einer Anschlussfläche und einer Referenzfläche

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Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2019 100 443.8, eingereicht am 9. Januar 2019, auf deren Inhalte hier Bezug genommen wird.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gasdichten Verbindung zwischen einer Anschlussfläche und einer Referenzfläche.

Der Gegenstand der Erfindung findet insbesondere aber nicht abschließend

Anwendung in der Prozessindustrie bei der Verbindung zweier Gefäße, deren

Anschlußflächen nicht miteinander fluchten und die - beispielsweise aus baulichen Gründen - nicht fluchtend zueinander ausgerichtet werden können. Im Ergebnis weichen die geometrischen Normalen der korrespondierenden Anschlußflächen voneinander ab und es ergibt sich hieraus ein Winkelversatz a. Ein solcher

Winkelversatz a steht der gasdichten Verbindung der beiden Gefäße entgegen.

Grundsätzlich ist bekannt, zwischen den korrespondierenden Anschlußflächen einen elastomeren O-Ring als Winkelversatzkompensationsmittel vorzusehen und die korrespondierenden Anschlußflächen miteinander kraftschlüssig zu verbinden.

Zusätzlich können dabei einstellbare Abstandshalter (Stellschrauben) vorgesehen sein, welche die mechanischen Spannungen zwischen den korrespondierenden

Anschlußflächen und den jeweiliegen Gefäßen begrenzen. Nachteilig sind hierbei die asymmetrische Belastung des Dichtelements, welche zu Undichtigkeiten und/oder Zerstörung des Dichtelements führen kann, sowie die aufwändige Einstellung der Abstandshalter. Aus der DE 10 2006 034 323 A1 ist eine bewegliche Rohrleitung bekannt, welche Anschlußflächen zwischen ihren eine Wellrohranordnung als Winkelversatzkompensationsmittel aufweist. Der Offenbarung ist die grundsätzliche Eignung solcher Wellrohranordnungen zur Kompensation axialer Abständsänderungen zwischen den Anschlußflächen, von Relativbewegungen der Anschlußflächen quer zur Längsrichtung des Wellrohrs sowie Taumelbewegungen der Anschlußflächen bekannt.

In der DE 10 2012 016 843 A1 ist ein justierbarer Flansch für einen Turm einer Windkraftanlage beschrieben. Dabei sind zum Ausgleich von Winkelabweichungen zwischen einem Fundamentflansch und einem Turmflansch zwei gleichartige, ringförmige Elemente vorgesehen, deren Stirnflächen jeweils zueinander geneigt sind. Wegen der Vielzahl von Dichtflächen ist eine solche Anordnung für gasdichte

Verbindungen ungeeignet.

Schließlich ist aus der DE 20 2012 011 622 U1 eine Ausdehnungsverbindung für eine Fluidleitung bekannt, wobei ein erstes Rohrsegment eine erste Gelenkfläche aufweist und ein zweites Rohrsegment eine zweite Gelenkfläche aufweist, wobei die erste und die zweite Gelenkfläche als kugelförmige Bereiche geformt sind. Das erste und das zweite Rohrsegment sind mit einem Wellrohr verbunden, welches die

Gelenkverbindung gegen die Atmosphäre abdichtet. Nachteilig ist die Baulänge dieser Anordnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum gasdichten

Verbindung zwischen einer Anschlussfläche und einer Referenzfläche mit geringer Baulänge anzugeben, bei der die Dichtungsfunktion von der Ausrichtungsfunktion getrennt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum gasdichten Verbindung einer ersten Anschlusstelle mit einer Anschlussfläche und einer zweiten Anschlussstelle mit einer ortsfesten, vorgegebenen Referenzfläche einer Rohrflanschverbindung, welche zur besagten Anschlussfläche um einen Versatzwinkel a angeordnet ist, der über

Winkelversatzkompensationsmittel ausgleichbar ist.

Erfindungsgemäß umfasst die erste Anschlussstelle eine Kugelgelenkanordnung als Winkelversatzkompensationsmittel, die einen Rohrabschnitt mit einem konvexen distalen Endbereich aufweist, der gelenkig mit einem hierzu korrespondierenden konkaven Ringbereich der Flanschscheibeneinheit zusammenwirkt, an deren

Seitenflächenbereich mindestens eine Stellschraube zur Anpassung an den

Versatzwinkel a angreift, mit welcher der lokale Abstand zu einer koaxial am

Rohrabschnitt benachbart zum konvexen distalen Endbereich ortsfest befestigten Gegenscheibe einstellbar ist.

Mit anderen Worten weist die erste Anschlusstelle an ihrem distalen Ende einen ringförmigen Abschnitt mit einer konvexen Oberfläche in Form einer Kugelschicht auf. Darüber hinaus umfasst die erste Anschlusstelle an ihrem distalen Ende eine

Flanschscheibeneinheit, welche eine Ausnehmung in Form einer Kugelschicht mit einer konkaven Oberfläche aufweist und deren distale Oberfläche korrespondierend zur ortsfesten, vorgegebenen Referenzfläche der zweiten Anschlussstelle ausgebildet ist. Der Radius der konvexen Oberfläche der erste Anschlusstelle ist gleich dem Radius der konkaven Oberfläche der Ausnehmung des Anschlusselements. Die Flanschscheibeneinheit ist beweglich mit der ersten Anschlusstelle verbunden, wobei die konkaven Oberfläche der Ausnehmung der Flanschscheibeneinheit auf der konvexen Oberfläche des ringförmigen Abschnitts der ersten Anschlusstelle unter Bildung der Kugelgelenkanordnung aufliegt.

Dank der Ausbildung des distalen Endbereichs des Rohrabschnitts im

Zusammenwirken mit der Flanschscheibeneinheit als Kugelgelenkanordnung lässt sich ein Winkelversatz von miteinander zu verbindenden Rohrachsen in einfacher Weise ausgleichen. Dabei erfolgt die Winkeleinstellung über mindestens eine, vorzugsweise zwei Stellschrauben, welche die erforderliche Neigung der Flanschscheibeneinheit gegenüber der ortsfest am anzubringenden Rohrabschnitt befestigten Gegenscheibe justiert. Im Prinzip trennen diese Winkelversatzkompensationsmittel die

Ausrichtungsfunktion der Rohrflanschverbindung von der Dichtungsfunktion, welche durch vollflächige Anlage zweier miteinander zu verbindender Flanschflächen gewährleistet wird. Hierdurch kann eine schnellere und intuitivere Justage einer unter Winkelversatz stehenden Rohrflanschverbindung vorgenommen werden. Da die Dichtung über die Kugelgelenkanordnung am distalen Endbereich des Rohrabschnitts sichergestellt wird, kann eine dauerhafte Dichtigkeit auch bei größeren Versatzwinkeln erzielt werden.

Zum Zusammenwirken mit dem konvexen distalen Endbereich des Rohrabschnitts ist die Flanschscheibeneinheit vorzugsweise aus zwei flächig aneinander zur Anlage kommenden Scheibenteilen ausgebildet, die gemeinsam innenradialseitig den konkaven Ringbereich bilden. Durch diese Zweiteilung lässt sich die

Flanschscheibeneinheit an den distalen Endbereich des Rohrabschnitts montieren. Beide Scheibenteile können beispielsweise miteinander verschraubt oder verschweißt werden. Ein Scheibenteil der Flanschscheibeneinheit ist vorzugsweise als eine mehrere Durchgangsbohrungen aufweisende Flanschscheibe ausgebildet, um hierüber die Befestigung zu einem die Referenzfläche aufweisenden Gegenflansch der

Rohrflanschverbindung zu realisieren. Das andere Scheibenteil kann demgegenüber im Grunddurchmesser kleiner ausgebildet sein und weist vorzugsweise

außenumfängliche Ausnehmungen als Freilassungen für die Durchgangsbohrungen auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Flanschscheibeneinheit ist

vorgesehen, dass zwischen den beiden Scheibenteilen mindestens eine kugelige Ausnehmung gebildet ist, die gemeinsam mit einem Kugelkopf der zugeordneten Stellschraube ein zugeordnetes Kugelgelenk bildet. Als kugelige Ausnehmung wird diesbezüglich eine seitens eines Scheibenteils oder beider Scheibenteile eingebrachte konkave Kugelschicht verstanden, welche gemeinsam mit dem Kugelkopf das

Kugelgelenk bildet, welches ein Verschwenken der Stellschraube - je nach

Versatzwinkel a - zulässt. Dabei ist es ausreichend, wenn der Kugelkopf der

Stellschraube zumindest eine konvexe Oberflächenform einer korrespondierenden Kugelschicht aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Winkelversatzkompensationsmittel weist die diese umfassende mindestens eine Stellschraube ein Außengewinde auf, das mit einem in der ortsfesten Gegenscheibe ausgebildeten Innengewinde derart zusammenwirkt, dass sich hierüber eine Anpassung an den Winkelversatz a vornehmen lässt, indem die Stellschraube ein- oder ausgedreht wird.

Ganz vorzugsweise sind genau zwei Stellschrauben mit je einem zugeordneten Kugelgelenk vorgesehen, welche auf zwei orthogonal zueinander verlaufenden Schwenkachsen X und Y der Flanschscheibeneinheit angeordnet sind. Hierdurch lässt sich jeder beliebig räumlich verlaufende Versatzwinkel a durch Betätigung der beiden Stellschrauben kompensieren.

Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die mindestens eine Stellschraube der Winkelversatzkompensationsmittel durch eine quer hierzu in den Randbereich der ortsfesten Gegenscheibe eingeschraubte Fixierschraube arretierbar ist. Hierdurch kann ein ungewolltes Verstellen der

Stellschraube, beispielsweise infolge Schwingbeaufschlagung, verhindert werden.

Um den erfindungsgemäßen Winkelversatzkompensationsmitteln im Bereich der Kugelgelenkanordnung der ersten Anschlussstelle eine verbesserte statische

Abdichtung zu verleihen, wird vorgeschlagen, im Überlappungsbereich zwischen dem konvexen distalen Endbereich des Rohrabschnitts und dem hiermit

korrespondierenden konkaven Ringbereich der Flanschscheibeneinheit mindestens einen elastomeren Dichtring anzuordnen. Der Dichtring kann beispielsweise als O-Ring ausgebildet sein, welcher in einer Umfangsnut seitens des Rohrabschnitts oder der Flanschscheibeneinheit eingelegt ist.

Gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird zudem

vorgeschlagen, dass zwischen dem konvexen distalen Endbereich des Rohrabschnitts und dem hierzu korrespondierenden konkaven Ringbereich der

Flanschscheibeneinheit mindestens ein Anschlagstift oder dergleichen zur Begrenzung des durch die Stellschraube einstellbaren Schwenkbereichs zum Ausgleich des Versatzwinkels a angeordnet ist. Ein solcher Anschlagstift kann beispielsweise in den konvexen distalen Endbereich des Rohrabschnitts eingeschraubt sein, und zwar an der zugeordneten Stellschraube gegenüberliegenden Seite des Rohrabschnitts.

Gemäß einer bevorzugten Anwendungsvariante werden die erfindungsgemäßen Winkelversatzkompensationsmittel an einer Rohrflanschverbindung eines optischen Messgeräts für Flüssigkeiten oder Gase, insbesondere eines optischen

Gaskonzentrations-Messgeräts, eingesetzt, um dieses an ein Messmedium

anzuschließen.

Weitere die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Rohrflanschverbindung mit

Winkelversatzkompensationsmitteln,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Winkelversatzkompensationsmittel der ersten

Anschlussstelle,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die erste Anschlussstelle der Rohrflanschverbindung mit den hierin integrierten Winkelversatzkompensationsmitteln im Schnitt A-A der Fig. 2, und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die erste Anschlussstelle der Rohrflanschverbindung mit den hierin integrierten Winkelversatzkompensationsmitteln im Schnitt E-E der Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung zum gasdichten Verbinden einer ersten

Anschlussstelle mit einer Anschlussfläche 1 und einer zweiten Anschlussstelle mit einer Referenzfläche 2 einer Rohrflanschverbindung seitens der ersten Anschlussstelle angeordnete Winkelversatzkompensationsmittel auf, um einen Versatzwinkel a zwischen der ersten Anschlussfläche und der Referenzfläche 2 auszugleichen. Hierfür umfasst die erste Anschlussstelle eine Kugelgelenkanordnung 3, die einen

Rohrabschnitt 4 mit einem konvexen distalen Endbereich 5 aufweist. Der gelenkig mit einem hierzu korrespondierenden konkaven Ringbereich einer Flanschscheibeneinheit 6 zusammenwirkende distale Endbereich 5 ist über mindestens eine Stellschraube 7 hinsichtlich des Versatzwinkels a anpassbar. Zu diesem Zweck ist der lokale Abstand zu einer koaxial am Rohrabschnitt 4 benachbart zum konvexen distalen Endbereich 5 ortsfest befestigten Gegenscheibe 8 einstellbar. Die Gegenscheibe 8 verläuft orthogonal zur Rohrachse des Rohrabschnitts 4. Eine Befestigung der ersten

Anschlussstelle mit der zweiten Anschlussstelle ist über eine Verschraubung 9 (exemplarisch) im Sinne einer Flanschverbindung realisiert.

Gemäß Fig. 2 besteht die Flanschscheibeneinheit 6 aus zwei flächig aneinander zur Anlage kommenden Scheibenteile 10 und 1 1. Das eine Scheibenteil 10 der

Flanschscheibeneinheit 6 weist mehrere Durchgangsbohrungen 12 (exemplarisch) zur Aufnahme der - hier nicht weiter dargestellten - Verschraubung 9 auf. Der Ausgleich des Versatzwinkels a erfolgt durch Betätigung zweier Stellschrauben 7 und 7‘, welche auf zwei zueinander orthogonal verlaufende Schwenkachsen X bzw. Y angeordnet sind. Dabei bewirkt eine Verstellung der Stellschraube 7 ein Verschwenken der Flanschscheibeneinheit 6 um die Schwenkachse X, wohingegen ein Verstellen der anderen Stellschraube 7‘ ein Verschwenken der Flanschscheibeneinheit 6 um die andere Schwenkachse Y bewirkt. Durch verschieden wählbare Stellungen der beiden Stellschrauben 7 und 7‘ lässt sich jeder räumlich denkbare Versatzwinkel a in einem definierten Schwenkbereich einstellen.

Die Fig. 3 illustriert die Wirkung der Verstellung der Stellschraube 7 im Schnitt A-A der vorstehend erörterten Fig. 2. Über die zentrale Kugelgelenkanordnung 3 wird eine Verschwenkbarkeit dieser Ebene ermöglicht. Damit die Stellschraube 7 die zur Erstellung erforderliche Bewegungsfreiheit erhält, ist zwischen den beiden

Schreibenteilen 10 und 1 1 der Flanschscheibeneinheit 6 eine zugeordnete kugelige Ausnehmung 13 gebildet. Diese kugelige Ausnehmung 13 wirkt mit einem Kugelkopf 14 der Stellschraube 7 zur Bildung eines Kugelgelenks zusammen. Das

Außengewinde der Stellschraube 7 greift in ein hierzu korrespondierendes

Innengewinde, das in die ortsfest orthogonal am Rohrabschnitt 4 angebrachte

Gegenscheibe 6 eingebracht ist, worüber sich eine Anpassung an den Versatzwinkel a um die Schwenkachse X vornehmen lässt.

Die Stellschraube 7 ist durch eine quer hierzu in den Randbereich der ortsfesten Gegenscheibe 6 einschraubbare Fixierschraube 15 arretierbar. Im Bereich der zentralen Kugelgelenkanordnung 3 ist weiterhin ein elastomerer Dichtring 16 eingesetzt, um den Spalt zwischen dem Rohrabschnitt 4 und der bewegbar hieran angeordneten Flanschscheibeneinheit 6 abzudichten. Ferner ist im Bereich der zentralen Kugelgelenkanordnung 3 ein Anschlagstift 17 in den konvexen distalen Endbereich 5 des Rohrabschnitts 4 eingeschraubt, um den durch die Stellschraube 7 einstellbaren Schwenkbereich zum Ausgleich des Versatzwinkels a zu begrenzen. Die Fig. 4 illustriert im Schnitt E-E aus Fig. 2 die Winkelversatzkompensationsmittel zum Verschwenken der Flanschscheibeneinheit 6 um die andere Schwenkachse Y. Hierfür wird die andere Stellschraube T hinein- oder herausgeschraubt. Die

Funktionsweise lehnt sich dabei an die im Zusammenhang mit der vorstehend erörterten Fig. 3 beschriebenen Funktionsweise an. Einander entsprechende Bauteile sind mit analogen Bezugszeichen versehen.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise nicht notwendig, dass eine Anpassung an den Versatzwinkel a hinsichtlich zweier orthogonal zueinander verlaufender Schwenkachsen zu erfolgen hat. Je nach Anwendungsfall kann es hinreichend sein, dass eine Anpassung nur lediglich einer Schwenkachse ausreicht, um den Versatzwinkel a zwischen einer Anschlussfläche und einer Referenzfläche einer Rohrflanschverbindung

auszugleichen.

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Bezugszeichenliste

1 Anschlussfläche

2 Referenzfläche

3 Kugelgelenkanordnung

4 Rohrabschnitt

5 distaler Endbereich

6 Flanschscheibeneinheit

7 Stellschraube

8 Gegenscheibe

9 Verschraubung

10 erstes Scheibenteil

11 zweites Scheibenteil

13 kugelige Ausnehmung 14 Kugelkopf

15 Fixierschraube

16 Dichtring

17 Anschlagstift a Versatzwinkel