DE2948286A1 - ALL-METAL CONNECTION - Google Patents
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Description
beiden zusammengehörigen Flanschen. Der Aufbau der einander gegenüberstehenden Flanschflächen ist so gewählt, daß, wenn die Verbindung auseinandergenommen wird, die Netto-Kraft, die dazu neigt, den Dichtungsring in seiner Position gegen eine der Flanschflächen zu halten, minimiert wird. Insbesondere ist jede Flanschfläche so konfiguriert, daß die restlichen Druckkräfte, die vorhanden sind, wenn der Flanschkopplungsmechanismus gelöst wird, über die Oberfläche der Dichtung verteilt, im Nettoeffekt 1m wesentlichen genauso groß sind wie oder größer sind als die Reibungs- und Binde-Kräfte, die dazu neigen könnten, den Dichtungsring in Kontakt mit einem der Flansche zu halten. Auf diese Welse neigt der Dichtungsring dazu, von den zusammengehörigen Flanschflächen wegzubrechen, wenn die Verbindung auseinandergenommen wird.two associated flanges. Building each other opposing flange surfaces is chosen so that when the connection is disassembled, the net force required to do so tends to hold the sealing ring in position against one of the flange surfaces, is minimized. In particular, each flange surface is configured so that the remaining compressive forces that are present when the flange coupling mechanism is released, distributed over the surface of the gasket, in net effect are substantially equal to or greater than the frictional and binding forces which might tend to keep the gasket in contact with one of the flanges. To these catfish the sealing ring tends to break away from the mating flange surfaces when the connection is disassembled.
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung für die Technik der gasdichten Flanschkupplung, und ist insbesondere anwendbar bei Hochvakuum- und Hochdruck-Flanschverbindungen.The invention relates to an improvement in the gas-tight flange coupling technology, and is particularly applicable to high vacuum and high pressure flange connections.
Ganzmetallene Flanschverbindungen zur Verwendung in Anwendungsfällen, bei denen eine hohe Temperatur und/oder häufiges Ausheizen einer montierten Verbindung gefordert sind, sind bekannt. Insbesondere zeigt die US-PS 32 08 758 eine ganzmetallene Flanschverbindung, bei der eine gasdichte Abdichtung zwischen zusammengehörigen Flanschen dadurch erhalten wird, daß ein weichmetallenes Dichtungsmaterial in eine Ringnut fließt, die zwischen den einander zu weisenden Flanschoberflächen gebildet wird, wenn die beiden zusammengehörigen Flansche zusammengepreßt werden.All-metal flange connections for use in applications at which a high temperature and / or frequent heating of an assembled connection are required are known. In particular shows the US-PS 32 08 758 an all-metal flange connection in which a gas-tight seal between associated flanges is obtained in that a soft metal sealing material flows into an annular groove between the flange surfaces which are to be facing one another is formed when the two associated flanges are pressed together.
Bei der Flanschverbindung nach der US-PS 32 08 758 waren die einander gegenüberstehenden Flanschflächen so konfiguriert, daß eine weichmetallene Dichtung in einer Aussparung aufgenommen werden konnte, die zwischen diesen gebildet wurde, wenn die Flansche zusammengepreßt wurden. Korrespon-In the flange connection according to US-PS 32 08 758 they were each other opposite flange surfaces configured so that a soft metal Seal could be received in a recess formed between them when the flanges were pressed together. Correspondence
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dierende Ringwülste waren auf den einander gegenüberstehenden Flanschflächen so vorgesehen, daß sie in die Aussparung in der Weise vorstanden, daß sie in verschiedene Seiten eines peripheren Bereiches der in der Aussparung angeordneten Dichtung eindringen. Auf diese Weise wurde veranlaßt, daß ein Teil des Dichtungsmaterials in eine Ringnut fließt, die die Peripherie der Aussparung zwischen den einander gegenüberstehendne Flanschflächen bildete. Diese Nut war so dimensioniert, daß ihr Volumen größer war als das Volumen des Dichtungsmaterials, das in die Nut fließen konnte, so daß verhindert wurde, daß das Dichtungsmaterial die Nut vollständig füllte. Wenn zugelassen wurde, daß ein Oberschuß an Dichtungsmaterial in die Ringnut eindrang, wurden die einander gegenüberstehenden Flanschflächen auseinandergedrückt werden. Eine einwandfreie Dimensionierung der Nut diente dazu, für eine Gasabdichtung nach Art eines zusammengepreßten O-Ringes zu sorgen, die Druckunterschieden standhalten konnte, die nur durch die Zugfestigkeit der Metalldichtung begrenzt waren.dating annular beads were provided on the opposing flange surfaces so that they are in the recess in the Way that they penetrate into different sides of a peripheral area of the gasket arranged in the recess. In this way, part of the sealing material flows into an annular groove that formed the periphery of the recess between the opposing flange surfaces. This groove was dimensioned so that its volume was greater than the volume of the sealing material which could flow into the groove so that the sealing material was prevented from completely filling the groove. When an excess of sealing material was allowed to penetrate the annular groove, the opposing flange surfaces would be forced apart. A perfect dimensioning the groove was used to provide a gas seal in the manner of a compressed O-ring that could withstand pressure differences limited only by the tensile strength of the metal gasket.
Bei bekannten Flanschen der beschriebenen Art traten jedoch Schwierigkeiten beim Auseinandermontieren der Flanschverbindung nach Herstellung einer Dichtung auf. Typischerweise waren die bekannten Flansche dadurch gekuppelt, daß die beiden einander gegenüberstehenden Flansche zusammengebolzt wurden. Ein solches Bolzen oder anderes Kompressions-Kuppeln der zusammengehörigen Flanschflächen sorgte für eine Kompression der dazwischen angeordneten Dichtung und resultierte darin, daß das weiche Metall von der Peripherie der Dichtung in eine Ringnut extrudiert wurde, die an der Peripherie der Aussparung zwischen den einander gegenüberstehenden Flanschflächen gebildet war. Wenn die zusammengehörigen Flansche anschließend entbolzt wurden, um die Verbindung auseinanderzunehmen, blieb jedoch die metallene Dichtung häufig an der einen oder der anderen der Flanschflächen oder auch an beiden haften.In known flanges of the type described, however, difficulties occurred when disassembling the flange connection after manufacture a seal on. Typically the known flanges were coupled by bolting the two opposing flanges together. Such a bolt or other compression coupling of the associated flange surfaces ensured compression of the interposed gasket and resulted in the soft metal being extruded from the periphery of the gasket into an annular groove, which was formed on the periphery of the recess between the opposing flange surfaces. When the related Flanges were subsequently unbolted to disassemble the connection, but the metal gasket often remained on one or the other of the flange surfaces or both.
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Wenn eine weichmetallene Dichtung stark gegen die Oberfläche eines härteren Metalls gepreßt war, tritt eine Oberflächen-Bindungserscheinung nach Art einer Schweißung auf. Zusätzlich neigt eine Friktions-Haitekraft, die vom Reibungskoeffizienten des weichmetallenen Dichtungsmaterials gegen die härtere Oberfläche des Flansches abhängt, dazu, einer Bewegung der Dichtung weg vom Flansch entgegenzuwirken.When a soft metal gasket has been pressed hard against the surface of a harder metal, a weld-type surface bonding phenomenon occurs. Additionally tends a friction holding force that depends on the coefficient of friction of the Soft metal gasket material depends on the harder surface of the flange, causing the gasket to move away to counteract from the flange.
Beim Stand der Technik war die Neigung der metallenen Dichtung, an einem der beiden, oder beiden, zusammengehörigen Flansche zu haften, kein unüberwindbares Problem beim Auseinandermontieren der Verbindung, wenn ausreichend Hebelwirkung möglich war, um eine externe Kraft zum Trennen der Flansche anzubringen. Wenn nach der Trennung der Flansche die weichmetallene Dichtung an dem einen oder anderen der Flansche haften blieb, konnte die Dichtung gewöhnlich ziemlich leicht mit einem Handwerkzeug entfernt werden, mit dem die Dichtung vom Flansch, an dem sie haftete, weggestemmt werden konnte. Bei der in letzter Zeit in starkem Umfang auftretenden Forderung nach Mini flanschen (d. h. Flanschen mit einem Dichtungsdurchmesser von weniger als etwa 1 Zoll = 25 mm) ist die Unzugänglichkeit von Miniflanschdichtungen hinsichtlich der Entfernung mit in der Hand zu haltenden Stemmwerkzeugen ein bedeutsames Problem geworden. Auch bei Flanschen mit großen Durchmessern (d. h. Durchmessern größer als 2 3/4 Zoll = 70 mm) traten Schwierigkeiten beim Auseinandermontieren von Flanschverbindungen wegen der großen Externkraft auf, die dazu erforderlich ist, die Dichtung von einer der beiden Flanschseiten zu trennen. In vielen Anwendungsfällen ist es auch vom Standpunkt der Systemkonstruktion _ her vorteilhaft, Flanschkupplungsöffnungen an Stellen unterzubringen, die relativ unzugänglich sind, und dementsprechend ist eine Flanschverbindung, die nicht leicht auseinanderzumontieren ist, eine ernsthaft Unbequemlichkeit.In the prior art, the tendency of the metal seal was to stick to one of the two, or both, associated flanges, not an insurmountable problem when dismantling the connection when sufficient leverage was available to apply an external force to separate the flanges. if After separating the flanges, attach the soft metal seal stuck to one or the other of the flanges, the gasket could usually be removed fairly easily with a hand tool removing the gasket from the flange to which it was adhered. could be pried away. With the recent heavy demand for mini flanges (i.e., flanges with a gasket diameter of less than about 1 inch = 25 mm) is the inaccessibility of mini flange seals in terms of removal with hand-held pry tools become a significant problem. Large diameter flanges (i.e., diameters greater than 2 3/4 inches = 70 mm) also occurred Difficulties in disassembling flange connections due to the large external force that is required to do this Separate the seal from one of the two flange sides. In many applications it is also from the standpoint of system design _ It is advantageous to place flange coupling openings in locations that are relatively inaccessible, and accordingly a flange connection that is not easily disassembled is a serious inconvenience.
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Es wird also eine ganzmetallene Flanschverbindung benötigt, bei der die Dichtung dazu neigt, von den zusammengehörigen Flanschflächen wegzubrechen, wenn die Verbindung auseinandermontiert wird.An all-metal flange connection is therefore required which tends to break the gasket away from the mating flange surfaces when the connection disassembles will.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine ganzmetallene Flanschverbindung mit einem weichmetallenen Dichtungsring zwischen zusammengehörigen Flanschflächen verfügbar zu machen, bei der der Dichtungsring leicht entfernt werden kann, wenn die Verbindung auseinandermontiert wird.The object of the invention is to provide an all-metal flange connection with a soft metal sealing ring between related To provide flange surfaces where the sealing ring can be easily removed when the connection is disassembled.
Insbesondere soll durch die Erfindung eine ganzmetallene Verbindung zum Kuppeln von Miniflanschen (d. h. Flanschen mit einem Durchmesser von etwa 1 Zoll = 25 mm oder weniger) verfügbar zu machen, die aus einem weichmetallenen Dichtungsring besteht, der zwischen einander gegenüberstehenden Flächen der zusammengehörigen Miniflansche angeordnet ist, wobei der Dichtungsring leicht entfernbar ist, wenn die Verbindung auseinandermontiert wird.In particular, the invention is intended to provide an all-metal compound for coupling mini-flanges (i.e. flanges with a diameter of about 1 inch = 25 mm or less) that consists of a soft metal sealing ring between each other facing surfaces of the mating mini-flanges, the sealing ring being easily removable when the Connection is disassembled.
Um diese Aufgaben zu lösen, sind die einander gegenüberstehenden Flächen der zusammengehörigen Flansche so konfiguriert, daß zwischen ihnen eine Aussparung geformt wird, in der eine weichmetallene Dichtung angeordnet werden kann, wenn die einander gegenüberstehenden Flanschflächen zusammengepreßt werden. Einander gegenüberstehend angeordnete Ringwülste auf den Stirnseiten der zusammengehörigen Flansche stehen in die Aussparung in der Weise vor, daß sie in die beiden Seiten eines peripheren Teils des Dichtungsringes eindringen. Die Kompression des Dichtungsringes, die durch das Zusammenpressen der einander gegenüberstehenden Flanschflächen hervorgerufen ist, sorgt dafür, daß ein Teil des Dichtungsmaterials in eine Ringnut extrudiert wird, die an der Peripherie der Aussparung zwischen den beiden einander gegenüberstehenden Flanschflächen gebildet ist. DiesesTo solve these tasks are the opposing ones Faces of the mating flanges configured to form a recess therebetween in which a soft metal gasket can be placed when facing each other Flange surfaces are pressed together. Annular beads arranged opposite one another on the end faces of the associated Flanges protrude into the recess in such a way that they penetrate the two sides of a peripheral part of the sealing ring. The compression of the sealing ring caused by the compression the opposing flange surfaces is caused, ensures that a part of the sealing material in an annular groove is extruded, which is formed on the periphery of the recess between the two opposing flange surfaces. This
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komprimierte Rauchmaterial in der Ringnut sorgt für eine gasdichte Abdichtung nach Art eines zusammengepreßten, metallenen O-Ringes in der Nut zwischen den Flanschflächen. Wie beim Stand der Technik ist die Ringnut so dimensioniert, daß ihr Volumen größer ist als das Volumen des Dichtungsmaterials, das in die Nut fließen kann. Auf diese Weise kann das Volumen der Nut das gesamte Dichtungsmaterial aufnehmen, das in die Nut hineinfließt, und jeder Oberschuß an Dichtungsmaterial, der sonst dazu neigen könnte, die zueinandergehörenden Flanschflachen voneinander wegzudrücken, wird daran gehindert, in die Nut einzudringen. Als Unterschied zum Stand der Technik ist die Konfiguration der einander gegenüberstehenden Flanschflächen nach der Erfindung so gewählt, daß die restlichen Kompressionskräfte, die vorhanden sind, wenn der Flanschkupplungsmechanismus gelöst wird, verteilt über die Oberfläche des Dichtungsringes, im wesentlichen ebenso groß sind wie oder größer sind als die Friktions- und Bindekräfte, die dazu neigen, den Dichtungsring in Kontakt mit einem der Flansche zu halten.compressed smoke material in the annular groove ensures a gas-tight seal in the manner of a compressed, metal one O-ring in the groove between the flange surfaces. As in the prior art, the annular groove is dimensioned so that its volume is greater than the volume of sealing material that can flow into the groove. This way the volume of the groove can do that take up all of the gasket material flowing into the groove and any excess gasket material that may otherwise tend to do so could push the associated flange surfaces away from each other, is prevented from penetrating into the groove. as In contrast to the prior art, the configuration of the opposing flange surfaces according to the invention is selected so that that the remaining compression forces, which are present when the flange coupling mechanism is released, distributed over the Surface of the sealing ring, are essentially the same size as or are greater than the frictional and binding forces that are necessary for this tend to keep the sealing ring in contact with one of the flanges.
Insbesondere sind die Oberflächenteile der Flanschflachen, die die Ringnut definieren, in die das Dichtungsmaterial extrudiert werden kann, unter einem anderen als einem rechten Winkel mit Bezug auf die Grenzfläche zwischen den zueinandergehörenden Flanschflächen zueinander geneigt. Auf diese Weise hat die verteilte Kompressionskraft, die von jeder die Nut definierenden Oberfläche auf die Dichtung ausgeübt wird, eine Komponente, die dazu neigt, die Dichtung vom Kontakt mit der Flanschfläche weg zu schieben. Erfindungsgemäß neigt also die Dichtung dazu, von den zusammengehörigen Flanschflächen wegzubrechen, wenn die Verbindung auseinandermontiert wi rd.In particular, the surface parts of the flange surfaces that the Define annular groove into which the gasket material can be extruded at an angle other than a right angle with respect to FIG the boundary surface between the flange surfaces belonging to one another is inclined to one another. In this way, the distributed compressive force exerted by each surface defining the groove on the Seal is applied, a component that tends to push the seal away from contact with the flange surface. According to the invention, the seal tends to be of the associated Break away flange surfaces when the connection is dismantled.
Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the drawing; show it:
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Figur 1 einen Längsschnitt durch eine ganzmetallene Verbindung zwischen zwei zusammengehörigen Flanschen, die mittels einer Verschraubung gekuppelt sind, die aus einem Kupplungsteil mit Außengewinde auf einem Flansch und einem Kupplungsteil mit Innengewinde auf dem anderen Flansch besteht; FIG. 1 shows a longitudinal section through an all-metal connection between two associated flanges which are coupled by means of a screw connection which consists of a coupling part with an external thread on one flange and a coupling part with an internal thread on the other flange;
Figur 2 einen Teil der Verbindung zwischen dem zusammengehörigen Flansch gemäß Figur 1; FIG. 2 shows part of the connection between the associated flange according to FIG. 1;
Figur 3 einen Schnitt durch einen Teil der Fläche eines der Flansche gemäß Figur 2;FIG. 3 shows a section through part of the surface of one of the flanges according to FIG. 2;
Figur 4 einen Längsschnitt durch eine ganzmetallene Verbindung zwischen zwei zusammengehörigen Flanschen, die mit piner Schraubverbindung gekuppelt sind, die aus einem Kupplungsteil mit Außengewinde auf jedem Flansch und einem Kupplungs·1· teil mit zwei Innengewinden zum Eingriff in beide andere Kupplungsteile besteht;4 shows a longitudinal section through a ganzmetallene connection between two mating flanges which are coupled to Piner screw connection, consisting of a coupling member with an external thread on each flange and a clutch · 1 · part with two internal threads for engaging in both other coupling parts;
Figur 5 einen Längsschnitt durch einen Teil einer ganzmetallenen Verbindung zwischen zwei zusammengehörigen Flanschen, die durch Bolzen gekuppelt sind; FIG. 5 shows a longitudinal section through part of an all-metal connection between two associated flanges which are coupled by bolts;
Figur 6 ein Kraftdiagramm, das die verteilten Kompressionskräfte zeigt, die von den Oberflächen einer Flanschfläche nach der Erfindung auf eine Dichtung ausgeübt werden, wenn der Flanschkupplungsmechanismus gelöst wird; und Figure 6 is a force diagram showing the distributed compressive forces exerted on a gasket by the surfaces of a flange face in accordance with the invention when the flange coupling mechanism is released; and
Figur 7 ein Kraftdiagramm, das die verteilten Kompressionskräfte darstellt, die von den Oberflächen einer Flanschfläche nach dem Stand der Technik auf eine Dichtung ausgeübt werden, wenn der Flanschkupplungsmechanismus gelöst wird.Figure 7 is a force diagram showing the distributed compression forces represents exerted on a gasket by the surfaces of a prior art flange face when the flange coupling mechanism is released.
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Figur 1 zeigt eine ganzmetaTlene Flanschverbindung nach der Erfindung, bei der eine gasdichte Dichtung zwischen mit Flanschen versehenen Endteilen 10 und 20 von Rohren 11 bzw. 21 erhalten wird. Die Flansche 10 und 20 sind mittels einer Verschraubung gekuppelt, die aus einem Kupplungsteil 12 mit Außengewinde, der auf das Rohr 11 drUckt, und einem Kupplungsteil 22 mit Innengewinde besteht, der auf das Rohr 21 drückt.Figure 1 shows an all-metal flange connection according to the invention, in which a gas-tight seal between flanges provided end parts 10 and 20 of tubes 11 and 21, respectively. The flanges 10 and 20 are coupled by means of a screw connection, which consists of a coupling part 12 with external thread, which is on the pipe 11 presses, and a coupling part 22 with an internal thread, which presses on the tube 21.
Gemäß Figur 1 ist der Kupplungsteil 12 ringförmig mit Außengewinde und ist so angeordnet, daß er in Längsrichtung längs des Rohres verschiebbar ist. Der Innendurchmesser des Kupplungsteils 12 ist kleiner als der Außendurchmesser des Flansches 10, so daß der Kupplungsteil 12 daran gehindert ist, vom mit Flansch versehenen Ende des Rohrs 11 abzurutschen. In entsprechender Weise hat der Kupplungsteil 12 Ringform und Innengewinde und ist so angeordnet, daß er längs Rohr 21 verschiebbar ist. Der Kupplungsteil 22 hat einen Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Flansches 20, so daß der Kupplungsteil 22 daran gehindert wird, vom mit Flansch versehenen Ende des Rohrs 21 abzurutschen.According to Figure 1, the coupling part 12 is annular with an external thread and is arranged to be slidable longitudinally along the tube. The inner diameter of the coupling part 12 is smaller than the outer diameter of the flange 10, so that the coupling part 12 is prevented from being flanged from the Slide off the end of the tube 11. In a corresponding manner, the coupling part 12 has a ring shape and internal thread and is arranged in such a way that that it can be displaced along tube 21. The coupling part 22 has an inner diameter which is smaller than the outer diameter of the flange 20 so that the coupling part 22 is prevented from slipping off the flanged end of the tube 21.
Wenn die einander gegenüberstehenden Flächen der Flansche 10 und in zusammenpassenden Kontakt gebracht werden, erstreckt sich das Kupplungsteil 22 über die Flansche 20 und 10 und greift in das Außengewinde des Kupplungsteils 12 ein. Auf diese Weise wird die Kupplung der mit Flansch versehenen Rohre 11 und 22 durch Anziehen des Kupplungsteils 22 um das Kupplungsteil 12 erreicht.When the opposing surfaces of the flanges 10 and are brought into mating contact, the coupling part 22 extends over the flanges 20 and 10 and engages the external threads of the coupling part 12. This way the clutch becomes of the flanged pipes 11 and 22 by tightening the coupling part 22 around the coupling part 12.
Die einander gegenüberstehenden Flächen der mit Flansch versehenen Enden 10 und 20 sind so konfiguriert, daß zwischen diesen eine Aussparung 30 gebildet wird, in der eine weichmetallne Dichtung 31 angeordnet werden kann. Die Dichtung 31 hat Ringform und besteht aus einem Material, das leichter verformbar ist als das Material, aus dem die mit Flanschen versehenen Enden 10 und 20 zusammengesetzt sind. Typischerweise bestehen die mit Flansch versehenen Enden 10 undThe opposing faces of the flanged Ends 10 and 20 are configured so that a recess 30 is formed between them, in which a soft metal seal 31 can be arranged. The seal 31 has a ring shape and consists of a material which is more easily deformable than the material from which the flanged ends 10 and 20 are composed. Typically, there are flanged ends 10 and 10
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aus rostfreiem Stahl, und in diesem Falle kann die metallne Dichtung zweckmäßigerweise ein ringförmiger Kupferring mit planarer Form sein. Andere geeignete Dichtungsmaterialien zur Verwendung in Verbindung mit zusammengehörigen Flanschen aus rostfreiem Stahl sind beispielsweise Nickel, Aluminium, verschiedene Legierungen und Kombinationen eines Grundmetalls, das mit einem weichen Metall beschichtet ist.made of stainless steel, and in this case the metal gasket expediently be an annular copper ring with a planar shape. Other suitable sealing materials for use in conjunction with mating stainless steel flanges include nickel, aluminum, various alloys and combinations a base metal coated with a soft metal.
Wie näher in Fig. 2 dargestellt ist, ist die Stirnseite des mit Flansch versehenen Teils 10 des Rohrs 11 so konfiguriert, daß ein Ringwulst 13 in die Aussparung 30 vorsteht. In ähnlicher Weise steht ein gegenüberstehender Ringwulst 23 auf der Stirnseite des Flanschteils 20 des Rohrs 21 von der entgegengesetzten Richtung in die Aussparung 30 vor, so daß die Wulste 13 und 23 in das weiche Metall von entgegengesetzten Seiten an der Peripherie des Dichtungsrings 31 eindringen. Die Kompression des Dichtungsrings 31 durch das Zusammenziehen der beiden Flansche 10 und 20 sorgt dafür, daß das Dichtungsmaterial in eine Nut extrudiert wird, die an der Peripherie der Aussparung 30 geformt ist.As shown in more detail in Fig. 2, the face of the with Flanged portion 10 of tube 11 configured so that an annular bead 13 protrudes into recess 30. Similarly stands an opposing annular bead 23 on the end face of the flange part 20 of the tube 21 from the opposite direction into the recess 30, so that the beads 13 and 23 into the soft metal penetrate from opposite sides on the periphery of the sealing ring 31. The compression of the sealing ring 31 by the contraction of the two flanges 10 and 20 causes the sealing material to be extruded into a groove formed on the periphery of the recess 30.
Wie weiter aus Fig. 2 erkennbar ist, ist der Ringwulst 13 auf der Stirnseite des Flansches 10 durch den Schnitt von konischen Oberflächenbereichen 14 und 15 geformt, und ein ringförmiger Trog 16 ist durch den Schnitt von konischen Oberfl ä'chenbereichen 15 und 17 geformt. In ähnlicher Weise ist der Ringwulst 23 auf der Stirnseite des Flansches 20 durch den Schnitt von konischen Oberflächenbereichen 24 und 25 geformt, und ein ringförmiger Trog 26 ist durch den Schnitt von konischen Oberflächenbereichen 25 und 27 geformt. Wenn die Flansche 10 und 20 dicht zusammenpassen, formen die konischen Oberflächenbereiche 15, 17, 25 und 27 zusammen die Grenze der Ringnut, in die das weichmetallne Dichtungsmaterial extrudiert wird. Dieses extrudierte Dichtungsmaterial bildet das Äquivalent eines zusammengepressten metallnen O-Rings, der für eine gasdichte Abdichtung zwischen den Flanschen 10 und 20 sorgt.As can further be seen from Fig. 2, the annular bead 13 is on the The end face of the flange 10 is formed by the intersection of conical surface areas 14 and 15, and an annular trough 16 is formed by the intersection of conical surface areas 15 and 17. In a similar way, the annular bead 23 is on the face of the Flange 20 is formed through the intersection of conical surface portions 24 and 25, and an annular trough 26 is formed through the intersection formed by conical surface areas 25 and 27. When the flanges 10 and 20 fit closely together, the conical surface areas 15, 17, 25 and 27 together form the boundary of the annular groove in which the soft metal sealing material is extruded. This extruded gasket material is the equivalent of a compressed one metal O-ring, which ensures a gas-tight seal between the flanges 10 and 20.
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Die Ringnut, die durch die Oberflächenbereiche 15 und 17 am Flansch IO und die Oberflächenbereiche 27 und 25 am Flansch 20 begrenzt 1st, ist so dimensioniert, daß ihr Volumen größer ist als das Volumen des Dichtungsmaterials, das durch den Quetscheffekt der Wulste 13 und 23 auf die Dichtung 31 in dieses extrudiert werden kann. Die Menge an Dichtungsmaterial, die in die Ringnut eindringen kann, ist also klein genug, um eine Trennung der Flansche 10 und 20 zu verhindern.The annular groove, which is delimited by the surface areas 15 and 17 on the flange IO and the surface areas 27 and 25 on the flange 20, is dimensioned so that its volume is greater than the volume of the sealing material, which is due to the squeezing effect of the beads 13 and 23 the seal 31 can be extruded into this. The amount of sealing material that can penetrate into the annular groove is therefore small enough to prevent the flanges 10 and 20 from separating.
In Fig. 3 sind die Orientierungen der Oberflächenbereiche 24, 25 und 27 mit Bezug auf einander auf der Stirnseite des Flansches 20 näher dargestellt. Entsprechende symmetrische Orientierungen der Oberflächenbereiche 14, 15 und 17 auf der Stirnseite des Flansches 10 sind in ähnlicher Weise vorgesehen.In Fig. 3, the orientations of the surface areas 24, 25 and 27 with respect to each other on the end face of the flange 20 are shown in more detail. Corresponding symmetrical orientations of the surface areas 14, 15 and 17 on the end face of the flange 10 are provided in a similar manner.
Gemäß Fig. 3 neigt sich der Oberflächenbereich 25 vom Wulst 23 zum Trog 26 hin weg, und von dort erstreckt sich der Oberflächenbereich 27 zu der Grenzflächenebene zwischen den zusammengehörigen Flanschen 20 und 10. Der konische Oberflächenbereich 24 schließt einen spitzen Winkel ♦ mit der Grenzflächenebene der zusammengehörigen Flansche ein. In ähnlicher Weise schließt der Oberflächenbereich 25 einen spitzen Winkel θ mit der gleichen Grenzflächenebene ein. Der Winkel φ liegt vorzugsweise im Bereich von 60 bis 75° und der Winkel θ liegt vorzugs weise im Bereich von 15 bis 30°.According to FIG. 3, the surface region 25 inclines away from the bead 23 towards the trough 26, and from there the surface region 27 extends to the interface plane between the associated flanges 20 and 10. The conical surface region 24 closes an acute angle ♦ with the interface plane of the associated flanges. In a similar manner, the surface region 25 forms an acute angle θ with the same interface plane . The angle φ is preferably in the range from 60 to 75 ° and the angle θ is preferably in the range from 15 to 30 °.
In symmetrisch ähnlicher Weise schließt der konische OberflächenbereiCh1, 14 auf der Stirnseite des Flansches 10 einen spitzen Winkel ♦ mit der Grenzflächenebene zwischen den Flanschen 10 und 20 ein, und der konische Oberflächenbereich 15 einen spitzen Winkel θ mit der gleichen Grenzflächenebene. Die einander zu weisenden Flächen der Flansche 10 und 20 sind also symmetrisch zueinander angeordnet.In a symmetrically similar manner, the conical surface area 1 , 14 on the end face of the flange 10 forms an acute angle ♦ with the interface plane between the flanges 10 and 20, and the conical surface area 15 forms an acute angle θ with the same interface plane. The facing surfaces of the flanges 10 and 20 are thus arranged symmetrically to one another.
Sowohl der konische Oberflächenbereich 27 am Flansch 20 als auch der korrespondierende konische Oberflächenbereich 17 am Flansch 10 schHeBt Both the conical surface area 27 on the flange 20 and the corresponding conical surface area 17 on the flange 10 move
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einen spitzen Winkel β mit der Grenzflächenebene der zusammengehörigen Flansche 10 und 20 ein. Erfindungsgemäß 1st der Winkel ß ein spitzer Winkel. Beim Stand der Technik bestand keine Anregung, den Winkel β spitz zu machen.an acute angle β with the interface plane of the associated flanges 10 and 20. According to the invention, the angle β an acute angle. In the prior art, there was no suggestion to make the angle β acute.
Flg. 7 zeigt andererseits schematisch Flanschverbindungen nach de« Stand der Technik, wobei, unähnlich der Verbindung nach der Erfindung, die Abschlußwand 27' der Ringnut, in der das extrudierte Dichtung«»Flg. 7, on the other hand, shows schematically flange connections according to the State of the art, wherein, unlike the connection according to the invention, the end wall 27 'of the annular groove in which the extruded seal «» material eingefangen war, senkrecht zur Grenzfliichenebene zwischenmaterial was trapped, perpendicular to the interface plane between
-1st den zusammengehörigen Flanschen/ Der Winkel ß nach der Erfindung 1st-1st the associated flanges / the angle β according to the invention is 1m Gegensatz zum Stand der Technik ein spitzer Winkel (vorzugsweise 1m Bereich von 60 bis 75°). Diese neuartige Konfiguration fUr die Abschlußwand der Ringnut (d.h. der Wand, die durch die Oberflächenbereiche 27 und 17 geformt 1st) zusammen mit der vorgeschriebenen Konfiguration fUr die Oberflächenbereiche 24 und 14 ermöglicht es, die Dichtung 31 erheblich leichter zu entfernen, wenn die Verbindung auseinandermontiert wird, als das beim Stand der Technik möglich war.In contrast to the prior art, an acute angle (preferably 1m range from 60 to 75 °). This novel configuration for the end wall of the annular groove (i.e. the wall formed by surface areas 27 and 17) along with the prescribed one Configuration for surface areas 24 and 14 enables the seal 31 is much easier to remove when the connection disassembled than was possible with the prior art.
Der bequemen Herstellung halber können die konischen Flächen 24 und V auf der Stirnseite des Flansches 20 parallel zueinander sein, d.h. es 1st möglich, daß Φ = e, vorausgesetzt, daß θ ein spitzer Winkel UU Es 1st jedoch nicht notwendig fUr die Durchführung der Erfindung, daß Φ » B. Es ist erwünscht, daß der Winkel ß kleiner ist als 75°, so daß die Normale zum Oberflächenbereich 27 eine relativ große Komponente senkrecht zu der Grenzflächenebene zwischen den zusammengehörigen Flanschen hat. Wenn e jedoch zu klein wird, würde der Außendurchmesser der Flansche 10 und 20 entsprechend für übliche Konstruktionsüberlegungen unbequem groß werden. Es ist nicht erwünscht, daß φ erheblich kleiner ist als etwa 30°, weil die Erstreckung des Wulstes 23 in die Aussparung 30 kleiner wird, wenn Φ kleiner wird. Ein geeigneter Bereich für den Winkel φ liegt zwischen 60° und 75°, und ein geeigneter Bereich für den Winkel θ liegt zwischen 15° und 30°.For the sake of convenience of manufacture, the conical surfaces 24 and V on the end face of the flange 20 can be parallel to one another, ie it is possible that Φ = e, provided that θ is an acute angle U. However, it is not necessary for the implementation of the invention, that Φ »B. It is desirable that the angle β is less than 75 ° so that the normal to the surface area 27 has a relatively large component perpendicular to the interface plane between the associated flanges. If e becomes too small, however, the outer diameter of the flanges 10 and 20 would become inconveniently large for common design considerations. It is not desirable for φ to be considerably smaller than about 30 °, because the extension of the bead 23 into the recess 30 becomes smaller as Φ becomes smaller. A suitable range for the angle φ is between 60 ° and 75 °, and a suitable range for the angle θ is between 15 ° and 30 °.
Wenn die Flansche 10 und 20 zusammengepresst werden, gleichgültig, ob mit der Technik gemäß Fig. 1, bei der das Kupplungsteil 22 mit Innen-When the flanges 10 and 20 are pressed together, it does not matter whether with the technique according to FIG. 1, in which the coupling part 22 with inner
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gewinde über das Kupplungsteil 12 mit Außengewinde angezogen wird, oder durch irgendeine andere geeignete Kupplungstechnik, wie sie noch in Verbindung mit Fig. 4 und 5 diskutiert werden, stehen die Wulste 13 und 23 in die weichmetallne Dichtung 31 vor und sorgen dafür, daß ein peripherer Teil derselben in die Ringnut extrudiert wird, die durch die Oberflächenbereiche 15, 17, 27 und 25 begrenzt ist. Bei der Flanschkupplungstechnik nach Fig. 4 ist der Kupplungsteil 22 mit Innengewinde nach Fig. 1 durch ein Kupplungsteil 42 mit Außengewinde ersetzt, das so angeordnet ist, daß es in Längsrichtung längs des Rohres 21 verschiebbar ist. Der Innendurchmesser des Kupplungsteils 42 ist kleiner als der Außendurchmesser des Flansches 20, so daß das Kupplungsteil 42 daran gehindert wird, vom Flanschende des Rohres 21 abzurutschen. Das Kupplungsteil 42 ist mit Außengewinde versehen, ebenso wie ein entsprechender Teil des Kupplungsteils 12 auf dem Rohr 11. Ein zylindrisches Kupplungsteil 52 mit Innengewinde kann gleichzeitig in die Außengewinde der Kupplungsteile 12 und 42 eingreifen, wenn die Flansche 10 und 20 in Berührung stehen. In der Praxis wird zunächst das Kupplungsteil 52 auf eins der Kupplungsteile mit Außengewinde (beispielsweise Kupplungsteil 42) fest angezogen, und dann wird das andere Kupplungsteil 12 in das Kupplungsteil 52 eingeschraubt und angezogen. Auf diese Weise werden die Flansche 10 und 20 in Berührungskontakt gebracht.Thread is tightened on the coupling part 12 with external thread, or by any other suitable coupling technique, as will be discussed in connection with FIGS. 4 and 5, the beads 13 and 23 protrude into the soft metal seal 31 and ensure that a peripheral Part of the same is extruded into the annular groove which is delimited by the surface areas 15, 17, 27 and 25. In the flange coupling technique according to FIG. 4, the coupling part 22 with an internal thread according to FIG. The inner diameter of the coupling part 42 is smaller than the outer diameter of the flange 20, so that the coupling part 42 is prevented from slipping off the flange end of the pipe 21. The coupling part 42 is externally threaded, as is a corresponding part of the coupling part 12 on the pipe 11. A cylindrical coupling part 52 with an internal thread can simultaneously engage the external threads of the coupling parts 12 and 42 when the flanges 10 and 20 are in contact. In practice, the coupling part 52 is first firmly tightened onto one of the coupling parts with an external thread (for example coupling part 42), and then the other coupling part 12 is screwed into the coupling part 52 and tightened. In this way the flanges 10 and 20 are brought into touching contact.
Eine andere Flanschkupplungstechnik ist in Fig. 5 dargestellt, wobei ein Flanschelement 10' durch eine geeignete Technik, beispielsweise durch Schweißen, an einem Ende des Rohres 11 befestigt ist. In ähnlicher Weise ist ein Flanschelement 20' an einem Ende des Rohres 21 befestigt. Die weichmetallne Dichtung 31 wird zwischen den einander gegenüberstehenden Flanschelementen 10' und 20' dadurch zusammengepresst, daß ein Flanschelement an das andere angebolzt wird. Gemäß Fig. 5 führt ein Bolzen durch ausgefluchtete Löcher in den Flanschen 10' und 20', und eine Mutter 62 ist auf das vorstehende Ende des Bolzens 61 aufgeschraubt. Der Bolzen 61 und die Mutter 62 sind repräsentativ für eine Vielzahl ähnlicher Bolzen und Muttern, die im Umfang um die zusammengehörigen Flansche 10' und 20' herum angeordnet sind, vorzugsweise in gleichförmigen Abständen.Another flange coupling technique is shown in FIG. 5, wherein a flange element 10 ′ is attached to one end of the pipe 11 by a suitable technique, for example by welding. Similarly , a flange element 20 ′ is attached to one end of the tube 21. The soft metal seal 31 is pressed together between the opposing flange elements 10 'and 20' in that one flange element is bolted to the other. 5, a bolt passes through aligned holes in the flanges 10 'and 20' and a nut 62 is threaded onto the protruding end of the bolt 61. The bolt 61 and nut 62 are representative of a plurality of similar bolts and nuts circumferentially circumferentially around the mating flanges 10 'and 20', preferably at regular intervals.
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Wenn die Flanschteile 10 und 20 gemäß Fig. 1 und 4 (oder die Flanschelemente 10' und 20' der Ausflihrungsform nach Fig. 5) zusammengepresst werden, dringen die Wulste 13 und 23 der einander gegenüberstehenden Flanschflächen in die weichmetallne Dichtung 31 ein, so daß ein peripherer Teil des Dichtungsmaterials in eine Ringnut fließt, die am Außenumfang der Aussparung 30 zwischen den einander gegenüberstehenden Flanschflächen geformt ist. Diese Nut, die durch die Flächen 15 und 17 auf dem Flanschteil 10 und die Flächen 27 und 25 am Flanschteil 20 begrenzt ist, hat ein Gesamtvolumen, das größer ist als das Volumen des Dichtungsmaterials, das in die Nut extrudiert werden kann. Wie oben erläutert worden ist, können die einander berührenden Flächen der Flanschteile 10 und 20 durch das Dichtungsmaterial in der Nut nicht auseinandergedrückt werden, da weniger als das Gesamtvolumen der Nut von Dichtungsmaterial eingenommen werden kann. Das komprimierte Dichtungsmaterial in der Ringnut funktioniert als metallner O-Ring unter Kompression, um für eine gasdichte Abdichtung zwischen den einander gegenüberstehenden Stirnflächen der Flanschteile 10 und 20 zu sorgen.When the flange parts 10 and 20 according to FIGS. 1 and 4 (or the flange elements 10 'and 20' of the embodiment according to FIG. 5) are pressed together, the beads 13 and 23 of the opposing flange surfaces penetrate into the soft metal seal 31, so that a peripheral part of the sealing material flows into an annular groove which is formed on the outer periphery of the recess 30 between the opposing flange surfaces. This groove that goes through the faces 15 and 17 on the flange part 10 and the surfaces 27 and 25 on the flange part 20 is limited, has a total volume that is greater than that Volume of sealing material that can be extruded into the groove. As has been explained above, the mutually contacting surfaces of the flange parts 10 and 20 are not pressed apart by the sealing material in the groove, since less than the total volume of the groove can be ingested by sealing material. The compressed sealing material in the ring groove functions as a metal O-ring underneath Compression in order to ensure a gas-tight seal between the opposing end faces of the flange parts 10 and 20.
Die restlichen verteilten Kompressionskräfte F,, F„ und 'S» die vorhanden sind, wenn der Flanschkupplungsmechanismus gelöst wird, und die von den Oberflächenbereichen 27, 25 bzw. 24 des Flanschteils 20 auf die Dichtung 31 ausgeübt werden, sind in Fig. 6 durch Pfeile normal zu den jeweiligen Oberflächen dargestellt. Diese Kompressionskräfte neigen dazu, die Dichtung 31 aus dem Kontakt mit dem Flanschteil 20 wegzuschieben. Entsprechend symmetrisch wirkende verteilte Kompressionskräfte, die durch die entsprechenden Oberflächenbereiche 17, 15 und 14 des Flanschteils 10 auf die andere Seite der Dichtung 31 ausgeübt werden, neigen in ähnlicher Weise dazu, die Dichtung 31 aus dem Kontakt mit dem Flanschteil 10 wegzuschieben.The remaining distributed compression forces F 1, F " and d 'S", which are present when the flange coupling mechanism is released and which are exerted on the seal 31 by the surface areas 27, 25 and 24 of the flange part 20, are shown in FIG. 6 represented by arrows normal to the respective surfaces. These compression forces tend to push the seal 31 out of contact with the flange portion 20. Correspondingly symmetrically acting, distributed compression forces, which are exerted by the corresponding surface areas 17, 15 and 14 of the flange part 10 on the other side of the seal 31, similarly tend to push the seal 31 away from contact with the flange part 10.
Wenn die Flansche 10 und 20 entkuppelt werden sollen, um die Verbindung auseinander zu montieren, ist es gewöhnlich auch erwünscht, die Dichtung 31 auszubauen. Beim Stand der Technik war es jedoch sehr oft schwierig, die Dichtung zwischen zwei zusammengehörigen Flanschen aufzubrechen,When the flanges 10 and 20 are to be uncoupled, make the connection To disassemble it, it is usually desirable to remove the seal 31 as well. However, with the prior art it was very often difficult to to break the seal between two associated flanges,
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und zwar wegen der Binde- und Reibungs-Kräfte, die dazu neigten, die Dichtung im Kontakt mit den Stirnflächen der Flansche zu halten. Bindekräfte von der Art von Kaltschweißungen entwickeln sich durch die Kompression der Dichtung gegen die Flansche. Reibungskräfte entwickeln sich ebenfalls, die parallel zu den Oberflächen der Flansche in Richtungen entgegen den Kräften wirken, die dazu neigen, die Dichtung weg vom Kontakt mit den Flanschen zu schieben. Selbst nachdem die zusammengehörigen Flansche beim Stand der Technik getrennt waren, blieb die Dichtung häufig an dem einen oder anderen der Flansche haften. Erfindungsgemäß sind die Flächen der einander gegenüberstehenden Flansche in der Weise konfiguriert, daß die Kräfte minimiert werden, die dazu neigen,·die Entfernung der Dichtung zu verhindern, nachdem der Flanschkupplungsmechanismus gelöst worden ist (beispielsweise die Verschraubungen nach Fig. 1 und 4 entkuppelt sind oder die Muttern 62 gemäß Fig. 5 gelockert und entfernt sind).because of the binding and frictional forces that tended to reduce the Keep the seal in contact with the faces of the flanges. Cold weld type bonding forces develop from the compression of the gasket against the flanges. Frictional forces develop also that act parallel to the surfaces of the flanges in directions counter to the forces that tend to push the gasket away from contact with the flanges. Even after the prior art mating flanges were separated, the Seal often stick to one or the other of the flanges. According to the invention are the surfaces of the opposing flanges configured to minimize the forces which tend to prevent the seal from being removed after the flange coupling mechanism has been loosened (e.g., the bolts of FIGS Fig. 5 are loosened and removed).
Gemäß Fig. 6 ist die restliche Kompressionskraftkomponente F, die dazu neigt, die Dichtung 31 aus dem Kontakt mit dem Flansch 20 wegzuschieben, durch die folgende Gleichung gegeben:According to Fig. 6, the remaining compression force component F, which is to tends to slide the gasket 31 out of contact with the flange 20, given by the following equation:
Diese Netto-Kompressionskraftkomponente F steigt, wenn die Winkel β, θ und φ kleiner werden. Es ist erwünscht, daß θ im Bereich von 15 bis 30° liegt, und daß φ im Bereich von 60° bis 75° liegt, so daß der Wulst 23 scharf genug in die Aussparung 30 vorsteht, um ein Extrudieren des Materials von der Peripherie der Dichtung 31 zu bewirken. Erfindungsgemäß ist der Winkel β in dem praktisch durchführbaren Maße minimiert, um für eine Komponente der Kompressionskraft F. 1n Richtung entgegen der Friktionskraftkomponente zu sorgen, die dazu neigt, die Dichtung 31 in Kontakt mit dem Oberflächenbereich 27 zu halten.This net compression force component F increases as the angles β, θ and φ become smaller. It is desirable that θ be in the range of 15 to 30 °, and that φ is in the range of 60 ° to 75 ° so that the bead 23 protrudes sharply enough into the recess 30 to cause the material to extrude from the periphery of the seal 31. According to the invention, the angle β is practically feasible minimized in order to provide a component of the compression force F. 1n in the opposite direction to the frictional force component, which tends to to keep the seal 31 in contact with the surface area 27.
Eine leichte Demontage von ganzmetallnen Flanschverbindungen der Art, wie sie bei Hochdruck- und Hochvakuum-Anwendungsfällen verwendet werden,Easy dismantling of all-metal flange connections of the type as used in high pressure and high vacuum applications,
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ist das Hauptziel der Erfindung. Der Durchmesser der zu verbindenden Flansche ist für die Definition der Erfindung nicht wesentlich, wenn auch die Erfindung besonders wertvoll mit Bezug auf Miniflansch-Verbindungen ist, die in Bereichen angeordnet sind, die zur Demontage mittels in der Hand zu haltenden Werkzeugen nicht leicht zugänglich sind.is the main aim of the invention. The diameter of the to be connected Flanges is not essential to the definition of the invention, although the invention is particularly valuable with respect to mini-flange connections located in areas that may be disassembled are not easily accessible by hand-held tools.
In der Praxis kann die Erfindung mit vielen verschiedenen Kupplungstechniken verwendet werden, mit denen die einander gegenüberstehender) Stirnflächen der zu verbindenden Flansche zusammengebracht werden. Insbesondere bildet die Kupplungstechnik gemäß Fig. 4 (d.h. die Verwendung einer Verschraubung mit einem Kupplungsteil mit Außengewinde an jedem Flansch und einem Kupplungsteil mit Innengewinde, das mit jedem der anderen Kupplungsteile zusammenwirkt),eine bequeme Möglichkeit, eine Anzahl von Abschnitten von mit Flanschen versehenen Rohren zu verbinden, ohne daß die Bauteile so angeordnet werden müßten, daß zusammenpassende Verschraubungs-Kupplungsteile mit Innen- bzw. Außengewinde auf den jeweiligen Enden der zu verbindenden Flansche ange* ordnet werden müssen. In geeigneten Fällen könnte ein Heliumgas-Zugangsloch durch einen oder beide zusammenpassende Flansche zum peripheren Bereich der dazwischen gebildeten Aussparung vorgesehen sein,so daß die gasdichte Integrität der Flanschverbindung durch bekannte Techniken überwacht werden könnte. Die Art der zu verbindenden Verrohrung kann je nach der Systemart variieren, in der die Verrohrung verwendet wird. Es wird in Betracht gezogen, daß eine Flanschverbindung nach der Erfindung dazu verwendet werden kann, Rohre von beliebigem Durchmesser und beliebiger Form zu kuppeln, einschließlich Rohren mit dehnbaren "Balgen"-Abschnitten. Andere Verwendungen für eine ganzmetallne Verbindung nach der Erfindung ergeben sich für den Fachmann von selbst.In practice, the invention can be used with a wide variety of coupling techniques that enable the opposing coupling techniques to be used. End faces of the flanges to be connected are brought together. In particular, the coupling technique according to Fig. 4 (i.e. the use of a screw connection with a coupling part with an external thread each flange and a coupling part with internal thread that goes with each the other coupling parts interacts), a convenient way to to connect a number of sections of flanged pipe without the need to arrange the components so that Matching screw coupling parts with internal or external thread attached to the respective ends of the flanges to be connected * need to be arranged. In appropriate cases, a helium gas access hole could be provided through one or both of the mating flanges peripheral region of the recess formed therebetween, so that the gas-tight integrity of the flange connection through known techniques could be monitored. The type of tubing to be connected may vary depending on the type of system in which the Piping is used. It is contemplated that a flanged joint according to the invention can be used to connect pipes of any diameter and shape, including pipes with expandable "bellows" sections. Other uses for an all-metal compound according to the invention result for the expert by itself.
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