DE2723050B2 - Connection of flanged elements made of glass or other fragile materials - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung von aneinander geflanschten Elementen aus Glas oder anderen entsprechenden zerbrechlichen Materialien, wobei jedes Element einen ringförmigen Körper mit einem fest mit diesem verbundenen ringförmigen Flansch hat, der eine stirnseitige Verbindung zweier aufeinander folgender Elemente unter Zwischenschaltung z. B. einer Dichtung gestattet mit Hilfe eines äußeren KJammersystems an den gegenüberliegenden Flanschen, auf die es unter Zwischenschaltung z. B. einer Packung einwirkt und so einander entgegenwirkende Kräfte über die Kräfte übertragenden gegenüberliegenden Teile beiderseits jedes ringförmigen Flansches ausübtThe invention relates to a connection of flanged elements made of glass or others corresponding fragile materials, each element having an annular body with a has firmly connected to this annular flange, which has an end connection of two on top of each other the following elements with the interposition of z. B. a seal allowed with the help of an outer chamber system on the opposite flanges on which it with the interposition of z. B. a pack acts and so opposing forces on the Forces transmitting opposing parts exerted on either side of each annular flange

Im chemischen Apparatebau benutzt man gewöhnlich Teile aus Glas und insbesondere aus Spezialgläsern des Borosilikat-Typs wie z. B. Kolonnen, Hauben, Reduzierstücke, Kolben, T-Stücke, Krümmer, Verzweigungsstükke etc, die so konstruiert und angeordnet werden, daß sie mit Hilfe von Klammersystemen verbunden werden können, die an Vorsprüngen an den zu verbindenden Teilen angreifen, die bei der Herstellung an das Glas selbst angeformt werden.In chemical apparatus engineering, parts made of glass and, in particular, special glasses are usually used Borosilicate type such as B. columns, hoods, reducers, pistons, T-pieces, elbows, branching pieces, etc., which are designed and arranged so that they can be connected with the help of clamp systems, which are attached to projections on the to be connected Attack parts that are molded onto the glass itself during manufacture.

Diese Teile sind aufgrund der Arbeitsbedingungen (Temperatur und Druck) der Ort der Beanspruchung, die die Tendenz hat diesen Biegeverformungen aufzuzwingen, die sich z. B. im konvexen Sinn in dem häufigsten Fall des inneren Überdruckes oder im Gegensatz hierzu im konkaven Sinn im Falle des inneren Unterdruckes bemerkbar machen. Die Eigenschaft, daß das Material relativ leicht zerbricht, beschränkt den Anwendungsbereich der Glasteile, wenn man die Notwendigkeit berücksichtigt, eine Sicherheitsgrenze für die Zugeinschnürung nicht zu überschreiten, um die Gefahr eines Bruches zu vermeiden.Due to the working conditions (temperature and pressure), these parts are the place of stress, which has the tendency to impose these bending deformations, which z. B. in the convex sense in that most common case of internal overpressure or, on the contrary, in the concave sense in the case of the make internal negative pressure noticeable. The property that the material breaks relatively easily, restricts the area of application of the glass parts if one takes into account the need not to exceed a safety limit for the tensile constriction, to avoid the risk of breakage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den Anwendungsbereich der Gläser bzw. anderer zerbrechlicher Materialien wesentlich zu erweitern und in jedem Fall beachtlich die Biegebeanspruchungen an den Flanschen der Elemente zu verringern, so daß die Elemente höheren Arbeitsbelastungen ausgesetzt werden können, ohne daß die Gefahr der Ermündung und Zerstörung bestehtThe invention is based on the object The scope of the glasses or other fragile materials to expand significantly and in each Case to reduce the bending stresses on the flanges of the elements considerably, so that the Elements can be exposed to higher workloads without the risk of exhaustion and There is destruction

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gestaltung und wechselseitige Anordnung der kräfteübertragenden, gegenüberliegenden Teile soThis object is achieved in that the design and mutual arrangement of the force-transmitting, opposite parts like this

ίο gewählt sind, daß die Angriffspunkte der auf die Flanschrückseiten wirkenden Zusammenspannkräfte gegenüber den Angriffspunkten der auf die Flansch-Stirnflächen wirkenden Abstützkräfte derart achsparallel gegeneinander verschoben sind, daß eine Vorspan-ίο are chosen that the points of attack on the Clamping forces acting on the rear of the flange relative to the points of application of the supporting forces acting on the flange end faces are shifted axially parallel to one another in such a way that a prestressing nung aufgebracht ist die der durch den Betriebsdruck hervorgerufenen Deformation entgegengesetzt istThe voltage applied is the opposite of the deformation caused by the operating pressure

Demnach liegen im Normalfall eines inneren Überdrucks als Betriebsdruck die Angriffspunkte der Zusammenspannkräfte FI näher an der Mittelachse derAccordingly, in the normal case of an internal overpressure as the operating pressure, the points of application of the clamping forces FI are closer to the central axis of the ringförmigen Körper als die Angriffspunkte derannular body as the points of application of the

Abstützkräfte Fl, während diese beim Stand derSupport forces Fl, while these at the stand of Technik allenfalls in gleicher Entfernung von derTechnology at most at the same distance from the Mittelachse liegen.Central axis lie. Gemäß der Erfindung wird in den rohrförmigenAccording to the invention, in the tubular

Glaselementen beim Zusammenflanschen eine Vorspannung erzeugt die der unter Arbeitsbedingungen hervorgerufenen entgegengerichtet ist so daß die beim Zusammenflanschen hervorgerufene Vorspannung durch die letztere abgebaut wird. Wenn man in denWhen flanging together, glass elements generate a pre-tension that is the same as under working conditions caused is opposite so that the prestress caused when flanging together is degraded by the latter. If you are in the Grenzen der Verformbarkeit des fraglichen Elementes bleibt, die ein skalarer Wert ist kann man durch Anbringen einer maximalen Vorspannung bei der Arbeit den Bereich einer doppelten Verformung durchlaufen.Limits of deformability of the element in question remains, which is a scalar value, can be achieved by applying a maximum bias voltage to the Work through the area of a double deformation.

Wenn man das Element unter Bedingungen innerhalb eines geringen Ermündungsbereiches betreiben will, dann wird man vorteilhaft die Vorspannung derart berechnen und dosieren, daß die Verformung des Elementes im Ruhezustand und bei der Arbeit gleich ist,If you want to operate the element under conditions within a small exhaustion area, then you will advantageously calculate and dose the bias in such a way that the deformation of the Element is the same at rest and at work, jedoch natürlich auf der einen un^ der anderen Seite der Nullspannung liegt Wenn man den Gegensatz hierzu bei der Arbeit eine geringe oder keine Verformung wünscht so reicht es aus, dem Teil eine größere Vorspannung zu geben, die dann bei der Arbeitbut of course on one side and the other Zero stress lies when one contrasts this when working with little or no deformation wish so it is enough to give the part a greater preload, which then during work aufgehoben wird.will be annulled.

Unterstellt man, daß ein Glasrohr eine maximale Belastung von ±3 aushalten kann, ohne daß dieses ermüdet oder zerspringt und daß die durch den Druck P erzeugte Belastung +4 beträgt Da die Belastung +4Assuming that a glass tube can withstand a maximum load of ± 3 without it fatigue or cracking and that the load generated by the pressure P is +4. Since the load is +4

so größer ist als die maximal zulässige Belastung +3, würde das Rohr zerspringen. Unterstellt man hingegen, daß beim Zusammenflanschen Glaselemente diesen eine entgegengesetzte Vorspannung von -2 aufgegeben wird, was ohne weiteres zulässig ist, da dieis greater than the maximum permissible load +3, the pipe would burst. On the other hand, if one assumes that when flanging together these glass elements an opposite bias of -2 is given up, which is easily permissible because the maximale Belastung — 3 betragen kann, so wird bei dem gleichen Arbeitsdruck von +4 die resultierende Belastung -2+4=+2, was ohne weiteres zulässig ist, da dieser Wert noch innerhalb der Grenzen von +3 liegtmaximum load can be - 3, at the same working pressure of +4 the resulting Load -2 + 4 = + 2, which is easily permissible, since this value is still within the limits of +3 lies

Beim Stand der Technik würde also der angenommene Druck P zwischen Ruhe und Arbeit einen Belästungsunterschied von 0 bis +4 bringen, während bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Flanschverbindung lediglich ein solcher von —2 bis +2 auftretenIn the prior art, the assumed pressure P between rest and work would therefore result in a nuisance difference of 0 to +4, while with a flange connection designed according to the invention only one of −2 to +2 occurs würde. Beim Stand der Technik würden die gleichen Glaselemente bei gleichem Druck zerbersten, während die Belastung mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Flanschsystem noch innerhalb der zulässigenwould. In the prior art, the same glass elements would burst at the same pressure while the load with a flange system designed according to the invention is still within the permissible

Grenzen liegtLimits

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben, in dieser zeigtIn the following, embodiments of the invention are described in more detail with reference to the drawing, in this shows

F i g. 1 einen teilweisen axialen Schnitt durch eine bekannte Verbindung von zwei Flanschen von Glasteilen, F i g. 1 shows a partial axial section through a known connection of two flanges of glass parts,

F i g. 2 in übertriebener Darstellung die Deformation eines derartigen Teiles bei eier Arbeit,F i g. 2 in an exaggerated representation the deformation of such a part during work,

Fig.3 un»i 4 entsprechende Ansichten, die die Anwendung der Erfindung zeigen bei einem in Ruhe und bei einem unter Arbeitsbedingungen befindlichen Teil und3 and 4 corresponding views showing the Show application of the invention to a part which is at rest and to a part under working conditions and

Fig.5 einen teilweisen Schnitt in einem größeren Maßstab einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, die mit einem angepaßten Flanschprofil versehen ist.5 shows a partial section in a larger one Scale of an embodiment according to the invention, which is provided with an adapted flange profile.

In F i g. 1 ist das Klammersystem für zwei Glasrohre 1 gezeigt, die 5n einem nach außen weisenden Flansch 2 enden, die unter Zwischenschaltung einer Dichtung 3 mit Hilfe von Befestigungsschellen 4 fest gegeneinander gedruckt sind, die ihrerseits durch Bolzen 5 mit einer Schraubenmutter 6 zusammengepreßt sind. Zur Vermeidung eines nachteiligen Kontaktes zwischen dem Glas und dem Metall dient eine Packung 7, z. B. aus Elastomer, Asbest, das zumeist »Insert« genannt wird, die als Zwischenlage zwischen jeder Befestigungsschelle 4 und dem angrenzenden Flansch 2 eingefügt ist Die Pfeile F\—F2 zeigen die Kräfte, die von der Befestigungsschelle über die Dichtung 3 und die Packung 7 übertragen werden und die auf den Flansch 2 des Glases einwirken; es ist festzustellen, daß diese Kräfte praktisch übereinstimmen und kein Kräftepaar bilden.In Fig. 1 shows the clamp system for two glass tubes 1, which end in an outwardly facing flange 2 which, with the interposition of a seal 3, are firmly pressed against each other with the aid of fastening clamps 4, which in turn are pressed together by bolts 5 with a screw nut 6. To avoid adverse contact between the glass and the metal, a pack 7, for. B. made of elastomer, asbestos, which is mostly called "insert", which is inserted as an intermediate layer between each fastening clip 4 and the adjacent flange 2 The arrows F \ -F2 show the forces that are exerted by the fastening clip on the seal 3 and the packing 7 and which act on the flange 2 of the glass; it can be seen that these forces practically coincide and do not form a force couple.

Unter der Wirkung eines inneren Druckes P (s.Under the action of an internal pressure P (s.

F i g. 2) erfährt das Teil 1 eine Verformung, die dahin tendiert seine Wand »aufzublasen« und Flansch 2 im durch den Pfeil / bezeichneten Sinne zu verdrehen. Hieraus resultiert eine beachtliche Biegebeanspruchung in dem Glas, die, da dieses aus einem zerbrechlichen Material besteht nicht ohne nachteilige Folgen im Hinblick auf eine übermäßige Ermüdung dieser Art zugelassen werden kann.F i g. 2) the part 1 experiences a deformation which tends to "inflate" its wall and flange 2 in the to twist by the arrow / indicated sense. This results in considerable bending stress in the glass, which, since it is made of a fragile material, is not without detrimental consequences in the With regard to excessive fatigue of this type can be allowed.

Gemäß der Erfindung verfährt man so, wie dies in denAccording to the invention, the procedure is as shown in

ίο Fi g. 3 und 5 dargestellt ist daß in der Ruhestellung — d. h. beim Zusammenfügen der Rohre — die Angriffspunkte der Kräfte Fl und Fl, die jeweils auf die Dichtung 3 und die Packung 7 einwirken, nicht mehr wie zuvor übereinstimmen, sondern gegeneinander derart verschoben sind, daß hierdurch ein Kräftepaar in der Ebene der Flansche 3 erzeugt wird, das diese in dem durch den Pfeil /' angegebenen Sinn verschwenkt und die Wand des Rohres 1 zum Inneren hin ausbauchtίο Fi g. 3 and 5 it is shown that in the rest position - d. H. when joining the pipes - the points of application of the forces Fl and Fl, which each act on the Seal 3 and the packing 7 act, no longer coincide as before, but against each other in such a way are shifted that this creates a couple of forces in the plane of the flanges 3, which this in the pivoted by the arrow / 'indicated sense and the wall of the tube 1 bulges towards the inside

Wenn das Rohr 1 dann während der Arbeit unter einem inneren Druck P (s. Fig.4) steht wird die vorhergehende Deformation mehr r der weniger wieder aufgehoben, so daß das Glas sich In einem geringen Spannungsniveau befindet das in jedem Fall niedriger liegt als das bekannte, bei dem es in der Ruhestellung ein Spannungsniveau Null aufweistIf the tube 1 is then under an internal pressure P (see Fig. 4) during work, the previous deformation is more or less canceled again, so that the glass is in a low stress level that is in any case lower than that known, in which it has a voltage level of zero in the rest position

Es ist zu bemerken, daß das betrachtete Ausführungsbeispiel die Arbeit des Rohres unter einem inneren Oberdruck P beschreibt; wenn dieses unter einem äußeren Oberdruck betrieben werden soll, muß die Richtung des Kräftepaares F\ — F'i umgekehrt werden, wozu es ausreichend ist daß der Angriffspunkt von Fl zur Achse des Rohres im Vergleich zum Angriffspunkt F2 verschoben wird.It should be noted that the embodiment under consideration describes the work of the pipe under an internal overpressure P ; if this is to be operated under an external overpressure, the direction of the pair of forces F \ - F'i must be reversed, for which it is sufficient that the point of application is shifted from F1 to the axis of the pipe compared to the point of application F2.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentanspruch;Claim; Verbindung von aneinander geflanschten Elementen aus Glas oder anderen entsprechenden zerbrechlichen Materialien, wobei jedes Element einen ringförmigen Körper (1) mit einem fest mit diesem verbundenen ringförmigen Flansch (2) hat, der eine stirnseitige Verbindung zweier aufeinander folgender Elemente unter Zwischenschaltung z.B. einer Dichtung (3) gestattet mit Hilfe eines äußeren KJammersystems (4, 5, 6) an den gegenüberliegenden Flanschen (2), auf die es unter Zwischenschaltung z. B. einer Packung (7) einwirkt und so einander entgegenwirkende Kräfte (Fi, F2) Ober die Kräfte übertragenden gegenüberliegenden Teile beiderseits jedes ringförmigen Flansches ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestaltung und wechselseitige Anordnung der kräfteübertragenden, gegenüberliegenden Teile (3, 7) so gewählt sind, dais Jie Angriffspunkte der auf die Flanschrücksciten wirkenden ZusansmeBspannkräfte (F2) gegenüber den Angriffspunkten der auf die Flanschstirnflächen wirkenden Abstützkräfte (Fl) derart achsparallel gegeneinander verschoben sind, daß eine Vorspannung aufgebracht ist, die der durch den Betriebsdruck (P) hervorgerufenen Deformation entgegengesetzt istConnection of flanged elements made of glass or other corresponding fragile materials, each element having an annular body (1) with an annular flange (2) firmly connected to it, which is an end connection of two successive elements with the interposition of, for example, a seal (3 ) allowed with the help of an external chamber system (4, 5, 6) on the opposite flanges (2), to which it can be accessed with the interposition of z. B. a pack (7) acts and so opposing forces (Fi, F2) over the forces-transmitting opposite parts exerted on both sides of each annular flange, characterized in that the design and mutual arrangement of the force-transmitting, opposite parts (3, 7) so are chosen so that the points of application of the joint clamping forces (F2) acting on the flange back faces are shifted axially parallel to each other in relation to the points of application of the supporting forces (Fl) acting on the flange end faces in such a way that a preload is applied that opposes the deformation caused by the operating pressure (P) is