Druckdichte Flanschverbindung und Verfahren zum Schnellverbinden Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine druckdichte Flanschverbindung zwischen Apparateflanschen von Druckbehältern oder Drucksystemen einerseits und Verschluss- oder Anschlussflanschen andererseits sowie ein Verfahren zum Schnellverbinden. Anwendungsgebiet der Erfindung

Druckdichte Flanschverbindungen werden unter anderem benötigt für Druckbehälter, wie sie beispielsweise als Inversiertrommel für die Aufnahme eines präparierten Aus- kleidungsschlauchs zum Zwecke der Innensanierung einer schadhaften Rohrleitung im Einstülpverfahren Anwendung finden. Hierbei wird das Schlauchmaterial durch einen großformatigen Apparateflansch in den Druckbehälter beschickt und mit Luftdruck und ggf. Zusatzantrieb durch eine an einem ausgangsseitigen Apparateflansch angeflanschte Druckschleuse hindurch in ein zu sanierendes Abwasserrohr gefördert. Die Beschickungsöffnung ist vor der Druckbeaufschlagung des Druckbehälters sorgfältig mit einem Verschlussflansch, synonym auch als Blindflansch oder Flanschdeckel bezeichnet, zu verschließen, um Druckverluste zu vermeiden. Üblicherweise wird der Verschlussflansch mit Schraubbolzen am Apparateflansch befestigt, die durch über den Umfang der beiden gegenüberstehenden Flansche verteilter Bohrungen hindurchführen und mit Gegenmuttern festgezogen werden (DE 20 2010 016 064 Ul), wobei zwischen den beiden Flanschen eine Dichtung sitzt, die z. B. aus einer Platte aus einem geeigneten Elastomerwerkstoff herausgeschnitten ist oder aus einem Dichtungsring besteht und für Luftdichtheit sorgt. Obwohl hierbei durchaus eine zufriedenstellende Abdichtfunktion erreicht werden kann, sind die Nachteile nicht zu übersehen. Zum einen ist das Öffnen und Verschließen der Beschickungsöffnung zeitaufwändig. Ferner sind alle Schraubbolzen sorgfältig und gleichmäßig anzuziehen, um Lecks, Verspannungen, Schäden an der Dichtung und Gewindeverletzungen zu vermeiden. Letztlich verliert sich immer mal der eine oder andere Schraubbolzen oder Gegenmutter, was entweder zu einer mangelhaften Abdichtung führt oder zum zeitaufwändigen Suchen nach einem Ersatz. Es ist dabei zu berücksichtigen, dass die Arbeiten typischerweise auf einer werksfernen Baustelle durchzuführen sind.

Auch für den Ausgangs- Apparateflansch, an den die verschiedensten Anschlussflansche druckdicht angeflanscht werden können, wie beispielsweise für das Anschließen einer bereits genannten Druckschleuse, eines Inversierkopfes oder eines Führungsschlauchs, sind Funktionssicherheit und einfache Handhabung gefragt.

Weitere Anwendungsgebiete für eine druckdichte Flanschverbindung sind zum Beispiel das druckfeste Verschließen eines aufstellbaren Sanier- oder Absperrpackers im Zuge von Wartungs- und Reparaturarbeiten an Rohren oder Kanälen.

Stand der Technik

Aus DE 2056 242 AI ist eine Flanschdeckeldichtung für eine große Öffnung in einem Behälter bekannt, bei der in einer Nut ein Dichtungsstreifen aus plastischem Material und eine am Dichtungsstreifen anliegende Stützleiste angeordnet sind, und Deckel und Flansch durch längs des Deckelumfangs angeordnete Schraubenbolzen zusammenge- presst sind, die gleichzeitig ein Widerlager für die Stützleiste bilden. Die Schraubenbolzen müssen nacheinander mit hohem Kraftaufwand mittels ihrer Muttern entgegen der Spannkraft des plastischen Dichtungsstreifens bis zum Anschlag an eine Stützleiste angezogen werden.

Neben Bolzenverschraubungen sind sogenannte Knaggen- oder Storz-Schnell- Kupplungen üblich, wie sie von der Feuerwehr benutzt werden. Auch hier sitzt eine kreisringförmige Gummidichtung zwischen den Flanschen. Für größere Öffnungsweiten muss zum Kuppeln und Entkuppeln ein Hakenschlüssel-Set benutzt werden, um gegen die Gummidichtung zu arbeiten. Ihre Verwendung beschränkt sich regelmäßig auf kreisrunde Öffnungen. Zudem sind Knaggenkupplungen für große Durchmesser nicht nur sehr teuer, sondern auch schwer und damit unhandlich.

Andere Flansche werden mit Spannbändern und Spannhebeln oder Spannschrauben unter hohem Kraftaufwand angeschlossen.

Letztlich sind auch beider Flansche formschlüssig übergreifende Klammerverbindungen bekannt (DE 102 59 515 AI, DE 10 2005 036 334 B4). Aufgabe der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine druckdichte Flanschverbindung sowie ein Verfahren zur Verbindung zwischen Apparateflanschen von Druckbehältern oder Drucksystemen einerseits und Verschluss- oder Anschlussflanschen andererseits zu schaffen, wobei besonderen Wert auf ein schnelles, leichtes Anschließen und Lösen ohne Zuhilfenahme von Montagewerkzeugen gelegt wird, die zudem funktionssicher, preiswert und gewichtsarm ist. Für den Verschluss- oder Anschlussflansch sollen die verschiedensten Materialien verwendbar und die verschiedensten Flanschmaße und -formen ausführbar sein. Ferner soll der Verschluss- oder Anschlussflansch selbst verschleißfest, leicht austauschbar und Toleranzen in den Dichtflächen der Flanschflächen ausgleichend sein. Beispielsweise soll sich eine erfindungsgemäße Flanschverbindung für Verschlussflansche von Druckbehältern eignen, wie sie zur Rohrsanierung eingesetzt werden, bei welchen der benötigte Vorrat an Auskleidungsschlauch insgesamt in der Inversionstrommel aufgewickelt (wie GB 1 025 011 A) oder in Lagen gelegt (wie DE 10 2005 036 334 B4) bevorratet ist.

Ebenso soll sich die Erfindung für an Apparateflansche eines Druckbehälters anzukuppelnde Anschlussflansche eignen. Sofern nämlich mit endlosem Auskleidungsschlauch gearbeitet wird, um größere Rohrlängen in einem Zuge zu sanieren, sind zur Vermei- dung von Druckverlusten an der Inversionstrommel eingangsseitig und ausgangsseitig an Anschlussflansche anzukoppelnde Druckschleusen vorgesehen, um schubweise eine gewisse Länge an endlosem Auskleidungsschlauch in die Inversionstrommel nachzufordern und in die Rohrleitung zu inversieren (DE 10 2004 043 383 B4, WO 2012 075994 A2,). Ferner auch für Vorrichtungen, bei denen ein Druckbehälter nur eine vom Auskleidungsschlauch kontinuierlich zu passierende angeflanschte Schleuse oder einen Inversionskopf besitzt, die auf der vom Leitungsrohr abgewandten Seite des Druckbehälters angeordnet sind (z. B. DD 99 643 AI, GB 1 044 645 A) oder bei denen der Auskleidungsschlauch kontinuierlich eine erste angekuppelte Druckschleuse, den Druckbehälter und eine zweite angekuppelte Schleuse passiert.

Weitere Anwendungen betreffen Flanschverbindungen zum Koppeln von Verschlussoder Anschlussflanschen an die Apparateflansche von Sanier- und Absperrpackern, Schlauchlinern oder Drucksystemen ganz allgemein. Offenbarung der technischen Lösung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Fortbildungen sind in den begleitenden Ansprüchen aufgezeigt. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass vom Apparateflansch eines Druckbehälters oder Drucksystems ein Gegenlager für einen mittels einer Schnellverbindung angekoppelten Verschluss- oder Anschlussflansch absteht, und zwischen dem Apparateflansch und dem Verschluss- oder Anschlussflansch eine aufstellbare Formdichtung verbaut ist, welche erst im aufgestellten Zustand den Apparateflansch mit dem Verschluss- oder Anschlussflansch gegen das Gegenlager sicher verspannt.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung stehen vom Apparateflansch Bolzen ab, an dessen Bolzenköpfen oder Bolzenmuttern der Verschluss- oder Anschlussflansch nach einem Ansetzen und Verdrehen im Sinne einer Renkverbindung sein Gegenlager findet. In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung stehen vom Apparateflansch kräftig dimensionierte Haken ab, an dessen Hakenköpfen der Verschluss- oder Anschlussflansch nach dem Ansetzen und Verdrehen im Sinne einer Renkverbindung sein Gegenlager findet. Gemäß einer dritten Ausgestaltung ist im Bereich des Apparateflansches ein Einschub- fach für den Verschluss- oder Anschlussflanschs vorgesehen, welches das Gegenlager bildet.

Ein Flansch als solcher besteht in einer bevorzugten Ausprägung insgesamt aus einem andruckfesten Material und kann einteilig sein, aus mehreren Schichten bestehen oder auch für Sonderan Wendungen quer bzw. längs geteilt ausgebildet sein.

Die aufstellbare Formdichtung ist nach einer weiteren Ausgestaltung an einem Apparateflansch unverlierbar, aber auswechselbar befestigt. Sie kann zum Beispiel am Grunde schwalbenschwanzförmig geformt und vom Flansch geklemmt werden oder sie wird mit einem geeigneten Kleber fixiert. Die Formdichtung lässt sich in einer bevorzugten Ausprägung der Erfindung über eine Druckluftversorgung, die auch den Druckbehälter oder ein Drucksystem speist, aufstellen, um die Flanschverbindung festzulegen und abzudichten, wobei der Luftdruck, der auf die Formdichtung wirkt, über dem Luftdruck im Drucksystem liegen muss. Unter „Aufstellen" ist zu verstehen, dass sich die Formdichtung unter Innendruck mindestens in Verspannrichtung kraftvoll so weitet, dass der Gegenflansch mechanisch - und drucksicher fixiert wird. Wird die Formdichtung später wieder Drucklos gestellt entspannt sich die Formdichtung, wodurch die Montage und Demontage des Gegenflan- sches ohne Kraftanstrengung erfolgen kann. Selbstverständlich sind auch weitere

Druckmedien, insbesondere Wasser geeignet, um die Formdichtung zu beaufschlagen. Im einfachsten Falle ist die Formdichtung eine hohle, mit einem Druckanschluss und gegebenenfalls einem Absperrregelventil versehene, in sich geschlossene Dichtung aus einem hoch beanspruchbaren elastomeren Material.

Nach einer Variante hierzu lässt sich die Dichtung auch unabhängig vom Druckmedium im System aufstellen und entspannen.

Nach einer weiteren Variante sind an Druckbehältern oder für Drucksysteme mit Stan- dardflanschen die erfindungsgemäßen Apparateflansche 2 den Standardflanschen vorgebaut.

In allen offenbarten Ausgestaltungen können gemäß einer speziellen Ausprägung der Erfindung die Gegenlager anstelle am Apparateflansch am Verschluss- oder Anschluss- flansch befestigt sein.

Gemäß einer zusätzlichen Ausprägung erlaubt ein Verschlussflansch eine Sicht durch einen Anschlussflansch hindurch in einen Druckbehälter.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung offenbart ein sehr einfaches, werkzeugloses Schnellverbinden und -lösen eines Verschluss- oder Anschlussflansches an einen Apparateflansches eines Druckbehälters oder Drucksystems. Die Verbindung ist nicht nur sehr sicher und schnell zu be- werkstelligen, sondern auch besonders montagefreundlich, da im Gegensatz zu fachüblichen Flanschkupplungen ein wesentlich geringerer Materialeinsatz für die Flansche erforderlich ist. Die damit verbundene deutliche Gewichtsersparnis ist insbesondere bei großen Beschickungsöffnungen, wie sie beispielsweise in Inversionstrommeln für die Rohrsanierung notwendig sind, von einer nicht zu unterschätzenden Bedeutung. Ein weiterer Vorteil besteht in einer verbesserten Funktions- und Arbeitssicherheit, da eine aufstellbare Dichtung besser Unebenheiten im Material der Flanschblätter oder durch Schmutzpartikel verursachte ausgleichen kann. Da für die infrage kommenden Druckbehältern oder Drucksysteme ohnehin eine Druckluftversorgung vorhanden sein muss, wirkt sich die Notwendigkeit eines Druckluftanschlusses für die Formdichtung nicht nachteilig aus.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Druckbehälter mit einem Beschickungsflansch und einem Anschlussflansch,

Fig. 2 eine Flanschpaarung für ein Bolzen-Gegenlager,

Fig. 3 eine Flanschpaarung für ein Haken-Gegenlager und

Fig. 4 eine Flanschpaarung für ein Einschub- Gegenlager.

Gemäß der Fig. 1 ist beispielhaft ein Druckbehälter 1 als mobile Inversionstrommel für eine Schlauchlinersanierung ausgeführt. Durch einen großzügig bemessenen Apparateflansch 2 wird die Inversionstrommel mit Schlauchmaterial beschickt. Nach dem Stand der Technik ist der Apparateflansch 2 mit einem Verschlussflansch druckfest verschraubt, wobei die peripher angeordneten zahlreichen Schraubbolzen jedes Mal zur Abnahme und zum Festschrauben des Verschlussflansches 3 recht umständlich gelöst bzw. wieder angezogen werden müssen. Mit dem erfindungsgemäßen Verschlussflansch 3 vereinfachen sich hingegen die Handgriffe enorm. Etwa der Befüllungsöff- nung gegenüber ist ein Auslassstutzen 4 an den Druckbehälter 1 geschweißt, an dessen weiteren Apparateflansch 2 mittels eines Anschlussflansches 3 z. B. eine Schlauchschleuse 5 oder ein Inversionskopf angeflanscht werden kann. Der Druckbehälter 1 und das Drucksystem insgesamt werden über eine Druckluftarmatur 6 mit Druckluft versorgt. Das Aufstellen der im Montage- und Demontageprozess entspannten Formdichtungen kann z.B. über Druckluftanschlüsse 7 erfolgen.

Im Folgenden sollen mehrere Varianten eines erfindungsgemäßen Verschluss- oder Anschlussflansches 3 für einen Apparateflansch näher beschrieben werden.

Die Erfindung macht sich im Beispiel den Umstand zunutze, dass für die Druckluftarmatur 6 zum Verschließen des großen Apparateflansches 2 als auch optional zum Ankuppeln eines Zubehörteils 5 an den Auslassstutzen 4 die ohnehin vorhandene Druckluftversorgung für den Druckbehälter 1 genutzt werden kann.

In einer ersten Variante einer Flanschschnellverbindung für einen Druckbehälter 1 oder ein Drucksystem stehen gemäß Fig. 2 von einem ovalringförmigen Apparateflansch 2 peripher mehrere Bolzen 9 ab, die mit ihren Bolzenköpfen ein Gegenlager für einen ovalen Verschlussflansch 3 als Gegenflansch bilden und deren Anzahl und Stärke sich nach dem entsprechenden Anwendungsfall richtet. Entsprechend hat der Verschlussflansch 3 Schlitze 10 mit einseitigen Öffnungen für die Bolzenköpfe der Bolzen 9. Die Bolzenköpfe hintergreifen den Verschlussflansch 3 nach seinem Anstecken durch die Schlitzöffnungen 10 hindurch und einem nachfolgenden Verdrehen in Richtung der Schlitzenden im Sinne einer Renkverbindung. Der Verschlussflansch 3 lässt sich auf diese Weise schnell und doch definiert mit dem Apparateflansch 2 verbinden und lösen. Auf dem Apparateflansch 2 ist eine aufstellbare, elastomere Formdichtung 8 unverlierbar, aber auswechselbar fixiert, welche die Flanschöffnung 11 umfängt. Im drucklosen Zustand der Formdichtung 8 lässt sich der materialarme und somit recht leichte Verschlussflansch 3 bequem auf die Bolzen 9 stecken und bis zu den Schlitzanschlägen verdrehen. Griffe 13 können die Handhabung erleichtern. Wird jedoch die Formdichtung 8 anschließend mit Druckluft aufgestellt, so presst sich diese einerseits dichtend gegen den Apparateflansch 2 und andererseits dichtend gegen den Verschlussflansch 3, dessen Gegenlager die Bolzenköpfe der Bolzen 9 bilden. Es entsteht eine sichere Flanschverbindung. Bei einer Demontage wird zuerst die Formdichtung 8 entspannt, bevor der Verschlussflansch 3 abgenommen wird. Eine zweite Variante nach Fig. 3 unterscheidet sich von der erstgenannten Variante dadurch, dass anstelle der Bolzen stabile Haken 9 vom - hier kreisringförmig gezeichneten - Apparateflansch 2 abstehen, welche einen im Beispiel mit einer Durchlassöffnung 11 dargestellten kreisringförmigen Anschlussflansch 3 als Gegenflansch hintergreifen. Der Anschlussflansch 3 wird im entspannten Zustand der Formdichtung 8 unter Zuhilfenahme der äußeren Griffe 13 leicht verdreht angesetzt und wiederum im Sinne einer Renkverbindung fixiert. In umgekehrter Reihenfolge erfolgt das Lösen bei entspannter Formdichtung 8.

In einer dritten Ausführung gemäß Fig. 4 ist anstelle einer Renkverbindung eine formschlüssige Einschubverbindung für einen speziellen Verschlussflansch 3 als Gegenflansch vorgesehen. Beide Flansche 2, 3 haben beispielhaft eine spezielle Geometrie. Der dreiseitig umlaufende oder partiell unterbrochene Rand eines Einschubfachs 9 bil- det im aufgestellten Zustand der Formdichtung 8 das Gegenlager für den einzuschiebenden Verschlussflansch 3 und ist am Apparateflansch 2 befestigt. Das Herstellen und Lösen der Verbindung vereinfacht sich hierdurch nochmals, insbesondere finden sich Verschlussflansch 3 und Einschubfach 9 schneller. Auch verbessert der umlaufende Rand des Einschubfachs 9 die Stabilität. Ein Justierschlitz in beiden Flanschen 2, 3 er- leichtert die richtige Positionierung des Gegenflansches 3 zum Apparateflansch 2. Der Verschlussflansch 3 kann ein- oder mehrteilig sein. Im Beispiel ist der Verschlussflansch 3 quergeteilt. Dies kann Vorteile haben im Zusammenhang mit Arbeiten an einem Drucksystem, z. B. wenn eine Strahlerkette durch einen Apparateflansch 2 eines Absperrpackers hindurch in einen Schlauchliner gezogen wird, um diesen unter anlie- gender Druckluft auszuhärten. Durch eine Teilung des Verschlussflansches 3 reduziert sich der Druckverlust beim Freigeben der Durchgangsöffnung 11 zum Einführen des Geräts. Die Zugeinrichtung für die Strahlerkette kann durch ein Loch 12 geführt werden. Bei Druckbehältern oder Drucksystemen mit Standardflanschen als Apparateflansch lassen sich gemäß einer Weiterbildung die erfindungsgemäß hergestellte Apparateflan- sche 2 den Standardflanschen vorbauen. Bezugszeichen

1 Druckb ehälter

2 Apparateflansch

3 Verschluss- oder Anschlussflansch

4 Auslassstutzen

5 Druckschleuse

6 Druckluftarmaturen für Druckbehälter

7 Druckluftanschluss für eine Formdichtung einer Flanschkupplung

8 aufstellbare Formdichtung

9 Gegenlager (Bolzen, Haken, Einschubfach)

10 Schlitz für eine Renkverbindung

11 Durchlassöffnung in einem Flansch

12 Schlauchloch

13 Griff

14 Justierschlitz