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    公开号:WO1989007730A1
    申请号:PCT/CH1989/000034
    申请日:1989-02-22
    公开日:1989-08-24
    发明作者:Claude Jaggi
    申请人:Claude Jaggi；
    IPC主号:F16L37-00
    专利说明:
    [0001] - i -
    [0002] Kupplung, insbesondere Schnellverschlußkupplung für Fluidlei- tungen
    [0003] Die Erfindung betrifft eine Kupplung, insbesondere Schnellverschlußkupplung für Fluidleitungen gemäß der Oberbe¬ griff des Patentanspruchs 1.
    [0004] Kupplungen dieser Art dienen namentlich zur raschen, dichten Verbindung von Schläuchen oder anderer beweglicher Fluidleitungen.
    [0005] Eine Kupplung dieser Art ist in der CH-A-626 696 be¬ schrieben. Sie hat zwei Kupplungshälften, wobei die eine als Stecker- und die andere als Muffenventil mit je einem durch Federkraft in Schließlage beaufschlagten Verschlußstück aus¬ gebildet ist, welches gegen je einen Dichtring in dichtender Anlage an einer inneren Kegelfläche der Kupplungshälfte drückt. Die Abdichtung zwischen beiden Kupplungshälften er¬ folgt durch einen weiteren, durch die Kupplungshälften zusam¬ mengepreßten Dichtring aus elastischem Material. Das Ver¬ schlußstück ist im gekuppelten Zustand in der Freigabestel¬ lung mittels eines Sperrbolzens verriegelbar, damit z. B. bei Druckstößen Axialbewegungen über seine Freigabestellung hin¬ aus nicht ausgeführt werden können. Hierdurch soll in ungün¬ stigsten Fall ein unerwünschtes Zuschlagen des Ventils mit einer vollständigen Blockierung des gesamten Systems vermie- den werden. Eine Arretierung der beiden Kupplungshälften er¬ folgt über Arretiεrkugeln, die in gekuppelter Stellung in je einer Nu*c einer Hülse und des Steckerventils liegen. Durch weitere Nuten in einer über den Anschlußteil des Stecker- und Muffenventils verschiebbaren Hülse können die Kugeln in eine nicht arretierende Stellung gebracht werden, wobei die Arre¬ tierkugeln beim Zusammenkuppeln und Auseinanderkuppeln ver¬ schoben werden müssen, was zu Störungen z. B. infolge von Verschmutzung oder Verklemmens führen kann.
    [0006] Die Dichtringe verschleißen verhältnismäßig rasch, wo¬ bei die dadurch entstehenden Undichtigkeiten zu Schäden füh¬ ren, die nur durch häufige, regelmässige Wartung (Auswechseln der Dichtringe) vermieden werden können. Zum Auswechseln der Dichtringe muß die ganze Kupplung demontiert werden, was müh¬ sam und zeitaufwendig ist und lange Abschaltzeiten der be¬ treffenden Anlage bedingt. Bei aggressiven Flüssigkeiten oder Gasen, sowie bei hohen, tiefen oder stark wechselnden Tempe¬ raturen oder in der Umgebung radioaktiver Strahlung können elastische Dichtringe nicht verwendet werden. Hier konnten bis jetzt keine Kupplungen dieser Art eingesetzt werden. Nachteilig bei den bekannten Kupplungen dieser Art ist ferner die Vielzahl ihrer Bauteile, die sie störanfällig und teuer machen.
    [0007] Weitere Kupplungen dieser Art sind in der FR-A-1288 938 und CH-A-474 010 beschrieben. Sie haben dichtende kegelförmi¬ ge Flächen, an die eine elastische Dichtlippe gepreßt wird. Die elastische Lippe und/oder die kegelförmige Fläche nutzt bzw. nutzen sich beim häufigen Öffnen und Verriegeln der Kupplunghälften ab, worunter die Dichtigkeit der gesamten Kupplung leidet. Werden diese Kupplungen selten geöffnet, neigt die angepreßte Dichtlippe dazu an ihrem Gegenstück festzufressen, wodurch ein erneutes öffnen ohne Beschädigung der Kupplung meistens nicht mehr möglich ist- Ferner kann zwischen die kegelförmigen Flächen Schmutz beim Zusammen- schieben der beiden Kupplungshälften gedrückt werden, wodurch ebenfalls eine ausreichende Dichtigkeit verunmöglicht werden kann.
    [0008] Aufgabe der Erfindung ist es, eine wartungsfreie Kupp¬ lung einfacher Bauweise für den Einsatz auch bei aggressiven Fluida , sowie innerhalb eines großen Temperaturbereichs zu schaffen. Insbesondere soll die Kupplung bei hohen, tiefen oder stark wechselnden Temperaturen, radioaktiver Strahlung, rauhen Umgebungsbedingungen und im Unterwasserbereich arbei¬ ten.
    [0009] Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist Gegen¬ stand des Patentanspruchs 1.
    [0010] Der durch die Erfindung erzielte Vorteil ist im wesent¬ lichen darin zu sehen, daß die Abdichtung der Kupplungshälf¬ ten entgegen der herrschenden Meinung ohne elastische Dicht¬ ringe, kegelförmige Dichtflächen oder elastische Dichtlippen erfolgt, so daß keine Wartung erforderlich ist und sich ge¬ genüber den bekannten Kupplungen ein vereinfachter Aufbau mit weniger Teilen ergibt, der bei Montage und Herstellung weni¬ ger Handhabungs- und Bearbeitungsschritte erfordert.
    [0011] Gegenstand der Ansprüche 2 bis 15 sind bevorzugte Aus¬ führungsformen der erfindungsgemäßen Kupplung.
    [0012] Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfin¬ dungsgemäßen Kupplung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    [0013] Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Schnellver'schlusskupp- lung in ausgekuppelter Stellung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Kupplung in gekuppelter Stellung,
    [0014] Fig. 3 eine Seitenansicht eines Verschlußstücks der Kupp¬ lung,
    [0015] Fig. 4 eine Ansicht des Verschlußstücks in Blickrichtung IV in Fig. 3, und
    [0016] Fig. 5 einen Längsschnitt: durch eine Variante der Kupplung in ausgekuppelter Stellung.
    [0017] Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Schnellver¬ schlußkupplung dient zum Verbinden von flexiblen Leitungen, in denen eine Flüssigkeit wie z. B. Wasser, öl, etc. fließt. Sie besteht aus zwei Kupplungshälften 2 und 3, wobei die Kupplungshälfte 2 als Muffenventil und die Kupplungshälfte 3 als Steckerventil ausgebildet ist. Sämtliche Teile bis auf weiter unten beschriebene Federn 6, 19, sowie federnde Klam¬ mern 14 und ein Klemmring 13 sind bei jeder der Kupplungs¬ hälften 2 und 3 aus ein- und demselben Material, bevorzugt aus Stahl, insbeondere einem korrosionsfesten Stahl hoher Härte, gefertigt; hierdurch ist deren thermischer Ausdeh¬ nungskoeffizient gleich. Materialien mit gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sind notwendig, damit wie weiter un¬ ten beschrieben, eine Spielpassung dichtender Flächen und da¬ mit deren trennende Spaltbreite erhalten bleibt, ohne bei TemperaturSchwankungen der Umgebung oder des Fluids in einen nahezu unlösbaren Preßsitz oder eine leckende Paßung überzu¬ gehen. Jede der Kupplungshälften 2 und 3 hat ein Verschlu߬ stück 5 und eine Spiralfeder 6 als Schließfeder. Der äußere Durchmesser der Spiralfeder 6 ist so gewählt, daß er um eine Spieltoleranz kleiner ist als der Durchmesser einer unten be¬ schriebenen Bohrung 35 bzw. 36. Das Muffenventil 2 hat einen Muffenteil 10 mit einem « .* äußeren koaxialen Wulst 12 in der Nähe seiner dem Steckerven¬ til 3 beim Kuppeln zugewandten Stirnseite 16, dem mit Blick¬ richtung auf die Stirnseite 16 eine Nut 15 nachfolgt. Das Steckerventil 3 hat einen Steckerteil 11, sowie sechs an ei¬ nem geschlitzten Klemmring 13 angeschweißte federnde Zungen 14 mit hakenförmig geformten Rasten an ihren freien Enden, die über die Stirnseite 18 des Steckerteils 11 hinausragen und über die eine Hülse 17 mittels einer Spiralfeder 19 schiebbar ist. Auf den Muffenteil 10 und auf den Steckerteil 11 ist je eine Abschlußkappe 7 dicht aufgeschraubt.
    [0018] Der geschlitzte Klemmring 13 sitzt klemmend in einer koaxialen Nut 20 des Steckerteils 11. Die Spiralfeder 19 liegt mit einer Spielpassung über dem Klemmring 13 und einem Teil der Länge der Zungen 14. Das eine Ende der Spiralfeder
    [0019] 19 ist an einem Absatz 24 des Steckerteils 11 als radiale Verlängerung der der Stirnseite 18 abgewandten Kante der Nut
    [0020] 20 abgestützt, das andere Ende an einem inneren annähernd ko¬ axialen Absatz 29 der Hülse 17 etwa in deren Mitte.
    [0021] Zum Kuppeln wird die Hülse 17 gegen die Kraft der Feder 19 mit der Hand zurückgeschoben, wobei jetzt die Zungen 14 federnd biegbar und somit über den Wulst 12 schiebbar sind, bis sie in der Nut 15 einrasten. Durch die Kraft der Feder 19 wird die Hülse 17 wieder über die Zungen 14 zurückgeschoben, wodurch ein radiales Ausbiegen der Zungen 14 nun unmöglich ist; beide Kupplungshälften 2 und 3 sind hierdurch gegen ein Auseinanderrutschen gesichert. In gekuppelter sowie in ausge¬ kuppelter Stellung liegt der- Ansatz 29 ausgehend vom Klemm¬ ring 13 an einer ersten von der Kupplungsachse wegweisenden Biegung der Zungen 14 an. Die Hülse 17 ist somit gegen Herun¬ terrutschen gesichert, kann aber zur Montage "und Demontage mit verstärktem Druck dennoch über die federnden Zungen 14 geschoben werden. Der Muffentεil 10 hat an seiner Stirnseite 16 einen ko- -* axialen, ringförmigen Vorsprung 21, und der Steckerteil 11 an seiner Stirnseite 18 einen inneren koaxialen, ringförmigen Vorsprung 22 und einen äußeren koaxialen, ringförmigen Vor- sprung 23, zwischen denen eine Ringnut gebildet ist. Der Vor¬ sprung 21 hat zwei 25 und 26, der innere Vorsprung 22 eine 27 und der äußere Vorsprung 23 eine 28 kreiszylindrische Mantel¬ fläche. Bei zusammengesteckten Kupplungshälften 2 und 3 lie¬ gen paarweise die Flächen 25 und 27, sowie 26 und 28 mit Spielpassungen aneinander. Zwischen den beiden Flächen 25 und 27 ist ein maximaler Spalt von 5 μm; hiermit ist die Kupplung sogar heliumdicht (wird die Kupplung z. B. für Wasser verwen¬ det, werden an die maximale Spaltbreite geringere Anforderun¬ gen gestellt) . Die Mantellinien der kreiszylindrischen Man¬ telflächen 25, 26, 27 und 28 sind parallel zur Achse des Muf¬ fen- bzw. Steckerventils 2 bzw.3 und damit auch parallel zur Kupplungsachse und sollten möglichst keine Konizität aufwei¬ sen; die Konizität darf höchstens einige Winkelminuten betra¬ gen. Diese geringe Konizität darf nicht überschritten werden, da ansonsten das Muffenventil im Steckerventil im Betrieb als Schnellverschlußkupplung verklemmen kann.
    [0022] Der Muffenteil 10 und der Steckerteil 11 haben je eine koaxiale Bohrung 31 bzw. 32, die im zusammengekuppelten Zu¬ stand bündig aneinander anschliessen, miteinander fluchten, und deren Durchmesser gleich groß sind. Die Kanten der Boh¬ rung 30 und 31 sind scharfkantig aber gratfrei gestaltet. Die Länge der Bohrung 31 entspricht etwa dem einεinhalbfachen Wert ihres Durchmessers, und ist etwas länger als die Mantel¬ länge der Fläche 25 bzw. 27. Wie weiter unten beschrieben, hängt die Länge der Bohrungen 31 und 32, sowie die in Fig. 1 dargestellte Mantellänge a der Flächen 25 bzw. 27 von den Fertigungstoleranzen und der gewünschten Dichtwirkung ab. Die Bohrung 31 geht an ihrem der Stirnfläche 16 zugewandten Ende schrafkantig in eine Bohrung mit der koaxialen Innenfläche 25 über, deren innerer Durchmesser bis auf eine Spielpassung gleich dem äußeren Durchmesser des ringförmigen Vorspungs 22 ist. Die Bohrung 32 setzt sich in den ringförmigen Vorsprung 22 fort. Ihre gesamte Länge ist annähernd gleich der Summe aus der Länge der Bohrung 31 plus der Mantellänge der Fläche 25.
    [0023] Die Bohrung 31 bzw. 32 geht über eine zur Bohrlochachsε senkrechte, radiale Stufenfläche 42 in je eine weitere Boh¬ rung 35 bzw. 36 über, deren Durchmesser annähernd gleich sind; die Bohrlochachsen und die Achse der Kupplungshälften sind identisch. Der Durchmesser dieser Bohrungen 35 und 36 ist konstruktiv durch den Durchmesser eines unten beschriebe¬ nen Huts 39 des Verschlußstücks 5, und den Durchmesser der hierzu passenden Spiralfeder 6 festgelegt. Die Länge der Boh¬ rung 35 bzw. 36 ergibt sich aus der Länge der vollständig zu¬ sammengedrückten Spiralfeder 6 plus der Dicke des Huts 39 plus der Länge eines unten beschriebenen Paßteils 40 des Ver¬ schlußstücks 5 plus einige Millimeter b, die wie unten be¬ schrieben, benötig werden, damit die Flüssigkeit durch einen unten beschrieben Durchlaß- und Führungsteil 41 des Ver¬ schlußstückes 5 fließen kann.
    [0024] Die Abschlußkappe 7 ist, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, ein einstückiges Teil mit einem koaxialen Schraubnippel 43, an den eine koaxiale Sechskantmutter 44 an¬ schließt. Zentrisch im Schraubnippel 43 liegt eine Bohrung 47, die über eine zur Bohrlochachse senkrechte radiale Wand 49 in ein axiales Innengewinde 50 innerhalb der Sechskantmut¬ ter 44 übergeht. Die Abschlußkappe 7 wird mittels ihrεs In¬ nengewindes 50 über ein Außengewinde 52 am Muffen- 10 bzw. Steckerteil 11 an der der Stirnseite 16 bzw. 18 abgewandten Seite, wie bereits oben erwähnt, geschraubt. Im montierten Zustand sitzt die Abschlußkappe 7 dicht auf dem Muffen- 10 bzw. Steckerteil 11. Die Abdichtung erfolgt durch die Wand 49, an welche die der Stirnseite 16 bzw. 18 abgewandte Stirn¬ seite des Muffen- 10 bzw. Steckerteils 11 durch die Ver- schraubung gepreßt ist. Damit die Abschlußkappe 7 fest auf den Muffen- 10 bzw. Stεckerteil 11 aufgeschraubt bzw. später ggf. wieder abgeschraubt werden kann, ist sie ebεnso wie je¬ weils eine Umfangsflache 54 bzw. 55 des Muffen- 10 bzw. Stεckerteils 11 als Sechskantmutter 44, wie oben erwähnt, ausgebildet.
    [0025] Eine nicht dargestεllte flexible Leitung bzw. ein Schlauch wird an der betreffenden Kupplungshälfte 2 bzw. 3 jeweils an einεm in den Figuren 1 und 2 dargestellten Schraubnippεl 43 der Abschlußkappe 7 befestigt. Anstelle ei¬ nes Schraubnippels 43 kann auch ein Schlauchanschluß, der mit einer Bridε festgeklemmt wird, vorgesehen sein.
    [0026] Der tellerförmige Hut 39 bildet zusammen mit εinε zy¬ lindrischen Bolzεn als Stiel das pilzfσrmige Verschlußstück 5. Diε Hutuntεr- 59 und -Oberseite 60 sind zueinander annä¬ hernd parallele Flächen, die senkrecht zur Achse des Stiels liegen. Vom tellerförmigen Hut 39 fehlen zwei gegenüberlie¬ gende Kreissegmente 57, welche als Durchlaßraum für die Flüs¬ sigkeit wirken. Die Unterseite 59 des Huts 39 ist in der aus¬ gekuppelten Stellung durch die Spiralfeder 6 an die Anschlag- flache 42 angedrückt. Die Oberseitε 60 des Huts 39 dient als Auflage des einεn Endεs der Spiralfedεr 6. Der Stiεl hat auf zwεi Dritteln seiner dem Hut 39 abgewandten Länge an seinem Umfang drεi halbkreisförmige Aussparungen 56. Die Quer¬ schnittsfläche der beiden Kreissegmentε 57 und der drεi Aus¬ sparungen 56 sind annähernd gleich; durch sie fließt die Flüssigkeit im zusammεngekuppεltεn Zustand. Dεr Paßteil 40 ist als Kreiszylinder ausgebildet und hat nur etwa ein Drit¬ tel der Länge des Durchlaß- und Führungsteils 41. Diese Län- gεnverhältnissε wurden gewählt, damit, wie in Fig. 2 zu sehen ist, die Flüssigkeit in einem Abstand b zwischen dem Ende des Paßteils 40 und der Fläche 42 in die drei Aussparungen 56 ein- bzw. wieder ausfließεn kann. Die Verschlußstücke 5 sind in den Figuren 1 und 2 in ihrer Stielachse gegenüber der Darstellung in Figur 3 um neunzig Grad gedreht, um den freien bzw. gesperrten Weg der Flüssigkeit innerhalb dεr Kupplung bεsser darstellen zu kön¬ nen.
    [0027] Die Durchlaß- und Führungsteile 41 der Verschlußstücke 5 liegen im zusammengekuppelten Zustand fluchtend aneinander. Die Verschlußstücke 5 sind in der Bohrung 31 bzw. 32 frei drehbar, ebenso sind auch die Kupplungshälften 2 und 3 beim Zusammenstekken frei drehbar. Es ist deshalb nicht vorherzu¬ sagen, wie die zwischen den Aussparungen 56 stehenden Stege im zusammengekuppelten Zustand aufeinander treffen werden. Die Durchlaß- und Führungsteile 41 tragen an ihrer Stirnseite eine Fase 58. Dadurch werden Durchflußschwankungen bei gegen¬ einander verdrehten Aussparungen 56 vermieden.
    [0028] Im ausgekuppelten Zustand, wie in Fig. 1 dargestellt, steckt der Paßteil 40 des Verschlußstückes 5 mit einer Spiel¬ passung von bevorzugt höchstens 5 μ bei Wasser als Fluid und Stahl als Material der dichtenden Teile bei einem abzudich- tεndεn Druckunterschied von einigen zehn Atmosphären in der Bohrung 31 bzw. 32. Die Größe dieses Spaltes richtet sich nach dem Druckunterschied der abzudichtenden Flüssigkeit, der Viskosität der Flüssigkeit, der Länge des Paßstücks 40 und der verwendbaren Federkraft der Spiralfeder 6. Wie schon bei den Flächen 25 bis 28 darf die Konizität des Paßteils 40 und der Bohrungen 31 und 32 höchstens bei einigen Winkelminuten liegen.
    [0029] Der Spalt ist einerseits so breit, daß sich das Ver¬ schlußstück 5 leicht verschieben läßt, und andererseits so schmal, daß eine ausreichende Abdichtung der Flüssigkeit in der Bohrung 36 gegenüber außen gewährleistet ist. Das Ver¬ schlußstück 5 muß während des Auskuppεlns durch die Ver¬ schlußfeder 6 ebenso schnell nach vorne geschoben, wie die beiden Kupplungshälften 2 und 3 auseinander gezogen werden. Mit einer beliebig großen Federkraft ließe sich das jederzeit verwirklichen, die Federkraft darf jedoch nur so groß sein, daß beim Zusa mεnkuppeln die beiden Verschlußstücke 5 mit ei¬ nem normalem Kraftaufwand von einigen Newton, wie man ihn oh¬ ne Anstrengung mit beiden Händen gegeneinander aufbringen kann, zusammenschiebbar sind.
    [0030] In dem oben aufgezeigten Beispiel sind die dichtenden Spielpassungεn so ausgelegt, daß sie bei einem einzigen dich¬ tenden Flächenpaar, wie zwischen der Paßbohrung 31 bzw. 32 und dem jeweiligen Paßteil 40 höchstens fünf Mikrometern liegt. Bei mehreren radial äandεrför ig angeordneten abdich¬ tenden Flächen, wie bei den Flächenpaaren 61/62, 25/27, 63/64, 26/23, 65/66 kann die Spielpassung bis zu einem Zehn¬ telmillimeter betragen.
    [0031] Die überraschenderwεisε ohne jεgliche εlastische Dicht¬ ringe und ohne aneinander gepresste Dichtflächen erreichte Dichtwirkung der Kupplung lässt sich vermutlich wie folgt er¬ klären: Im Ringspalt zwischen der Bohrung 32 und dem Paßstück 40 befindet sich ein Flüssigkeitsfilm, der aufgrund seiner Haftspannung (Adhäsionskraft) sowohl an der Innenwandung der Bohrung 32 als auch auf dem Paßstück 40 haftet. Die Reibung des Paßstückes 5 innerhalb der Bohrung 32 ist analog einer Schmiermittelreibung in einem Zapfenlager. Sie ist proportio¬ nal dem Zähigkeitskoeffizienten der reibenden Fläche, der Ge¬ schwindigkeit mit der das Verschlußstück 5 bewegt wird und reziprok zur Spaltbreite. Die Durchflußmenge durch den Spalt ist proportional dem Druckgefälle zwischen Innen- und Außen¬ druck, der Querschnittsflache des Spaltes, dem Quadrat der Spaltbreite und reziprok dem Zähigkeitskoeffizienten. Der Zä¬ higkeitskoeffizient ist abhängig von der Temperatur des Fluids und dessen Druck. Zusammenfassend ist zu vermuten, daß die überraschεndε Dichtwirkung auf dεr Haftspannung und den Eigenschaften (Zähigkεitskoeffizient , ... ) physikalisch nicht « idealer Flüssigkeiten beruht.
    [0032] Damit das Verschlußstück 5 bei der hohen geforderten Genauigkeit in seiner Hin- und Herbewegung nicht verklemmt, muß es exakt geführt werden. Die exakte Führung wird mittels genau eingepaßter Oberflächen der Stege zwischen den Ausspa¬ rungen 56 erreicht.
    [0033] Die Flächen 25 und 27, sowie 26 und 28 dichten die fließende Strömung zwischen den beiden Kupplungshälften 2 und 3 ab. Ihre Toleranzen liegen, wie oben bereits gεsagt, im Mi¬ krometerbereich. Die Genauigkeit dieser Flächen kann kleiner sein, da die Abdichtung radial äanderför ig durch zwei Spal¬ te zwischen den Flächen 25/27 und 26/28 erfolgt, sowie über einen weiteren Spalt zwischen zwei radialen Flächen 61 und 62 von der Bohrung 32 zur Fläche 27 und von der Bohrung 31 zur Fläche 25 und einem weiteren Spalt zwischen zwei radialen Flächen 63 und 64 von der Fläche 27 zur Fläche 28 und von der Fläche 25 zur Fläche 26, sowie durch die radial an die Fläche 26 anschließende Fläche 65, bzw. radial an die Fläche 28 an- schliessende Fläche 66. Die Dichtwirkung dieser Flächenpaare 25/27, 26/28, 61/62, 63/64 und 65/66 wird noch verbessert, indem die durchfließende Strömung eine Sogwirkung auf in den Spalten befindliche Flüssigkeit ausübt.
    [0034] Beim Auskuppeln wird die Hülse 17 mit der Hand zurück¬ geschoben und die beiden Kupplungshälften 2 und 3 gegen die klammernde Kraft der Zungen 14 am Wulst 12 auseinandergezo¬ gen. Die Spiralfeder 6 drückt beide Verschlußstücke 5 annä¬ hernd gleichmäßig aus der jeweiligen Kupplungshälfte 2 bzw. 3 heraus. Beide Durchlaß- und Führungsteile 41 berühren sich stirnseitig, der jeweilige Paßteil 40 wird in 'die jeweilige Paßbohrung 31 bzw. 32 geschoben und dichtet somit die Flüs¬ sigkeit im Leitungssystem hinter der betreffenden Kupplungs¬ hälfte gegen außen ab. Erst nachdem der Paßteii 40 ungefähr zwei Drittel seiner Gesamtlänge in der Paßbohrung 31 bzw. 32 sitzt, sind die Kupplungshälften soweit auseinandergezogen, daß keine Dichtwirkung der Flächenpaare 25/27, 26/28,63/64, 65/66, 61/62 mehr vorhanden ist. Beim Auskuppeln tritt kein Spritzen auf, da eine Abdichtung erfolgt, bevor diε dichten¬ den Flächen der Kupplung vollständig voneinander getrennt sind. Die Verschlußstücke 5 rutschen anschliessend noch wei¬ ter in die Paßbohrungen 31 und 32 hinein, bis die Unterseite 59 des Huts 39 an der Fläche 42 anschlägt.
    [0035] Bei der Herstellung der Bauteile für die beidεn Kupp¬ lungshälften 2 und 3 wird darauf geachtet, daß die Flächen 26 und 28, sowie insbesondere 25 und 27 koaxial verlaufen und möglichst kεinε Konizität bεsitzεn. Die Konizität darf höch¬ stens bei einigen Winkelminuten liegen, da ein höherer Wert die Funktionsfähigkeit dεr Kupplung beeinträchtigen und bεi größeren Drucken zum Verklemmen beim Auseinanderziehen der Kupplungshälftεn führen würde. Ein Vorteil dieser koaxialen Flächen liegt darin, daß auf den Flächen 25/27 bzw. 26/28 haftender Schmutz beim Zusammenschieben der Kupplungshälften 2 und 3 weggeschoben wird.
    [0036] Bei Versuchen konnte festgestellt werden, daß die Dichtwirkung erhalten bleibt, wenn die Kupplungshälften bis annähernd zur Hälfte der Mantelhδhe der Fläche 25 bzw. 27 auseinander gezogεn wird. Die Dichtigkεit wird somit durch die oben beschriebene Gestaltung der beiden Flächεn 25 und 27 bewirkt.
    [0037] Für die Dichtigkeit des Vεrschlußstückεs 5 gilt analo¬ ges, wobei auch hier jegliche Konizität der Mantelfläche des Paßteils 40, sowie der axialen Paßbohrung 31 bzw. 32, vermie¬ den werden sollte.
    [0038] Anstellε dεr obεn bεschriebenεn Form dεs Huts 39 kann diεsεr einige Bohrungen, deren Achsen annähernd parallel zur Achse des Stiels verlaufen, haben oder z. B. als schmales Krεuz ausgebildet sein. Seine Aufgabe ist es als Auflage für das eine Ende der Spiralfedεr 6 zu diεnεn und im ausgekuppel¬ ten Zustand an der Fläche 42 anzuschlagen, damit die Spiral¬ feder 6 das Verschlußstück 5 nicht aus der betreffenden Kupp¬ lungshälfte 2 bzw. 3 herausdrückt. Ansonsten muß der Hut 39 derart geformt sein, daß das Fluid durch ihn hindurch oder an ihm vorbeiströmen kann. •
    [0039] Anstelle der drei Aussparungen 56 können auch mehrere Aussparungen, sowie auch Aussparungen abweichεnd von der dar¬ gestellten Form verwendet werden. Es müssen nur die Führungs¬ eigenschaften und ein ausreichender Durchfluß gewährleistet werden. Die dargestellte Form hat sich allerdings als optimal erwiesen.
    [0040] Anstelle der sechs federnden Zungen 14 können auch drei, vier, fünf, oder mehr als sechs Zungen verwendet wer¬ den. Sechs Zungen ergeben jedoch eine gute Führung beim Zu¬ sammenschieben.
    [0041] Werden an die Kupplung nicht sehr hohe Dichtigkeitsan¬ forderungen gestellt, so können die dichtenden Fachen 26 und 28 in einer vereinfachten Konstruktion weggelassen werden.
    [0042] Anstelle der federnden Zungen 14, die die beiden Kupp¬ lungshälften zusammen mit der federbelasteten Hülse 17 gegen Auseinanderrutschen sichern, kann auch eine Kupplungshälfte 70 ein Gewinde 71 und die andere Kupplungshälfte 73 eine hierzu passende Überwurfmutter 74, wie in Fig. 5 dargestellt, haben. Die Überwurf utter 74 hat einen koaxialen Absatz 75 und die Kupplungshälfte 73 einen radialen Ansatz 76, dessen Durchmesser größer ist als der innere Durchmesser des radia¬ len Ansatz 76. Die Überwurfmutter 74 wird vor der Schlauch¬ montage über die betreffende Kupplungshälf e 73 geschoben. Anstelle der kreiszylindrischen Form der ringförmigen -*
    [0043] Vorsprünge 21, 22, 23, der Hülse 17 und der Anordnung der
    [0044] Zungen 14 kann auch eine asymmetrische Form, z.B. eine Nie¬ renform, gewählt werden. Durch eine asymmetrische Form ist die gegεnseitigε Lagε der Kupplungshälften 2 und 3 zueinander festgelεgt. Wird außεrdem diε radiale Lage der Verschlu߬ stücke 5 zur jeweiligεn Kupplungshälfte 2 bzw. 3 derart fest¬ gelegt, daß diε Aussparungεn 56 dεr bεidεn Durchlaß- und Füh- rungstεile 41 miteinander fluchtεn, so ist im gekuppelten Zu¬ stand immer optimaler Durchfluß vorhanden. Die radialε Lagε der Vεrschlußstückε 5 läßt sich z. B. dadurch fixiεren, daß dεr Hut 39 an seinem Rand nicht dargestεllte Nutεn odεr Wul¬ ste hat, die in nicht dargestellte Erhöhungen oder Vertiefun¬ gen dεr Bohrung 35 bzw. 36 laufen.
    [0045] Eine von der kreiszylindrischen Form abweichende Form der ringförmigen Vorsprünge 21, 22, 23, der Hülse 17 und der Anordnung dεr Zungen 14, z. B. nieren-, dreieck-, viεleckfδr- ig, εr öglicht es Kupplungen mit unverwechselbaren Kupp¬ lungshälften herzustellen. Auf diese Art und Weise lassen sich ganze Kupplungsbatterien installieren, bei denen kein Verwechseln zwischen den einzelnen Kupplungshälften und Ver¬ tauschen der Fluidströme mehr möglich ist. Werden die dich¬ tenden Flächen 25/27 und 26/28 nicht aus kreiszylindrischεn Flächen gebildet, sondern aus kreiszylindrischen und ebenεn rechtwinkligen Teilflächεn odεr nur aus Prismenflächen zusam¬ mengesetzt, so liegen die Mantellinien der kreisförmigen Teilflächεn und/odεr diε Tεilflächen bzw. diε Prismεnflächεn parallεl zu dεn Achsen des Muffen- bzw. Steckerventils 2 bzw.3. Anstellε εinεr Formändεrung können auch unterschied¬ liche Durchmesser verwendet werden. Werdεn eine oder mehrere der Flächen 61, 63, 66 des Steckerteils 3 und einε oder meh¬ rere der hierzu passenden Flächen 62, 64, 65 des Muffenteils 2 mit zueinandεr passenden Löchern und Stiften versehen, so läßt sich zudem einε Kodierung der Kupplungen εrrεichεn. Es können auch nur Gewindelöcher in den Flächen 61 bis 66 vorge- sehen sein, wobei dann der Benutzer jewεils Stiftε und mit der Oberfläche bündig abschließende Madenschrauben in die be¬ treffenden Löcher einschraubt, um die von ihm gewünschte Ko¬ dierung zu erhalten.
    [0046] Werden bei der Schnellverschlußkupplung das Verschlu߬ stück 5 und die Spiralfeder 6 nicht eingesetzt, so kann diese Kupplung als einfache Kupplung zur Verbindung von Leitungs¬ stücken verwendet werden.
    [0047] Durch diε Größe der Querschnittsfläche der Aussparungen 56 läßt sich die Durchflußmenge durch die Kupplung einstel¬ len. D. h. die Durchflußmenge kann durch Einsetzen eines Ver¬ schlußstückes mit einer entsprechenden Querschnittsfläche der Aussparungen 56 festgelegt werden.
    [0048] Anstelle der Paßbohrung 31 bzw. 32 kann auch die Boh¬ rung 35 bzw. 36 als Paßbohrung ausgelegt sein. Der Hut 39 des Verschlußstückes 5 wird dann analog dem Paßteil 40 und dem Durchlaß- und Führungsteil 41 axial ausgebildet. Auch können die Bohrungen 31 und 32 bzw. 35 und 36 derart ausgebildet werden, daß sie die Paß- und Führungsfunktionen übernehmen. Diese Bohrungen haben dann an der Innenseite ihres von der Stirnseite 16 bzw. 18 abgewandtεn Teils nicht dargestellte axiale Einkerbungen, die im zusammengekuppelten Zustand das Fluid leiten. Der restliche Teil der Bohrung ist als Paßteil ausgebildet. Wird der Hut als Paß-, Durchlaß- und Führungs¬ teil ausgebildεt, muß die Schließfeder 6 als eine zentrale Feder, die nicht mehr am Hutrand aufliegt, ausgebildet wer¬ den. Diese Lösung ist konstruktiv aufwendigεr, auch sind die exakten Passungen an der großen Bohrung 35 und 36 schwieriger und aufwendiger herzustellen als an der Bohrung 31 bzw. 32.
    [0049] Das Verschlußstück 5 wirkt durch seine abgesetzte pilz- förmige Ausbildung während des Verschiεbens als variabler Druckminderεr. Während des Auskuppeins erfolgt ein kontinu- iεrlicher Druckabfall, dεr übεrmäßigε Stößε im abzukuppelndεn Leitungssystem verhindεrt.
    [0050] Durch dεn bεsondεrεn Aufbau der Kupplung konnten Innen¬ gewinde, die den Strömungsfluß behindern würden, vermieden werden. Insbesondere wurde darauf geachtet die Bohrungen 35 bzw. 36 mit einer glatten Innenwandung zu versehen.
    [0051] Wie erwähnt, bestεht ein wesentlicher Vorteil der er- findungsgemässen Kupplung bzw. Schnellverschlußkupplung ge¬ genüber herkömmlichen Kupplungen im Wegfall von elastischεn Dichtεlementen, die je nach durchfließendem Fluid, Umgebungs¬ temperatur und -bedingungεn, etc. speziell ausgewählt werden müssen und rasch verschleissen.
    [0052] Die dichtεndεn Flächεn 25/27, 26/28, 31/40, 32/40, bzw. die Vεrschlußstücke 5, der Muffen- und Steckεrtεil 10 und 11 kδnnεn statt aus glεichεm Stahl auch aus gleich behandeltem, insbesondere Oberflächen behandεltem Messing oder Aluminium bestεhεn. Anstεllε von gleichem harten Metall können die Ver¬ schlußstücke 5, der Muffen- und Steckεrtεil 10 und 11 auch aus hartεn Kunststoff bestehen oder nur mit Kunststoff be¬ schichtet sein können.
    [0053] Bei der Kupplung wurde darauf geachtεt εinεn glatten Durchfluß ohne Spalte und Ecken, in denen sich Material anla¬ gern könnte, zu erhalten. Aus diesem Grunde eignet sich die Kupplung insbεsondεrε für den Lebensmittelbereich. Sie kann ferner in der chemischen Industrie und im Labor verwendet werden.
    [0054] Durch entsprεchεnde Gestaltung der stirnseitigen Flä¬ chen 61 bis 66 und 25 bis 28 von Muffen- und Steckεrvεntil 2 und 3 könnεn durch diε Kupplung auch gasförmigε Fluida gelei¬ tet werden. Diε in Anspruch 6, sowie die in Anspruch 8 angegebene Schnellverschlußkupplung kann aus Leichtmetall, z. B. Alumi¬ nium ausgeführt werden. Eine Nut kann z. B. für einen einzu¬ legenden Dichtring vorzugsweise in der aus den beidεn Flächεn 27 und 63 bzw. 25 und 62 gebildeten Ecke vorgesehen werdεn. Es kann auch das Verschlußstück 5, bevorzugt in der Ecke ge¬ bildet aus der Hutunterseite 59 und dem Paßteil 40, eine Nut für einen Dichtring aufweisen.
    权利要求:
    Claims

    Patentansprüchε
    Kupplung, insbεsonderε Schnellverschlußkupplung, für Fluidleitungen, mit zwei zusammenstεckbarεn Kupplungs- hälftεn (2, 3) , dadurch gekεnnzeichnet, daß die dichten- dεn Flächεn (25/27, 26/28) der beiden Kupplungshälften (2, 3) mit einer Spielpassung voneinander getrennte Zy¬ linderflächen und/oder Prismenflächen sind, und die Man¬ tellinien der Zylinderflächen bzw. die Prismenflächεn parallel zur Kupplungsachsε liegen, so daß sie im zusam¬ mengesteckten Zustand nicht gegeneinander verspannt sind, wobei die Spielpassung so klein bemessen ist, daß das Fluid nicht zwischen den dichtenden Flächen (25/27, 26/28) hindurchtrεten kann.
    Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnεt, daß die dichtenden Flächen (25/27, 26/28) aus einem Material mit gleichem thermischen Ausdehnungskoeffizient, vor¬ zugsweise aus gleichem, harten Metall bestehen.
    Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungshälften (2, 3) jε eine zylindri¬ sche Bohrung (31, 32) gleichen Durchmessers und je min¬ destens einen ringförmigen Vorsprung (21, 22, 23) haben, die Bohrungen (31, 32) in der gekuppεlten Stellung bün¬ dig aneinander anschließen und miteinander fluchten, und die ringförmigen Vorsprünge (21, 22, 23) in der gekup- peltεn Stellung dichtend ineinander greifεn.
    Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des ringförmigen Vorsprungs (21) der einen Kupplungshälfte (2) größer als de'r Durchmεssεr der Bohrung (31) ist, wobεi zwischen der Innenmantelflä¬ che (25) des Vorsprungs (21) und der Bohrung (31) eine zur Kupplungsachse wenigstεns annähεrnd senkrechte ringförmige Stufe (62) gebildet ist, die Bohrung (32) der anderen Kupplungshälfte (3) durch deren ringförmigen Vorsprung (22) hindurchgeht, und um dessen Außenseite
    (27) eine dem Vorsprung (21) der einen Kupplungshälfte
    (2) angepaßte Ringnut (27, 63, 28) verläuft, wobei die dichtenden Flächen durch die Innenmantelfläche (25) des ringförmigen Vorsprungs (21) der einen Kupplungshälf e
    (2) und die Außenmantelflächε (27) dεs ringförmigεn Vor¬ sprungs (22) dεr andεren Kupplungshälfte (3) , sowie die Außenmantelflache (26) des Vorsprungs (21) der einen Kupplungshälfte (2) und die entsprechende Fläche (28) der Ringnut (27, 63, 28) der anderen Kupplungshälfte (3) gebildet sind, wobei die Stufe (62) und eine Stirnfläche
    (61) des Vorsprungs (22) , sowie ein annähernd senkrech¬ ter ringförmiger Boden (63) der Ringnut (27, 63, 28) und eine ringförmige Stirnfläche (64. des Vorsprungs (21) als Anschlagflächen für die beiden Kupplungshälften (2, 3) dienen.
    5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die einε Kupplungshälfte ein Außengε- windε (71) und diε andere Kupplungshälfte eine hierzu passende Überwurfmutter (74) hat, damit die beiden Kupp¬ lungshälften gegen Auseinanderrutschen sicherbar sind.
    6. Kupplung, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzεichnεt, daß εine der beiden Kupplungs¬ hälften (2) einen äußeren koaxialen Ring (12) und die anderε Hälfte (3) mehrerε an ihrer Außenseite befestig¬ te, federnde Zungen (14) hat, die an ihrem freiεn Endε hakεnförmig gεbogen sind und in der gekuppelten Stellung über den äußeren Ring (12) greifen, um die Kupplung ge¬ gen Auseinanderrutschen zu sichern.
    7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekεnnzεichnεt , daß die andere Kupplungshälfte (3) eine durch eine Feder (19) über die Zungen (14) schiebbare und gegεn diε Kraft dεr Fεder (19) zurückschiebbare Niedεrhalterhülse (17) hat, wobei die Hülse (17) beim Zusammenkuppeln zur Frei¬ gabe dεr Zungεn (14) zurückgεzogen und anschließεnd durch die Fedεr (19) über die Zungen (14) geschoben wird, so daß deren hakenfδrmigε Enden am Ring (12) nie- dergehalten sind.
    8. Schnellvεrschlußkupplung, vorzugswεisε nach εinεm der Ansprüche 1 bis 7, bei der jede der Kupplungshälften (2, 3) je ein durch eine Schließfeder (6) belastεtes Ver- schlußstück (5) hat, das die Kupplungshälfte (2, 3) in der ausgekuppelten Stellung absperrt und in dεr gekup- pεltεn Stellung freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (5) einen Führungs- und Durchlaßteil (41) sowie einen Paßteil (40) hat, die in einer Paßboh¬ rung (31, 32) der Kupplungshälfte (2, 3) geführt sind, wobei der Führungs- und Durchlaßteil (41) in der gekup- pelten Stellung in der Paßbohrung (31, 32) liegt und so ausgebildet ist, daß das Fluid durchströmen kann, und der Paßteil (40) in der gekuppelten Stellung außerhalb der Paßbohrung (31, 32) und in dεr ausgεkuppεltεn Stel¬ lung dichtend in der Paßbohrung (31, 32) liegt.
    9. Schnellverschlußkupplung nach Anspruch 8, bei der die beidεn Verschlußstückε (5) beim Zusammenkuppeln aneinan¬ der stoßen und gegen diε Kraft der Schließfedern (6) be¬ wegt werden, dadurch gekennzeichnεt, daß jede der Schließfedern (5) in der gekuppεltεn Stellung nahezu vollständig durch das Verschlußstück (5) zusammenge¬ drückt ist, so daß die Verschlußstückε (5) in dεr Frεi- gabestellung gegen Druckstößε des Fluids gesichεrt fi- xiεrt sind.
    10. Schnεllverschlußkupplung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekεnnzεichnεt, daß das Vεrschlußstück (5) pilzfδrmig ausgebildet ist, in eder Kupplungshälfte (2, 3) ein An- • < schlag (42) gebildεt ist, an dem die Unterseite (59) des
    Huts (39) des pilzförmigen Verschlußstücks (5) beim Aus¬ kuppeln anschlägt, die Obersεite (60) des Huts (39) eine Auflage für das eine Ende der Schließfeder (6) bildet, wobei ein mindestens einε Aussparung (56) zum Durchlas¬ sen des Fluids aufweisender Teil (41) des Stiels (40, 41) und/oder dεs Rands des Huts des pilzförmigen Ver¬ schlußstücks (5) den in der Paßbohrung (31, 32) geführ¬ ten Durchlaß- und Führungsteil (41) und der andere Teil den Paßteil (40) bildet.
    11. Schnellverschlußkupplung nach Anspruch 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Stiel des pilzförmigen Vεrschluß- stücks (5) ein zylindrischer Bolzen ist, dessen dem Hut (39) abgewandter Führungs- und Durchlaßteil (41) am Um¬ fang axiale Aussparungen (56) hat, wobei im Bereich des Huts (39) mindestens ein Durchlaßraum für das Fluid vor¬ handen ist.
    12. Schnellverschlußkupplung nach Anspruch 11, dadurch gε- kennzeichnet, daß die gesamte Querschnittsfläche der Aussparungen am Stiel annähernd gleich der gesamten Querschnittsflache des Durchlaßraums im Hutbereich ist.
    13. Schnellverschlußkupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an die Paßbohrung (31, 32) eine koaxiale zweite Bohrung (35, 36) anschließt und der Anschlag für die Untersεitε (59) des Huts (39) zwi¬ schen den beidεn Bohrungen (31, 32, 35, 36) als radiale Stufe (42) ausgebildet ist, wobei der Durchlaß- und Füh¬ rungsteil (41) in der gekuppelten Stellung in die zweite Bohrung (35, 36) hineinragt.
    14. Schnellverschlußkupplung nach Anspruch 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Hut (39) in der zweiten Bohrung (35, 36) bewegbar ist, und die Windungen der als Spiral¬ feder ausgεbildeten Schließfeder (6') an der Wandung der zweitεn Bohrung (35, 36) anliegen, um den Strömungswi¬ derstand des Fluids in der zweitεn Bohrung (35, 36) zu reduzieren.
    15. Schnellverschlußkupplung nach einem dεr Ansprüchε 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß- und Füh¬ rungsteil (41) in der gekuppelten Stellung die Paßboh¬ rung (31, 32) überragt, die beidεn Kupplungshalftεn (2, 3) je mindestens einen ringförmigen Vorsprung (21, 22, 23) haben, die in der gekuppelten Stellung dichtend in- εinandεr greifen, und die axiale Länge (a) dεr dichtεnd anεinandεr liεgenden Mantelflächen der ringförmigen Vor- sprüngε (21, 22, 23) mehr als doppelt so lang ist wie die in der gekuppεlten Stεllung die Paßbohrung (31, 32) übεrragende Länge (b) des Durchlaß- und Führungsteils (41) , damit während des Auseinanderziehens und Zusammen¬ steckens der Kupplungshälften (2, 3) kein Fluid aus den Zuleitungen und/oder Kupplungshälften (2, 3) austreten kann.
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