DE2723050C3 - 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 Klammersystems 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 ausübt.The 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 with the help of an external bracket system on the opposite flanges, on which it is interposed z. B. acts on a pack and thus opposing forces via the opposing parts transmitting the forces exerts on both sides 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 constructed and arranged to be connected by means of clamping systems that attack the projections on the parts to be connected that are attached to the glass during manufacture be molded by yourself.

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 that 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 field of application of glasses or other fragile ones Materials to expand significantly and in any case considerable bending stresses on the To reduce flanging of the elements, so that the elements are subjected to higher work loads can without the risk of exhaustion and 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 Flanschstirnflächen wirkenden Abstützkräfte derart achsparallel gegeneinander verschoben sind, daß eine Vorspannung aufgebracht ist, die der durch den Betriebsdruck hervorgerufenen Deformation entgegengesetzt ist.ίο are chosen that the points of attack on the Clamping forces acting on the rear of the flange opposite the points of application of the on the flange end faces acting support forces are shifted axially parallel to each other in such a way that a bias is applied, which is opposite to the deformation caused by the operating pressure.

Demnach liegen im Normalfall eines inneren Überdrucks als Betriebsdruck die Angriffspunkte der Zusammenspannkräfte Fl näher an der Mittelachse der ringförmigen Körper als die Angriffspunkte der Abstützkräfte Fl, während diese beim Stand der Technik allenfalls in gleicher Entfernung von der Mittelachse liegen.Therefore lie in the normal case of an inner excess pressure as operating pressure, the points of interaction clamping forces Fl closer to the central axis of the annular body than the points of application of supporting forces Fl, while they are in the prior art at most the same distance from the central axis.

Gemäß der Erfindung wird in den rohrförmigen 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 den 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.According to the invention, a prestress is applied in the tubular glass elements when they are flanged together generated, which is the opposite of what is caused under working conditions, so that when Flanging caused preload by the latter is reduced. If you are in the Limits of the deformability of the element in question remains, which is a scalar value, one can through Applying maximum prestress while working the area of double deformation run through.

Wenn man das Element unter Bedingungen innerhalb eines geringen Ermündungsbereiches beireiben will, dann wird man vorteilhaft die Vorspannung derart berechnen und dosieren, daß die Verformung des Elementes im Ruhezustand und bei der Arbeit gleich ist, jedoch natürlich auf der einen und 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 Arbeit aufgehoben wird.If you want to rub the element under conditions within a small opening 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, but of course on one side and the other Zero voltage. If you contrast this at work little or no deformation if you wish, it is sufficient to give the part a greater preload, which is then applied during work 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 +4It is assumed 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 +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 die 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 liegt.is greater than the maximum permissible load +3, the pipe would burst. On the other hand, if one assumes that when the glass elements were flanged together, they were given an opposing bias of -2 becomes, which is readily permissible, since the maximum load can be -3, so becomes with the same working pressure of +4 the. resulting load —2 + 4 = + 2, which is easily permissible is because this value is still within the limits of +3.

Beim Stand der Technik würde also der angenommene Druck P zwischen Ruhe und Arbeit einen Belastungsunterschied von 0 bis +4 bringen, während bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Flanschverbindung lediglich ein solcher von -2 bis +2 auftreten würde. Beim Stand der Technik würden die gleichen Glaselemente bei gleichem Druck zerbersten, während die Belastung mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Flanschsystem noch innerhalb der zulässigenIn the prior art, the assumed pressure P between rest and work would bring a load difference of 0 to +4, while with a flange connection designed according to the invention only one of -2 to +2 would occur. 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 range

Grenzen liegt.Limits.

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 der Arbeit,F i g. 2 in an exaggerated representation the deformation of such a part during work,

Fig.3 und 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

F i g. 5 einen teilweisen Schnitt in einem größeren Maßstab einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, die mit einem angepaßten Flanschprofil versehen ist.F i g. 5 shows a partial section on a larger 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 in 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 FX-F 2 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 one another with the aid of fastening clamps 4, which in turn are pressed together by bolts 5 with a nut 6. To avoid adverse contact between the glass and the metal, a pack 7, for. B. made of elastomer, asbestos, which is usually called "insert", which is inserted as an intermediate layer between each fastening clip 4 and the adjacent flange 2. The arrows FX-F 2 show the forces which are transmitted from the fastening clip via 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 consists 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 den F i 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 duirh den Pfeil P angegebenen Sinn verschwenkt und die Wand des Rohres 1 zum Inneren hin ausbaucht.According to the invention, one proceeds as shown in FIGS. 3 and 5 it is shown that in the rest position - ie when joining the tubes - the points of application of the forces Fl and Fl, which act on the seal 3 and the packing 7, no longer coincide as before, but are shifted against each other in such a way that as a result, a couple of forces is generated in the plane of the flanges 3, which swivels them in the sense indicated by the arrow P and bulges the wall of the tube 1 towards the interior.

Wenn das Rohr I dann während der Arbeit unter einem inneren Druck P (s. Fi g. 4) steht, wird die vorhergehende Deformation mehr oder weniger wieder aufgehoben, so aaß 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 aufweist.If the tube I 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, which is lower in any case than the known one, 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 Überdruck P beschreibt; wenn dieses unter einem äußeren Überdruck betrieben werden soll, muß die Richtung des Kräftepaares F1 — F2 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 F1 - F2 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 Klammersystems (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) über 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, daß die Angriffspunkte der auf die Flanschrückseiten wirkenden Zusammenspannkräfte (F 2) 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 ist.Connection 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 this, which is an end-face connection of two successive elements with the interposition of z. B. a seal (3) allowed with the help of an outer bracket system (4, 5, 6) on the opposite flanges (2), on which it is interposed with z. B. a pack (7) acts and so mutually opposing forces (Fi, F2) exerted on the opposing parts transmitting forces on both sides of each annular flange, characterized in that the design and mutual arrangement of the opposing forces transmitting parts (3, 7) so are chosen so that the points of application of the clamping forces (F 2) acting on the rear of the flange relative to the points of application of the supporting forces (Fl) acting on the flange end faces are shifted axially parallel to one another in such a way that a preload is applied that corresponds to the deformation caused by the operating pressure (P) is opposite.