keine unerwünschten Hohlräume, welche virtuelle Lecks bilden können, gebildet. Die Ausbildung

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des Zentrierringes 33, 34 mit den Tragmittel 18 mit daran angeordneter Elastomerdichtung 14 ist analog, wie bereits zuvor beschrieben für die Kleinflanschanordnung. Der Werkstoff für die Elastomerdichtung 14, 54 ist ebenfalls mit Vorteil direkt auf den nach innen gerichteten Trag mittel 18, wie einen Tragsteg, aufvulkanisiert und dadurch am Aussenzentrierring 33, 34 fixiert. Die Flanschaberührungszonen 56, 56' der Elastomerdichtung 14, 54 liegen durch diese Ausbildung so weit gegen innen gerichtet wie möglich, sodass virtuelles Lecks weitgehend vermieden werden. Die Gase in der Rohrleitung «sehen» somit den Aussenzentrierring 33 nicht, wodurch der Werkstoff des Aussenzentrierringes 33 entsprechend frei gewählt werden kann, wie z.B. aus Kunststoff, Aluminium, Inox, Holz etc. auch aus Materialien die elektrisch leitend oder isolierend sind je nach Bedarf.

[0035] In der Ausbildung entsprechend dem Beispiel nach der Fig. 12 werden die Flansche 51,52, wie bekannt und in der Fig. 7 gezeigt, mit mehreren 2-teiligen Spannklammern 64, 65, 66 zusammengehalten und der Freiraum 59 zur Einlegung des erfindungsgemässen Aussenzentrierringes 33, 34 ist dadurch bereits vorhanden. Durch das Aufvulkanisieren wird mit Vorteil verhindert, dass der Werkstoff der Elastomerdichtung 14 nach durch das Vakuum in der Rohrleitung nach innen gezogen wird. Auch sind die Dichtflächen 61, 61' an den Flanschen 51, 52 viel weniger anfällig auf Kratzer, welche zu Undichtigkeit führen, da die U-Dichtung 14 flächig und nicht linienförmig anliegt.

[0036] Die Drehflanschanordnung wie bereits zuvor in der Fig. 8 beschrieben wird erfindungsgemäss entsprechend der Darstellung in der Fig. 13 modifiziert. Hierbei ist der Aussenzentrierring 33 im Frei räum unterhalb der Drehflansche 70, 70' positioniert. Am Aussenzentrierring sind seitlich stegartige Tragmittel angeordnet, derart dass er an den beiden Flan-schaussendurchmesser 17, 17' aufliegen kann.

[0037] Bei der Variante mit plattenförmigem Flansch entsprechend der Fig. 9 wird gemäss der Erfindung zur Aufnahme des seitlichen Steges des Aussenzentrierringes 33 in der Platte 62 eine Ausdrehung 69 vorgesehen, wie dies in der Figur 14 dargestellt ist.

[0038] Wie bereits in der bekannten Ausführung mit plattenförmigem Flansch zur Fig. 10 beschrieben wurde kann die Platte 63 auch ohne eine Ausdrehung 69 ausgebildet sein. Wie in der Fig. 15 dargestellt ist kann in diesem Fall gemäss der Erfindung der Steg bzw. der Auflageschenkel des Aussenzentrierringes 34 auf der Seite der Platte 63 weggelassen werden. Die Zentrierung erfolgt dann nur an dem Aussendurchmesser des gegenüberliegenden Flansches 51.

[0039] Die in den Fig. 9, 10, 14 und 15 dargestellten Platten 81, 83, 62, 63 sind vorzugsweise Teil einer Kammerwand, insbesondere Teil einer Vakuumkammer und weisen vorzugsweise eine runde Öffnung auf. Über dieser Öffnung kann dichtend und lösbar ein Rohr mit einem Rohrende 1 ', 51 ' mit daran angeordneten Flansch 1, 51 angeordnet werden, wie bereits zuvor beschrieben bei der Verbindung von zwei Rohrstücken. Das Medium kann dadurch über eine Rohrzuführung über die Öffnung mit der Kammer kommunizieren. Erfindungsgemäss wird derselbe U-förmige Elastomerdichtungsring 14, 54, wie zuvor beschrieben, zwischen dem einen Flansch und der Platte verpresst, dichtend positioniert. Die Platte nimmt hierbei dieselbe Funktion ein, wie ein zweiter Flansch 2, 52 als Gegenstück zum ersten Flansch 1, 51 und die Öffnung entspricht dann dem zweiten Rohrende 2', 52'.

[0040] Schraubflanschverbindungen mit dem erfindungsgemässen Aussenzentrierring mit U-förmiger Elastomerdichtung eignen sich besonders für Nennweiten der Rohrenden 5V, 52' mit den Flanschen 51, 52, die im Bereich von 60 bis 1000 mm liegen, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 630 mm.

Claims

Patentansprüche

1. Flanschverbindung mit zwei Rohrenden (1, 2', 51' 52') mit Rohrachsen (15) an denen je ein Flansch (1, 2, 51, 52) angeordnet ist, welche in radialer Richtung zu den Rohrachsen (15) Flanschflächen (11, 11 ', 61, 61 ') aufweisen und einander gegenüberliegend positioniert sind, wobei diese einen Zentrierring (33, 34) mit einem Elastomerdichtungsring (14, 54), diesen mindestens teilweise berührend, einschliessen, und dass beide Flansche (1, 2, 51, 52) Mittel aufweisen zur lösbaren Verspannung der beiden Flansche (1, 2, 51, 52) gegeneinander, derart dass die Flanschflächen (11, 11 ', 61, 61 ') am Zentrierring (33, 34) anliegen und dadurch auf einem vorgegebenen Flanschabstand (10, 60, D) gehalten sind und der Elastomerdichtungsring (14, 54) an den Flanschflächen (11, 11', 61, 61') in Richtung parallel zu den Rohrachsen (15) dichtend verpresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (33, 34) an der Peripherie der Flansche (1, 2, 51, 52) mindestens teilweise anliegend und in radialer Richtung zu den Rohrachsen (15) positioniert ist, und dass daran, ringförmig nach innen gerichtete Tragmittel (18) angeordnet sind, um welche der Elastomerdichtungsring (14, 54), im Querschnitt U-förmig ausgebildet angeordnet ist, derart dass an den Seitenflanken der U-Form auf beiden Seiten eine ringförmige flächige Flanschberührungszone (6, 6', 56, 56', B) ausgebildet ist.

2. Flanschverbindung mit einem Rohrende (1', 51') mit einer Rohrachse (15) an der ein Flansch (1, 51) angeordnet ist und mit einer flanschartigen Platte (81, 83, 62, 63) die eine Öffnung aufweist dessen Achse mit der Rohrachse (15) zusammenfällt, wobei in radialer Richtung zu der Rohrachse (15) der Flansch und die Platte Flanschflächen (11, 11', 61, 61') aufweisen und diese einander gegenüberliegend positioniert sind, wobei diese einen Zentrierring (33, 34) mit einem Elastomerdichtungsring (14, 54), diesen mindestens teilweise berührend, einschliessen, und dass beide Flansche (1, 2, 51, 52) Mittel aufweisen zur lösbaren Verspannung des Flansches (1, 51) und der Platte (81, 83, 62, 63) gegeneinander, derart dass die Flanschflächen (11, 11 ', 61, 61 ') am Zentrierring (33, 34) anliegen und dadurch auf einem vorgegebenen Flanschabstand (10, 60, D) gehalten sind und der Elastomerdichtungsring (14,54)

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an den Flanschflächen (11, 1V, 61, 61') in Richtung parallel zu der Rohrachse (15) dichtend verpresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (33, 34) an der Peripherie des Flansches (1, 52) mindestens teilweise anliegend und in radialer Richtung zu der Rohrachse (15) positioniert ist, und dass daran, ringförmig nach innen gerichtete Tragmittel (18) angeordnet sind, um welche der Elastomerdichtungsring (14, 54), im Querschnitt U-förmig ausgebildet angeordnet ist, derart dass an den Seitenflanken der U-Form auf beiden Seiten eine ringförmige flächige Flanschberührungszone (6, 6', 56, 56', B) ausgebildet ist.

3. Flanschverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragmittel (18) als ringförmige Tragnase ausgebildet ist.

4. Flanschverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerdichtungsring (14, 54) an dem Tragmittel (18) fixiert ist, vorzugsweise daran aufvulkanisiert ist.

5. Flanschverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der U-förmige Elastomerdichtungsring (14,54) in radialer Richtung zur Rohrachse (15) eine Breite (B) des flachen U-Schenkels aufweist, im Bereich des 3 bis 10 fachen des Flanschabstandes (10, 60, D).

6. Flanschverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschverbindung als Kleinflanschverbindung ausgebildet ist, wobei beide Flansche (1, 2) an ihrer Seite je eine konische Anzugsfläche (8, 8') aufweisen, welche mit einer lösbaren Spannklammer (5) verspannend umfasst sind, derart dass die Flanschflächen (11, 11') am Zentrierring (33) anliegen und dadurch auf einem vorgegebenen Flanschabstand (10) gehalten sind und der Elastomerdichtungsring (14, 54) an den Flanschflächen (11, 11 ') in Richtung der Rohrachsen (15) dichtend verpresst ist, und dass die Nennweite der Rohrenden (1 ', 2') mit den Flanschen (1, 2) im Bereich von 10 bis 300 mm liegt, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 60 mm.

7. Flanschverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschverbindung als Schraubflanschverbindung ausgebildet ist, vorzugsweise als Klammerflanschverbindung mit ver-schraubbaren Spannklammern (64, 65, 72) angeordnet an der Peripherie der Flansche und dass die Nennweite der Rohrenden (51 ', 52') mit den Flanschen (51, 52) im Bereich von 60 bis 1000 mm liegt, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 630 mm.

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