Was ist ein Flansch?
Flansch, kurz Flansch, ist ein allgemeiner Begriff für ein scheibenförmiges Metallteil mit mehreren festen Öffnungen, das zum Verbinden von Bauteilen dient. Solche Flansche werden häufig im Maschinenbau eingesetzt und sehen daher etwas ungewöhnlich aus. Der Name leitet sich vom englischen Wort „flansch“ ab. Flansche verbinden Rohre miteinander und haben Öffnungen am Rohrende. Durch Verschraubungen werden die beiden Flansche fest miteinander verbunden, wobei eine Dichtung zwischen den Flanschen für Abdichtung sorgt.
Flansche sind scheibenförmige Bauteile, die am häufigsten im Rohrleitungsbau verwendet werden. Flansche werden paarweise eingesetzt.
Hinsichtlich der Arten von Flanschverbindungen gibt es drei Komponenten:
- Rohrflansche
- Dichtung
- Schraubverbindung
In den meisten Fällen werden Dichtung und Schrauben aus demselben Material wie der Rohrflansch verwendet. Am häufigsten kommen Edelstahlflansche zum Einsatz. Flansche sind jedoch in verschiedenen Werkstoffen erhältlich, um den jeweiligen Anforderungen vor Ort gerecht zu werden. Zu den gängigsten Werkstoffen zählen Monel, Inconel und Chrom-Molybdän, je nach den spezifischen Anforderungen. Die Wahl des optimalen Werkstoffs hängt von der Art des Systems ab, in dem der Flansch eingesetzt werden soll und welche Anforderungen ihn stellen.
7 gängige Flanschtypen
Je nach den Anforderungen vor Ort stehen verschiedene Flanschtypen zur Auswahl. Für die optimale Flanschkonstruktion müssen zuverlässiger Betrieb und lange Lebensdauer gewährleistet sein, und der Preis sollte berücksichtigt werden.
1. Gewindeflansch:
Gewindeflansche, die ein Gewinde in der Flanschbohrung aufweisen, werden mit einem Außengewinde am Fitting versehen. Die Gewindeverbindung dient hierbei dazu, Schweißen in allen Fällen zu vermeiden. Sie wird hauptsächlich durch Passgenauigkeit des Gewindes mit dem zu installierenden Rohr verbunden.
2. Muffenschweißflansche
Diese Flanschart wird üblicherweise für kleinere Rohre verwendet, deren Durchmesser im Niedertemperatur- und Niederdruckbereich durch eine Verbindung gekennzeichnet ist, bei der das Rohr innerhalb des Flansches platziert wird, um eine Verbindung mittels einer ein- oder mehrlagigen Kehlnaht zu gewährleisten. Dadurch werden die Einschränkungen vermieden, die bei Gewindeenden im Vergleich zu anderen Schweißflanschtypen auftreten, was die Montage vereinfacht.
3. Überlappungsflansche
Ein Überlappungsflansch ist ein Flanschtyp, bei dem das Stutzenende stumpf an ein Formstück geschweißt werden muss, um zusammen mit einem Stützflansch eine Flanschverbindung herzustellen. Diese Bauweise hat das Verfahren in verschiedenen Systemen beliebt gemacht, in denen der Platz begrenzt ist, häufige Demontage erforderlich ist oder ein hoher Wartungsaufwand anfällt.
4. Gleitflansche
Gleitflansche sind weit verbreitet und in vielen Größen für Systeme mit hohen Durchflussraten und Durchsätzen erhältlich. Durch die einfache Anpassung des Flansches an den Außendurchmesser des Rohres lässt sich die Verbindung sehr leicht herstellen. Die Montage dieser Flansche ist etwas anspruchsvoller, da beidseitig Kehlnahtschweißungen erforderlich sind, um den Flansch mit dem Rohr zu verbinden.
5. Blindflansche
Diese Flansche eignen sich hervorragend für den Anschluss von Rohrleitungssystemen. Die Blindplatte hat die Form einer geschlossenen Scheibe und kann verschraubt werden. Nach fachgerechter Montage und Verwendung der passenden Dichtung gewährleisten sie eine ausgezeichnete Abdichtung und lassen sich bei Bedarf leicht demontieren.
6. Schweißflansche
Vorschweißflansche ähneln Überlappungsflanschen, erfordern jedoch eine Stumpfschweißung zur Montage. Die hohe Zuverlässigkeit dieses Systems und seine Fähigkeit, sich mehrfach biegen zu lassen und in Hochdruck- und Hochtemperatursystemen eingesetzt zu werden, machen es zur ersten Wahl für Prozessleitungen.
7. Spezialflansche
Dieser Flanschtyp ist der bekannteste. Es gibt jedoch eine Vielzahl weiterer Spezialflanschtypen für unterschiedlichste Anwendungen und Umgebungen. Dazu gehören beispielsweise Nipo-Flansche, Weldo-Flansche, Dehnungsflansche, Blenden, lange Schweißmuffen und Reduzierflansche.
5 spezielle Flanschtypen
1. WeldoFlange
Der Weldo-Flansch ähnelt dem Nipo-Flansch, da er aus einer Kombination von Stumpfschweißflanschen und Abzweigverbindungen besteht. Weldo-Flansche werden aus einem einzigen Stück massivem Schmiedestahl gefertigt, anstatt aus einzelnen, miteinander verschweißten Teilen.
2. Nipo-Flansch
Ein Nipoflansch ist ein um 90 Grad geneigtes Abzweigrohr. Er wird durch die Kombination von Stumpfschweißflanschen und geschmiedetem Nipolet hergestellt. Obwohl der Nipoflansch ein robustes, einteiliges Stück geschmiedeten Stahls ist, besteht er nicht aus zwei miteinander verschweißten Produkten. Die Installation des Nipoflansches umfasst das Anschweißen des Nipolet-Teils an die Anlage, um das Rohr zu verlegen, und das Verschrauben des Flanschteils mit dem Stutzenflansch durch das Rohrleitungsteam.
Es ist wichtig zu wissen, dass Nipo-Flansche in verschiedenen Werkstoffen wie Kohlenstoffstahl, hoch- und niedrigtemperaturbeständigem Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Nickellegierungen erhältlich sind. Nipo-Flansche werden meist verstärkt gefertigt, was ihnen im Vergleich zu Standard-Nipo-Flanschen eine höhere mechanische Festigkeit verleiht.
3. Elbflansch und Latroflansch
Elboflange ist eine Kombination aus Flansch und Elbolet, während Latroflange eine Kombination aus Flansch und Latrolet ist. Elbow-Flansche werden verwendet, um Rohre in einem Winkel von 45 Grad zu verzweigen.
4. Drehkranzflansche
Die Verwendung von Schwenkringflanschen dient der einfacheren Ausrichtung der Bolzenlöcher zwischen zwei Flanschpaaren. Dies ist in vielen Situationen von Vorteil, beispielsweise bei der Installation von Rohrleitungen mit großem Durchmesser, Unterwasser- oder Offshore-Pipelines und ähnlichen Umgebungen. Diese Flansche eignen sich für anspruchsvolle Medien in der Öl-, Gas-, Kohlenwasserstoff-, Wasser- und Chemieindustrie sowie für weitere petrochemische und wasserwirtschaftliche Anwendungen.
Bei Rohrleitungen mit großem Durchmesser ist das Rohr an einem Ende mit einem Standard-Stumpfschweißflansch und am anderen Ende mit einem Drehflansch versehen. Durch einfaches Drehen des Drehflansches an der Rohrleitung kann der Bediener die Bolzenlöcher schnell und einfach korrekt ausrichten.
Zu den wichtigsten Normen für Drehringflansche gehören ASME, ANSI, DIN, BS, EN, ISO und weitere. Eine der gängigsten Normen für petrochemische Anwendungen ist ANSI oder ASME B16.5 bzw. ASME B16.47. Drehringflansche sind in allen gängigen Flanschformen einsetzbar, z. B. Vorschweißflansche, Aufschiebflansche, Losflansche, Muffenschweißflansche usw. Sie sind in allen Werkstoffgüten, in einem breiten Größenbereich von 3/8" bis 60" und für Drücke von 150 bis 2500 erhältlich. Diese Flansche lassen sich problemlos aus Kohlenstoffstahl, legiertem Stahl und Edelstahl fertigen.
5. Dehnungsflansche
Dehnungsflansche werden verwendet, um den Innendurchmesser eines Rohres von einem beliebigen Punkt zu einem anderen zu vergrößern, um das Rohr mit anderen mechanischen Geräten wie Pumpen, Kompressoren und Ventilen zu verbinden, die unterschiedliche Einlassgrößen aufweisen.
Dehnungsflansche sind in der Regel stumpfgeschweißte Flansche mit einer sehr großen Öffnung am nicht geflanschten Ende. Sie dienen dazu, den Rohrdurchmesser um ein oder zwei Größen oder bis zu 100 mm (4 Zoll) zu erweitern. Diese Flansche sind der Kombination aus Stumpfschweißreduzierstücken und Standardflanschen vorzuziehen, da sie kostengünstiger und leichter sind. Zu den gängigsten Werkstoffen für Dehnungsflansche zählen A105 und Edelstahl ASTM A182.
Dehnungsflansche sind in Druckstufen und Größen gemäß ANSI- oder ASME B16.5-Spezifikationen erhältlich und werden hauptsächlich in konvexer oder flacher Ausführung (RF oder FF) angeboten. Reduzierflansche, auch als Dehnungsflansche bekannt, dienen der Verringerung des Rohrdurchmessers. Der Rohrdurchmesser lässt sich problemlos reduzieren, jedoch nicht um mehr als ein bis zwei Nennweiten. Für eine größere Reduzierung empfiehlt sich eine Lösung mit einer Kombination aus stumpfgeschweißten Reduzierstücken und Standardflanschen.
Flanschdimensionierung und allgemeine Überlegungen
Neben der funktionalen Auslegung eines Flansches ist seine Größe der Faktor, der die Flanschauswahl bei der Planung, Instandhaltung und Modernisierung eines Rohrleitungssystems am stärksten beeinflusst. Dabei muss die Schnittstelle zwischen Flansch und Rohr sowie die verwendeten Dichtungen berücksichtigt werden, um die korrekte Dimensionierung sicherzustellen. Darüber hinaus sind folgende Aspekte häufig zu beachten:
- Außendurchmesser: Der Außendurchmesser ist der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Kanten der Flanschfläche.
- Dicke: Die Dicke wird von der Außenseite des Randes aus gemessen.
- Lochkreisdurchmesser: Dies ist der Abstand zwischen den jeweiligen Bolzenlöchern, gemessen von Mitte zu Mitte.
- Rohrgröße: Die Rohrgröße ist die Größe, die dem Flansch entspricht.
- Nennbohrung: Die Nennbohrung ist die Größe des Innendurchmessers des Flanschverbinders.
Flanschklassifizierung und Servicelevel
Flansche werden primär nach ihrer Beständigkeit gegenüber unterschiedlichen Temperaturen und Drücken kategorisiert. Die Kennzeichnung erfolgt durch Buchstaben oder Suffixe wie „#“, „lb“ oder „Klasse“. Diese Suffixe sind austauschbar und können je nach Region oder Lieferant variieren. Gängige Klassifizierungen sind nachfolgend aufgeführt:
- 150#
- 300#
- 600#
- 900#
- 1500#
- 2500#
Die zulässigen Druck- und Temperaturtoleranzen variieren je nach verwendetem Material, Flanschkonstruktion und Flanschgröße. Die einzige Konstante ist jedoch die Druckfestigkeit, die mit steigender Temperatur abnimmt.
Flanschflächentyp
Die Art der Flanschfläche ist ebenfalls ein sehr wichtiges Merkmal, das einen erheblichen Einfluss auf die endgültige Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Flansches hat. Daher werden im Folgenden einige der wichtigsten Flanschflächenarten analysiert:
1. Flachflansch (FF)
Die Dichtfläche eines Flachflansches liegt in derselben Ebene wie die Oberfläche des verschraubten Rahmens. Produkte, die Flachflansche verwenden, sind üblicherweise solche, die mit passgenauen Formen für Flansch oder Flanschdeckel gefertigt werden. Flachflansche dürfen nicht auf Flanschen mit umgekehrter Seite montiert werden. Gemäß ASME B31.1 muss beim Verbinden von Flachflanschen aus Gusseisen mit Flanschen aus Kohlenstoffstahl die erhöhte Dichtfläche der Kohlenstoffstahlflansche entfernt und eine vollflächige Dichtung verwendet werden. Dies verhindert, dass kleine, spröde Gusseisenteile in den durch die erhöhte Dichtfläche des Kohlenstoffstahlflansches entstehenden Hohlraum gelangen.
Diese Flanschfläche wird bei der Herstellung von Anlagen und Ventilen für alle Anwendungen verwendet, bei denen Gusseisen zum Einsatz kommt. Gusseisen ist spröder und wird daher üblicherweise nur für Anwendungen mit niedrigen Temperaturen und Drücken verwendet. Die ebene Dichtfläche ermöglicht einen vollflächigen Kontakt beider Flansche. Flachflansche (FF) haben eine Kontaktfläche, die der Höhe des Flanschgewindes entspricht. Zwischen zwei Flachflanschen werden Dichtscheiben verwendet, die in der Regel weich sind. Gemäß ASME B31.3 dürfen Flachflansche nicht mit erhöhten Flanschen verbunden werden, da die resultierende Flanschverbindung undicht werden kann.
2. Flansch mit erhöhter Dichtfläche (RF)
Der Flansch mit erhöhter Dichtfläche ist die am häufigsten verwendete Ausführung in der Fertigungsindustrie und leicht erkennbar. Er wird als konvex bezeichnet, da die Dichtfläche oberhalb der Dichtfläche des Schraubenrings liegt. Für jede Dichtflächenart werden verschiedene Dichtungstypen benötigt, darunter diverse Flachringdichtungen und Metallverbunddichtungen wie Spiralwickel- und Doppelmanteldichtungen.
RF-Flansche sind so konstruiert, dass sie den Druck auf eine kleinere Fläche der Dichtung konzentrieren und dadurch die Druckkontrolle der Verbindung verbessern. Durchmesser und Höhen nach Druckklasse und Durchmesser sind in ASME B16.5 beschrieben. Die Flanschdruckklasse gibt die Höhe der angehobenen Dichtfläche an. RF-Flansche sind so ausgelegt, dass sie den Druck auf eine kleinere Fläche der Dichtung konzentrieren und dadurch die Druckkontrollfähigkeit der Verbindung erhöhen. Durchmesser und Höhen nach Druckklasse und Durchmesser sind in ASME B16.5 beschrieben. Druckflansch-Nennwerte.
3. Ringflansch (RTJ)
Wenn eine metallische Dichtung zwischen zwei Flanschen erforderlich ist (was bei Hochdruck- und Hochtemperaturanwendungen der Fall ist, d. h. über 700/800 °C), wird der Ringflansch (RTJ) verwendet.
Der Ringdichtungsflansch weist eine kreisförmige Nut auf, in die die Ringdichtung (oval oder rechteckig) eingesetzt wird.
Werden zwei Ringflansche miteinander verschraubt und anschließend festgezogen, verformt die einwirkende Schraubenkraft die Dichtung in der Nut des Flansches und erzeugt so eine sehr dichte Metall-auf-Metall-Verbindung. Um dies zu erreichen, muss das Material der Ringflanschdichtung weicher (duktiler) sein als das Material der Flansche.
RTJ-Flansche können mit RTJ-Dichtungen unterschiedlicher Typen (R, RX, BX) und Profile (z. B. achteckig/elliptisch für Typ R) abgedichtet werden.
Die gebräuchlichste RTJ-Dichtung ist die R-Dichtung mit achteckigem Querschnitt, da sie eine besonders dichte Abdichtung gewährleistet (die ovale Variante ist älter). Die „flache Nut“ ist jedoch für beide RTJ-Dichtungstypen mit achteckigem oder ovalem Querschnitt geeignet.
4. Nut- und Federflansche (T & G)
Zwei Nut- und Federflansche (Nut- und Federflächen) passen perfekt zusammen: Ein Flansch hat einen erhabenen Ring, der andere Nuten, in die sie sich leicht einfügen (die Feder geht in die Nut und dichtet die Verbindung ab).
Nut- und Federflansche sind in großen und kleinen Größen erhältlich.
5. Flansche mit Außengewinde und Innengewinde (M & F)
Ähnlich wie bei Nut- und Federflanschen passen auch männliche und weibliche Flansche (M- und F-Flanschtypen) zueinander.
Bei einem Flansch befindet sich ein Bereich, der über seine Oberfläche hinausragt (männlicher Flansch), beim anderen Flansch sind in die gegenüberliegende Oberfläche entsprechende Vertiefungen eingearbeitet (weiblicher Flansch).
Oberflächenbeschaffenheit des Flansches
Um einen perfekten Sitz des Flansches an der Dichtung und dem Gegenflansch zu gewährleisten, muss die Flanschoberfläche eine gewisse Rauheit aufweisen (nur bei RF- und FF-Flanschoberflächen). Die Art der Rauheit der Flanschoberfläche bestimmt die Art der „Flanschoberfläche“.
Gängige Ausführungen sind Standard-, konzentrisch gezahnte, spiralgezahnte und glatte Flanschflächen.
Es gibt vier grundlegende Oberflächenbearbeitungen für Stahlflansche. Das gemeinsame Ziel jeder Flanschoberflächenbearbeitung ist jedoch, die gewünschte Rauheit auf der Flanschoberfläche zu erzeugen, um einen festen Sitz zwischen Flansch, Dichtung und Gegenflansch zu gewährleisten und so eine hochwertige Abdichtung zu erzielen.
Veröffentlichungsdatum: 08.10.2023