Flansch: Lochbild, Zentrierung und Anschlussflächen verstehen

Im Modellbau begegnen Flansche beispielsweise an Gehäusen, Motoraufnahmen oder Wellenanschlüssen. Im Rohrleitungsbau kommen zusätzlich Anforderungen an die Abdichtung des geführten Mediums hinzu. Die gemeinsame Form eines verbreiterten Anschlusses macht diese Anwendungen nicht austauschbar. Dieser Artikel erklärt vor allem die Geometrie und die Angaben einer Schnittstelle. Er ist keine Auslegung einer drucktragenden Rohrverbindung oder einer bestimmten Kupplung.

Anschlussfläche, Befestigung und Zentrierung trennen

Die Anlagefläche beschreibt, wo die beiden Bauteile axial zusammenkommen. Ein Lochbild legt Position und Anzahl der Befestigungsstellen fest. Eine Zentrierung kann die radiale Zuordnung übernehmen, etwa durch einen Absatz mit passender Gegenkontur. Welche Funktion tatsächlich von welcher Fläche übernommen wird, muss aus der Konstruktion hervorgehen. Ein runder Außenrand allein stellt keine Zentrierung her, wenn er das Gegenstück gar nicht berührt.

Auch die Annahme, jeder Flansch müsse einen Zentrierbund besitzen, wäre zu eng. KTR beschreibt beispielsweise für seine MONOLASTIC in 3-Loch-Ausführung eine Zentrierung über die Befestigungsschrauben und ausdrücklich keinen erforderlichen Zentrierabsatz am Motor-Schwungrad. RINGFEDER zeigt bei der TNF 5571 dagegen zusammengehörige Flanschteile mit äußerer und innerer Zentrierung. Diese Beispiele verdeutlichen unterschiedliche Konstruktionslösungen; ihre Eigenschaften gelten nicht pauschal für selbst entworfene Anschlüsse.

Welche Maße ein Lochbild eindeutig machen

Bei einem gleichmäßig verteilten Lochbild braucht man mindestens die Anzahl der Bohrungen, ihren Durchmesser, den Lochkreisdurchmesser und die Winkellage. Der Lochkreis läuft durch die Mittelpunkte der Bohrungen. Er ist weder der Flanschaußendurchmesser noch der Abstand zwischen zwei benachbarten Löchern. Zusätzlich muss klar sein, von welcher Seite die Zeichnung betrachtet wird und wo der Winkel beginnt.

Eine Angabe wie „vier Löcher auf 60 mm“ ist ohne diese Festlegung missverständlich. Sie könnte einen Lochkreis oder ein quadratisches Raster meinen. Vier Bohrungen auf einem Lochkreis von 60 mm ergeben bei 90° Teilung einen Abstand von rund 42,43 mm zwischen benachbarten Mittelpunkten. Ein Quadrat mit 60 mm Seitenlänge hätte dagegen einen größeren Umkreis. Für Fertigung und Prüfung sollten diese unterschiedlichen Beschreibungen nicht vermischt werden.

Eigene Lehrgeometrie: vier Bohrungen auf einem Lochkreis

Wir wählen ausschließlich für eine geometrische Übung einen Lochkreisdurchmesser von 60 mm, also einen Radius von 30 mm. Vier Bohrungen liegen gleichmäßig im Winkelabstand von 360° / 4 = 90°. Die erste Bohrung beginnt bei 45°, gemessen gegen den Uhrzeigersinn von der positiven X-Achse. Der Mittelpunkt des Lochkreises ist X = 0 und Y = 0. Alle Angaben gelten für eine Draufsicht auf diese XY-Ebene.

Die Koordinaten ergeben sich aus X = R · cos(α) und Y = R · sin(α). Bei 45° sind beide Werte 30 / √2 ≈ 21,213 mm. Die übrigen drei Punkte folgen bei 135°, 225° und 315°. Die gerundeten Zahlen dienen der Erklärung. Ein CAD-Modell sollte die ursprünglichen geometrischen Beziehungen erhalten, damit das Lochbild nicht versehentlich durch gerundete Einzelwerte überbestimmt wird.

Startwinkel und Bezug beeinflussen die Passung der Lochbilder

Ein zweites Teil kann denselben Lochkreisdurchmesser und dieselbe Lochzahl besitzen, aber eine andere Winkellage. Beginnt dessen erstes Loch bei 0° statt 45°, liegen die Bohrungen in unserem Beispiel nicht deckungsgleich. Ob sich ein Teil zur Montage entsprechend drehen lässt, hängt von weiteren Merkmalen ab. Ein seitlicher Anschluss oder eine asymmetrische Außenkontur kann die zulässige Einbaulage bereits festlegen.

Bei Zeichnungen von gegenüberliegenden Anschlussflächen muss außerdem die Blickrichtung eindeutig bleiben. Besonders bei ungleichmäßig verteilten Lochbildern kann eine unbemerkte Spiegelung zu einem unpassenden Gegenstück führen. Der Mittelpunkt allein reicht dann als Bezug nicht aus; ein zusätzliches Orientierungsmerkmal legt die Winkelstellung fest. Die Grundlagen von absoluten und relativen Koordinaten helfen, Positionen und Verschiebungen dabei auseinanderzuhalten.

Durchgangsbohrung ist nicht automatisch eine Passbohrung

Eine Durchgangsbohrung mit Spiel ermöglicht das Einsetzen eines Verbindungselements. Sie legt dessen Position innerhalb dieses Spiels nicht eindeutig fest. Wenn die Konstruktion eine präzise radiale Zuordnung benötigt, muss dafür eine geeignete Lösung vorgesehen sein. Das kann je nach Aufgabe eine Zentrierkontur, ein Passstift oder ein entsprechend ausgelegtes Schraubenkonzept sein. Es gibt dafür keine universelle Lösung, die allein aus der Bezeichnung Flansch folgt.

In der Zeichnung werden deshalb nicht nur Nennmaße, sondern auch erforderliche Toleranzen und Bezüge festgelegt. Die Lage eines Lochbilds zum Zentriersitz kann wichtiger sein als seine Lage zum unbearbeiteten Außenrand. Ebenso ist eine plane Anlagefläche etwas anderes als ein maßhaltiger Lochkreis. Eine Prüfung sollte jeweils das Merkmal erfassen, das für die Funktion benötigt wird, statt nur leicht zugängliche Außenmaße zu vergleichen.

Befestigung und Abdichtung sind eigene Auslegungsaufgaben

Die Schrauben erzeugen Vorspannung und klemmen die vorgesehenen Bereiche zusammen. Wie Kräfte oder Momente übertragen werden, hängt vom gesamten Aufbau ab. Die Zahl der Löcher ist daher kein ausreichender Nachweis der Belastbarkeit. Schraubengröße, Werkstoffe, Flanschsteifigkeit, Reibverhältnisse und äußere Lasten gehören zur Auslegung. Der Beitrag zu Schraubverbindungen erklärt den Unterschied zwischen Vorspannkraft, Klemmkraft und zusätzlicher Belastung.

Bei einer medienführenden Flanschverbindung kommt eine passende Dichtlösung hinzu. GESTRA fordert in der Anleitung für die betrachteten Schmutzfänger unter anderem parallel ausgerichtete Anschlussflansche und eine Montage ohne Verspannen der Armatur. Das ist eine produktbezogene Anforderung, keine vollständige Montageanweisung für andere Systeme. Material, Medium, Temperatur, Druck und die konkrete Dichtungsbauart bestimmen zusätzliche Anforderungen. Die Lochkreisübung dieses Artikels eignet sich nicht als Vorlage für eine Druckverbindung.

Eine Anschlusszeichnung muss die Funktion vermitteln

Für eine eigene Modellbaukonstruktion werden zuerst die Aufgaben der Schnittstelle festgelegt: tragen, positionieren, Drehmoment übertragen oder abdichten. Anschließend erhalten die dafür vorgesehenen Flächen und Befestigungsstellen eindeutige Maße und Bezüge. Zugänglichkeit gehört ebenfalls dazu. Eine geometrisch passende Schraube hilft wenig, wenn sich ihr Kopf nach dem Zusammenbau nicht mehr mit dem vorgesehenen Werkzeug erreichen lässt.

Eine gute Prüfung beginnt daher vor der Fertigung mit dem Vergleich beider Anschlussseiten. Lochbild, Orientierung, Zentrierung und Anlage werden getrennt abgeglichen. Nach der Fertigung werden die geforderten Merkmale und die tatsächliche Montagefunktion bewertet. So wird aus einem bloßen Kreis mit Bohrungen eine nachvollziehbar beschriebene Schnittstelle, ohne aus einer einfachen Zeichnung bereits eine Tragfähigkeits- oder Dichtheitszusage abzuleiten.