DE3820379A1 - Verbindung fuer hydraulik-leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindung für Hydraulik-Leitungen gemäß dem Oberbegriff des Haupt­ anspruches.

Solche Verbindungen sind beispielsweise aus der DE-PS 32 42 183 bekannt.

Bei allen bekannten Verbindungen für Hydraulik-Lei­ tungen werden u.a. Splitflansche in Verbindung mit an den Leitungsenden oder entsprechenden Anschluß­ stellen vorgesehenen Flanschstutzen verwendet, die mit stirnseitigen O-Ring-Abdichtungen über Schrau­ ben und Muttern dichtend eingesetzt werden. Die Ver­ wendung der bekannten Verbindungselemente weist im Hydraulik-Rohrbereich verschiedene Nachteile auf.

Die in den Normen festgelegten Maße sind mit großen Plus-Minus-Toleranzen versehen, die bei der Montage eine genaue Positionierung zur Achse nicht gewähr­ leisten. Versetzte, nicht symmetrisch zugeordnete Verbindungen verursachen aber Behinderungen im Strö­ mungsverhalten des Druckmediums, so daß dies zu­ einer Herabsetzung des hydraulischen und energeti­ schen Wirkungsgrades führt.

Die gering dimensionierten Bunde des Flanschstutzens sind meist nicht genau mit den Kragenstufen der Flan­ sche symmetrisch gekoppelt, wodurch unausgewogene Kräfteverteilungen entstehen, die insbesondere bei hohen, kurzzeitigen, dynamischen Kräften die Druck­ flächen auf das äußerste belasten. Darüberhinaus wird auch der O-Ring als Dichtungselement in der Peripherie unterschiedlich belastet, so daß es zur Spaltextrusion oder zum Platzen des O-Ringes und da­ mit zu Leckagen kommen kann.

Schließlich besteht durch Vibration die Gefahr, daß Flansche, insbesondere geteilte Flansche, sogenann­ te Splitflansche, ihre Positionen so verändern, daß sie zum einen nur noch ungenügend auf der Bundkante aufliegen und zu gefährlich hoher Flächenpressung führen, zum andern abkippen und auf die Anschraub­ fläche beispielsweise eines Pumpengehäuses auf­ setzen, ihre Klemmkraft verlieren und so Leckagen möglich machen oder schließlich bei einer Kupplung allein aus Splitflanschen ganz abrutschen. Hier­ durch werden aufwendige Reparaturen und Stillstands­ kosten bedingt und das ausfließende Hydrauliköl kann zu erheblichen Umweltbelastungen im Erdreich führen.

Aus der gattungsbildenden GB-PS 12 05 926 ist eine Splitflansch-Verbindung bekannt, bei welcher die an dem Splitflansch vorgesehene Kragenstufe profiliert und der an dem Flanschstutzen vorgesehene umlaufende Bund ebenfalls profiliert ausgebildet sind. Die Profilierung ist dabei wellenförmig oder sinusförmig gestaltet, wobei der Sinn dieser Profilierung in dieser Literaturstelle nicht näher erläutert wird. Da aber die Innenfläche des Flansches über einen großen Längenbereich dicht an der Außenfläche des Flansch­ stutzens anliegt, ist eine Präzisionsbearbeitung er­ forderlich, die für derartige Bauelemente zu kosten­ aufwendig ist. Diese bekannte Art der Profilierung wirkt weiterhin wie ein Gelenk und bewirkt dadurch, daß Flansch und Schrauben einem starken Biegemoment ausgesetzt sind. Durch Verkanten und Einarbeiten des Schraubenkopfes kann die Schraubenvorspannung nachlassen und die Dichtelemente - im besonderen die auf die Preßkraft angewiesenen Dichtlippen - können ihre Funktion nur noch ungenügend wahrneh­ men. Schließlich wird keine Stützwirkung durch zen­ trierende Kräfte erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gat­ tungsbildende Einrichtung dahingehend zu verbessern, daß eine sichere Zentrierung der Verbindung erreicht wird, so daß eine reine Zugbelastung auf die verbin­ denden Schrauben ausgeübt wird und ungünstige Biege­ momente vermieden werden.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Lehre des Hauptanspruches gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind im Unteranspruch erläutert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfol­ gend anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeich­ nungen zeigen dabei in

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Flansch­ stutzen und einen Flansch, in

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Wirkungslinien der Flächennormale und in

Fig. 3 eine Erläuterung der Kraftkomponenten.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Flanschstutzen und mit 2 ein Flansch bezeichnet. Der Flansch 2 weist ein asymme­ trisches oder symmetrisches Lochbild auf, wobei die von den Löchern aufzunehmenden Schrauben mit 3 be­ zeichnet sind. Mittels dieser Schrauben 3 kann nun­ mehr der Flanschstutzen 1 an einem anderen Bauteil festgelegt werden, beispielsweise an einem anderen Flanschstutzen oder auch an einem festen Gerätean­ schlußteil.

Der Flanschstutzen 1 weist einen umlaufenden Bund 7 auf, der einen größeren Außendurchmesser aufweist als der mit D bezeichnete Außendurchmesser des üb­ rigen Flanschstutzenbereiches.

Der Flansch 2 weist einen den Bund 7 des Flansch­ stutzens 1 übergreifenden Kragen 8 auf. Der Außen­ durchmesser des Bundes 7 ist auf den Innendurchmes­ ser des Kragens 8 derart abgestimmt, daß beide Bau­ teile im zusammengesetzten Zustand dicht aneinander­ liegen.

Der Übergang vom normalen Bereich des Flansches 2 zum Kragen 8 wird durch eine Kragenstufe 4 gebildet und der Übergang vom normalen Bereich des Flansch­ stutzens 1 zum Bund 7 wird durch eine Bundkante 5 definiert. Kragenstufe 4 und Bundkante 5 sind als Hinterschneidung ausgebildet, wobei der Winkel der Hinterschneidung etwa 10° beträgt.

Der Innendurchmesser d des Flansches 2 ist um 0,2 bis 0,5 mm größer als der Außendurchmesser D des Flanschstutzens 1, so daß auch im zusammengebauten Zustand der in der Zeichnung mit 10 bezeichnete Spalt bestehen bleibt.

Die Mittelachse von Flanschstutzen 1 und Flansch 2 ist in Fig. 1 mit X-X bezeichnet.

Bei 6 ist eine zur Aufnahme beispielsweise eines O-Ringes bestimmte Nut dargestellt.

Die Wirkungsweise der neuen Gestaltung wird nach­ folgend anhand der Fig. 2 und 3 erläutert.

Bei der erfindungsgemäßen Verbindung verlaufen durch die 10° Hinterschneidung die Wirkungslinien der Preßkräfte auf der Flanschschulter nicht achsparal­ lel, sondern schneiden sich. Sie haben also eine axiale und eine radiale Komponente, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die radiale Komponente ist dabei die Grundlage der Zentrierung.

Fig. 3 zeigt schematisch die einzelnen Kräfte. Dabei sei zur Vereinfachung, die durch die Klemmkraft der Schraube 3 real wirkende Streckenlast durch eine re­ sultierende Einzelklemmkraft F _K ersetzt. Die Außen­ kante der Bundkante 5 sei die Drehachse A. Die parallel zur Rohrachse X-X verlaufende und damit axialwirkende Klemmkraft F _K der Schraube läßt sich im Bereich der Schräge vektoriell aufteilen in eine Flächennormale F _N und eine Hangabtriebskraft F _A . Das Verhältnis der beiden ist durch den Neigungs­ winkel, der gleich dem Hinterschneidungswinkel a ist, bestimmt und ist hier zur Verdeutlichung über­ trieben dargestellt.

Die Hangabtriebskraft F _A wiederum läßt sich zerlegen in eine axiale und eine radiale Komponente. Bei einem Winkel α von 10° beträgt diese radiale Kompo­ nente 17% der axial eingeleiteten Klemmkraft und mehr als 17% der auf die Bundkante 5 wirkenden Nor­ malkraft. Diese radiale Komponente preßt den Flansch 2 an den Bund 7 und gewährleistet dadurch die Zentrierung. Mit steigender Belastung der Ver­ bindung durch axiale Kräfte nimmt die Zentrierwir­ kung damit noch zu.

Die Flächennormale F _N bestimmt mit dem Reibungsko­ effizienten µ den Betrag der Reibkräfte. Reibkräf­ te, die der Hangabtriebskraft F _A im statischen Zu­ stand entgegenwirken und die radialen Preßkräfte ver­ ringern, sind bei dynamischer Belastung zu vernach­ lässigen, da die Druckwechsel-Belastung und Vi­ bration stick-slip-förmige radiale Bewegungen mit zentrierender Wirkung verursachen. Die Stützwirkung des rückdrehenden Momentes der radialen Kräfte um die Drehachse A im äußeren Bereich der Flansche führen zudem zu einer Versteifung des Flansches, der dadurch weniger weit bei starker Belastung auf­ gebogen wird.

Die Flansche 2 werden vorzugsweise aus gewalztem Profilstahl gefertigt und paarweise gebohrt. Des­ halb liegen sie nach der Montage aneinander an. Durch die Hangabtriebskräfte werden sie aneinander­ gepreßt und tragen so ebenfalls zur Stabilisierung der einzelnen Flanschhälften bei.

Die hohe Materialqualität sorgt zudem dafür, daß Setzvorgänge an den Preßflächen der Schraubenköpfe verringert werden. Die Vorspannung der Schrauben und damit die Anpressung der Dichtelemente bleibt erhal­ ten.

Diese erfindunggemäß gestaltete vibrationsbeständige Zentrierung der Flansche und Flanschstutzen bewirkt:

• 1. Eine stetige Übereinstimmung der Lochbilder der zu verbindenden Elemente und damit korrekter Sitz der Dichtelemente,
• 2. die Gewährleistung einer reinen Zugbelastung für die verbindenden Schrauben; ungünstige Biegemo­ mente werden vermieden,
• 3. Vergrößerung der Auflagefläche zur Übertragung der Preßkräfte bei gleichzeitig stets optimaler Ausnutzung der Fläche und damit eine Minimierung der Flächenpressung,
• 4. Nivellierung der Preßkräfte und Biegemomente auf dem Umfang des Flanschkragens 8 und des Bundes 7 durch zum einen gegenseitige Stützwirkung der ohne Sägespalt hergestellten Flanschhälften, zum andern die Stützwirkung der Hangabtriebskräfte und demgemäße Verringerung der Durchbiegung,
• 5. eine erhebliche Montageerleichterung, da eine manuelle Vormontage durch zwei gepaarte Flansch­ hälften die Verbindung bereits fixiert.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Verbindung ermög­ licht damit die Bildung einer Kupplung mit Split­ flanschen ohne zusätzliche Fixierelemente. Er weist die Wirkung eines Vollflansches auf und verbindet somit dessen Vorteile mit der Montagefreundlichkeit des Splitflansches.

Claims (2)

1. Verbindung für Hydraulik-Leitungen mit einem an der Rohrleitung angeordneten Flanschstut­ zen (1), mit einem Bund (7) und mit dem Flanschstutzen (1) zusammenwirkenden, diesen unter Zwischenschaltung einer Dichtung mit­ tels Schrauben (3) und/oder Muttern an einem anderen Bauteil, z. B. einem anderen Flansch­ stutzen festlegenden Splitflanschen (2), mit je einem den Bund (7) übergreifenden Kragen (8), dessen Innenwandung dicht an der Außen­ wandung des Bundes (7) anliegt, wobei an den Splitflanschen (2) je eine profilierte Kragen­ stufe (4) und an dem Flanschstutzen (1) eine umlaufende profilierte Bundkante (5) vorge­ sehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung als geradflächige Hinterschnei­ dung ausgebildet ist, die die Flansche (2) auf dem Flanschstutzen (1) zur Mittelachse (X-X) hin zentriert und der Innendurchmes­ ser (d) der Flansche (2) größer als der Außendurchmesser (D) des Flanschstutzens (1) ist, d.h. zwischen jedem Flansch (2) und Flanschstutzen (1) ein Spiel besteht.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hinterschneidung einen Winkel α von etwa 10° aufweist.