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Flansche: Definition, Typen, Material, Klassifizierung

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Für jedes industrielle oder technische Projekt sind eine Vielzahl von Materialien und Teilen erforderlich. Rohrleitungssysteme erfordern zum Beispiel Flansche oder Verbindungsstücke, die den Durchfluss verbessern oder Leckagen verhindern.

Ein wichtiger Aspekt ist die Entscheidung, welcher Flanschtyp jeweils am geeignetsten ist. Es gibt Flansche aus Kunststoff, die eine hohe Widerstandsfähigkeit aufweisen und häufig zum Fixieren von Kabeln und elektrischen Anlagen verwendet werden.

Für Rohrleitungssysteme werden dagegen geschmiedete Flansche verwendet, die aus verschiedenen Metallen hergestellt werden.

Diese allgemeine Beschreibung vorausgeschickt, finden Sie in diesem Post alles Wissenswerte über Flansche, z.B. was Flansche sind, wozu sie dienen, welche Typen es gibt und vieles mehr.

Was sind Flansche?

Flansche sind Verbindungselemente, die in Rohrleitungssystemen und im Kesselbau verwendet werden. Es handelt sich um ring-, scheiben- oder bundförmige Teile, die an einem Rohr angebracht werden, um dieses mit anderen Rohren, Ventilen, etc. zu verbinden oder Rohrabschnitte abzudichten.

Dank der Flansche ist es auch möglich, die Verbindungen zwischen Rohren in bestimmten Situationen auf einfache Weise zu lösen.

Häufig werden Flansche an die Rohrenden geschraubt oder geschweißt und mit Bolzen verbunden. Zwischen die beiden Flansche wird eine Dichtung eingesetzt, um die vollständige Abdichtung sicherzustellen und das Austreten von Flüssigkeiten oder Gasen aus dem Innern bzw. das Eindringen von Fremdkörpern von außen zu verhindern.

Dank ihrer zahlreichen Funktionen und Einsatzmöglichkeiten werden Flansche in vielen Bereichen der Industrie und des Bausektors verwendet.

Aus all dem lässt sich schließen, dass Flansche bei Operationen, bei denen Rohrleitungen, Ventile und Pumpen installiert werden müssen, ein grundlegendes Element der Verbindung interner Systeme darstellen.

Generelle Bestandteile von Flanschen

Flansche umfassen:

  1. Ring: Die kreisförmige Platte mit den Löchern, in denen die Bolzen sitzen.
  2. Hals: Der Teil, der mit der Rohrleitung verbunden wird. Nicht alle Flansche verfügen über diesen Bestandteil.
  3. Durchmesser Bolzen: Die Größe der Löcher, in die die Verbindungsbolzen eingesetzt werden.
  4. Dichtfläche: Je nach Modell gibt es unterschiedliche Dichtflächen, die üblichsten sind die erhöhte Fläche (RF), die flache Fläche (FF) oder die ringförmige Dichtung (RTJ).

Anwendungsgebiete für geschmiedete Flansche

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Geschmiedete Flansche werden aus unterschiedlichen Materialien hergestellt, die die Widerstandsfähigkeit gegenüber den verschiedenen Umwelt- und Spannungsbedingungen sicherstellen, denen die Flansche ausgesetzt sein können.

Aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit und Belastbarkeit werden diese Flansche in verschiedenen Industriesektoren verwendet, sowohl für Außen- als auch für Innenanwendungen. Typischerweise werden sie in Solaranlagen, in der petrochemischen Industrie, den Sektoren Medizin und Lebensmittel, der Abwasseraufbereitung u.a. eingesetzt.

Verwendung von Flanschen in Funktion der Temperatur

In den Normen UNE-EN, ISO, ASME, AVK, u.a. gibt es bestimmte zu berücksichtigende Vorschriften bezüglich der geeigneten Abmessungen in Funktion der Temperaturen, denen die Flansche ausgesetzt werden.

Flansche aus Kohlenstoffstahl sind für den Einsatz in Umgebungen mit gemäßigten Temperaturen geeignet.

Für extremere Temperaturen müssen Flansche aus legierten Stählen verwendet werden, die in der Lage sind, extremeren Bedingungen sowohl im Hinblick auf Temperaturen als auch auf den Druck standzuhalten.

Wenn die Flansche in Kontakt mit korrosiven Flüssigkeiten oder Gasen kommen, werden Legierung mit Metallen wie z.B. Nickel, Chrom oder Molybdän empfohlen.

Flanschtypen

Steck- und Schweißflansche

Diese Flansche sind ideal für Niederdruckanwendungen. Dank ihres Innendurchmessers, der geringfügig größer als der Außendurchmesser des Rohres ist, können sie problemlos von Ende über die gesamte Rohrlänge bis zu dem Punkt verschoben werden, an dem sie verschweißt werden sollen. Dabei behalten sie über die gesamte Strecke die korrekte Einstellung bei.

Das Schweißen ermöglicht das Fixieren der Flansche an deren oberen und unteren Teil. Darüber hinaus sind diese Flansche einfach zu nutzen und zu montieren und sind sehr wirtschaftlich.

Schweißmuffenflansche

Schweißmuffenflansche werden typischerweise für kleinere Rohrgrößen in Hochdruckanwendungen verwendet.

Zum Befestigen werden die Rohre in die Flansche eingeführt, bis sie den Sitz oder die Buchse berühren, und werden dann an ihrem oberen Ende mit dem Außenteil verschweißt. Auf diese Weise bleibt das Rohrinnere glatt, um den Durchfluss von Gas oder Flüssigkeit zu erleichtern.

Vorschweißflansche

Es handelt sich um Flansche, bei denen das Rohr mit dem Bund des Flansches verschweißt wird. Dadurch werden mechanische Spannungen vom Flansch auf das Rohr übertragen und so die Spannungskonzentration an der Basis verringert.

Das Hauptmerkmal dieses Flanschtyps ist ein langer konischer Hals, dank dem er ideal für Hochdruckanwendungen ist.

Der Innendurchmesser des Flansches muss maschinenbearbeitet werden, um ihn an den Innendurchmesser der Rohre anzupassen.

Das konische Zentrum der Vorschweißflansche überträgt den Druck auf das Rohr, wirkt als Verstärkung und bietet genug Kraft, um die Seitenneigung auszugleichen.

Überlappungsflansche

Diese Flansche sind in der Lage, sich um das Rohr zu drehen. Sie werden häufig mit Manschettenrohren eingesetzt und ermöglichen eine einfache Ausrichtung und eine perfekte Montage mit Schraubbolzen.

Nach dem Anschweißen der Manschette an das Rohr, dreht sich der Flansch problemlos weiter. Das Ausrichten der Schraubenmuttern wird dadurch nicht beeinträchtigt.

Diese Flansche werden in Systemen oder Anwendungen verwendet, die eine häufige Demontage erfordern, oder in denen Rohre aus sehr hartem Material verwendet werden.

Sie sind üblicherweise aus Stahl und ihr Innendurchmesser ist bearbeitet, damit er mit der Manschette übereinstimmt.

Gewindeflansche

Dieser Flanschtyp kann ausschließlich an Rohren mit Gewinden verwendet werden. Die Montage erfordert kein Schweißen.

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Er wird normalerweise für Rohre mit geringen Durchmessern und in Niederdruckanwendungen verwendet.

Blindflansche

Blindflansche sind runde Platten ohne Mittelöffnung und werden an den Enden von Rohren, Druckbehältern oder Ventilen eingesetzt, um diese an ihrem Ende zu verschließen. Diese Flansche sind für Standardrohre in allen Größen geeignet.

Außerdem werden sie zum Überprüfen des Drucks von Flüssigkeiten oder Gasen in Rohrleitungen oder Behältern verwendet und ermöglichen bei Bedarf einer Intervention den einfachen Zugang zum Innern der Rohrleitungen. Sie werden vorzugsweise für Hochdruckanwendungen eingesetzt.

Unterschiedliche Dichtflächen von Flanschen

Flache Dichtflächen

Flansche mit flachen Dichtflächen haben eine Kontaktfläche auf derselben Ebene wie die Fläche, auf der sich die Muttern befinden.

Es sei angemerkt, dass Flansche mit flachen Dichtflächen niemals miteinander paarweise gekoppelt sind, wie dies bei Flanschen mit erhöhter Dichtfläche der Fall ist.

Erhöhte Dichtflächen

Flansche mit erhöhten Dichtflächen kommen häufig in Wiederaufbereitungsanlagen zum Einsatz und sind leicht erkennbar.

Ihre Bezeichnung ist darauf zurückzuführen, dass die Kontaktfläche im Verhältnis zu der Fläche, an der die Muttern angebracht sind, erhöht ist.

Diese Flansche ermöglichen die Verwendung einer Vielzahl unterschiedlicher Dichtungen. Die Funktion dieser Flansche ist es, einen hohen Druck auf eine kleine Kontaktfläche zu konzentrieren und damit die Fähigkeit der Dichtung, die Flüssigkeit zurückzuhalten, zu erhöhen.

RTJ-Dichtungen

RTJ-Dichtungen werden für hohe Drücke (Klasse 600 oder höher) und/oder hohe Temperaturen (über 427 °C) eingesetzt.

Sie haben bearbeitete Nuten, in denen sich eine Metalldichtung befindet. Wenn die Muttern festgezogen sind, wird die Dichtung komprimiert. Dabei wird die Metalldichtung zwischen den beiden Flanschen derart zusammengepresst, dass sie sich verformt und einen direkten Kontakt zwischen Metallen herstellt.

Flansche des Typs RTJ können eine erhöhte Fläche mit einer bearbeiteten Nut haben. Bezüglich der Abdichtungsfähigkeit der Baugruppe spielt diese Fläche jedoch keine Rolle.

Nut- und Federflansche

Dieser Flanschtyp weist Flächen auf, die eine paarweise Abstimmung aufeinander erfordern. Einer der Flansche verfügt über eine Dichtfläche mit eingearbeiteter Nut, während die andere Fläche eine Feder aufweist, die sich in diese Nut fügt.

Üblicherweise werden sie in Pumpendeckeln und Ventilkappen eingesetzt.

Nut- und Federflansche haben den Vorteil, sich automatisch auszurichten, bis sie für das feuchte Medium einem Tank bilden. Außerdem bleibt die Ausrichtung der Belastungsachse durch die abgeschrägte Dichtung aufrechterhalten.

Es sei darauf hingewiesen, dass Flansche der Typen RTJ und Nut & Feder unter keinen Umständen zusammen montiert werden dürfen, da die Kontaktfläche nicht übereinstimmt und es außerdem keine Dichtung gibt, deren Form Flanschtypen mit unterschiedlichen Dichtflächen entspricht.

Wie liest man die Kennzeichnung eines Flansches?

Flansche aus Kohlenstoffstahl und Edelstahl werden entsprechend der Vorgaben der Norm ASME B 16.5 markiert. Dabei handelt es sich um die weltweit am meisten verwendete Norm für Flansche.

Diese Norm bezieht sich sowohl auf Schmiede- als auch auf Guss-Flansche und definiert Materialien, die Kennzeichnung, Abmessungen, Betriebsdrücke, Toleranzen und Tests für Flansche.

Darüber hinaus gibt sie für jedes einzelne Flanschmaß von 1/2” bis 24″ die entsprechenden Drücke in den Klassen 150, 300, 400, 600, 900 und 1500 sowie von 1/2” bis 12” in 2500 lbs an.

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Als wesentliche Merkmale, die in eine Kennzeichnung von Flanschen aufzunehmen sind, können folgende genannt werden:

  • Logo des Herstellers
  • Bei der Herstellung zugrunde gelegte Norm
  • Art des Werkstoffs gemäß ASTM, sowie die Art der Wärmebehandlung
  • Nenndurchmesser und Druckbereich des Flansches
  • Art der Dichtfläche
  • ID-Nummer des Herstellers
  • Für N. oder S.W. Flansche: Angabe der nominalen Dicke des Rohrs, an das der Flansch geschweißt werden soll.

Referenztabelle DIN, ANSI und JIS

Die Angaben PN (DIN-Norm, Deutsches Institut für Normung), Pfund (lb) oder Class (ANSI-Norm, American National Standard Institute) und K (JIS-Norm, Japanese Industrial Standards) beziehen sich auf die Nenndruckstufe für Ventile, Rohrleitungen und deren Zubehör.

Der Unterschied der Systeme basiert auf der als Bezugspunkt genommenen Temperatur sowie dem Material, aus dem der Flansch hergestellt ist; so entspricht dieser in DIN z.B. 120 ºC, in ANSI dagegen 425,5 ºC.

Im Falle der europäischen Systeme wie DIN, EN, BS, ISO sowie der chinesischen Norm GB wird der Begriff PN verwendet. Dabei handelt es sich um einen Druckbereich auf der Grundlage der Einheit bar: PN2,5, PN6, PN10, PN16, PN25, PN40, PN63, PN100, PN160, PN250, PN320 und PN400.

Dagegen wird in dem amerikanischen System der Begriff Class (Klasse) verwendet, der häufig als Class 150, 150 lb oder 150# ausgedrückt wird und den Druckbereich des Ventils oder der Rohrleitung bezeichnet. Dieser Wert ist das Berechnungsergebnis des Bindedrucks eines bestimmten Metalls und der Temperatur gemäß der Norm ANSI B16.34.

In Japan wird die Einheit K verwendet, um das Druckniveau anzugeben. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Referenztemperatur gibt es keine strikte Entsprechung zwischen Druckstufe und Nenndruck.

Die ungefähre Umrechnung zwischen diesen verschiedenen Systemen ist in der folgenden Tabelle aufgeführt. Dabei ist jedoch anzumerken, dass eine exakte Umrechnung nicht möglich ist, da es sich nicht um Werte handelt.

Die letzte Spalte dieser Tabelle wird bezieht sich auf die Entsprechung in Megapascal (MPa), der Einheit für Druck gemäß des Internationalen Einheitensystems.

DIN (PN) ANSI (LB) JIS (K) Mpa
20 150 10 2
50 300 20 5
64 400 30 6.8
100 600 40 11
800 13
150 900 63 15
250 1500 100 26
2000 33.7
420 2500 42

Die hier aufgeführte Information bietet einen umfangreichen und kompletten Überblick über Flansche sowie ihre Merkmale und Verwendung in Übereinstimmung mit der Temperatur und dem Druck an ihrem Einsatzort.

Abschließend möchten wir darauf hinweisen, dass Couth Ihnen einen industriellen Markier-Service für die Kennzeichnung Ihrer Flansche bietet. Für nähere Informationen setzen Sie sich bitte mit uns in Verbindung.