DE10023968B4

DE10023968B4 - Vorrichtung zum Kuppeln von zwei Behältnissen

Info

Publication number: DE10023968B4
Application number: DE2000123968
Authority: DE
Inventors: Martin Koch
Original assignee: GEA Niro GmbH
Current assignee: GEA Aseptomag AG
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2020-05-17
Also published as: DE10023968A1

Abstract

Vorrichtung zum Kuppeln von zwei jeweils einen Rohrstutzen mit einer aus einer geschlossenen, ersten Stellung in eine offene, zweite Stellung schwenkbaren Schließklappe aufweisenden Behältnissen, wobei die Stirnseiten der Schließklappen der Behältnisse jeweils zueinander komplementäre Formen aufweisen, nur eine der Schließklappen unmittelbar durch eine Schwenkeinrichtung beaufschlagbar ist, beide Schließklappen nach zentriertem Aneinanderdrücken der Stirnflächen mittels der Schwenkeinrichtung unter Mitnahme der nicht unmittelbar angetriebenen, anderen Schließklap pe zwischen ihrer Schließ- und ihrer Offenstellung verschwenkbar sind, und die eine unmittelbar von der Schwenkeinrichtung beaufschlagbare Schließklappe, der Rohrstutzen, in dem die eine unmittelbar von der Schwenkeinrichtung beaufschlagbare Schließklappe zumindest bereichsweise angeordnet ist, sowie die Schwenkeinrichtung ein Ventil unter Zwischenschaltung einer Dichtung zwischen der unmittelbar von der Schwenkeinrichtung beaufschlagbaren Schließklappe und dem dazugehörigen Rohrstutzen bilden, wobei die Dichtung zumindest Bereichsweise zwischen der Schließklappe und dem Rohrstutzen angeordnet ist, dieser Rohrstutzen (6, 16) in der Schließstellung der Schließklappe (1, 11) auf der der anderen Schließklappe zugewandten Seite...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kuppeln von zwei Behältnissen enthaltend ein Ventil mit einer Schließklappe, einem Rohrstutzen, einer Schwenk-einrichtung und einer Dichtung, wobei die Schließklappe zumindest bereichsweise in dem Rohrstutzen angeordnet ist, aus einer den Rohrstutzen auf einer ersten Seite verschließenden, ersten Stellung in eine den Rohrstutzen auf der ersten Seite öffnende, zweite Stellung verschwenkbar ist und über die Schwenkeinrichtung zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Stellung hin- und herschwenkbar ist, und die Dichtung zumindest bereichsweise zwischen der Schließklappe und dem Rohrstutzen angeordnet ist.
Ein gattungsgemäßes Ventil ist, beispielsweise, aus der DE 195 20 409 C1 sowie der DE 299 15 973 U1 als Teil einer Vorrichtung zum Kuppeln zweier Behältnisse bekannt. Die Vorrichtung ist dabei zum Kuppeln von zwei jeweils einen Rohrstutzen mit einer schwenkbaren Schließklappe aufweisenden Behältnissen so ausgebildet, daß jede Schließklappe in einer Ringdichtung gelagert ist und die Schließklappen über einen Schwenkantrieb mit einer Welle von einer Schließstellung zum Trennen der Behältnisse voneinander in eine Offenstellung zur Herstellung einer Kommunikation zwischen den Innenräumen der Behältnisse verschwenkbar sind. Ferner sind die bekannten Schließklappen zur Vermeidung eines hohen Strömungswiderstandes in der geöffneten Stellung relativ dünn ausgestaltet, so daß nachteiliger Weise im Bereich der Welle keine dichte Verbindung zwischen dem Rohrstutzen, der Dichtung und der Schließklappe in der Schließstellung möglich ist. Außerdem liegt in der Schließstellung der Schließklappe keine Druckdichtigkeit vor, und zwar schon ab ungefähr 0,3 Bar, so daß zum Erhalten einer Druckdichtigkeit ein weiteres Ventil zwischen einer Schließklappe und dem dazugehörigen Behältnis anzuordnen ist, was arbeits- und kostenintensiv ist, sowie den Aufbau verkompliziert.
Dem deutschen Gebrauchsmuster Nr. 6931306 ist ein Drosselklappenventil mit einem Strömungskanal mit einem kreisförmigen Querschnitt sowie einer Drosselklappe oder Schützscheibe die drehbar um einen Zapfen herum angeordnet ist, zu entnehmen. Die Drosselscheibe ist in dem Gehäuse derart montiert, daß sich diese um eine Achse auf einer Öffnungsstellung heraus drehen kann, in der diese Platte parallel zur Strömungsachse liegt. In der Schließstellung verläuft diese Scheibe senkrecht zur Strömungsachse. In der geschlossenen Stellung wirkt einen um den Umfang des Strömungskanals umgeordneter flexibler Sitz mit einer Dichtungsfläche am Umfang der Drosselklappe zusammen, wobei der Druckmittel dazu benutzt wird, die Zusammenarbeit des Sitzes mit der Dichtungsoberfläche an der Schützplatte oder Drosselklappe zu verbessern. Die Schützscheiben bzw. Drosselklappen verfügen zum Beispiel über parallele, kreisförmige Oberflächen die durch konvergente Umfangsdichtungsflächen, beispielsweise in Form von Kugelsegmenten, miteinander verbunden sind.
Aus der DE 196 42 969 C1 geht eine Dosiereinrichtung mit einem Dosierrohr, in dem eine Ventilklappe angeordnet ist, die aus einer Schließstellung, in der sie im wesentlichen quer zur Längsmittelachse des Dosierrohres steht, in eine Offenstellung, in der sie im wesentlichen parallel zur Längsmittelachse des Dosierrohres steht, angeordnet ist. Dadurch dass eine Ventilklappe, die mit dem Dichtungsmittel zusammenwirkt, aufgrund ihrer Kontur zumindest bereichsweise schwingend verformbar ist, wodurch intermittierend ein Durchlass freigegeben werden kann, gelingt eine Feindosierung auch ohne baulichen Aufwand.
Die DE 43 42 962 C1 betrifft eine Vorrichtung zum Kuppeln von zwei jeweils einen Anschlussrohrstutzen mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt aufweisenden Behältnissen, wobei jeder der Rohrstutzen nahe seinem dem ihn tragenden Behältnis abgewandten Ende eine um einen Durchmesser des Rohrstutzens um im wesentlichen 90° schwenkbare, mit ihrem Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendruchmesser des Rohrstutzens entsprechende Schließklappe mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist, die aus einer Schließstellung, in der sie im wesentlichen quer zu Längsmittelachse des betreffenden Rohrstutzens steht, in eine Offenstellung, in der sie im wesentlichen parallel zur Längsmittelachse des betreffenden Rohrstutzens steht, mittels eines Schwenkantriebs überführbar ist. Mit der Vorrichtung gemäß der DE 43 42 962 C1 lässt sich der Kupplungsvorgang wesentlich vereinfachen, wobei sowohl das Eindringen äußerer Verschmutzung in die Rohrstutzen als auch das Austreten von zum Beispiel toxischen Produkten in die Außenatmosphäre verhindert wird. Dieses wird dadurch erreicht, dass die Schließklappen mittels jeweils einer im Querschnitt im wesentlichen halbkreissektorförmigen Halbachse, deren ebene, den jeweiligen Rohrstutzen tragenden Behältnis abgewandte Stirnfläche im wesentlichen mit der dem betreffenden Behältnis abgewandeten Stirnfläche der betreffenden Schließklappe fluchtet und die mit der jeweiligen Schließklappe fest verbunden sind, und zwar jeweils in zwei diametral einander gegenüberliegenden, zur jeweiligen Halbachse kom plementären Lagerschaden, die sich zur Stirnfläche des betreffenden Rohrstutzens öffnen, wobei die Stirnflächen in Schließstellung mit der Stirnfläche des betreffenden Rohrstutzens fluchtet, und wobei nur einer der Halbachsen unmittelbar durch den Schwenkantrieb aufschlagbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, gattungsgemäße Vorrichtungen zum Kuppeln von zwei Behältnissen derart weiterzuentwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 abgebildet. Folglich ist der Rohrstutzen in der ersten Stellung der Schließklappe auf der ersten Seite druckdicht über die Dichtung verschließbar, und die Dichtung ist selbstdichtend.
Dabei ist die Schließklappe im wesentlichen in Form eines Kugelsegments ausgeformt, die Dichtung ist eine Ringdichtung, und in der ersten Stellung der Schließklappe besteht zwischen dem Kugelsegment und der Ringdichtung zumindest eine Kreisringdichtung.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung eine Welle umfaßt, die Schließklappe mit der Welle fest verbunden ist, und die Höhe der Schließklappe in der ersten Stellung im wesentlichen parallel zur Achse des Rohrstutzens größer als der Radius der Welle ist.
Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, daß die Dichtung zumindest zwei Abschnitte aufweist, wobei ein erster Abschnitt im wesentlichen komplementär zur Schließklappe auf der dem Rohrstutzen abgewandten Fläche ausgeformt ist, zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ein Wendepunkt der dem Rohrstutzen abgewandten Fläche der Dichtung angeordnet ist, in der ersten Stellung der Schließklappe dieselbe von dem ersten Abschnitt im wesentlichen umgriffen ist, und in der ersten Stellung bei Anlegen einer Kraft F an den zweiten Abschnitt, insbesondere im Falle eines Druckaufbaus innerhalb eines mit dem Rohrstutzen auf der der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite des Rohrstutzens verbundenen Behältnisses, der erste Abschnitt in stärkerem Ausmaß als ohne Anlegen einer Kraft F gegen die Schließklappe drückt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Dichtung einen im wesentlichen halbkreisförmigen Vorsprung, vorzugsweise im Bereich des ersten Abschnittes, auf der dem Rohrstutzen abgewandten Fläche zum Ermöglichen einer Kreisringdichtung aufweist.
Mit der Erfindung ist vorgesehen, daß eine an die dem Rohrstutzen abgewandte Fläche der Dichtung, insbesondere im zweiten Abschnitt, angelegte Kraft F eine Kraftkomponente F_Y im wesentlichen senkrecht zur Achse des Rohrstutzens und eine Kraftkomponente F_X im wesentlichen parallel zur Achse des Rohrstutzens aufweist, wobei mit steigender Kraftkomponente F_X die Dichtigkeit zwischen dem Rohrstutzen und der Schließklappe in der ersten Stellung auf der ersten Seite automatisch ansteigt.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß auch, daß die Dichtung verformbar ist, insbesondere ein Elastomer umfaßt und vorzugsweise im wesentlichen ohne Hohlräume ausgebildet ist.
Auch kann vorgesehen sein, daß mit steigender Kraftkomponente F_X in der ersten Stellung der Schließklappe die Dichtung zunehmend verformbar und somit in stärkerem Maße gegen die Schließklappe zwingbar ist.
Mit der Erfindung wird somit eine Vorrichtung zum Kuppeln von zwei jeweils einen Rohrstutzen mit einer aus einer geschlossenen Stellung in eine offene Stellung schwenkbaren Schließklappe aufweisenden Behältnissen geliefert, wobei die Stirnseiten der Schließklappen der Behältnisse jeweils zueinander komplementäre Formen aufweisen, nur eine der Schließklappen unmittelbar durch eine Schwenkeinrichtung beaufschlagbar ist, beide Schließklappen nach zentriertem Aneinanderdrücken der Stirnflächen mittels der Schwenkeinrichtung unter Mitnahme der nicht unmittelbar angetriebenen, anderen Schließklappe zwischen ihrer Schließ- und ihrer Offenstellung verschwenkbar sind, und die eine unmittelbar von der Schwenkeinrichtung beaufschlagbare Schließklappe, der Rohrstutzen, in dem die eine unmittelbar von der Schwenkeinrichtung beaufschlagbare Schließklappe zumindest bereichsweise angeordnet ist, sowie die Schwenkeinrichtung ein Ventil unter Zwischenschaltung einer Dichtung zwischen der unmittelbar von der Schwenkeinrichtung beaufschlagbaren Schließklappe und dem dazugehörigen Rohrstutzen bilden.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß ohne Einsatz zusätzlicher Ventile eine Druckdichtigkeit einer Schließklappe in einem Rohrstutzen unter Zwischenschaltung einer Dichtung erhaltbar ist, und das Ventil sogar selbstdichtend ausführbar ist, so daß bei ansteigendem Druck innerhalb eines mit dem Rohrstutzen fest verbundenen Behältnisses die Dichtigkeit steigt, also die Schließklappe ohne solch einen Innendruck unter Anlegen eines herkömmlichen Drehmomentes geöffnet und geschlossen werden kann, jedoch im Falle eines Innendruckes im Behältnis das zum Öffnen und Schließen aufzubietende Drehmoment automatisch steigt. Dabei kann das Ventil eine Druckdichtigkeit von ungefähr 6 Bar sowie eine Druckstoßfestigkeit von ungefähr 10 Bar aufweisen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen beispielhaft erläutert sind. Dabei zeigt
1 eine Draufsicht auf ein Ventil einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung;
2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II von 1;
3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III von 1; und
4 eine Schnittansicht ähnlich wie 3 einer weiteren Ausführungsform.
Wie den 1 bis 3 zu entnehmen ist, umfaßt ein Ventil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Schließklappe 1, die fest mit einer Welle 2 verbunden und von einer Ringdichtung 3 mit zwei Dichtungsflächen 4a, 4b umgeben zumindest bereichsweise in einem Rohrstutzen 6 angeordnet ist. Dabei ist in den 1 bis 3 das Ventil mit geschlossener Schließklappe 1 dargestellt. Die Welle 2 ist Teil einer in einer Lagerung 7 gelagerten Schwenkeinrichtung zur Verschwenkung der Schließklappe 1. Die Schließklappe 1 weist eine Kugelsegmentform auf. In der geschlossenen Stellung erstreckt sich die Kugelsegmentform der Schließklappe 1 über einen ersten Abschnitt der Ringdichtung 3 mit der ersten Dichtungsfläche 4a, wobei die erste Dichtungsfläche 4a zum Anliegen an das Kugelsegment der Schließklappe 1 ausgestaltet ist. Zwischen der ersten Dichtungsfläche 4a und der zweiten Dichtungsfläche 4b ist ein Wendepunkt angeordnet.
Das in 4 gezeigte Ventil umfaßt ebenfalls eine kugelsegmentförmige Schließklappe 11, 11', die fest mit einer Welle 12 verbunden ist und unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 13 mit zwei Dichtungsflächen 14a, 14b zumindest bereichsweise in einem Rohrstutzen 16 angeordnet ist, wobei die Welle 12 als Teil einer Schwenkeinrichtung für die Schließklappe 11, 11' in einer Lagerung 17 gelagert ist. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 weist die Ringdichtung 13 gemäß 4 zusätzlich eine Kreisringdichtung 15 im Bereich der ersten Dichtungsfläche 14a auf. Ferner ist die Schließklappe in durchgezogener Linie in der geschlossenen Stellung und gestrichelt in der geöffneten Stellung in 4 dargestellt.
Im Anschluß wird mit Bezug auf 4 die Funktionsweise des Ventils beispielhaft im Detail beschrieben:
Der Rohrstutzen 16 ist fest mit einem nicht dargestellten Behältnis, wie einem Reaktor oder dergleichen, verbunden. Soll eine Be- oder Entladung des Behältnisses stattfinden, so ist die Schließklappe 11 in ihre Offenstellung zu verschwenken. Sobald das Behältnis bei geöffneter Schließklappe 11' ausreichend gefüllt oder entleert worden ist, wird die Schließklappe 11' durch Betätigung der Schwenkeinrichtung, zum Beispiel pneumatisch, über die Welle 12 in ihre Schließstellung verschwenkt. Sobald sich die Schließklappe 11 in ihrer Schließstellung befindet, sorgt die erste Dichtungsfläche 14a durch ihren Angriff an die Schließklappe 11 für einen dichten Verschluß des Behältnisses. Baut sich nun innerhalb des Behältnisses ein Druck auf, so greift eine Kraft F an die Ringdichtung 13 an, und zwar im Bereich der zweiten Dichtungsfläche 14b. Diese Kraft F weist eine Kraftkomponente F_X parallel zur Achse des Rohrstutzens 16 sowie eine dazu senkrechte Kraftkomponente F_Y auf. Durch Anlegen der Kraft F kommt es zu einer Verformung der Ringdichtung 13, wobei aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Ringdichtung 13 über die Kraftkomponente F_X Dichtmaterial in den Zwischenraum zwischen der Schließklappe 11 und dem Rohrstutzen 16 im Bereich der ersten Dichtungsfläche 14a gezwungen wird, so daß mit steigendem Innendruck die Dichtigkeit zwischen der Ringdichtung 13 und der Schließklappe 11 automatisch ansteigt, also eine selbst dichtende Dichtung vorliegt. Dies bedeutet auch, daß mit ansteigendem Innendruck das zum Öffnen der Schließklappe 11 notwendige Drehmoment ansteigt.
Da Flächendichtungen schwer herstellbar sind, ist der Einsatz der Kreisringdichtung 15 bei dem Ventil der 4 weiter vorteilhaft.
Die in der voranstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

1: Schließklappe
2: Welle
3: Ringdichtung
4a, 4b: Dichtungsfläche
6: Rohrstutzen
7: Lagerung
11: geschlossene Schließklappe
11': offene Schließklappe
12: Welle
13: Ringdichtung
14a, 14b: Dichtungsfläche
15: Kreisringdichtung
16: Rohrstutzen
17: Lagerung
F: Kraft
F_y: Kraftkomponente
F_x: Kraftkomponente

Claims

Vorrichtung zum Kuppeln von zwei jeweils einen Rohrstutzen mit einer aus einer geschlossenen, ersten Stellung in eine offene, zweite Stellung schwenkbaren Schließklappe aufweisenden Behältnissen, wobei die Stirnseiten der Schließklappen der Behältnisse jeweils zueinander komplementäre Formen aufweisen, nur eine der Schließklappen unmittelbar durch eine Schwenkeinrichtung beaufschlagbar ist, beide Schließklappen nach zentriertem Aneinanderdrücken der Stirnflächen mittels der Schwenkeinrichtung unter Mitnahme der nicht unmittelbar angetriebenen, anderen Schließklap pe zwischen ihrer Schließ- und ihrer Offenstellung verschwenkbar sind, und die eine unmittelbar von der Schwenkeinrichtung beaufschlagbare Schließklappe, der Rohrstutzen, in dem die eine unmittelbar von der Schwenkeinrichtung beaufschlagbare Schließklappe zumindest bereichsweise angeordnet ist, sowie die Schwenkeinrichtung ein Ventil unter Zwischenschaltung einer Dichtung zwischen der unmittelbar von der Schwenkeinrichtung beaufschlagbaren Schließklappe und dem dazugehörigen Rohrstutzen bilden, wobei die Dichtung zumindest Bereichsweise zwischen der Schließklappe und dem Rohrstutzen angeordnet ist, dieser Rohrstutzen (6, 16) in der Schließstellung der Schließklappe (1, 11) auf der der anderen Schließklappe zugewandten Seite druckdicht über die Dichtung (3, 13) verschließbar ist und wobei die Schließklappe (1, 11) im wesentlichen in Form eines Kugelsegments ausgeformt ist, die Dichtung (3, 13) eine Ringdichtung ist, und in der ersten Stellung der Schließklappe (1, 11) zwischen dem Kugelelement und der Ringdichtung zumindest eine Kreisringdichtung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (3, 13) zumindest zwei Abschnitte (4a, 4b, 14a, 14b) aufweist, wobei ein erster Abschnitt (4a, 14a) komplementär zur Schließklappe (1, 11) auf der dem Rohrstutzen (6, 16) abgewandten Fläche ausgeformt ist, zwischen dem ersten Abschnitt (4a, 14a) und dem zweiten Abschnitt (4b, 14b) ein Wendepunkt der dem Rohrstutzen (6, 16) abgewandten Fläche der Dichtung (3, 13) angeordnet ist, und wobei eine an die dem Rohrstutzen (6, 16) abgewandte Fläche der Dichtung (3, 13) im zweiten Abschnitt (4b, 14b) angelegte Kraft F eine Kraftkomponente F_Y senkrecht zur Achse des Rohrstutzens (6, 16) und eine Kraftkomponente F_X parallel zur Achse des Rohrstutzens (6, 16) aufweist, wobei mit steigender Kraftkomponente F_X die Dichtigkeit zwischen dem Rohrstutzen (6, 16) und der Schließklappe (1, 11) in der ersten Stellung auf der ersten Seite automatisch ansteigt und die Dichtung (3, 13) selbstdichtend ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung (2, 12) eine Welle umfaßt, die Schließklappe (1, 11) mit der Welle (2, 12) fest verbunden ist, und die Höhe der Schließklappe (1, 11) in der ersten Stellung parallel zur Achse des Rohrstutzens (6, 16) größer als der Radius der Welle (2, 12) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stellung der Schließklappe (1, 11) dieselbe von dem ersten Abschnitt (4a, 14a) umgriffen ist, und in der ersten Stellung bei Anlegen einer Kraft F an den zweiten Abschnitt (4b, 14b) der erste Abschnitt (4a, 14a) in stärkerem Ausmaß als ohne Anlegen einer Kraft F gegen die Schließklappe (1, 11) drückt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (13) einen halbkreisförmigen Vorsprung (15) im Bereich des ersten Abschnittes (14a) auf der dem Rohrstutzen (16) abgewandten Fläche zum Ermöglichen einer Kreisringdichtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (3, 13) verformbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (3, 13) ein Elastomer umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung ohne Hohlräume ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit steigender Kraftkomponente F_X in der ersten Stellung der Schließklappe (1, 11) die Dichtung (3, 13) zunehmend verformbar und somit in stärkerem Maße gegen die Schließklappe (1, 11) zwingbar ist.