DE102007035222A1

DE102007035222A1 - Flanschverbindung

Info

Publication number: DE102007035222A1
Application number: DE102007035222A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Geiger; Karl-Heinz Staffa; Christoph Walter; Agathe Stieber; Markus Wesner
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2009-01-29

Abstract

Die Erfindug betrifft einen mit einem Zapfen versehenen männlichen Flansch (2) und einen den Zapfen in einer Bohrung aufnehmenden weiblichen Flansch (3), die zusammengesetzt eine Flanschverbindung (1) für Kältemittelleitungen ausbilden, und ferner eine Dichtungsanordnung (13), bestehend aus mindestens einer ein Dichtelement aufnehmenden Ringnut (4) und jeweils einer Dichtfläche (5a, 5b) des männlichen und des weiblichen Flansches, und mindestens eine Spanneinrichtung, die beabstandet von der Dichtungsanordnung (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche des weiblichen Flansches und die Dichtfläche des männlichen Flansches zumindest einen Bereich ausweisen, der konisch ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen männlichen Flansch und einen weiblichen Flansch nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5, die zusammengesetzt eine Flanschverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruches 9 ausbilden. Ferner betrifft die Erfindung eine Dichtungsanordnung zu der Flanschverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruches 14.
Rohrleitungssysteme von Fahrzeugklimaanlagen, die mit R134a, R744 oder einem anderen Kältemittel betrieben werden, benötigen für jede Verbindung ein vorzugsweise lösbares Kupplungssystem, welches aus zwei Trägerteilen besteht. In der Regel ist eines dieser Trägerteile ein mit einem Zapfen versehener Flansch (männliches Teil) und ein mit einer eingesenkten Ringnut versehener Flansch (weibliches Teil), die ineinandergreifend verschraubt oder auf eine andere Art verspannt werden. Um den hohen Dichtheitsanforderungen zu genügen, wird ferner ein Dichtelement in Form eines elastischen O-Ringes, einer metallischen Scheibe oder eines Schneidringes verwendet.
Die DE 102 61 887 A1 offenbart eine Rohrkupplung für die lösbare Kupplung von Rohrleitungsabschnitten eines Hochdruck-Rohrleitungssystem, die jeweils mit einem Kupplungsblock fest verbunden sind, von deinen einer einen Kupplungszapfen und der andere für diesen eine Zapfenaufnahme aufweist, gekennzeichnet durch einen an der Stirnseite des Kupplungszapfens angeordneten Dichtring, der durch eine ihn und den Kupplungszapfen einschließende Schutzhülse in dieser Anordnung gesichert ist. Der Dichtring hat die Form einer Flachdichtung und besteht beispielsweise aus einem Weichmetall, so dass sich sowohl an der radialen Dichtfläche der Zapfenaufnahme als auch an der Stirnseite des Kupplungszapfens vorgesehene umlaufende Profilierungen in den Dichtring einpressen können. Die Profilierungen bestehen aus Ringnuten, die zueinander konzentrisch angeordnet sind. Um diese Ringnuten lagegerecht auszuführen, ist ein erhöhter Fertigungsaufwand notwenig. Zudem ist eine Überprüfung der Ringnutqualität nur äußerst kostenintensiv zu gewährleisten.
Die DE 103 26 958 A1 zeigt eine Anschlusseinrichtung, bei der die beiden Kupplungshälften schräg verlaufende Flächenbereiche aufweisen, die bei der Montage wie ein Keil wirken. Diese Flächenbereiche wirken nach Art eines Keilgetriebes zusammen, das die von dem Spannbolzen aufgebrachte Kraft in die Mittelachse des Fluidkanals oder wenigstens in einen Bereich verschiebt, der ungefähr senkrecht durch die Dichtungsanordnung führt, die den Fluidkanal umgibt.
Als Dichtelement dient in dieser Anschlusseinrichtung ein O-Ring. Hierbei verläuft der den O-Ring aufnehmende Zapfen beziehungsweise die den O-Ring aufnehmende Bohrung parallel zur Achse des Fluidkanals. Auf die durch einen Spannbolzen zusammengehaltenen Kupplungshälften wirkt bei hohem Innendruck ein Moment, das zu einem Verbiegen der ursprünglich parallel zueinander verlaufenden Dichtebenen führt. Die Anpresskraft auf den O-Ring ist dadurch nicht mehr konstant über die gepresste Fläche und die Anschlusseinrichtung wird undicht.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Flanschverbindung zugrunde, die relativ einfach und kostengünstig in der Herstellung ist und eine hohe Druckstabilität und Dichtigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 5, 9 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
In einem Grundgedanken der Erfindung sind ein mit einem Zapfen versehener männlicher Flansch und einen den Zapfen in einer Bohrung aufnehmender weiblicher Flansch zu einer Flanschverbindung verspannt. Ferner weisen der männliche und der weibliche Flansch jeweils eine erste und zweite Bohrung auf, wobei die jeweils ersten Bohrungen des männlichen und weiblichen Flansches zusammengesetzt einen Leitungskanal für ein Kältemittel ausbilden und die jeweils zweiten Bohrungen des männlichen und weiblichen Flansches als Aufnahme für ein Bauelement dienen. Ferner weist die Flanschverbindung eine Dichtungsanordnung auf, die aus mindestens einer ein Dichtelement aufnehmenden Ringnut und einer Dichtfläche des männlichen und des weiblichen Flansches besteht, wobei die Dichtflächen des männlichen und/oder weiblichen Flansches zumindest einen Bereich aufweisen, der konisch ausgebildet ist. Eine Spanneinrichtung, die beabstandet von der Dichtungsanordnung angeordnet ist, stellt eine druckdichte Verbindung zwischen dem männlichen und weiblichen Flansch her.
Durch die konische Ausbildung der Dichtfläche tritt ein Verkeilen des männlichen und weiblichen Flansches ein, das zu einer druckdichten Verbindung führt. Zusätzlich wird durch den konischen Verlauf der Dichtflächen eine Selbstzentrierung zwischen männlichem und weiblichem Flansch geschaffen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Dichtflächen des männlichen und weiblichen Flansches mindestens zwei Bereiche mit einem konischen Verlauf auf, die einen unterschiedlichen Konuswinkel besitzen. Durch diese Anordnung wird eine Auflage des männlichen auf den weiblichen Flansch in mindestens zwei Flächen erreicht. Durch die Auflage der beiden Flächen vermindert sich die Beanspruchung des Dichtelements.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung geht der konische Verlauf der Dichtflächen der beiden Flansche in einen zylinderförmigen Verlauf über. Die mindestens eine das Dichtelement aufnehmende Ringnut befindet sich hierbei im konischen und/oder im zylinderförmigen Verlauf der Dichtfläche.
Das Dichtelement wird in eine Ringnut eingelegt, die sich entweder auf dem männlichen oder weiblichen Flansch befindet. Es können sich auch mehrere Ringnuten auf dem männlichen oder weiblichen Flansch befinden.
Das mindestens eine Dichtelement ist ein O-Ring oder ein Dichtelement, das teilweise oder gänzlich an das Profil der Ringnut formschlüssig angepasst ist und besteht aus einem elastischen und/oder metallischen Werkstoff.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und den Zeichnungen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Längsansicht einer Flanschverbindung gemäß vorliegender Erfindung vor dem Zusammenbau
2a eine Detailansicht der Dichtungsanordnung gemäß 1;
2b eine Detailansicht einer Dichtungsanordnung eines Ausführungsbeispieles gemäß vorliegender Erfindung;
3 eine Detailansicht einer Dichtungsanordnung mit Dichtelement eines Ausführungsbeispieles gemäß vorliegender Erfindung;
1 zeigt eine Längsansicht einer Flanschverbindung 1 gemäß vorliegender Erfindung. Eine derartige Flanschverbindung 1 dient dem lösbaren Verbinden eines männlichen Flansches 2 und eines weiblichen Flansches 3. Der männliche Flansch ist mit einer Bohrung 7 und mit einem Zapfen 12 versehen. Der weibliche Flansch besitzt eine Bohrung 8 und eine den Zapfen 12 aufnehmende Bohrung 11. Die Bohrung 7 des männlichen Flansches und die Bohrung 8 des weiblichen Flansches legen zusammengesetzt einen Leitungskanal mit einer Achse 18 fest, durch den ein Kältemittel, bevorzugt R134a oder R744, einer nicht dargestellten Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges strömt.
Der Leitungskanal geht auf beiden Seiten in Bohrungen 9 größeren Durchmessers über, die mit den Enden 10 einer Kältemittelleitung verlötet oder durch ein anderes stoffschlüssiges Verfahren druckdicht verbunden sind.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind eine oder beide Bohrungen direkt mit einem Bauelement, beispielsweise einem Wärmeübertrager, druckdicht verbunden. Alternativ ist es möglich, dass der männliche oder weibliche Flansch Bestandteil eines kältetechnischen Bauelementes ist. Als kältetechnisches Bauelement ist hierbei eine Komponente eines Kältemittel- oder Kühlkreislaufes eines Kraftfahrzeuges zu verstehen, beispielsweise ein Expansionsventil, ein Verdampfer, ein Kondensator, ein Heizkörper, ein Kompressor, ein Sammler, ein Gaskühler oder ein innerer Wärmeübertrager.
Die Dichtflächen 5a und 5b des männlichen Flansches 2 und des weiblichen Flansches 3, welche einen konischen Verlauf aufweisen, werden durch ein nicht dargestelltes Dichtelement abgedichtet, das in eine Ringnut 4, welche sich auf dem männlichen Flansch 2 befindet, eingelegt ist. Alternativ kann sich die Ringnut auch auf dem weiblichen Flansch 3 befinden.
Die Dichtflächen 5a und 5b, die Ringnut 4 und ein nicht dargestelltes Dichtelement bilden hierbei eine Dichtungsanordnung 13. Gemäß den 1 und 2 sind die Dichtflächen 5a und 5b auf beiden Seiten der Ringnut angeordnet.
Um eine druckdichte Verbindung zwischen dem männlichen und weiblichen Flansch herzustellen, ist die Flanschverbindung 1 mit einer Spanneinrichtung versehen, die aus einer Bohrung 14 und einer nicht dargestellten Spannschraube besteht. Gemäß 1 erstreckt sich die Achse 19 der Bohrung 14 parallel zur Achse 18 des Leitungskanales und ist von diesem seitlich versetzt. Der Unterschied der Durchmesser der Bohrung 14 und des nicht dargestellten Spannschraubenschaftes beträgt nicht mehr als 0,05 mm. Da durch ist ein unzulässiges Verbiegen des männlichen beziehungsweise des weiblichen Flansches nicht möglich.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Flansche durch eine Überwurfmutter verspannt. Die Überwurfmutter wird dazu mittels eines Innengewindes auf ein Außengewinde eines der beiden Flansche aufgeschraubt.
2a zeigt eine Detailansicht der Dichtungsanordnung 13 gemäß 1. Der Spalt 6, der sich zwischen dem männlichen und weiblichen Flansch nach dem Zusammenpressen einstellt, ist nicht größer als 0,1 mm. Durch das Anziehen der Spannschraube mit einem vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment tritt ein Verkeilen der konischen Dichtfläche 5a des männlichen Flansches mit der konischen Dichtfläche 5b des weiblichen Flansches ein und die Flanschverbindung wird kältemitteldicht.
2b zeigt eine Detailansicht einer Dichtungsanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß vorliegender Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel bilden zwei konische Flächen 15 und 16 mit unterschiedlichem Konuswinkel α und β die Dichtfläche, wobei der Winkel α ≥ β ist. Durch die Auflage der beiden verschiedenartig geneigten Flächen des männlichen Flansches auf den weiblichen Flansch wird die Beanspruchung des, vorzugsweise aus einem Elastomer bestehenden, Dichtelementes vermindert.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform für eine Dichtungsanordnung gemäß vorliegender Erfindung. Gemäß 3 geht der konische Verlauf der beiden Dichtflächen in einen zylinderförmigen Verlauf 20 über.
Die Mantelfläche 22 des Dichtelementes 17, vorzugsweise eines Elastomers, ist hierbei an den konischen beziehungsweise zylinderförmigen Verlauf der Dichtfläche 5b des weiblichen Flansches angepasst. Ferner ist die Mantelfläche 22 an den konischen 24 beziehungsweise zylinderförmigen 25 Verlauf der Ringnut 4 angepasst. Somit ergibt sich eine konische Form der Dichtung, die in eine Zylinderform übergeht.
Durch den Knick 23, der beim Übergang von dem konischen Verlauf zum zylinderförmigen Verlauf der Dichtfläche entsteht, wird ein axiales Gleiten des Dichtelementes verhindert.
Das Dichtelement 17 wird bei der Montage der Flanschverbindung in den oberen Bereich der Ringnut gedrückt und bildet in diesem Bereich eine formschlüssige Verbindung mit dem männlichen und weiblichen Flansch aus. Durch diese Anordnung wird eine Permeation des Kältemittels durch das Elastomer weitestgehend verhindert. Im unteren Bereich der Ringnut bildet sich ein Freiraum 21 aus.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die konische beziehungsweise die konische und zylinderförmige Dichtfläche eine selbstzentrierende Verbindung zwischen männlichem und weiblichem Flansch und ein druckdichtes Verkeilen der beiden Kupplungshälften nach dem Spannen bewirkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10261887 A1 [0003]
- DE 10326958 A1 [0004]

Claims

Männlicher Flansch (2) für Kältemittelleitungen, umfassend eine erste Bohrung (7) und eine ein Bauelement (10) aufnehmende zweite Bohrung (9) und einen Zapfen (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch zumindest einen Bereich aufweist, der konisch ausgebildet ist.
Männlicher Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (12) konisch ausgebildet ist.
Männlicher Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen mindestens zwei Bereiche (15, 16) aufweist, die unterschiedliche Konuswinkel besitzen.
Männlicher Flansch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen Bereiche aufweist, die konisch und zylinderförmig ausgebildet sind.
Weiblicher Flansch (3) für Kältemittelleitungen, umfassend eine erste Bohrung (8) und eine ein Bauelement (10) aufnehmende zweite Bohrung (9) und eine den Zapfen (12) aufnehmende Bohrung (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch zumindest einen Bereich aufweist, der konisch ausgebildet ist.
Weiblicher Flansch (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Zapfen (12) aufnehmende Bohrung (11) konisch ausgebildet ist.
Weiblicher Flansch (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Zapfen aufnehmende Bohrung (11) mindestens zwei Bereiche (15, 16) aufweist, die unterschiedliche Konuswinkel besitzen.
Weiblicher Flansch (3) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die den Zapfen aufnehmende Bohrung (11) Bereiche aufweist, die konisch und zylinderförmig ausgebildet sind.
Flanschverbindung (1) für Kältemittelleitungen, umfassend einen mit einem Zapfen (12) versehenen männlichen Flansch (2) und einen den Zapfen (12) in einer Aufnahmebohrung (11) aufnehmenden weiblichen Flansch (3), wobei die Bohrungen (7, 8) zusammengesetzt einen Leitungskanal ausbilden und ferner umfassend eine Dichtungsanordnung (13), bestehend aus mindestens einer ein Dichtelement (17) aufnehmenden Ringnut (4) und jeweils einer Dichtfläche (5a, 5b) des männlichen und des weiblichen Flansches, die im Bereich des Zapfens und der den Zapfen aufnehmenden Bohrung angeordnet ist und mindestens eine Spanneinrichtung, die beabstandet von der Dichtungsanordnung (13) angeordnet ist, wobei die Mittelachse (18) des Leitungskanals und die Mittelachse (19) für die die Spanneinrichtung aufnehmende Bohrung (14) parallel angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche des weiblichen Flansches und/oder die Dichtfläche des männlichen Flansches jeweils zumindest einen Bereich aufweisen, der konisch ausgebildet ist.
Flanschverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (5a) des männlichen Flansches und/oder die Dichtfläche (5b) des weiblichen Flansches einen im Wesentlichen konischen Verlauf aufweisen.
Flanschverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtflächen (5a, 5b) des männlichen und/oder des weiblichen Flansches jeweils mindestens zwei Bereiche (14, 15) mit jeweils einem konischen Verlauf aufweisen, die einen unterschiedlichen Konuswinkel besitzen.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Verlauf der Dichtflächen des männlichen und/oder weiblichen Flansches in einen zylinderförmigen Verlauf (20) übergeht.
Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung eine Spannschraube ist.
Dichtungsanordnung (13) für eine Flanschverbindung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine das Dichtelement (17) aufnehmende Ringnut (4) sich in dem Bereich befindet, der einen konischen und/oder einen zylinderförmigen Verlauf aufweist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mindestens eine Ringnut auf dem männlichen Flansch (2) befindet.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil des mindestens einen Dichtelementes einen ringförmigen Querschnitt und/oder einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (22) des mindestens einen Dichtelementes der Dichtfläche des männlichen und/oder weiblichen Flansches angepasst ist.
Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtelement die mindestens eine Ringnut (4) formschlüssig ausfüllt.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtelement die mindestens eine Ringnut (4) bis auf einen Freiraum (21) formschlüssig ausfüllt.
Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtelement aus einem elastischen und/oder metallischen Werkstoff besteht.