DE29501054U1 - Detachable pipe connection, preferably for sterile and particle-free pipe systems - Google Patents
Detachable pipe connection, preferably for sterile and particle-free pipe systemsInfo
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Description
Lösbare Rohrverbindung, vorzugsweise für sterile und partikelfreie LeitungssystemeDetachable pipe connection, preferably for sterile and particle-free piping systems
Die Erfindung betrifft eine lösbare Rohrverbindung , vorzugsweise fur sterile und partikelfreie Leitungssysteme der im Oberbegriff des Schutzanspruchs beschriebenen Art.The invention relates to a detachable pipe connection, preferably for sterile and particle-free pipe systems of the type described in the preamble of the protection claim.
In der Lebensmittel- und chemisch-pharmazeutischen Industrie werden an Verbindungen aller Art, so auch an lösbare Rohrverbindungen, außerordentliche hohe hygienische Forderungen gestellt, um eine bakterielle Kontamination des zu behandelnden Produkts, auf welche Weise auch immer, zu vermeiden. Dazu gehört auch, daß vermieden werden muß, daß von der inneren Oberfläche der Rohrverbindung und deren Dichtung sowie möglicher Dichtungsspalten Partikel während des Produktionsprozesse und/oder der Reinigungszyklen aufgenommen werden können, da bereits kleinste Fremdpartikel beim nachfolgenden Produktionsprozeß anspruchsvolle Produkte, wie z.B. Lebensmittel, Pharmaka, Röntgengelantine, hochwertige Lacke, Flüssigkeiten für die Fertigung elektronischer Bausteine u.a., in ihrem Reinheitsgrad beeinträchtigen, was dazu führen kann, daß diese Produkte qualitativ wesentlich vermindert werden, was wiederum bis zur Unbrauchbarkeit dieser Produkte führen kann..In the food and chemical-pharmaceutical industries, extremely high hygiene requirements are placed on all types of connections, including detachable pipe connections, in order to avoid bacterial contamination of the product being treated in any way whatsoever. This also includes preventing particles from being absorbed by the inner surface of the pipe connection and its seal, as well as any possible seal gaps, during the production process and/or cleaning cycles, as even the smallest foreign particles in the subsequent production process can impair the purity of sophisticated products, such as food, pharmaceuticals, X-ray gelatin, high-quality paints, liquids for the manufacture of electronic components, etc., which can lead to the quality of these products being significantly reduced, which in turn can lead to the products becoming unusable.
Lösbare Rohrverbindungen für diesen Anwendungsbereich sind u.a. aus der DE-PS 29 10 684, dem DE-GM 82 07 490.9, der DE-PS 31 43 369 bekannt.Detachable pipe connections for this application area are known from DE-PS 29 10 684, DE-GM 82 07 490.9, DE-PS 31 43 369, among others.
Bei den darin beschriebenen Ausführungen werden elastische Dichtungen, vorzugsweise Gummidichtungen, in Form von Profildichtringen mit einem radial nach innen gerichteten Bund oder Dichtungsringe mit runden oder ovalem Querschnitt, lagefixiert und teilweise in eine Dichtungsnut zwischen den zu verbindenden Anschlußflanschen eingebettet, die entweder infolge ihres gewählten Profils oder durch Auswulstung des Dichtungsringes, beim Verspannen der beiden gegenüberliegenden Anschlußflansche, einen radial nach innen gerichteten Spalt zwischen den Anschlußflanschen ausfüllen und somit im verspannten Zustand der beiden Anschlußflansche eine flüssigkeitsdichte Verbindung der beiden Anschlußflansche sichern.In the designs described therein, elastic seals, preferably rubber seals, in the form of profile sealing rings with a radially inward-facing collar or sealing rings with a round or oval cross-section, are fixed in position and partially embedded in a sealing groove between the connecting flanges to be connected, which, either as a result of their selected profile or by bulging of the sealing ring, fill a radially inward-facing gap between the connecting flanges when the two opposing connecting flanges are clamped together and thus ensure a liquid-tight connection between the two connecting flanges when the two connecting flanges are clamped together.
Bei Ausfuhrungsformen der erwähnten Anschlußflanschverbindungen, die einen Dichtungsring mit runden oder ovalen Querschnitt verwenden, wie beispielsweise bei der DE-PS 29 10 684, wird der zwischen den Anschlußstücken gebildete Spalt durch eine erzwungene Auswulstung der Dichtung infolge einer angeordneten Anschluß- und Führungsfläche an den Verbindungsstücken erreicht, die bei einigen AusführungenIn embodiments of the above-mentioned connecting flange connections that use a sealing ring with a round or oval cross-section, such as in DE-PS 29 10 684, the gap formed between the connecting pieces is achieved by a forced bulging of the seal as a result of an arranged connecting and guide surface on the connecting pieces, which in some designs
·> gleichzeitig zur Aufnahme der axialen Druckkräfte durch einen gewollten metallischen Anschlag dienen.·> simultaneously serve to absorb the axial pressure forces through a deliberate metallic stop.
Obwohl bei diesen beschriebenen und auch bei allen anderen bekannten Rohrverbindungen angestrebt wird, daß in radialer Richtung nur ein extrem kurzer Spalt zwischen der Dichtung und dem Produktraum verbleiben soll, ist aber nicht auszuschließen, daß an der Verbindungsstelle zwischen der Dichtung und den Verbindungsstücken sich extrem kleine Räume ausbilden, die für die automatische Reinigung schwer zugänglich sind, so daß sich kleinste Partikel von Produktrückständen festsetzen können.Although the aim in these and all other known pipe connections is to ensure that only an extremely short gap remains in the radial direction between the seal and the product space, it cannot be ruled out that extremely small spaces form at the connection point between the seal and the connecting pieces, which are difficult to access for automatic cleaning, so that the smallest particles of product residues can become trapped.
Da bei allen bekannten Rohrverbindungen, egal welcher Ausführung, ein Spalt zwischen den Verbindungsstücken nicht auszuschließen ist, um eine absolute Abdichtung der Flanschverbindungen zu sichern, kann auch nicht vermieden werden, daß die zwischen den Verbindungsstücken angeordnete Dichtung produktberührend ist. Das bedeutet, daß speziell bei sterilen Leitungssystemen eine Dichtung verwendet werden muß, deren Oberfläche möglichst glatt und abweisend ist, um ein Festsetzen von bakteriellen oder molekularen Partikeln zu vermeiden. In der Regel werden dafür Gummidichtungen mit einer Härte von 70 bis 75 Shore eingesetzt, da diese Gummiqualität einerseits der gewünschte elastische Verformung und andrerseits der Forderung nach einer sterilen Oberflächengüte, die an eine sterile Abdichtung gestellt wird, noch am nächsten kommt.Since in all known pipe connections, regardless of the design, a gap between the connectors cannot be ruled out in order to ensure that the flange connections are completely sealed, it is also unavoidable that the seal arranged between the connectors comes into contact with the product. This means that, especially in sterile piping systems, a seal must be used whose surface is as smooth and repellent as possible in order to prevent bacterial or molecular particles from settling. As a rule, rubber seals with a hardness of 70 to 75 Shore are used for this purpose, since this rubber quality comes closest to the desired elastic deformation on the one hand and to the requirement for a sterile surface quality that is placed on a sterile seal on the other.
Es ist aber auch bekannt, daß diese Dichtungen nach längerem Einsatz, infolge der hohen Temperaturen, mit denen diese Anlagen gefahren werden, und der daraus resultierenden hohen Hitzeeinwirkung auf die Dichtung und des zusätzliche Säureangriffs auf die Dichtung während der Reinigung, zum Quellen und damit zur Flüssigkeitsaufnahme neigen, wodurch sie für sterile Leitungssysteme nach einer relativ kurzen Zeit unbrauchbar werden, d.h., daß die Lebensdauer dieser Dichtungen sehr begrenzt ist und ein regelmäßiger Austausch unvermeidbar wird, wenn an das Leitungssystem hohe sterile Anforderungen gestellt werden.However, it is also known that these seals tend to swell and absorb liquid after prolonged use due to the high temperatures at which these systems are operated and the resulting high heat impact on the seal and the additional acid attack on the seal during cleaning, which makes them unusable for sterile piping systems after a relatively short time, i.e. the service life of these seals is very limited and regular replacement becomes unavoidable if the piping system is subject to high sterile requirements.
Als geeignetste Dichtungsmaterial für sterile und partikelfreie Anlagen ist auf Grund der porenfreien Oberflächenstruktur, der hohen chemischen Beständigkeit und dem breiten thermischen Anwendungsbereich die PTFE-Dichtung bekannt. Ihre Oberfläche ist glatt und abweisend und sie besitzt eine gute Quellbeständigkeit, so daß die PTFE-Dichtungen alle an eine sterile Dichtung gestellte Forderungen rundum erfüllt. Daß man bisher dieses Dichtungsmaterial für die vorgenannten Probleme meidet, liegt in der Eigenschaft des PTFE-Materials, welches von einer gewissen Belastung ab bleibend durch Kriechen bzw. Kaltfluß deformiert wird, so daß im Normalfall eine ständige Anpressung durch Federn u.a.The PTFE seal is known to be the most suitable sealing material for sterile and particle-free systems due to its pore-free surface structure, high chemical resistance and wide thermal application range. Its surface is smooth and repellent and it has good swelling resistance, so that the PTFE seals meet all the requirements of a sterile seal. The fact that this sealing material has been avoided to date for the above-mentioned problems is due to the property of the PTFE material, which is permanently deformed by creep or cold flow after a certain load, so that in normal cases a constant pressure from springs etc. is required.
erforderlich ist, damit die Dichtheit gesichert werden kann, was bei Rohrverbindungen kaum oder nur aufwendig zu realisieren ist.is required to ensure tightness, which is difficult or very costly to achieve with pipe connections.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde eine lösbare Rohrverbindung mit verbesserten sterilen Eigenschaften durch Nutzung der anwendungstechnischen Vorteile einer PTFE Dichtung für sterile und partikelfreie Leistungssysteme zu schaffen, um die Lebensdauer der Dichtung zu verlängern und damit die Verfügbarkeit des Anlagensystems zu verbessern.The invention specified in claim 1 is based on the problem of creating a detachable pipe connection with improved sterile properties by utilizing the application-related advantages of a PTFE seal for sterile and particle-free performance systems in order to extend the service life of the seal and thus improve the availability of the system.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß die Dichtungsnut als eine zum Produktstrom offene Eindrehung ausgebildet ist, in die eine modifizierte PTFE-Dichtung eingelegt ist, die in ihren Abmessungen so ausgebildet ist, daß sie spielfrei und unverlierbar in der zum Produktraum offenen Eindrehung gehalten wird, wobei der Innendurchmesser der Dichtung gleich dem Innendurchmesser des Leitungssystem entspricht und die PTFE- Dichtung im eingespannten Zustand und bei dichtender Wirkung gegen die plane Dichtungsfläche des gegenüberliegenden Ansschlußflansches gewährleistet, daß der axiale Druck des Leitungssystem durch einen metallischen Anschlag der gegenüberliegenden Anschlagflächen der Anschlußflansche beider Verbindungsstücke aufgenommen wird.This problem is solved by the sealing groove being designed as a recess open to the product flow, into which a modified PTFE seal is inserted, the dimensions of which are designed in such a way that it is held in the recess open to the product space without play and cannot be lost, whereby the inner diameter of the seal is equal to the inner diameter of the pipe system and the PTFE seal, when clamped in and sealing against the flat sealing surface of the opposite connection flange, ensures that the axial pressure of the pipe system is absorbed by a metal stop on the opposite stop surfaces of the connection flanges of both connecting pieces.
Mit dieser Lösung ist die Voraussetzung geschaffen, daß die PTFE-Dichtung in der Rohrverbindung statisch eingebaut werden kann, d.h., daß auf die Dichtung keine axialen Kräfte aus dem Leitungssystem zum Beispiel durch Wärmeausdehnungen wirken.This solution creates the prerequisite that the PTFE seal can be installed statically in the pipe connection, i.e. that no axial forces from the pipe system, for example due to thermal expansion, act on the seal.
Die aus dem Leitungssystem hervorgerufenen Zug- und Dehnungskräfte werden durch den metallischen Anschlag der Dichtflächen der Anschlußflansche aufgenommen. Die Dichtung selbst ist damit einem gleichbleibenden Druck ausgesetzt.The tensile and expansion forces caused by the pipe system are absorbed by the metallic stop of the sealing surfaces of the connection flanges. The seal itself is therefore exposed to a constant pressure.
Die gleichbleibende Druckbelastung der Dichtung wird dabei durch die Ausbildung der Dichtung vorbestimmt und zwar durch ihre Höhe, so daß im eingespannten Zustand der Dichtung eine absolute Dichtheit zwischen Dichtung und der planen Dichtfläche der gegenüberliegenden Anschlußfläche bei einem metallischen Anschlag der sich gegenüberliegenden Anschlagflächen erreicht wird.The constant pressure load of the seal is predetermined by the design of the seal, namely by its height, so that when the seal is clamped in place, an absolute seal is achieved between the seal and the flat sealing surface of the opposite connection surface when the opposing contact surfaces come into contact with each other metallically.
Da dieser Druck unter der Druckbelastung liegt, bei der ein PTFE-Material durch Kriechen bzw. Kaltfluß bleibend deformiert wird, ist ein sicherer Sitz gesichert und die Funktionsfähigkeit der PTFE-Dichtung gewährleistetSince this pressure is below the pressure load at which a PTFE material is permanently deformed by creep or cold flow, a secure fit is ensured and the functionality of the PTFE seal is guaranteed
Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist, daß die Verbindung der beiden Verbindungsstücke absolut spaltfrei, flüssigkeitsdicht und völlig glatt zwischen den Verbindungsstücken und der Dichtung übergeht, wodurch eine absolute Entleerung des Leitungssystems gegeben ist.A further advantage of this solution is that the connection between the two connectors is absolutely gap-free, liquid-tight and completely smooth between the connectors and the seal, which ensures complete emptying of the pipe system.
Durch die Spaltfreiheit der Verbindung an der Verbindungsstelle und der glatten und abweisenden Oberfläche der PTFE- Dichtung sowie deren gute Quellbeständigkeit wird, an der Verbindungsstelle der Rohrverbindung, mit Sicherheit schädlichen Keimen der Nährboden entzogen.Due to the gap-free connection at the connection point and the smooth and repellent surface of the PTFE seal as well as its good swelling resistance, harmful germs are definitely deprived of their breeding ground at the connection point of the pipe connection.
Auch wird, durch die porenfreie und abweisende Oberfläche und der guten Quellbeständigkeit die das PTFE-Materials bietet erreicht, daß die Lebensdauer der Dichtung und damit die Verfügbarkeit des Anlagensystems wesentlich verbessert, d.h. daß die Serviceintervalle zum Austausch von Dichtungen wesentlich verlängert werden können.The pore-free and repellent surface and the good swelling resistance offered by the PTFE material also mean that the service life of the seal and thus the availability of the system is significantly improved, i.e. the service intervals for replacing seals can be significantly extended.
Als vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, fur die PTFE-Dichtung ein mit mineralischen Füllstoff gefülltes PTFE zu verwenden, um die Vorteile zu nutzen, daß ein mineralisch gefülltes PTFE den Widerstand gegen bleibende Verformung (Kaltfluß) verbessert und die Wärmeausdehnung der Dichtung verringert.As an advantageous embodiment of the invention, it is further proposed to use a PTFE filled with mineral filler for the PTFE seal in order to utilize the advantages that a mineral-filled PTFE improves the resistance to permanent deformation (cold flow) and reduces the thermal expansion of the seal.
Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird auch vorgeschlagen, die als Dichtungsnut ausgebildete Eindrehung in axialer Richtung so zu hinterdrehen, daß eine zusätzliche Klammerwirkung erreicht wird und so eine Dichtungsform zu wählen, bei der die an der Hinterdrehung angrenzende Seite der PTFE-Dichtung paß- und formgerecht zur Hinterdrehung ausgebildet ist.As a further advantageous embodiment of the invention, it is also proposed to undercut the recess designed as a sealing groove in the axial direction in such a way that an additional clamping effect is achieved and to select a seal shape in which the side of the PTFE seal adjacent to the undercut is designed to fit and conform to the undercut.
Mit dieser vorgeschlagen Ausführung der Dichtungsanordnung und Dichtungsausbildung können die anwendungstechnischen Vorteile einer PTFE-Dichtung gegenüber einer elastischen Gummidichtung bei sterilen und partikelfreien Leitungssystem nutzbar zu machen.With this proposed design of the seal arrangement and seal design, the application-related advantages of a PTFE seal compared to an elastic rubber seal can be utilized in sterile and particle-free piping systems.
Nachfolgend wird die Neuerung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die beigefügte Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine Rohrverbindung .The innovation is described in more detail below using an example. The attached drawing shows a section through a pipe connection.
Wie in der Zeichnung dargestellt, besteht die Rohrverbindung aus zwei Verbindungsstücken 1, 2 von denen das Verbindungsstück 2, welches als Bundstutzen dargestellt ist, eine planebene Dichtfläche 6 aufweist und das Verbindungsstück 1, welches als Gewindestutzen dargestellt ist, eine Dichtungsnut besitzt, die als eine zum Produktraum 10 offene Eindrehung 12 ausgebildet ist, in die eine PTFE-Dichtung 4 eingelegt ist. Die als Dichtungsnut ausgebildete offenen Eindrehung 12 ist, in diesem Beispiel, mit einer schrägen Hinterdrehung 13 ausgeführt, die die Eindrehung 12 zu der vom Produktraum abgewandten Seite hin erweitert und die der Hinterdrehung 13 gegenüberliegenden Seite der Dichtung 4 ist form- und paßgerecht der Hinterdrehung 13 der Eindrehung 12As shown in the drawing, the pipe connection consists of two connecting pieces 1, 2 of which the connecting piece 2, which is shown as a collar connector, has a flat sealing surface 6 and the connecting piece 1, which is shown as a threaded connector, has a sealing groove which is designed as a recess 12 open to the product space 10, into which a PTFE seal 4 is inserted. The open recess 12 designed as a sealing groove is, in this example, designed with an oblique undercut 13 which widens the recess 12 towards the side facing away from the product space, and the side of the seal 4 opposite the undercut 13 is shaped and fits the undercut 13 of the recess 12.
angepaßt, um den Halt der Dichtung 4 zu erhöhen und der Verlierbarkeit entgegen zu wirken.adapted to increase the hold of the seal 4 and counteract the possibility of loss.
Das als Gewindestutzen ausgebildete Verbindungsstück 1 ist auf der Anschlagfläche 14a mit einem eingedrehten Ansatz 9 versehen, dessen Durchmesser paßgerecht dem Außendurchmesser 8 des Verbindungsstücks 2, welches in diesem Fall als Bundstutzen ausgebildet ist, entspricht, so daß im zusammengefugten Zustand der eingedrehte Ansatz 9 des Verbindungsstück 1 und der Außendurchmesser 8 der Verbindungsstück 2 die Arretierung 11 der Verbindungsstücken 1, 2 bilden.The connecting piece 1, designed as a threaded socket, is provided on the stop surface 14a with a screwed-in projection 9, the diameter of which corresponds precisely to the outer diameter 8 of the connecting piece 2, which in this case is designed as a collar socket, so that when joined together, the screwed-in projection 9 of the connecting piece 1 and the outer diameter 8 of the connecting piece 2 form the locking mechanism 11 of the connecting pieces 1, 2.
Die in die Eindrehung 12 eingelegte Dichtung 4, wird maßlich so ausgelegt, daß der Innendurchmesser 16 der Dichtung 4 gleich dem Innendurchmesser 15 des Leitungssystems entspricht und die Dicke der Dichtung 4 ist in Abhängigkeit der Form und Tiefe Eindrehung 12 so bemessen, daß beim Zusammenspannen der beiden Verbindungsstücken 1,2 mittels einer Überwurfmutter 3, eine ausreichende dichtende Flächenpressung auf der Dichtfläche 6 des Anschlußflansches 7 des Verbindungsstücks 2 bei metallischen Anschlag der Anschlagflächen 14a, 14b der Verbindungsstücken 1, 2 erzielt wird.The seal 4 inserted into the recess 12 is dimensioned so that the inner diameter 16 of the seal 4 is equal to the inner diameter 15 of the pipe system and the thickness of the seal 4 is dimensioned depending on the shape and depth of the recess 12 so that when the two connecting pieces 1, 2 are clamped together using a union nut 3, a sufficient sealing surface pressure is achieved on the sealing surface 6 of the connection flange 7 of the connecting piece 2 with a metallic stop of the stop surfaces 14a, 14b of the connecting pieces 1, 2.
Damit werden die Zug- und Druckspannungen aus dem Leitungssystem, z.B. infolge Wärmedehnung durch den metallischen Anschlag der Anschlußflächen 14a, 14b der Verbindungsstücken 1, 2 aufgenommen und es ist gewährleistet, daß die Dichtung 4 statisch bestimmt eingebaut und damit einem gleichmäßigen und gleichbleibenden axialen Druck ausgesetzt ist, der unter der Belastungsgrenze des PTFE-Materials liegt, bei der durch Kriechen bzw. Kaltfluß das PTFE-Material bleibend deformiert.This absorbs the tensile and compressive stresses from the pipe system, e.g. as a result of thermal expansion through the metallic stop of the connection surfaces 14a, 14b of the connecting pieces 1, 2 and ensures that the seal 4 is installed in a statically determined manner and is thus exposed to a uniform and constant axial pressure that is below the load limit of the PTFE material, at which the PTFE material is permanently deformed by creep or cold flow.
Es versteht sich von selbst, daß diese Neuerung auch bei Rohrverbindungen angewandt werden kann, die andere Verbindungstechniken zur Verbindung der Verbindungsteil 1,2 vorsehen, wie z.B. Flanschausführungen, Klemmverbindungen.It goes without saying that this innovation can also be applied to pipe connections that use other connection techniques to connect the connecting parts 1,2, such as flange designs or clamp connections.
Auch die beschriebene Ausbildung der Arretierung 11 ist variierbar. Wesentlich ist nur, daß die Verbindungsteile 1,2 in einer geeigneten Art und Weise beim Zusammenfügen und im verspannten Zustand gegenseitig arretiert werden, wie das bei den einzelnen Verbindungsarten erfolgt, ist unabhängig von der Neuerung.The described design of the locking mechanism 11 can also be varied. The only important thing is that the connecting parts 1, 2 are mutually locked in a suitable manner when they are joined together and in the clamped state; how this is done for the individual types of connection is independent of the innovation.
Auch die beschriebene Form der Hinterdrehung 13 in der als Dichtungsnut ausgebildeten Eindrehung 12 sowie die beschrieben Dichtungsform auf der Seite der Dichtung 4, die der Hinterdrehung 13 gegenüber liegt, ist nicht an das beschriebene Ausfuhrungsbeispiel gebunden sondern frei wählbar.The described shape of the undercut 13 in the recess 12 designed as a sealing groove as well as the described sealing shape on the side of the seal 4 that is opposite the undercut 13 is not tied to the described embodiment but can be freely selected.
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