專利名稱：管子連接用松套法蘭以及用于生產松套法蘭的方法
技術領域：
本發明涉及一種用來在各自裝有一個軸環的對置管子端部連接管子的松套法蘭，該松套法蘭包括一個環形法蘭主體，該法蘭主體具有多個沿圓周分布并用于緊固裝置的外通孔。
本發明還涉及一種管子連接用松套法蘭的生產方法，該松套法蘭具有多個沿圓周分布的外通孔。
人們都知道，可以將多種具有分布在管子端部附近的通孔的環形法蘭用于管子的密封連接。在所有情況下，這些法蘭都以松套法蘭形式定位在管子端部的環繞軸環上，并且借助于瞄準穿過該沿圓周分布通孔的多條螺栓進行固定，該螺栓與設置在所述螺栓自由端上的螺母相連，從而在兩個管子端部之間產生了一個牢固和密封的連接。在這種情況下，每個松套法蘭都靠緊一個管子端部，該管子端部位于離開對置管端的該管端軸環的一個側面上。
由于軸向固定力經常由軸環沿徑向向外的方向作用，這就有可能出現這樣的情況，松套法蘭在一個外部區域內彼此相對地移動，并由此產生了永久變形。隨后該法蘭會具有一種有害的凸錐形。因此，在通過擰緊螺栓固定這樣一種管道法蘭連接期間，密封裝置和軸環將受到壓縮，法蘭會翻轉而且螺釘會伸長。
特別是當松套法蘭在由聚合物材料制成的管道中使用時，受力零件、軸環、密封裝置特別是松套法蘭的蠕變都不能避免，從而導致密封力減小。夾緊螺栓或夾緊螺釘由于自身少量伸長，通常不能補償聚合物材料零件的蠕變。雖然沿軸向彈性的松套法蘭可以補償該蠕變，但是，這種合乎要求的易彎法蘭具有如上所述的主要缺點，即，在機械負載作用的情況下，該法蘭由于其軸向剛度較小會沿軸向產生顯著的變形和/或翻轉。相關的法蘭錐狀變形作用由此將被加強，這會導致螺釘的支承面傾斜，并由此使螺栓受到有害偏心載荷的作用。
因此，本發明的目的是提供一種用于管子連接的松套法蘭，該法蘭可以保證規定的軸向彈性剛度和變形能力，并且螺釘支承面不會發生有害的傾斜從而螺釘也不會受到偏心載荷。
為了實現上述目的，根據權利要求1前言部分的本發明松套法蘭，其特征在于，法蘭主體具有一個內環部分和一個外環部分，內環部分的徑向內側至少在某些區域內具有一個沿圓周延伸的預定深度凹槽。
本發明的松套法蘭的特殊優點在于，規定的軸向剛度可以通過在法蘭主體的內環部分設置一個凹槽而得到保證。該凹槽在法蘭主體的一個徑向內部區域中提供松套法蘭的特定彈性變形能力。該松套法蘭的軸向剛度從該法蘭的一個外部區域向一個內部區域減小，從而使一個附加緊固裝置(即一個具有頭部的夾緊螺栓或一個螺釘)總是保持以預定的表面面積靠緊松套法蘭。
這種結構可以有利地防止由于過大的扭緊力矩而造成的法蘭主體的有害“凹彎”或外環部分的傾斜。因此，緊固裝置端部，特別是螺母和螺釘頭在法蘭主體徑向表面上的不均勻支承就能可靠地避免。
根據該松套法蘭的一個最佳實施例，該凹槽為V形結構并且連續地沿圓周方向延伸。凹槽形成的斜面輪廓在此處可以是平或彎曲的結構。凹槽的形狀取決于內環部分所要求的變形特性。凹槽的形狀還取決于松套法蘭的幾何形狀和/或法蘭連接所要求的預定夾緊力。
和法蘭主體法蘭件的一個朝向軸環的徑向表面在一起，該凹槽被加工成這樣的形狀，以致于在法蘭承受額定負載情況下外環部分產生的翻轉或傾斜被補償，法蘭主體的該徑向表面可與軸環的整個表面面積靠緊，并在該過程中只形成相當小的表面壓力。
根據該松套法蘭的一個改進結構，沿圓周分布并且沿徑向向內伸出的多個突起被設置在內環部分的一個內側面上，所述突起以夾緊作用力將該松套法蘭固定在管子端部。因此就可以將松套法蘭固定在用于安裝的管子上。
根據該松套法蘭的一項改進，法蘭件在一個對著斜面的側面上包括帶有棱柱狀表面結構的多個徑向表面，當擰緊夾緊螺釘時，該結構就發生變形并且這樣地變為水平，以致于在夾緊螺釘的預定的扭緊力矩達到時，該環已經到達其規定位置，并且不可能再進一步降低。因此，根據相應環的位置就可看出每個螺釘何時達到預定的扭緊力矩。此外，看得出的變形幾何形狀也給出了早先已使用的一個標記。
根據該松套法蘭的一項改進，沿圓周分布的多個夾緊凸頭被設置在外通孔的內側，因而夾緊螺釘就由夾緊作用力固定在外通孔內。這種結構特另有助于法蘭連接的豎直安裝。最好是，這些夾緊凸頭以及在內環部分內側上的突起由一種彈性材料，即聚合物材料組成。如果松套法蘭自身也由聚合物材料制成，那么這些突起和/或夾緊凸頭就可以簡單地在該松套法蘭上整體地形成。
本發明的另一個目的是提供一種生產管子連接用松套法蘭的方法，因而一個具有可在很長的時間周期內保持穩定的夾緊能力的法蘭主體就可以在生產期間以一種簡單的方式提供。
為了達到這個目的，根據權利要求18前言部分的本發明方法，其特征在于，兩個相同的環形法蘭件通過注射模塑或鑄造法單獨地制造出來，沿徑向向內取向的變平部分也在該過程中被制造出來，而且在一個第二個步驟中，法蘭件在外環形部分內互相連接，于是由互相面對的變平部分所產生的凹槽也在該過程中形成。
本發明方法的特殊的優點是生產簡易。最好是，相同的法蘭對半件先單獨地制造出來，然后再在一個外部區域部分的徑向表面的表面積鄰接的情況下將它們互相焊接在一起。因此該法蘭件或者說法蘭對半件具有簡單的幾何形狀，從而它們能夠以相當高的生產率進行生產。
根據本發明方法的一個最佳實施例，成形件可以由一種聚合物材料通過注射模塑工藝制造出來，在該成形件之間的固定連接可以通過焊接方便地產生。
下面參照附圖對本發明的示范性實施例進行更詳細的說明，其中
圖1顯示第一法蘭件的一個平面圖；圖2顯示沿著圖1中的II-II線截取的第一法蘭件的一個截面圖；圖3顯示第二法蘭件的一個平面圖；圖4顯示沿著圖1中的II-II線截取的法蘭主體的一個截面圖，所述法蘭主體由第一和第二法蘭件構成；圖5顯示圖4的一部分的放大詳圖；圖6a顯示裝有一個傳感器裝置并處于卸載位置的法蘭主體部分截面圖；以及圖6b顯示處于夾緊位置的圖6a法蘭主體部分截面圖。
下面所說明的松套法蘭用來連接管子的端部(圖中未示出)，每個端部具有一個軸環，所述軸環在其表面積范圍內相互直接靠緊或者處于由一個密封裝置隔開的狀態。每個軸環配有一個環形的松套法蘭，松套法蘭的內徑小于軸環的外徑。兩個松套法蘭互相同軸地對準，并且用緊固裝置沿軸向固定。
圖1顯示一個第一法蘭件1，該法蘭件與圖3中所示的第二法蘭件2連接在一起形成一個法蘭主體3。法蘭主體3具有環形的結構并用來作為靠緊在軸環上一個松套法蘭。一方面，中央通孔4的直徑大于被連接管子的直徑，另一方面，該直徑又小于軸環的外徑。法蘭主體3具有多個沿圓周分布的外通孔5，在所有情況下，該孔中都可以裝有一個具有頭部的螺栓(圖中未示出)作為緊固裝置。螺栓穿過第一法蘭主體3的外通孔5裝入，其長度能使該螺栓的自由端穿過同樣的第二法蘭主體3的對應通孔5。此后，螺栓可以在其螺栓體的自由末端處與一個螺母相連接，從而使定位在軸環上的兩個法蘭主體在所有情況下都可以相互固定。
法蘭主體3具有一個外環部分7和一個內環部分8，外通孔5基本上配置在外環部分7內。法蘭件1和2在外環部分7上互相固定。而在沿著徑向向內方向相鄰的內環部分8內，法蘭件1和2被設計成在卸載的開始位置相互隔開，并在這個過程中形成一個沿圓周方向延伸的凹槽9。凹槽9的截面為V形，它在法蘭主體3的內側面10上沿圓周方向連續地延伸。
作為替代，凹槽9也可具有間斷的結構，該凹槽至少被配置在法蘭主體3的一個沒有外通孔5的圓開口內。
借助于凹槽9，法蘭件1，2中的每一件都在內環部分8內形成一個具有可彈性變形結構的斜面11。凹槽9是一個軸對稱結構，它具有一個沿著根圓6延伸的底部12，根圓6與外通孔5相交。作為替代，根圓也可以具有一個更小的半徑，從而使它與外通孔5徑向隔開。根圓6的半徑尺寸取決于法蘭主體3的材料特性和/或所要求的斜面11的回彈性。斜面11的回彈性將隨著根圓6的半徑的增加而減小，這將減少用于安置該法蘭連接時的預應力補償能力。
有利的是，本發明能通過預先確定凹槽9的深度、法蘭主體3的厚度及其材料特性，從而為斜面11設定一個預先規定的夾緊力，因而一旦在該法蘭連接被安置時斜面11以類似彈簧的方式壓縮到法蘭主體3的夾緊位置，于是斜面11就能補償可觀數量的夾緊力損失。
同時，根圓6形成了斜面11可以圍繞其樞轉的一個回轉軸線或者說回轉圓。凹槽9具有一個張角α，該張角的范圍在2°與20°之間。凹槽9最好具有一個8°的張角。
根圓6的直徑dF小于法蘭件1，2和/或法蘭主體3的孔圓直徑dM。最好將直徑dF設計成在外通孔5的直徑附近，并小于直徑dM。
法蘭件1，2具有相同的厚度，因而法蘭主體3相對于中心面ME基本上具有對稱的結構。
根據本發明，凹槽9還可以用來標志法蘭主體3的一個預定夾緊位置。凹槽9的寬度和深度可以與一個預定的扭緊力矩相協調，螺栓通過該扭緊力矩與螺母相嚙合。該法蘭主體3的預計夾緊位置可用來告知裝配工，對置斜面11的邊緣13已進入直接對接。
可以替代或附加地用來確定何時到達預計夾緊位置的另一個判斷標準由以下事實構成斜面11的外徑向表面14在某些區域，最好是在螺釘頭和/或螺母用的凹座15區域內具有一個棱柱狀表面結構16。到達預計的夾緊位置基于以下事實在螺釘頭和/或螺母連接靠緊在凹座15上以后，它將使端面上的外通孔5擴張，并且施加一個夾緊力，使棱柱狀隆起16塑性變形以致于形成一個平徑向表面14。此時到達的夾緊位置與預先確定的螺栓扭緊力矩相對應。
表面結構16可以是均勻的或不規則的結構。主要因素在于，平均來說，生成的凹座充滿一個與凹座15的徑向區域17剩余部分容積相當的容積。最好是將棱柱狀表面結構16分配給凹座15的沿徑向向內取向的徑向區域17。
外徑向表面14被設計成它們在初始狀態沿著徑向向內的取向偏斜，因而，在夾緊螺栓接合并且位移到夾緊位置以后，頭部和螺母將以同軸的方向直接地與徑向表面14緊靠。
為了便于架空安裝，在所有情況下，外通孔5在邊緣區域應具有沿圓周偏置的多個夾緊凸頭18，螺栓在插入通孔5中以后利用夾緊作用力固定在該凸頭上。
為了在法蘭連接安置以后測定減少的夾緊力，松套法蘭的一個實施例中設置有一個傳感器裝置19，該傳感器裝置具有一個安裝在支座21內的壓力傳感器20，該支座基本上沿軸向從斜面11的外徑向表面14伸出。支座21最好在斜面11的外徑向表面14上整體地形成。含有支座21的斜面11具有一個通孔22，一個與對置的斜面11整體相連的傳感器螺栓23可以穿過該通孔后進行連接。取決于斜面11的張角，壓力傳感器20在與傳感器螺栓23的端面鄰接的情況下被激勵。如果法蘭主體3的夾緊力減小，就會與斜面11的伸展動作發生聯系，傳感器螺栓23就移動一個距離。如果該變動距離超出一個在容差范圍之外的所需預定長度，就會在壓力傳感器20內觸發一個信號，該信號在一個計算裝置(未示出)中進行計算以后，用來發出殘余密封力超出容差范圍的信號。
為了制造出法蘭主體3，借助于注射模塑工藝分別制造出聚合物材料的法蘭件1和2。法蘭件1，2可由熱塑性塑料或者最好由玻璃纖維增強的熱固性聚合物材料構成。作為替代，法蘭件1和2也可由金屬特別是金屬板構成。
在后繼步驟中，兩個法蘭件1和2通過在其外環部分7上進行焊接而互相固定。為了法蘭件1，2的中心定位和/或法蘭件1，2的外通孔5的對中配置，法蘭件1，2沿軸向具有多個沿軸向延伸的對中螺栓24和在內環部分8內的定心孔25。
為了形成新式的凹槽9，法蘭件1，2每個都在內環部分8內具有變平部分26。由于法蘭件1，2具有相同的結構，因而它們可以使用單一的工具制成。這樣就減少了生產成本并且提高了生產率。
為了便于架空安裝，內環部分8的內側面10具有多個沿圓周分布的突起27，這些突起沿徑向向內伸出，用來把法蘭主體3通過夾緊作用力固定在管子的端部。
作為替代，也可以將法蘭主體制成一個單件。
權利要求
1.一種用來在各自裝有一個軸環的對置管子端部連接管子的松套法蘭，所述松套法蘭包括一個環形法蘭主體，所述法蘭主體具有多個沿圓周分布并用于緊固裝置的外通孔，其特征在于，法蘭主體(3)具有一個內環部分(8)和一個外環部分(7)，所述內環部分(8)的徑向內側面(10)至少在某些區域內具有一個沿圓周延伸的預定深度凹槽(9)。
2.根據權利要求1的松套法蘭，其特征在于，所述凹槽(9)的截面為V形結構，而且所述凹槽(9)的互相面對的斜面被設計成沿徑向向內的方向分開。
3.根據權利要求1或2的松套法蘭，其特征在于，所述凹槽(9)的底部(12)一直延伸到至少在多個所述外通孔(5)附近的一個法蘭主體(3)中心圓(M)處。
4.根據權利要求1至3中任一項的松套法蘭，其特征在于，所述凹槽(9)沿圓周方向連續地延伸。
5.根據權利要求1至4中任一項的松套法蘭，其特征在于，所述凹槽(9)的深度(底部12)被設計成在多個所述外通孔(5)附近的深度大于位于所述外通孔(5)之間沿圓周方向的多個區域內的深度。
6.根據權利要求1至5中任一項的松套法蘭，其特征在于，所述凹槽(9)的張角(α)在2°至20°的范圍內。
7.根據權利要求1至6中任一項的松套法蘭，其特征在于，所述凹槽(9)對稱地延伸到所述法蘭主體(3)的一個中心面(ME)上。
8.根據權利要求1至7中任一項的松套法蘭，其特征在于，所述法蘭主體(3)是由互相連接的兩個法蘭件(1，2)所組成的，每個所述法蘭件具有至少一個用來形成所述凹槽(9)的斜面(11)，兩個所述斜面互相面對地對準。
9.根據權利要求1至8中任一項的松套法蘭，其特征在于，所述斜面(11)被設計成在初始狀態下相對于中心面(ME)這樣地傾斜，以致于在額定負載作用下，所述法蘭件(1，2)實現與所述軸環的表面面積鄰接。
10.根據權利要求1至9中任一項的松套法蘭，其特征在于，所述外通孔(5)基本上配置在所述外環部分(7)內。
11.根據權利要求1至10中任一項的松套法蘭，其特征在于，一個沿軸向延伸的傳感器螺栓(23)從所述法蘭件(1，2)的斜面(11)伸出，該螺栓可置換地安裝在對置斜面(11)的通孔(22)內，而且所述傳感器螺栓(23)可以與一個側向設置的壓力傳感器(20)實現工作連接。
12.根據權利要求1至11中任一項的松套法蘭，其特征在于，為了使緊固裝置鄰接緊靠在一個徑向表面(14)上，所述法蘭件(1，2)具有一個棱柱狀表面結構(16)，其深度與所述緊固裝置的預先確定的扭緊力矩相協調，因而當達到該扭緊力矩時所述表面結構(16)變形成平面形式。
13.根據權利要求1至12中任一項的松套法蘭，其特征在于，在至少一個端面上，所述外通孔(5)具有一個用來容納所述緊固裝置頭部的加寬凹座(15)，而且在所述凹座(15)的沿徑向向內取向的邊緣與所述內側(10)之間的距離與所述凹槽(9)這樣地協調，以致于當所述法蘭件(1，2)的互相面對的斜面(11)達到表面面積鄰接時，所述工作連接緊固裝置的預定扭緊力矩已經實現。
14.根據權利要求1至13中任一項的松套法蘭，其特征在于，所述凹座(15)在一個沿徑向向內取向的部分內具有棱柱狀的表面輪廓(16)。
15.根據權利要求1至14中任一項的松套法蘭，其特征在于，沿圓周分布并且沿徑向向內伸出的多個突起(27)被設置在所述內環部分(8)的一個內側面(10)上，所述突起用來以夾緊作用力將所述松套法蘭固定在所述管子端部。
16.根據權利要求1至15中任一項的松套法蘭，其特征在于，沿圓周分布的多個夾緊凸頭(18)被設置在所述外通孔(5)的內側面，它們用來以夾緊作用力將所述緊固裝置固定在所述外通孔(5)內。
17.使用根據權利要求1至16中任一項的法蘭主體來鄰接緊靠管子端部的軸環，互相面對的管子端部的所述軸環借助于接合穿過所述外通孔(5)的多條螺栓互相面對地壓緊，在所有情況下一個所述法蘭主體(3)的所述法蘭件(1，2)在該過程中被壓緊在一起。
18.一種生產管子連接用松套法蘭的方法，所述松套法蘭具有多個沿圓周分布的外通孔，其特征在于，兩個相同的環形法蘭件(1，2)通過注射模塑或鑄造法單獨地制造出來，沿徑向向內取向的變平部分也在該過程中被制造出來，而且在一個第二個步驟中，所述法蘭件(1，2)在外環形部分(7)內互相連接，于是由互相面對的所述變平部分(26)所產生的凹槽(9)也在該過程中形成。
19.根據權利要求18的方法，其特征在于，所述法蘭件(1，2)被做成在某些區域內具有沿軸向延伸的對中螺栓(24)和/或定心孔(25)，從而可使所述法蘭件(1，2)互相之間先以平貼方式定位，然后再互相連接。
20.根據權利要求18或19的方法，其特征在于，所述法蘭件(1，2)是由聚合物材料通過注射模塑或模壓而制成的。
21.根據權利要求18至20中任一項的方法，其特征在于，所述法蘭件(1，2)是由熱塑性材料或玻璃纖維增強熱固性聚合物材料通過注射模塑或模壓而制成的。
22.根據權利要求18至21中任一項的方法，其特征在于，所述法蘭件(1，2)是由金屬板材料制成的。
23.根據權利要求18至22中任一項的方法，其特征在于，所述法蘭件(1，2)是互相焊接的。
全文摘要
本發明涉及一種松套法蘭,它具有沿徑向向內取向和可彈性變形的斜面。其結果是該松套法蘭的夾緊能力得到改進。
文檔編號F16L23/00GK1354826SQ00808638
公開日2002年6月19日 申請日期2000年3月8日 優先權日1999年6月8日
發明者E·許曼, E·德林 申請人:喬治費希爾管路系統公開股份有限公司