Was ist ein Flansch? – Von den Typen bis zur Bearbeitung

Flansche sind ein wichtiges Bauteil in der Technik und Industrie, da sie zum Verbinden von Rohren, Pumpen, Ventilen usw. verwendet werden. Flansche bieten eine langlebige und effiziente Methode, Teile miteinander zu verbinden. Sie bieten eine dichte, sichere Verbindung, die Inspektion, Wartung und Umbau der Maschine erleichtert. Sie ermöglichen Wartung, Reparaturen und Umbauten ohne Schweißen. Weitere Informationen zu Flanschtypen, Materialien und Anwendungen finden Sie in diesem Artikel.

Was ist ein Flansch?

Ein Flansch ist ein Bauteil, das aus einem Körper wie Rohren, Balken oder Rädern herausragt. Er kann sowohl als äußerer als auch als innerer Grat, Lippe oder Rand ausgeführt sein. Er dient der Stabilisierung der Struktur und erhöht die Beweglichkeit des Bauteils. Die Verbindung des Flansches erfolgt durch Verschrauben, die Abdichtung erfolgt durch Dichtungen oder andere Methoden.

Was ist der Zweck eines Flansches?

Flansche erfüllen vielfältige Zwecke. So können sie beispielsweise verschiedene Teile in Rohrleitungssystemen verbinden, für eine zuverlässige Verbindung sorgen, den Zugang für Inspektionen erleichtern und Rohre spannungsminimierend ausrichten. Im Bauwesen verleihen Flansche der Struktur Festigkeit und Steifigkeit, indem sie die Kontaktfläche vergrößern und die Lastverteilung verbessern. Sie machen Träger und Säulen widerstandsfähiger gegen Knicken und Verformungen. Es gibt verschiedene Arten von Flanschen im Rohrleitungsbau.

Wie funktioniert ein Flansch?

Mechanische Flansche verfügen über Dichtungen und Verschraubungen zum Anschluss der Rohrleitungssysteme. Die Flanschfläche ist die Oberfläche, an der die Dichtung abdichtet. Flanschflächen können je nach Druck und Temperatur flach oder erhaben sein. Die Dichtung befindet sich zwischen den Flanschflächen und wird durch eine Verschraubung abgedichtet. Sie besteht üblicherweise aus Stahl, Gusseisen oder Edelstahl, je nach Anforderungen und Anwendung des Flansches.

Lastübertragung, Abdichtung und Ausrichtung

Die gesamte Belastung und Spannung im Flansch wird auf das angeschlossene Gerät übertragen, um mechanische Ausfälle zu vermeiden. Der Flansch sorgt für eine dichte Abdichtung zwischen den angeschlossenen Teilen und verhindert so Leckagen. Zudem sorgt er für eine präzise Ausrichtung der angeschlossenen Rohre, um einen reibungslosen Durchfluss zu gewährleisten und die Belastung der Verbindung zu minimieren.

10 gängige Flansch- und Flächentypen

Die Auswahl des spezifischen Flanschtyps und der Flanschfläche hängt von den Anforderungen an Druck, Temperatur, Flüssigkeit und anderen Faktoren ab. Es gibt verschiedene Flanscharten für Rohrleitungen, wie z. B. Vorschweißflansche, Aufsteckflansche, Muffenschweißflansche, Überlappflansche, Gewindeflansche und Blindflansche. Diese unterscheiden sich in der Verbindungstechnik wie Schweißen oder Gewinden. Details zu diesen Flanschtypen werden im Folgenden erläutert:

1. Schweißhalsflansch

Dieser Flanschtyp hat einen runden Anschluss mit einem hervorstehenden Rand. Schweißflansche mit erhabener Dichtfläche (RF) und ringförmiger Dichtfläche (RTJ) sind bei Verbindungsteilen üblich. RF-Flansche haben weiche oder halbmetallische Dichtungen. RTJ-Flansche haben Metalldichtungen und eignen sich ideal für höhere Drücke und Temperaturen.

2. Aufsteckflansch

Die Dichtfläche ist flach und eignet sich für Niederdruckanwendungen. Aufsteckflansche mit flacher Dichtfläche (FF) haben eine flache Dichtfläche und RF-Flansche verfügen über eine erhabene Fläche zur Steuerung der Dichtungskompression.

3.Blindflansch

Es handelt sich um einen massiven, scheibenförmigen Flansch, der das Ende eines Rohres vollständig verschließt. Blindflansche verbinden das Ende eines Rohres, Ventils oder Fittings dauerhaft mit RF-, FF- und RTJ-Flanschen. Alle diese Facettentypen verfügen über ein einzigartiges Dichtungsdesign, das für unterschiedliche Anwendungen geeignet ist.

4. Gewindeflansch

Dieser Flanschtyp verfügt über Schraubgewinde zum Anschluss des Rohres. Gewindeflansche mit RF und FF sind gängige Flächentypen und bestimmen die Dichtungsform an der Stelle, an der die Dichtung sitzt.

5.Muffenschweißflansch

Dieser Flanschtyp eignet sich für kleinere Hochdruckrohre. Die gängigen Flanschtypen für Muffenschweißflansche sind RF und FF. Der RF-Flansch hat eine erhabene Oberfläche oberhalb des Lochkreises für die Dichtungsauflage in Hochdrucksystemen. FF wird mit vollflächigen Dichtungen in Niederdrucksystemen verwendet.

6. Überlappungsflansch

Dieser Flanschtyp besteht aus einer zweiteiligen Baugruppe mit einem Stummelende und einem darauf angeordneten Überlappflansch. Überlappflansche sind typischerweise vom Typ FF und werden üblicherweise bei Niederdruckanwendungen in nichtmetallischen Dichtungen eingesetzt. FF dichtet nicht wirklich ab. Die Dichtfläche befindet sich am Stummelende und ist mit dem Flansch verbunden.

7.Langer Schweißhalsflansch

Dieser Flanschtyp hat einen langen Hals und ist für Hochdruck- und Temperaturanwendungen ausgelegt. Er hat einen längeren Hals als Standard-Vorschweißflansche und ermöglicht eine stärkere und robustere Rohrverbindung. Lange Vorschweißflansche sind üblicherweise mit RF- und RTJ-Flächen ausgestattet.

8.Öffnungsflansch

Dieser Flanschtyp wird zur Messung des Flüssigkeitsdurchflusses verwendet. Sie verfügen üblicherweise über eine RF- oder RTJ-Flanschfläche. RF-Flansche haben eine erhabene Oberfläche zur Aufnahme einer Dichtung. RTJ-Flansche verfügen über eine ringförmige Nut für eine dichte Verbindung.

9.Brillenflansch

Dieser Flanschtyp dient zum vorübergehenden Absperren oder Isolieren einer Rohrleitung für Wartungs- oder Inspektionszwecke. Es handelt sich üblicherweise um eine Platte mit einem Blindende und einem Brillenende, die durch ein Steg verbunden sind. Brillenblindflansche gibt es in den Ausführungen RF und RTJ, die zum Abdichten des Flansches mit dem angrenzenden Flansch dienen.

10.Reduzierflansch

Dieser Flanschtyp verfügt über zwei verschiedene Bohrungsgrößen. Er verbindet zwei Rohre unterschiedlicher Größe. Er wird üblicherweise verwendet, um kleinere Rohre mit größeren zu verbinden. Reduzierflansche gibt es in den Ausführungen RF und FF.

Benutzerdefinierte Flanschtypen

Sonderflansche sind spezielle Ausführungen verschiedener Flanschtypen. Sie sind Spezialflansche, die spezielle Anforderungen erfüllen, die bei herkömmlichen Konstruktionen nicht erfüllt werden. Zum Beispiel:

• Schwenkringflansch
• Expanderflansch
• Ankerflansch
• Nipoflansch / Schweißflansch
• Integrierter Flansch
• Reduzierflansch mit Gewinde
• Öffnungsflansch

Diese verschiedenen Flanschtypen können hinsichtlich Form, Flächenart, Druckstufe, Materialart und anderen Merkmalen verändert werden, um sie für einzigartige Anwendungen geeignet zu machen.

Flanschflächentypen für verschiedene Dichtungen

Flanschteile gibt es in verschiedenen Ausführungen, die für die Verwendung mit bestimmten Dichtungstypen für eine bessere Abdichtung ausgelegt sind. Gängige Flanschteile sind:

Erhöhtes Gesicht (RF)

Ein RF-Flansch hat eine erhabene, kreisförmige Dichtfläche. Sie ragt über den Lochkreis des Flansches hinaus. In der Regel werden Spiraldichtungen oder Weichdichtungen verwendet. Der RF bietet einen speziellen Bereich für die Dichtung.

Ringgelenk (RTJ)

Der Planflanschtyp verfügt über eine kreisförmige Nut in der Flanschfläche. Ovale oder achteckige Ringdichtungen werden in der Nut zusammengedrückt und bilden so eine dichte Abdichtung. Er wird üblicherweise für Hochdruck- und Hochtemperaturanwendungen eingesetzt.

Flaches Gesicht (FF)

Dieser Flanschtyp hat eine flache, bearbeitete Oberfläche. Der Flachflansch verfügt über vollflächige nichtmetallische Dichtungen. Die gesamte Oberfläche des FF-Flansches dient als Dichtfläche. Er wird üblicherweise bei Niederdruckanwendungen eingesetzt.

Nut und Feder / Männlich und Weiblich

Dieser Flanschtyp verfügt über eine erhabene Feder und der Gegenflansch über eine entsprechende Nut oder Aussparung. Es wird eine Dichtung verwendet, die auf die Nut-Feder-/Stecker-/Buchsen-Konfiguration abgestimmt ist.

Wie wählt man Materialien vor der Bearbeitung aus?

Die Materialauswahl für den Flansch zur Bearbeitung hängt von vielen Faktoren ab, wie Festigkeit, Kosten und Korrosionsbeständigkeit der Legierung. Die gängigsten Faktoren für die Materialauswahl von Flanschen werden im Folgenden erläutert.

Flanschtypen aus Kohlenstoff-, Edelstahl- und legiertem Stahl

Mechanische Flansche aus Kohlenstoffstahl sind kostengünstig, hochfest und gut bearbeitbar. Sie neigen jedoch zur Korrosion. Flansche aus Edelstahl zeichnen sich durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und Schweißbarkeit aus. Sie sind jedoch teurer und schwieriger zu bearbeiten als Kohlenstoffstahl. Flansche aus legiertem Stahl weisen im Vergleich zu Kohlenstoffstahl eine höhere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf, erfordern jedoch spezielle Wärmebehandlungen für optimale Eigenschaften.

Hochtemperatur-Nickellegierungen

Flansche aus Nickellegierungen zeichnen sich durch bemerkenswerte Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit aus. Sie sind jedoch sehr teuer und teilweise schwer zu bearbeiten. Sie werden üblicherweise in Hochtemperaturmaschinen und in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.

Korrosionsbeständige Verkleidungsoptionen

Korrosionsbeständige Ummantelungen in Flanschen schützen das Grundmetall vor Korrosion, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen. Sie können jedoch die Gesamtkosten und die Komplexität des Bauteils erhöhen. Sie werden hauptsächlich in Chemieanlagen und Rohrleitungen eingesetzt.

CNC-Bearbeitungsvorgänge für präzise Flanschgeometrie

CNC-Bearbeitung ermöglicht die präzise Steuerung komplexer Flanschgeometrien. Gängige Bearbeitungsvorgänge für Flanschgeometrien sind:

Plan- und Außendrehen

Das Plandrehen und Außendrehen erfolgt auf Drehmaschinen. Material wird vom Außendurchmesser (AD) entfernt und die Flächen des Flansches werden bearbeitet, um die gewünschte Form und Größe (z. B. zylindrisch) zu erreichen.

Aufbohren der Nabe und Bohrung

Mit einer Bohrmaschine wird der Innendurchmesser (Bohrung) des Flansches präzise vergrößert und bearbeitet. Sie sorgt für Konzentrizität und eine glatte Oberfläche des Flansches.

Bohren und digital indizierte Bolzenlöcher

Die Schraubenlöcher werden präzise um den Flansch herum gebohrt. Für die genaue Platzierung und Indexierung der Schraubenlöcher werden häufig spezielle Bohrlehren verwendet. Für digital indexierte Schraubenlöcher wird CAD/CAM-Software verwendet, um die Position der Schraubenlöcher digital zu indexieren. Dies ermöglicht präzise Platzierung und Wiederholgenauigkeit. Anschließend werden diese digitalen Indexdaten verwendet, um die CNC-Maschine zum Bohren der Schraubenlöcher zu programmieren.

Vorbearbeitungsprozesse

In der Regel werden Vorbearbeitungsprozesse wie Schmieden durchgeführt, um den Flansch vor der Bearbeitung in die gewünschte Rohform zu bringen. Dies verbessert potenziell die Materialfestigkeit und die Kornstruktur. Eine Wärmebehandlung wie Härten vor der Bearbeitung verbessert die Materialeigenschaften wie Härte und Zähigkeit zusätzlich.

Inspektion und Qualitätskontrolle

Koordinatenmessgeräte werden eingesetzt, um die erforderlichen Toleranzen und Spezifikationen des bearbeiteten Flansches zu überprüfen. Eine Sichtprüfung wird ebenfalls durchgeführt, um Oberflächenfehler und die Gesamtqualität zu prüfen.

Oberflächenbehandlungen nach der Bearbeitung

Nachbehandlungen wie Eloxieren und Pulverbeschichten verbessern die Oberflächenbeschaffenheit des Flansches. Eloxieren ist ein elektrochemischer Prozess, der eine schützende anodische Oxidschicht auf Flanschen erzeugt. Pulverbeschichten sorgt für ein langlebiges und ästhetisch ansprechendes Finish. Es erhöht zudem den Korrosionsschutz und die Schlagfestigkeit. Weitere Oberflächenbehandlungen wie Lackieren, Plattieren oder Passivieren verbessern die Haltbarkeit und das Erscheinungsbild von Flanschen.

Was ist Toleranz und Oberflächenbeschaffenheit von Flanschen?

Kritische Toleranzen der Sitzflächen ermöglichen einen korrekten Sitz und eine optimale Abdichtung der Dichtung. Auch die Lochpositionen und die Oberflächenrauheit sind für die Dichtleistung von Bedeutung.

Ebenheit und Parallelität der Auflagefläche

Flachflansche sollten innerhalb des angegebenen Ebenheitsbereichs liegen. Dadurch kann die Dichtung die Oberfläche abdichten. Die Auflagefläche sollte parallel zur Lochkreisfläche verlaufen, um eine gleichmäßige Druckverteilung zu gewährleisten.

Wahre Position des Bolzenlochs

Für eine korrekte Ausrichtung und Spannung der Schrauben müssen die Schraubenlöcher präzise innerhalb einer Toleranzzone platziert werden. Die Position der Löcher wird auf Bezugspunkte wie Flanschflächen und Kanten bezogen, um die Genauigkeit zu gewährleisten.

Rauheit (Ra) für erhabene Oberflächen und RTJ-Nuten

RF-Flansche haben üblicherweise eine Oberflächenrauheit von 3.2 bis 6.3 μm, um eine geeignete Dichtung zu gewährleisten. Nuten in RTJ-Flanschen erfordern ebenfalls eine bestimmte Oberflächenrauheit für einen einwandfreien Dichtungssitz und eine optimale Dichtleistung. Ra ist der arithmetische Mittelwert der absoluten Abweichung der Oberflächenhöhe von der Mittellinie. Er dient zur Quantifizierung der Oberflächenrauheit.

Fazit

Ein Flansch ist ein gewölbter Grat oder Rand, der zum Verbinden von Rohren und anderen Bauteilen dient. Flansche sorgen für Stabilität und eine zuverlässige Verbindung, erleichtern die Inspektion und richten Rohre spannungsminimiert aus. Sie bestehen häufig aus Metall und können eine flache oder erhabene Oberfläche haben. Sie verwenden Bolzenlöcher zur Befestigung und Dichtungen zur Abdichtung der Rohre. Flansche werden durch spanende Bearbeitung wie Schneiden, Fräsen und Bohren hergestellt. Gängige Flanscharten sind Vorschweißflansche, Aufsteckflansche, Muffenschweißflansche, Überlappflansche und Blindflansche.

FAQs – Von der Beschaffung bis zur Bearbeitung

Welche Toleranz ist für die RTJ-Nuttiefe typisch?

Gemäß der Norm ASME B16.5 hat die Nuttiefe von RTJ (Ring Type Joint) einen Toleranzwert von +0.4 mm, -0.0 mm.

Wie vermeide ich Werkzeugrattern auf Flächen mit großem Durchmesser?

Wenn Sie Werkzeugrattern an Flächen mit großem Durchmesser vermeiden möchten, legen Sie Wert auf die Steifigkeit der Werkzeuge, passen Sie die Schnittparameter an die Eigenfrequenzen des Werkstücks an und verwenden Sie Schneidflüssigkeiten.

Wann sollte ich Duplex statt Edelstahl 316L angeben?

Geben Sie Duplex an, wenn eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit erforderlich sind, beispielsweise in Meeresumgebungen und bei hohen Temperaturen. 316L wird verwendet, wenn eine hohe Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion erforderlich ist.