DE10162015A1

DE10162015A1 - Kupplung zum Verbinden von vakuumisolierten Leitungsenden

Info

Publication number: DE10162015A1
Application number: DE10162015A
Authority: DE
Inventors: Klaus Tocha
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum Verbinden von vakuumisolierten Leitungsenden (3, 4) über einen Kupplungsstecker (1) und eine Kupplungsdose (2), die zum Führen eines kryogenen Mediums vorgesehen sind und jeweils an den äußeren Leitungsenden (3, 4) unmittelbar benachbart zu der Tennebene (34) der Leitungsenden (3, 4) von Kupplungsstecker (1) und Kupplungsdose (2) angeordnete, druckgesteuerte Mittel (8, 17, 18) zum Verschließen beider Leitungsenden (3, 4) aufweisen. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Kupplung ist dadurch gekennzeichnet, daß die das Leitungsende (3) des Kupplungssteckers (1) verschließenden Mittel (8, 17) mit einem außerhalb der Kupplung angeordneten Betätigungselement (11) verbunden sind. DOLLAR A Diese durch die Reduzierung der kryospezifischen Bauteile kostengünstige Kupplung ist zudem handhabungsfreundlich und sicher in der Anwendung und außerdem wartungsfreundlich bzw. einfach zu reparieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum Verbinden von vakuumisolierten Leitungsenden über eine Kupplungsdose und einen Kupplungsstecker, nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Aus der DE 197 27 652 A1 und DE 197 27 655 A1 sind Kupplungen für kryogene Medien mit einem Kupplungsstecker und einer Kupplungsdose bekannt.

Bei derartigen Kupplungen wird der Kupplungsstecker, in der Regel als Bestandteil einer Zapfsäule einer Tankstelle, in die Kupplungsdose, beispielsweise in Form einer Betankungseinrichtung eines Fahrzeuges, eingesteckt bis sich die vakuumisolierten äußeren Kupplungsteile überlappen und ein am Kupplungsstecker angeordnetes Verbindungselement mit einem an der Kupplungsdose vorgesehenen Gegenstück in Eingriff gebracht werden kann.

Das Verbinden der Leitungsenden von Kupplungsstecker und Kupplungsdose erfolgt über unmittelbar benachbart zur Trennebene angeordnete mechanische Mittel.

Die das Leitungsende des/der Kupplungssteckers/-dose verschließenden Mittel haben eine gleichsinnige Öffnungsrichtung, so dass diese mit nur einer axialen Steuerbewegung, die eine druckgesteuerte Steuerstange über die Trennebene hinaus führt, geöffnet werden können.

Die Druckbeaufschlagung der Steuerstange erfolgt mittels einer in dem Kupplungsstecker integrierten, als Balg oder Kolben-Zylindereinheit ausgebildeten, mit einem Druck beaufschlagten Steuereinheit.

Zum Öffnen der Leitungsenden wird der die beiden Leitungsenden des Kupplungssteckers und der Kupplungsdose verschließende Schließkörper mittels der durch die Steuereinheit druckbeaufschlagten Steuerstange axial über die Trennebene hinaus zur Kupplungsdose verschoben.

Die Abdichtung von Kupplungsstecker und Kupplungsdose in der Trennebene erfolgt über die mit einer Dichtung ausgerüsteten Kupplungsflächen.

Die ferngesteuerte Betätigung dieser Kupplungen wird durch die direkte Freigabe des Strömungsweges des kryogenen Mediums unabhängig von Einsteck-/Einschiebewegen über eine Steuereinheit erzielt.

Nach Beendigung des Abfüllens von kryogener Flüssigkeit wird die nunmehr nicht mehr druckbeaufschlagte Steuerstange mit dem Schließkörper durch Feder- oder Balgelemente in die Ausgangslage zurückgeführt.

Diesen Kupplungen zum Verbinden von vakuumisolierten Leitungsenden zum Führen eines kryogenen Mediums sind enge Grenzen hinsichtlich ihrer handhabungsfreundlichen Dimensionierung gesetzt.

Zudem ist die Wartung bzw. Reparatur von derartigen Kupplungen mit einem erforderlichen Austausch von in dem Kupplungsstecker bzw. in der Kupplungsdose angeordneten Kupplungsfunktionsteilen aufwendig bzw. oftmals nicht möglich.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser bekannten Kupplungen besteht darin, dass die mit der Kryoflüssigkeit in Kontakt gelangenden Kupplungsinnenteile tieftemperaturbeständig und vakuumdicht sein müssen, d. h. kostenaufwendig und nachträglich nicht oder nur mit einem hohen Aufwand zu bearbeiten sind.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung für kryogene Medien zur Verfügung zu stellen, die kostengünstig in der Herstellung, handhabungsfreundlich und sicher in der Anwendung ist und einfach gewartet und repariert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kupplung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zum bestimmungsgemäßen Einsatz der Kupplung werden der Kupplungsstecker - in der Regel als Bestandteil der Zapfsäule einer Tankanlage - und die Kupplungsdose - beispielsweise ein Anschluss eines Tankfahrzeuges - so stirnseitig gegeneinander gesetzt, dass die Trennebene und die Kupplungsebene nahezu in einer gemeinsamen Ebene liegen.

Das in dem mit einer üblichen vakuumisolierten Zuführung für kryogene Flüssigkeit ausgerüsteten, vakuumisolierten und aus Edelstahl bestehenden Kupplungsstecker zentrisch mit Rückzugsfedern angeordnete, den Stößel in seinem kupplungsseitigem Ventilkegel aufnehmende Spindelrohr ist mit seinem außerhalb der Kupplung angeordneten Ende mit dem Betätigungselement kraftübertragend verbunden.

Der zentrisch in dem Ventilkegel des Spindelrohr angeordnete und über eine Trennebene von Kupplungsstecker/-dose hinaus bis in ein das Leitungsende der Kupplungsdose verschließendes Rückschlagventil axial verschiebbarer Edelstahl-Stößel ist mit seinem der Kupplungsseite abgewandten, außerhalb des Kupplungsgehäuses befindlichen Ende mit dem Betätigungselement kraftübertragend verbunden.

Das auf vorbeschriebene Weise mit der Spindelrohr-Stößel-Anordnung kraftübertragend verbundene Betätigungselement besteht vorteilhaft aus einem zwei schwenkbewegliche - mittels einer Feder-Anordnung sich selbsttätig öffnende - Hebelarme aufweisenden, manuell zu betätigenden Doppelhebel oder aus einem herkömmlichen Pneumatikzylinder.

Selbstverständlich kann auch ein anderes, zur axialen Verschiebung der Spindelrohr-Stößel-Anordnung geeignetes, aus nicht Tieftemperatur beständigem Material bestehendes, als preiswertes Industrieerzeugnis beziehbares Betätigungselement Anwendung finden.

Durch Zusammendrücken der beiden schwenkbeweglichen Hebelarme des Doppelhebels bzw. durch Einschalten des Pneumatikzylinders wird der mit einem der beiden Hebelarme kraftübertragend verbundene Stößel durch die auf ihn einwirkende Kraft - entgegen der auf ihn ebenfalls einwirkenden Federkraft - aus seiner Ausgangsposition in dem kupplungsseitigen Leitungsende des Kupplungssteckers angeordneten Ventilkegel über die Trennebene von Kupplungsstecker/-dose hinaus bis in die Zentrierung eines das kupplungsseitige Leitungsende der Kupplungsdose verschließenden, mit einer Feder-Anordnung gelagerten Rückschlagventils bis zur vollständigen Ventilöffnung axial verschoben.

Bei Erreichen des durch einen mechanischen Anschlag begrenzten maximalen Stößelhubs, wird bei einem weiteren Zusammendrücken der beiden Hebelarme des als Doppelhebel ausgebildeten Betätigungselements bzw. bei einer weiteren pneumatischen Druckbeaufschlagung das in dem Kupplungsstecker mit dem kupplungsseitigen Ventilkegel angeordnete Spindelrohr in Richtung der Gehäuserückwand des Kupplungssteckers soweit zurückgezogen, bis das Leitungsende der Flüssigkeitsleitung in dem Kupplungsstecker vollständig geöffnet ist.

Nunmehr kann durch eine vakuumisolierte Zuführung in die Flüssigkeitsleitung des Kupplungssteckers einströmende kryogene Medium über die geöffneten Leitungsenden der dichtend miteinander gekuppelten Flüssigkeitsleitungen von Kupplungsstecker/-dose seiner bestimmungsgemäßen Verwendung zugeführt werden.

Zur Beendigung des kryogenen Mediumflusses durch die Kupplung werden die beiden Hebelarme des als Doppelhebels ausgebildeten Betätigungselements losgelassen bzw. der Pneumatikzylinder ausgeschaltet.

Der Stößel und das den Stößel aufnehmende Spindelrohr mit kupplungsseitigem Ventilkegel werden in ihre einen kryogenen Mediumfluss durch das Leitungsende der Flüssigkeitsleitung des Kupplungssteckers verhindernden Ausgangspositionen in dem Kupplungsstecker gebracht.

Das von dem Stößeldruck befreite, mit einer Feder-Anordnung in dem Gehäuse der Kupplungsdose gelagerte Rückschlagventil schließt selbsttätig das kupplungsseitige Leitungsende der Flüssigkeitsleitung der Kupplungsdose.

Nunmehr kann der Kupplungsstecker von der Kupplungsdose auf übliche Weise getrennt werden.

Die erfindungsgemäße, einen Medienstrom im entkuppelten Zustand ausschließende Kupplung ist kostengünstig in der Herstellung, handhabungsfreundlich und sicher im Gebrauch und zudem einfach zu warten bzw. zu reparieren.

Zudem kann bei der erfindungsgemäßen Kupplung die bisher aus sicherheitstechnischen Gründen notwendige Mehrkosten verursachende Verriegelung entfallen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplung besteht darin, dass die aus allen Einbauteilen bestehende Innengarnitur in den bereits fertig bearbeiteten Kupplungsstecker eingebracht und auch getauscht werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen, entkuppelten Kupplung mit Betätigungselement;

Fig. 1a einen schematischen Längsschnitt eines als Kupplungs- Betätigungselement einsetzbaren Pneumatikzylinders mit Spindelrohr- Stößel-Anordnung;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt der erfindungsgemäßen, entkuppelten Kupplung;

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Kupplung mit geschlossenem Strömungsweg;

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Kupplung mit geöffnetem Strömungsweg.

Die in Fig. 1-4 in einem schematischen Längsschnitt dargestellte Kupplung umfasst einen Kupplungsstecker 1 und eine von dem Kupplungsstecker 1 getrennt angeordnete Kupplungsdose 2 zum Verbinden zweier Leitungsenden 3, 4.

Gemäß Fig. 1 ist ein in einem Gehäuse 5 des Kupplungssteckers 1 zentrisch und axial verschiebbar angeordnetes, am kupplungsseitigen Ende einen Ventilkegel 6 aufweisendes und mit Federn 7 in dem Gehäuse 5 angeordnetes Spindelrohr 8 mittels seines durch die der Kupplungsseite abgewandte, mit einer Dichtung 9 versehenen Rückwand des Gehäuses 5 verlaufenden Rohrendes 10 mit ein als manuell zu betätigender Doppelhebel ausgebildetes Betätigungselement 11 verbunden.

Das Rohrende 10 des Spindelrohrs 8 ist mittels einer eine Dichtung 12 aufweisenden Buchse 13 an einem schwenkbeweglichen Hebelarm 14 des eine weiteren schwenkbeweglichen Hebelarm 15 aufweisenden und mit einer die beiden Hebelarme 14, 15 selbsttätig öffnenden Feder 16 ausgerüsteten Doppelhebels befestigt.

In dem in vorbeschriebener Weise ausgebildeten und mit dem außerhalb der Kupplung angeordneten Betätigungselement 11 verbundenen Spindelrohr 8 ist ein Stößel 17 mit seinem kupplungsseitigen Ende in einer Zentrierung des Ventilkegels 6 des Spindelrohrs 8 axial verschiebbar angeordnet.

Der zum Öffnen eines das Leitungsende 4 der Kupplungsdose 2 verschließenden, mit Federn 38 in dem Gehäuse 28 der Kupplungsdose 2 angeordneten Rückschlagventils 18 in dem Spindelrohr 8 axial verschiebbar angeordnete Stößel 17 ist mit seinem der Kupplungsseite abgewandten, durch die Rückwand des Gehäuses 5 des Kupplungssteckers verlaufenden Ende 19 an dem Hebelarm 15 des als Doppelhebel ausgebildeten Betätigungselements 11 angeordnet.

Wie in Fig. 1a dargestellt, kann die Spindelrohr-Stößel-Anordnung 8, 17 auch mit einem als Betätigungselement 11 eingesetzten Pneumatikzylinder 20 verbunden sein.

Der anstelle des in Fig. 1 dargestellten Doppelhebels als Betätigungselement 11 einsetzbare Pneumatikzylinder 20 besteht aus einem Gehäuse 21 mit einem Gaskanal 22 und einem das Spindelrohr 8 mit dem Stößel 17 aufnehmenden Kanal 23 sowie einem druckabhängig in dem Gehäuse 21 axial beweglich angeordneten Kolben 24.

Das durch den Kanal 23 geführte Ende 10 des Spindelrohrs 8 ist mittels einer, mit einer Dichtung 26 ausgerüsteten Buchse 27 an der Innenseite der kupplungsseitigen Stirnwand des Gehäuses 21 befestigt und mittels Federn 25 - ebenso wie das Stößelende 19 des in dem Spindelrohr 8 axial verschiebbar angeordneten Stößels 17 - mit dem pneumatisch axial verschiebbaren Kolben 24 verbunden.

Jedes Kupplungsgehäuse 5, 28 der in Fig. 2-4 dargestellten Kupplung weist eine sich nahezu über die gesamte Länge des Kupplungssteckers 1 und der Kupplungsdose 2 erstreckende, wärmeisolierende Vakuumkammer 29, 30 auf, die ein Verdampfen des durch die ebenfalls vakuumisolierte Zuführung 33 zugeführte und durch die Leitungen 31, 32 von Kupplungsstecker/-dose 1, 2 fließenden tiefkalten Mediums ausschließt.

Die Leitungsenden 3, 4 von Kupplungsstecker/-dose 1, 2 reichen bis zu einer Trennebene 34 von dem Kupplungsgehäuse 5, 28 des Kupplungssteckers 1 und der Kupplungsdose 2.

Der Ventilkegel 6 des Spindelrohrs 8 weist kupplungsseitig eine Dichtung 35 und die Kupplungsflächen von Kupplungsstecker/-dose 1, 2 herkömmliche Zentrierringe 36, 37 auf.

Zum bestimmungsgemäßen Einsatz der Kupplung werden die beiden mit den stirnseitigen Zentrierringen 36, 37 ausgerüsteten Kupplungsgehäuse 5, 28 von Kupplungsstecker/-dose 1, 2 in der Trennungsebene 34 von Kupplungsstecker/-dose 1, 2 stirnseitig gegeneinander gesetzt und mit einer - bildlich nicht dargestellten - handelsüblichen mechanischen oder pneumatischen Vorrichtung zusammengehalten.

Zum bestimmungsgemäßen Einsatz der Kupplung gemäß Fig. 3 wird zunächst der in dem Spindelrohr 8 angeordnete Stößel 17 mit Druckkraft beaufschlagt.

Dazu werden die beiden Hebelarme 14, 15 des als Doppelhebel ausgebildeten Betätigungselements 11 zusammengedrückt bzw. der als Betätigungselement 11 eingesetzte Pneumatikzylinders 20 mit Druck beaufschlagt.

Der nunmehr mit einer Druckkraft beaufschlagte Stößel 17 wird aus seiner Schließstellung in dem Ventilkegel 6 des Spindelrohrs 8 entgegen der Federkraft 7 - über die Trennebene 34 von Kupplungsstecker/-dose 1, 2 hinaus - bis in die Zentrierung des das kupplungsseitige Leitungsende 4 der Kupplungsdose 2 verschließenden Rückschlagventils 18 soweit axial verschoben, bis das Rückschlagventil 18 und damit das Leitungsende 4 der Flüssigkeitsleitung 32 der Kupplungsdose 2 vollständig geöffnet ist.

Die zerstörungsfreie Öffnung des Rückschlagventils 18 wird durch einen, den Hub des Stößels 17 begrenzenden mechanischen Anschlag gewährleistet.

Durch ein weiteres Zusammendrücken der beiden Hebelarme 14, 15 des als Doppelhebel ausgebildeten Betätigungselements 11 wird das somit mit einer Zugkraft beaufschlagte Spindelrohr 8 mit dem Ventilkegel 6 in Richtung der Rückwand des Gehäuses 5 in dem Kupplungsstecker 1 zurückgezogen, bis das Leitungsende 3 der Flüssigkeitsleitung 31 vollständig geöffnet ist.

Nunmehr kann die durch die Zuführung 33 in die Flüssigkeitsleitung 31 des Kupplungssteckers 1 einströmende kryogene Flüssigkeit durch das geöffnete Leitungsende 3 der Flüssigkeitsleitung 31 durch das ebenfalls geöffnete Leitungsende 4 der Kupplungsdose 2 seiner bestimmungsgemäßen Verwendung zugeführt werden.

Zur Beendigung des kryogenen Mediumstromes durch die Kupplung werden die beiden Hebelarme 14, 15 des als Doppelhebel ausgebildeten Betätigungselements 11 losgelassen bzw. der Pneumatikzylinders 20 Druck entlastet.

Die nun nicht mehr mit einer Druckkraft beaufschlagten Hebelarme 14, 15 des als Doppelhebel ausgebildeten Betätigungselements 11 werden durch die Kraft der Feder 16 in ihre Ausgangsposition zurückgeschwenkt.

Der Stößel 17 und das Spindelrohr 8 mit Ventilkegel 6 werden in die - einen kryogenen Medienstrom durch das Leitungsende 3 des Kupplungssteckers 1 ausschließende Ausgangsposition gebracht.

Das somit von dem Stößel 17 befreie Rückschlagventil 18 schließt durch die Kraft der Federn 38 das Leitungsende 4 der Flüssigkeitsleitung 32 der Kupplungsdose 2.

Die nunmehr geschlossene Leitungsenden 3, 4 aufweisenden Kupplungsstecker/-dose 1, 2 werden auf herkömmliche Weise voneinander getrennt. Bezugszeichenaufstellung 1 Kupplungsstecker
2 Kupplungsdose
3 Leitungsende
4 Leitungsende
5 Gehäuse
6 Ventilkegel
7 Feder
8 Spindelrohr
9 Dichtung
10 Rohrende
11 Betätigungselement
12 Dichtung
13 Buchse
14 Hebelarm
15 Hebelarm
16 Feder
17 Stößel
18 Rückschlagventil
19 Stößelende
20 Pneumatikzylinder
21 Gehäuse
22 Gaskanal
23 Kanal
24 Kolben
25 Feder
26 Abdichtung
27 Buchse
28 Gehäuse
29 Vakuumkammer
30 Vakuumkammer
31 Flüssigkeitsleitung
32 Flüssigkeitsleitung
33 Zuführung
34 Trennebene
35 Dichtung
36 Zentrierring
37 Zentrierring
38 Feder

Claims

1. Kupplung zum Verbinden von vakuumisolierten Leitungsenden über einen Kupplungsstecker und eine Kupplungsdose, die zum Führen eines kryogenen Mediums vorgesehen sind und jeweils an den äußeren Leitungsenden unmittelbar benachbart zu der Trennebene der Leitungsenden von Kupplungsstecker und Kupplungsdose angeordnete Mittel zum Verschließen beider Leitungsenden aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die das Leitungsende (3) des Kupplungssteckers (1) verschließenden Mittel (8, 17) mit einem außerhalb der Kupplung angeordneten Betätigungselement (11) verbunden sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschließen des Leitungsendes (3) des Kupplungssteckers (1) der Stößel (17) in dem mit einem kupplungsseitigen Ventilkegel (6) ausgerüsteten Spindelrohr (8) angeordnet ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (17) in dem Spindelrohr (8) zum Öffnen eines das Leitungsende (4) der Kupplungsdose (2) verschließenden Rückschlagventils (18) über eine Trennebene (34) von Kupplungsstecker/-dose (1, 2) hinaus axial verschiebbar angeordnet ist.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (17) mit seinem kupplungsseitigen Ende in einer Zentrierung des Ventilkegels (6) des Spindelrohrs (8) axial verschiebbar gelagert ist.

5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem kupplungsseitigen Ventilkegel (6) ausgerüstete und mit Federn (7) verbundene Spindelrohr (8) zentrisch und axial beweglich in dem Kupplungsstecker (1) angeordnet ist.

6. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (11) vorzugsweise als ein schwenkbewegliche Hebelarme (14, 15) aufweisender Doppelhebel ausgebildet ist.

7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hebelarme (14, 15) des Doppelhebels mittels einer Feder (16) selbsttätig öffnend angeordnet sind.

8. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Betätigungselement (11) vorzugsweise ein mit Druck beaufschlagter Pneumatikzylinder (20) Verwendung findet.

9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pneumatikzylinder (20) ein einen axial verschiebbaren Kolben (24) aufnehmende Gehäuse (21) einen Gaskanal (22) und einen kupplungsseitigen Kanal (23) zur Aufnahme des Spindelrohrs (8) und dem Stößel (17) aufweist.

10. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Kanal (23) geführte Spindelrohr (8) mittels einer mit einer Dichtung (26) ausgerüsteten Buchse (27) an der Innenwand des Gehäuses (21) befestigt und mittels Federn (25) mit dem axial verschiebbaren Kolben (24) verbunden ist.

11. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Spindelrohr (8) axial verschiebbar angeordnete Stößel (17) mit dem Kolben (24) des Pneumatikzylinders (20) verbunden ist.

12. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Hubbegrenzung des in das Rückschlagventil (18) der Kupplungsdose (2) eingreifenden Stößels (17) ein in den Kupplungsteilen (1, 2) und/oder in dem Betätigungselement (11) angeordneter Anschlag vorgesehen ist.

13. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle mit dem kryogenen Medium kontaktierten Kupplungsteile aus einem tieftemperaturbeständigen Material, vorzugsweise aus Edelstahl, bestehen.