Flanschflächen erklärt (Flach, Erhöht, etc.)

Was ist eine Flanschfläche?

Es gibt drei gängige Arten von Flanschflächen: die flache, erhöhte und die Ringverbindung (RTJ). Andere Arten von Flanschflächen existieren, hauptsächlich die Zungen- und Nutverbindung (T&G), Überlappungsverbindung und die männlich-weiblich (M&F) Designs, aber diese sind weniger verbreitet. Rohrleitungsstandards definieren die genaue Geometrie, Abmessungen, Material und Oberflächenbeschaffenheit einer Flanschfläche.

Flanschflächentypen

Als allgemeine Regel gilt: Je kleiner die Kontaktfläche zwischen den Flanschflächen, desto härter wird das Dichtungsmaterial und das Material der Flanschdichtfläche sein. Dies liegt daran, dass eine kleinere Dichtfläche bedeutet, dass ein größerer Druck mit weniger Kraft aufgebracht werden kann (Druck = Kraft / Fläche). Härtere Materialien erfordern einen größeren Druck zum Abdichten als weichere Materialien, selbst wenn die Oberflächen vor dem Zusammenfügen geschliffen und geläppt werden. Um höhere Drücke zu erreichen, ohne übermäßiges Drehmoment auf die Befestigungselemente anwenden zu müssen, wird die Kontaktfläche der Dichtfläche verkleinert.

Aus diesem Grund haben flache Flansche Dichtungen, die sich vom Innendurchmesser des Flansches bis zum Außendurchmesser des Flansches erstrecken; diese Arten von Dichtungen sind als 'Vollflächendichtungen' bekannt und haben eine große Kontakt-Dichtfläche. Erhöhte Flansche haben nur eine Dichtung auf der erhöhten Fläche; diese Arten von Dichtungen sind als 'Flachringdichtungen' bekannt. Bei Ringverbindungsflanschen ist die Dichtfläche vergleichsweise klein und das Dichtungsmaterial vergleichsweise hart (Metall).

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Flache Fläche (FF)

Flache Flansche (FF) verwenden nichtmetallische Dichtungen (weiche Dichtungen) und sollten immer eine gerillte Dichtfläche haben. Diese Art von Flansch eignet sich gut für Niederdruckanwendungen und wird für Druckklassen 125 und 250 verwendet. 

Dichtungen werden direkt auf der vorderen Dichtfläche der Flanschscheibe installiert, d.h. auf derselben Ebene wie die Bolzenkreisfläche. Der Dichtungsbereich erstreckt sich vom inneren Flanschdurchmesser bis zum äußeren Flanschdurchmesser. Typische weiche Dichtungsmaterialien sind normalerweise bis zu 100°C (212°F) und nicht mehr als 20 bar (290 psi) Druck ausgelegt. Da flache Flansche eine so große Dichtfläche verwenden, sind sie passgenau gefertigt. Flachdichtungen für Flansche können nach der Installation nicht mehr gedreht werden aufgrund der Bolzenlochdurchdringungen durch die Dichtung. Aufgrund der großen Größe der Dichtfläche sind flache Flansche mechanisch widerstandsfähig gegen Verformungen (Biegen, Wölben etc.).

Flache Flansche sollten niemals mit erhöhten Flanschen verbunden werden, insbesondere wenn der erhöhte Flansch aus einem härteren Material gefertigt ist.

Flache Fläche (links) und Erhöhte Fläche (rechts)

Erhöhte Fläche (RF)

Ein erhöhter Flansch (RF) hat eine kreisförmige Dichtfläche, die aus der Bolzenkreisebene des Flansches hervorsteht. Erhöhte Flansche sind in allen Druckklassen erhältlich und somit für einen breiten Bereich von Druck- und Temperaturwerten geeignet. RF-Flansche sind die häufigste Art von Flanschen, die in der Öl- und Gas- sowie in der chemischen Industrie eingesetzt werden.

RF-Flansche verwenden gerillte Dichtflächen mit nichtmetallischen oder halbmetallischen Dichtungen. Die Dichtfläche eines RF-Flansches erstreckt sich vom inneren Durchmesser des Flansches bis zum Außendurchmesser der erhöhten Fläche. Eine typische Dichtung für RF-Flansche wäre eine Graphit-Stahl-Verbunddichtung mit einer Temperaturbeständigkeit bis zu 400°C (750°F) und einer Druckbeständigkeit bis zu 250 bar (3.625 psi).

Vollflansch (links) und Erhöhter Flansch (rechts) mit Dichtungen

Die Höhe der erhöhten Fläche über der Bolzenkreisebene wird durch die Flanschklasse und den Standard bestimmt, aus dem sie stammt. Für den ASME B16.5 Standard haben Stahlflansche in den Klassen 150 und 300 eine erhöhte Flächenhöhe von 1/16 Zoll (1,6 mm); Stahlflansche, die die Klasse 300 überschreiten, verwenden eine 1/4 Zoll (6,4 mm) erhöhte Fläche. In einer idealen Welt würde die Höhe einer erhöhten Fläche mit der Klasse zunehmen, aber dies tritt in den meisten Standards nicht auf; es ist jedoch eine logische Verallgemeinerung.

Ringverbindung (RTJ)

Ringverbindungsflansche (RTJ) sind eine Variation des Designs der erhöhten Flansche. RTJ-Flansche werden typischerweise für schwerwiegendere Anwendungen verwendet, insbesondere für Hochdrucksysteme und/oder Hochtemperatursysteme (>750°C / 1.382°F). Es ist möglich, RTJ-Flansche in allen Druckklassen zu verwenden, aber sie werden typischerweise für Klasse 900 und höher eingesetzt.

Der Unterschied zwischen einem RTJ-Flansch und einem erhöhten Flansch liegt in der Art und Weise, wie eine Abdichtung erreicht wird. Metallische Dichtungen (hart) werden mit RTJ-Flanschen verwendet, während erhöhte Flanschdichtungen weiche oder halbmetallische Dichtungen verwenden. Es gibt drei Hauptgruppen von Ringverbindungen: R, RX und BX; wir konzentrieren uns auf die R-Typ-Verbindung, da sie bei weitem die häufigste ist.

R-Typ RTJ-Dichtungen sind kreisförmig mit einem ovalen oder achteckigen Profil/Körper; das achteckige Profil erzielt die effizienteste Abdichtung und ist das modernere Design. Eine Nut wird in die Fläche eines RTJ-Flansches gefräst und die zugehörige Dichtung wird in diese Nut eingesetzt. Wenn der Flansch montiert wird, komprimieren die beiden passenden Flächen die Dichtung, bis sie sich verformt und eine Metall-zu-Metall-Abdichtung entsteht. Wenn der Flansch korrekt montiert ist, sollten die beiden passenden RTJ-Flansche keinen physischen Kontakt miteinander haben.

RTJ-Komponenten (achteckige Dichtung links, ovale Dichtung rechts)

RTJ-Dichtungen werden oft aus einem Material hergestellt, das etwas weicher ist als das des Flansches. Da das Dichtungsmaterial weicher ist, verformt es sich bei einem niedrigeren Druck als der Flansch, was sicherstellt, dass es die Dichtung ist, die sich verformt, um die Abdichtung zu erreichen, und nicht der Flansch, der sich um die Dichtung herum verformt.

Zusammenfassung der Flanschflächen

Die folgende Tabelle fasst die Eigenschaften der drei häufigsten Flanschflächen zusammen.

Zusammenfassung der Flanschflächeneigenschaften

Flanschtypen, Flächen und Oberflächen - Erklärt!

Dieses Video ist Teil unseres Piping Flange Fundamentals Videokurses

Zusätzliche Ressourcen

http://www.wermac.org/flanges/flanges_raised-face_flat-face_ring-type-joint.html

https://www.kamleshmetal.com/flanges-faces-types.html

https://www.theprocesspiping.com/introduction-to-flanges