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Die
Erfindung betrifft ein Kupplungssystem zur leicht lösbaren
axialen Kupplung von zwei parallelen Flanschen. Dabei sind die Flansche
vorzugsweise an Rohrleitungen oder Kupplungseinrichtungen mit Verschlussklappen
vorgesehen, wobei die Verbindungsebene der zwei parallelen Flansche
gegenüber der Durchlassachse der Flanschöffnungen auch
geneigt sein. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anwendung des
Kupplungssystems.
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Stand der Technik
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Nach
dem Stand der Technik sind verschiedene leicht lösbare
Kupplungssysteme bekannt. Neben der Anwendung von Spannringen und
Verschraubungen sind verschiedene Arten von Bajonettverschlüssen
bekannt. Dabei greifen zwei Teile mit einer Steck-Dreh-Bewegung
in einander. Die zwei Teile eines Bajonettverschlusses sind gegenüber
den zu verbindenden Flanschen beide drehbar, beide fest oder ein
Teil ist drehbar und das andere Teil ist fest mit einem Flansch
verbunden.
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Die
DE 195 29 269 A1 gibt
eine perfektionierte Verbindung für einen Röhrenaufbau
an. Dabei weist ein Röhrenelement eine radiale von seinem äußersten
Ende zurückgezogene Deformation auf. Am anderen Röhrenelement
ist eine knieförmige Deformation nahe seinem äußeren
Ende vorgesehen. Bei der koaxialen Koppelung ist die radiale Deformation in
der gebogenen Deformation geführt und beide Elemente können
durch einen axialen Stoß und spätere Drehung miteinander
verbunden werden.
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Die
EP 0 557 640 B1 (
DE 691 03 048 T2 )
gibt eine Trockentrennkupplung für Leitungen an, bei der je
eine Schließklappe in einer von zwei miteinander kuppelbaren
Kupplungshälften einseitig und mit einem einseitigen Lagerzapfen
drehbar gelagert ist. In der gekuppelten Stellung liegen die Schließklappen der
beiden Kupplungshälften in einer Verbindungsebene flächig
auf einander und können um eine gemeinsame Drehachse geschwenkt
werden. Dabei ist die Drehachse zur Längsachse der Trockentrennkupplung
in Durchflussrichtung um 45 bis 85 Grad geneigt. Vor dem Öffnen
der Schließklappen in der gekuppelten Position werden die
Kupplungshälften mit spezifischen Verriegelungselementen
gegeneinander arretiert. In der Praxis werden aus wirtschaftlichen
Gründen jeweils eine Kupplungshälfte mit einer aktiv
betätigten Schließklappe und eine Kupplungshälfte
mit einer passiv betätigten Schließklappe gekuppelt.
Das führt zu der Einschränkung, dass zwei passiv
betätigte Schließklappen nicht unmittelbar miteinander
gekuppelt werden können.
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Aufgabenstellung
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Kupplungssystem zur axialen
Kupplung von zwei parallelen Flanschen vorzugsweise an Rohrleitungen anzugeben,
welches leicht lösbar ist und bei dem die Stirnflächen
der beiden Flansche zum Kuppeln ohne Drehung axial aneinander gepresst
werden. Das Kupplungssystem soll auch zur Kupplung von zwei miteinander
kuppelbaren Kupplungshälften geeignet sein, die drehbar
gelagerte Schließklappen aufweisen, welche in der gekuppelten
Position flächig aneinander liegen und gemeinsam geöffnet
werden können. Weiterhin soll eine spezifische Anwendung
eines erfindungsgemäßen Kupplungssystems mit zwei miteinander
kuppelbaren Kupplungshälften angegeben werden.
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Die
Erfindung löst die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend zusammen
mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung,
einschließlich der Zeichnung, näher dargestellt.
Die Aufgabe zur spezifische Anwendung eines erfindungsgemäßen
Kupplungssystems ist durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale
gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß weisen
die zwei in ihrer Längsachse zu kuppelnden Flansche an
ihrer radial äußeren Oberfläche mindestens
je einen Rastbolzen auf. Eine Kupplungshülse greift koaxial
zur Längsachse passend über die beiden zu kuppelnde
Flansche. Die Kupplungshülse weist ausgehend von ihren
beiden Stirnseiten mindestens je einen Führungsschlitz
auf, derart dass der Rastbolzen eines Flansches beim Kuppeln in
den jeweiligen Führungsschlitz an der Kupplungshülse
eingreifen kann. In der Praxis werden meist zwei radial gegenüberliegende oder
drei gleichmäßig am Umfang verteilte Führungsschlitze
bevorzugt, in die entsprechend viele zugeordnete Rastbolzen an den
Flanschen eingreifen können. Zur besseren Kraftverteilung
sind die von den beiden Stirnseiten ausgehenden Führungsschlitze
in einer axialen Linie angeordnet.
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Die
Führungsschlitze verlaufen ausgehend von den Stirnseiten
der Kupplungshülse erst parallel zur Längsachse
der beiden Flansche und gehen danach unter einem Winkel α zu
den Stirnseiten der Kupplungshülse in einen schrägen
Abschnitt über. Dabei sind die Abschnitte derart geneigt,
dass sie zur Drehrichtung der Kupplungshülse in gleicher
Richtung verlaufen, derart dass sich die von den Stirnseiten der
Kupplungshülse ausgehenden gegenüber liegenden
Führungsschlitze einander annähern. Mindestens
wenn die Rastbolzen das Ende der Führungsschlitze erreichen
liegen die Flansche dicht aneinander.
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In
vorteilhafter Weise sind an den Flanschen koaxial zu Ihrer Längsachse
und auf der Stirnseite, die dem anderen Flansch gegenüber
liegt, Mittel zur axialen Zentrierung vorgesehen. Als derartige
Mittel können symmetrisch angeordnet mindestens ein Bolzen
und eine dazu passende Bohrung vorhanden sein, die in der gekuppelten
Stellung der zwei Flansche in das jeweils andere Mittel eingreifen.
Dadurch sind die beiden Flansche zueinander verdrehfest positioniert.
Bei einfachen Anwendungen kann es auch ausreichend sein, wenn die
zwei Flansche ausschließlich über die Kupplungshülse
zueinander zentriert werden.
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Radial
außen an der Kupplungshülse kann ein Saugstutzen
vorhanden sein. Über diesen Saugstutzen kann entsprechend
Anspruch 6 der Spaltbereich zwischen den beiden Flanschen in vorteilhafter
Weise mit einem Saugstrom beaufschlagt werden, wodurch Verunreinigungen
abgesaugt werden können. Insbesondere unmittelbar nach
dem Abkuppeln der beiden Flansche voneinander kann ein geringer,
definiert eingestellter Spalt über den Saugstrom von möglichen
Verunreinigungen gereinigt werden. Der Spalt kann über
eine definierte Positionierung der Punkte erfolgen, an denen die
Führungsschlitze vom axialen Verlauf in die schrägen
Abschnitte übergehen.
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Ebenfalls
radial außen an der Kupplungshülse und gegenüber
des Saugstutzens kann eine Arretierungseinrichtung vorgesehen sein,
mit der die Kupplungshülse gegenüber den Flanschen
nach Erreichen der gekuppelten Position arretiert werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Kupplungssystem hat den besonderen
Vorteil, dass die zu kuppelnden Flansche ohne deren Drehung mit
nur einer einfachen Kupplungshülse axial miteinander gekuppelt werden
können. Mit den Merkmalen nach Anspruch 2 kann eine hohe
Zentriergenauigkeit erreicht werden. Insbesondere beim Einsatz des
erfindungsgemäßen Kupplungssystems in der chemischen
oder pharmazeutischen Industrie kann entsprechend Anwendungsanspruch
6 mit dem einfachen Mittel eines Sauganschlusses an der Kupplungshülse
ohne weitere Mittel eine hohe Sauberkeit der Kupplungsverbindung
gewährleistet werden. Dabei kann z. B. bei größeren
Flanschen zwischen den Flanschen und der Kupplungshülse
ein ringförmiges Dichtelement vorgesehen werden, damit
sich keine unerwünschten Saugströme ausbilden.
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Die
erfindungsgemäße Kupplungssystem kann in der Gesamtheit
auch als neuartiger Doppelbajonettverschluss bezeichnet werden.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Zugehörig zeigt
1 eine
Seitenansicht von zwei erfindungsgemäß gekuppelten
Klappenventilen nach dem Prinzip gemäß
EP 0 557 640 B1 .
Die
2a und
2b zeigen
das nach
1 untere Klappenventil in einer Draufsicht
(
2a) und in einer Seitenansicht (
2b).
3 zeigt
das untere Klappenventil nach
1 in einer
Seitenansicht von der Rückseite.
4 zeigt
die Klappenventile nach
1 mit einem Teilschnitt und
in einer Position kurz vor der Verriegelung bzw. kurz nach der Entriegelung.
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1 zeigt
zwei in der Längsachse 5 gekuppelte Klappenventile 1 und 2,
die in vielfältiger Weise mit ihren Kupplungsflanschen 3 und 4 an
Behälter, Rohre oder Produktionseinrichtungen angeflanscht werden
können. Im Ausführungsbeispiel weisen die Klappenventile 1 und 2 einseitig
gelagerte Schließklappen 22 bzw. 23 auf
(4), deren Schwenkachse 21 gegenüber
der Längsachse 5 geneigt ist, und die über
Schwenkantriebe 6 und 7, im Ausführungsbeispiel
manuell über Griffe 6' und 7' (1)
betätigt werden können. Zur kraftschlüssigen
Kupplung der beiden Klappenventile 1 und 2 ist
eine Kupplungshülse 8 vorgesehen.
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Die
konkrete Ausführung der beispielhaften Klappenventile 1 und 2 ist
in den 2a und 2b an
dem in 1 unteren Klappenventil 2 näher
dargestellt (ohne Kupplungshülse 8). Das obere
Klappenventil 1 ist entsprechend ausgebildet. Zugehörig zum
erfindungsgemäßen Kupplungs system sind am Flansch 9 des
Klappenventils 2 und entsprechend am Flansch 9 des
Klappenventils 1 auf einem Teilkreis 10 koaxial
zur Längsachse 5 symmetrisch und passend zueinander
ein Bolzen 11 und eine Bohrung 12 vorgesehen.
In der gekuppelten Position der Klappenventile 1 und 2 greifen
die Bolzen 11 jeweils in die Bohrungen 12 des
anderen Flansches 9 ein. An der äußeren
Oberfläche des Flansches 9 sind gegenüberliegend
zwei Rastbolzen 13 vorgesehen.
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In 3 ist
das untere Klappenventil 2 in einer Seitenansicht nach 1 von
der Rückseite und ohne dem oberen Klappenventil 1 dargestellt.
Die erfindungsgemäße Kupplungshülse 8 ist
auf das Klappenventil 1 aufgesetzt.
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In
der Kupplungshülse 8 sind radial gegenüberliegend
und symmetrisch an jeder ihrer beiden Stirnseiten der Kupplungshülse 8 zwei,
d. h. insgesamt vier gleichartige Führungsschlitze 14 eingearbeitet.
Die Führungsschlitze 14 sind zu den Stirnseiten
der Kupplungshülse 8 hin offen, derart dass die Rastbolzen 13 beim
Aufsetzen der Kupplungshülse 8 auf das untere
Klappenventil 2 in die Führungsschlitze 14 eingreifen
können. Dabei rutscht die Kupplungshülse 8 axial über
die Rastbolzen 13 bis sie an die mit Punkt 15 gekennzeichnete
Stelle innerhalb der Führungsschlitze 14 anstoßen.
Danach sind die Rastbolzen 13 mit einem Abstand h von der
Stirnseite der Kupplungshülse 8 entfernt. Nach
dem Punkt 15 sind die Führungsschlitze 14 abgewinkelt
und verlaufen in einem Abschnitt 16 unter einem Winkel α von den
Stirnseiten der Kupplungshülse 8 weg, d. h. die gegenüberliegenden
Führungsschlitze 14 nähern sich einander.
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Wenn
sich die Rastbolzen 13 an den Punkten 15 befin den,
kann diese Position als Kupplungsposition bezeichnet werden, d.
h. die Position, die die Kupplungshülse 8 auf
dem unteren Klappenventil 2 einnimmt, bevor axial das obere
Klappenventil 1 zur Kupplung mit seinen Rastbolzen 13 in
die gegenüber liegenden oberen (in 3) Führungsschlitze 14 eingesetzt
werden kann. Dabei werden die Rastbolzen 13 am Klappenventil 1 ebenfalls
bis zu dem entsprechenden Punkt 15 mit dem Abstand h zur
Stirnseite in die Führungsschlitze 14 der Kupplungshülse 8 eingreifen.
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Die
Punkte 15 sind innerhalb der Führungsschlitze 14 derart
vorgesehen, dass zwischen den sich gegenüberliegenden Flanschen 9,
wenn die Rastbolzen 13 der beiden Klappenventil 1 und 2 an den
Punkten 15 anliegen, ein geringer Spalt vorhanden ist.
Die Bolzen 11 greifen in dieser Position bereits in die
Bohrungen 12 der gegenüberliegenden Flansche 9 ein,
derart dass die Klappenventile 1 und 2 zueinander
in der Längsachse 5 positioniert sind.
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Im
Ausführungsbeispiel ist in der Ebene der gekuppelten Flansche 9 an
der Kupplungshülse 8 ein Saugstutzen 19 vorgesehen.
An den Saugstutzen 19 kann eine Absaugeinrichtung angeschlossen
werden, damit z. B. Schmutzpartikel aus dem Bereich der Kupplungsebene
zwischen den Flanschen 9 der beiden Klappenventile 1 und 2 abgesaugt
werden können.
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Entsprechend
der Darstellung in 3 ist radial gegenüber
dem Saugstutzen 19 an der Kupplungshülse 8 eine
Arretierungseinrichtung 17 vorgesehen und im Bereich der
Schwenkantriebe 6 und 7 sind in die Kupplungshülse 8 Aussparungen 18 eingearbeitet,
damit die Kupplungshülse 8 bei Verdrehung gegenüber
den Klappenventilen 1 und 2 ausreichend Bewegungsfreiheit
hat. Zugehörig zur Arretierungs einrichtung 17 ist
im Klappenventile 2 ein Arretierungsloch 20 (2b)
vorgesehen.
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Die
radiale Toleranz zwischen dem Innendurchmesser der Kupplungshülse 8 und
dem Außendurchmesser der Flansche 9 an den Klappenventilen 1 und 2 wird
an die konkreten Gegebenheiten angepasst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Toleranz relativ gering gewählt worden, damit beim Einsatz
des Saugstutzens 19 die gewünschte Wirksamkeit
des Saugstromes gewährleistet ist.
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Nachfolgend
wird mit Bezug auf 4 das beispielhafte erfindungsgemäße
Kupplungssystem in der Anwendung näher beschrieben. Das
Klappenventil 2 kann beispielhaft an einem Mischbehälter vorgesehen
sein und das Klappenventil 1 an einem Transportbehälter.
In diesem Fall kann die Kupplungshülse 8 ständig
relativ lose auf dem Klappenventil 2 aufgesetzt sein.
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Zur
Kupplung des Klappenventils 1 am Transportbehälter
mit dem Klappenventil 2 am Mischbehälter werden
die Flansche 9 der Klappenventile axial aufeinander zu
bewegt bis beide Flansche 9 in die Kupplungshülse 8 eingreifen,
wobei die jeweiligen Rastbolzen 13 in den zugehörigen
Führungsschlitzen 14 geführt werden.
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Die
beiden Flansche 9 werden so weit in die Kupplungshülse 8 geschoben,
bis die Rastbolzen 13 an den Punkten 15 in den
Führungsschlitzen 14 anliegen. Parallel werden
die Bolzen 11 an den Flanschen 9 derart ausgerichtet,
dass sie in der Folge in die zugeordneten Bohrungen 12 eingreifen
können und die Klappenventile 1 und 2 zueinander
lagegenau in der Längsachse 5 verdrehfest positioniert
sind.
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Danach
kann zum tatsächlichen Kuppeln der Klappenventile 1 und 2 die
Kupplungshülse 8 gegenüber den zueinander
verdrehfesten Klappenventilen 1 und 2 nach links
(1 und 4) verdreht werden. Dazu kann
der Anlagenbediener am Saugstutzen 19 und an der Arretierungseinrichtung 17 anfassen.
Bei der Verdrehung der Kupplungshülse 8 gleiten
die Rastbolzen 13 in den Führungsschlitzen 14 über
die Punkte 15 hinaus in den Abschnitt 16, derart dass
sich die gegenüberliegenden Flansche 9 annähern,
bis sie dicht aneinander liegen. Ein nach innen gerichteter Bolzen
der Arretierungseinrichtung 17 (3) kann
in dieser Position in das Arretierungsloch 20 gesteckt
werden, wodurch das Kupplungssystem insgesamt verriegelt wird.
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Nach
dem Verriegeln der Klappenventile 1 und 2 liegen
die Schließklappen 22 und 23 dicht aneinander,
derart dass auch die Schwenkachsen 21 in einer Linie liegen
und die Schließklappen 22 und 23 gemeinsam
um die Schwenkachse 21 gedreht werden können,
wodurch die Räume des Transportbehälters und des
Mischbehälters miteinander verbunden sind und Produkte
transferiert werden können. Das Schwenken der Schließklappen 22 und 23 erfolgt
in bekannter Weise, in dem die Arretierungsbolzen 25 (5) an den Schwenkantrieben 6 und 7 entriegelt
werden und einer der beiden Schwenkantriebe 6 und 7 betätigt
wird.
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Zum
Entkuppeln der Flansche 9 wird das Kupplungssystem entriegelt,
indem die Kupplungshülse 8 nach links verdreht
wird. In der in 4 dargestellten Position befinden
sich die Klappenventile 1 und 2 mit den Schließklappen 22 und 23 in
einem Abstand zu einander, derart dass ein Spalt 24 vorhanden
ist. Beim Erreichen dieser Position kann in der Anwendung gemäß Anspruch
6 an den Saugstutzen 19 eine Absaugvorrichtung angeschlossen
und der Spalt 24 von Verunreinigungen frei gesaugt werden. Das
ist insbesondere in der pharmazeutischen und chemischen Industrie
von Bedeutung, damit keinerlei Produkte, z. B. kleine Staubteilchen,
die während der Kupplung transferiert wurden, in die Umgebung
gelangen können.
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Die
Anwendung des erfindungsgemäßen Kupplungssystems
bei Klappenventilen nach dem Prinzip gemäß
EP 0 557 640 B1 ist
besonders vorteilhaft, da dabei die üblicherweise erforderliche
gesonderte und aufwändige Verriegelung der beiden zu kuppelnden
Klappenventile entfallen kann. Weiterhin können alle Klappenventile
wirtschaftlich vertretbar mit dem relativ einfachen Schwenkantrieb
6 bzw.
7 als
aktives Klappenventil ausgebildet werden, wodurch keine passiven
Klappenventile mit ihrer begrenzten Einsatzmöglichkeit
mehr erforderlich sind.
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- 1
- Klappenventil
- 2
- Klappenventil
- 3
- Kupplungsflansch
- 4
- Kupplungsflansch
- 5
- Längsachse
- 6
- Schwenkantrieb
- 6
- Griff
- 7
- Schwenkantrieb
- 7'
- Griff
- 8
- Kupplungshülse
- 9
- Flansch
- 10
- Teilkreis
- 11
- Bolzen
- 12
- Bohrung
- 13
- Rastbolzen
- 14
- Führungsschlitz
- 15
- Punkte
- 16
- Abschnitt
- 17
- Arretierungseinrichtung
- 18
- Aussparung
- 19
- Saugstutzen
- 20
- Arretierungsloch
- 21
- Schwenkachse
- 22
- Schließklappe
- 23
- Schließklappe
- 24
- Spalt
- 25
- Arretierungsbolzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19529269
A1 [0003]
- - EP 0557640 B1 [0004, 0014, 0030]
- - DE 69103048 T2 [0004]