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Die Erfindung betrifft ein Aufnahmeteil einer Trockenkupplung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Trockenkupplungen werden für Schlauch- und Rohrleitungen zum Durchleiten von Flüssigkeiten und Gasen verwendet. Die Trockenkupplungen weisen dabei ein Aufnahmeteil sowie ein Einsteckteil auf, welche Kupplungshälften bilden und dichtend und fest durch Drehbewegung miteinander verbunden werden können. Über Kurvenbahnen im Inneren der Kupplungshälften werden dabei gleichzeitig innenliegende Absperrventile der Kupplungshälften geöffnet und, solange die Kupplungshälften verbunden sind, in geöffneter Lage gehalten. Beim Lösen der Kupplungshälften, d. h. beim Entnehmen des Einsteckteils aus dem Aufnahmeteil werden, bevor diese beiden Teile voneinander getrennt werden können, durch Rückwärtsdrehung zunächst die innenliegenden Absperrventile geschlossen. So wird verhindert, dass beim Trennen der Kupplungshälften unerwünscht Flüssigkeit bzw. Gas austreten kann. Eine solche bekannte Trockenkupplung ist beispielsweise aus
DE 697 20916 T2 bekannt.
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Bei Verwendung der Trockenkupplung ist meist das Aufnahmeteil mit einer beweglichen Schlauch- oder Rohrleitung verbunden, die durch ihr Eigengewicht oder eingebrachte Querkräfte zu starken Biegekräften und damit zur Abwinklung zwischen Einsteckteil und Aufnahmeteil an der gekuppelten Trockenkupplung führen kann. Um dennoch eine ausreichende Dichtung zwischen dem Einsteckteil und dem Aufnahmeteil zu gewährleisten, sind die beweglichen, innenliegenden Funktionsteile der Kupplung daher mit relativ viel Spiel ausgelegt, um diese Abwinklung ausgleichen zu können. Dies führt wiederum zur Instabilität und starker Materialreibung. Aus diesem Grunde wurde bei dem aus
DE 697 20 916 T2 bekannten Stand der Technik auf einen beweglichen Dichtkopf im Inneren der Kupplung verzichtet, um die Zahl der beweglichen Teile zu verringern. Dies hat jedoch den Nachteil, dass bei Verwendung einer im Dichtkopf stirnseitig angeordneten Kupplungsdichtung ein gleichmäßiger Andruck bei auftretenden Querkräften nicht gewährleistet werden kann.
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Im Hinblick auf diese Problematik ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Aufnahmeteil einer Trockenkupplung bereitzustellen, welches auch bei auftretenden äußeren Kräften stets eine ausreichende Abdichtung gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch ein Aufnahmeteil einer Trockenkupplung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Das erfindungsgemäße Aufnahmeteil einer Trockenkupplung stellt eine Kupplungshälfte der Trockenkupplung dar, welche dafür ausgebildet ist, mit einem korrespondierenden Einsteckteil als zweite Kupplungshälfte in Eingriff zu treten. Ein solches Einsteckteil ist häufig fest an einem Behälter oder einer Anlage angebracht, während das erfindungsgemäße Aufnahmeteil bevorzugt beweglich mit einem Schlauch oder einer beweglichen Rohrleitung verbunden wird.
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Das erfindungsgemäße Aufnahmeteil weist ein Aufnahmeteilgehäuse auf. Dieses weist in seinem Inneren in axialer Richtung, d. h. in Längsrichtung des Aufnahmeteils bzw. der Trockenkupplung einen Strömungsdurchgang auf. An einem ersten Axialende weist das Aufnahmeteilgehäuse eine Aufnahme auf, in welche das Einsteckteil einsetzbar ist. Am entgegengesetzten zweiten Axialende ist das Aufnahmeteilgehäuse zur Verbindung mit einer Rohrleitung bzw. einer Schlauchleitung ausgebildet. Hierzu kann am zweiten Axialende beispielsweise ein Gewinde zum Einschrauben eines Verbindungs- bzw. Anschlussstückes angeordnet sein.
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Im Inneren des Aufnahmeteilgehäuses ist ein Dichtkopf angeordnet. Der Dichtkopf ist im Inneren des Aufnahmeteilgehäuses um die Längsachse des Aufnahmeteilgehäuses drehbar. Ferner weist der Dichtkopf an einer ersten axialen Stirnseite eine ringförmige Anlagefläche auf. Dies ist die axiale Stirnseite, welche dem ersten Axialende des Aufnahmeteilgehäuses zugewandt ist. Die Anlagefläche ist ausgebildet, um mit einem mit dem Aufnahmeteil verbindbaren Einsteckteil in Anlage treten zu können. Dazu kann an der Anlagefläche eine Dichtung zur Abdichtung gegen ein eingesetztes Einsteckteil angeordnet sein. Die Dichtung kann dabei axial gerichtet sein oder aber auch an einer Umfangsfläche, insbesondere der Außenumfangsfläche eines ringförmigen Vorsprunges an der Anlagefläche ausgebildet sein.
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Im Inneren des Dichtkopfes ist ein Ventil angeordnet, welches so ausgestaltet ist, dass es bei Verbindung mit einem in das Aufnahmeteil eingesetzten Einsteckteil öffnet und beim Entfernen des Einsteckteils schließt. Das Ventil schließt einen sich in axialer Richtung, d. h. in Längsrichtung durch den Dichtkopf führenden Strömungspfad. Das Ventil wird von einem Ventileinsatz gebildet, welcher in Richtung der Längsachse in dem Dichtkopf beweglich geführt ist. An dem Ventileinsatz ist zumindest ein Führungselement angeordnet oder ausgebildet, welches in eine schraubenförmige Kurvenbahn in dem Aufnahmeteilgehäuse eingreift. Die Kurvenbahn ist dabei bevorzugt an einem Innenumfang des Aufnahmeteilgehäuses ausgebildet. Die Kurvenbahn erstreckt sich in Umfangsrichtung und gleichzeitig in Längsrichtung, so dass sie schraubenförmig verläuft. Dabei darf sich die Kurvenbahn jedoch nicht um den gesamten Umfang erstrecken, sondern hat bevorzugt einen steilen Verlauf und bildet so nur einen Abschnitt einer Schrauben-Windung. Die Kurvenbahn bewirkt, dass wenn das Aufnahmeteilgehäuse relativ im Dichtkopf und dem Ventileinsatz um die Längsachse gedreht wird, der Ventileinsatz in axialer Richtung verschoben wird. Dadurch kann das Ventil geöffnet werden. Der Ventileinsatz weist darüber hinaus einen Verschlussteil auf, welcher mit einer Dichtfläche an dem Dichtkopf in Anlage treten kann. Wenn der Verschlussteil mit der Dichtfläche an dem Dichtkopf in Anlage ist, ist das Ventil geschlossen. Dazu kann zwischen dem Verschlussteil und der Dichtfläche zusätzlich eine Dichtung angeordnet sein. Durch eine axiale Bewegung des Ventileinsatzes in Richtung der Längsachse, wie sie vorangehend beschrieben wurde, wird der Verschlussteil von der Dichtfläche abgehoben, so dass zwischen Verschlussteil und Dichtfläche ein Spalt entsteht und das Ventil geöffnet wird.
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Erfindungsgemäß weist der Ventileinsatz einen in Richtung der Längsachse von dem Verschlussteil beabstandeten Führungsring auf. Dieser Führungsring erstreckt sich bevorzugt konzentrisch um die Längsachse herum. Am Führungsring ist das zumindest eine Führungselement angebracht. Der Führungsring ist mit dem Verschlussteil starr, d. h. unbeweglich über ein starres Verbindungselement verbunden. Dies bedeutet, dass keine Relativbewegung zwischen Verschlussteil und dem Führungsring möglich ist. Es kann so eine verbesserte Führung des Ventileinsatzes in axialer Richtung erreicht werden, da sich der Ventileinsatz über den Führungsring im Inneren des Aufnahmeteilgehäuses abstützen kann. Darüber hinaus wird durch die starre Ausgestaltung des Ventileinsatzes insgesamt eine größere Stabilität des Ventileinsatzes erreicht, so dass Beschädigungen durch übermäßige Kräfte vermieden werden können. Da das zumindest eine Führungselement an dem Führungsring angebracht ist, wird darüber hinaus das Führungselement selber definiert gehalten und stabil geführt, so dass ein Verkanten oder Verklemmen in den Kurvenbahnen verhindert werden kann.
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Der Führungsring und das Verbindungselement können einstückig miteinander ausgebildet sein oder aber in geeigneter Weise fest miteinander verbunden sein, beispielsweise verschweißt oder verschraubt sein. Auch der Verschlussteil kann einstückig mit dem Verbindungselement ausgebildet sein oder aber in geeigneter Weise starr mit diesem verbunden sein, beispielsweise über eine Schraubverbindung.
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Der Führungsring ist an einer Innenwandung des Aufnahmeteilgehäuses in Richtung der Längsachse beweglich geführt. D. h. der Führungsring kann in Richtung der Längsachse an der Wandung des Aufnahmeteilgehäuses entlang bewegt werden, wenn der Ventileinsatz in axialer Richtung bewegt wird. Durch die Führung des Führungsringes, welcher von dem Verschlussteil beabstandet ist, wird ein Verkippen bzw. Verkanten des Ventileinsatzes im Inneren des Aufnahmeteilgehäuses vermieden, so dass auch bei äußeren Kräften, welche beispielsweise über einen angebundenen Schlauch auf das Aufnahmeteilgehäuse wirken, eine zuverlässige Betätigung des Ventils gewährleistet bleibt.
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Der Dichtkopf ist vorzugsweise in Richtung der Längsachse gegen in eine Druckfeder beweglich in dem Aufnahmeteilgehäuse gelagert. Dabei ist der Dichtkopf um ein Maß in axialer Richtung beweglich, welches kleiner ist als das Maß, um welches der Ventileinsatz in axialer Richtung bewegbar ist. So ist sichergestellt, dass auch bei Bewegung des Dichtkopfes durch Bewegung des Ventileinsatzes das Ventil zuverlässig geöffnet und geschlossen werden kann. Die Druckfeder ist so ausgebildet, dass sie den Dichtkopf in eine axial vorgeschobene Position zu dem ersten Axialende des Aufnahmeteilgehäuses drückt, in welches ein korrespondierendes Einsteckteil eingesetzt wird. Wenn das Einsteckteil an dem Dichtkopf zur Anlage kommt, kann es den Dichtkopf gegen die Druckfeder axial bewegen. Durch die Druckfeder wird dabei eine Axialkraft erzeugt, welche den Dichtkopf in dichtender Anlage mit dem eingesetzten Einsteckteil hält. So wird sichergestellt, dass stets eine dichtende Anlage gegeben ist, auch wenn äußere Kräfte auf das Aufnahmeteilgehäuse wirken. Auch bei Kräften, welche zu einer Bewegung bzw. einem Verkippen des Aufnahmeteilgehäuses führen, verbleibt der Dichtkopf aufgrund der Federvorspannung stets in dichter Anlage an einem eingesetzten Einsteckteil. Die Feder ist vorzugsweise als ringförmige Wellfeder ausgebildet, welche am Außenumfang des Dichtkopfes angreift, so dass ein Strömungsweg im Inneren frei bleibt und sich insbesondere im Inneren des Dichtkopfes der Ventileinsatz in axialer Richtung erstrecken und bewegen kann. Die Wellfeder liegt dabei bevorzugt am Innenumfang des vorzugsweise rohrförmigen Aufnahmeteilgehäuses an.
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Weiter bevorzugt ist der Dichtkopf ebenfalls mit radialem Spiel in dem Aufnahmeteilgehäuse gelagert. Dies ermöglicht es, dass der Dichtkopf gemeinsam mit der beschriebenen axialen Beweglichkeit um ein gewisses Maß im Aufnahmeteilgehäuse verkippen kann. D. h. der Dichtkopf kann relativ zu dem Aufnahmegehäuse verkippen, so dass der Dichtkopf auch dann, wenn an dem Aufnahmeteilgehäuse äußere Kräfte angreifen, stets in planer Anlage an einem eingesetzten Einsteckteil gehalten werden kann.
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Der Dichtkopf weist weiter bevorzugt in Richtung der Längsachse eine axiale Länge auf, welche weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Drittel der axialen Länge des Aufnahmeteilgehäuses beträgt. D. h. der Dichtkopf ist in axialer Richtung gesehen möglichst kurz ausgebildet, so dass gemeinsam mit dem beschriebenen Spiel und der begrenzten axialen Beweglichkeit eine solche Führung in axialer Richtung während des Aufnahmeteils gegeben ist, welche ein Verkippen bzw. ein Verschwenken relativ zur Längsachse des Aufnahmeteilgehäuses um ein gewissen Maß erlaubt. So kann eine Dichtung an dem Dichtkopf stets in planer Anlage an einem eingesetzten Einsteckteil gehalten werden, auch wenn sich das Aufnahmeteilgehäuse durch äußere Kräfte relativ zu dem Einsteckteil kanten oder abwinkeln sollte.
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Das zumindest eine Führungselement ist bevorzugt als eine an dem Führungsring beweglich gelagerte Rolle ausgebildet. Die Rolle ist dabei bevorzugt am Außenumfang des Führungsringes angeordnet und die Achse, um welche die Rolle dreht, kann mit dem Führungsring verschraubt sein. Diese Achse erstreckt sich vorzugsweise radial zu der genannten Längsachse und ist eine bevorzugt fest mit dem Führungsring verbundene starre Achse. Die Achse kann beispielsweise mit dem Führungsring verschraubt sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an dem Führungsring mehrere, vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilte Führungselemente angebracht, welche jeweils in eine schraubenförmige Kurvenbahn in dem Aufnahmeteilgehäuse eingreifen. D. h. es sind so viele Kurvenbahnen wie Führungselemente vorhanden, so dass jedes Führungselement in eine eigene Kurvenbahn eingreift. Die Kurvenbahnen haben dabei alle denselben Kurvenverlauf. Besonders bevorzugt sind mindestens drei Führungselemente vorgesehen, welche vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Somit wird eine gleichmäßige Krafteinleitung auf den Ventileinsatz erreicht, so dass ein Verkippen bzw. Verkanten des Ventileinsatzes bei der Führung der Führungselemente in den Kurvenbahnen vermieden wird. Die mehreren Führungselemente sind vorzugsweise alle als Rollen in der vorangehend beschriebenen Weise ausgebildet und rollen auf den Seitenflächen der Kurvenbahnen ab. Dabei besteht in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Längsachse des Aufnahmeteilgehäuses vorzugsweise ein gewisses Spiel in der Kurvenbahn.
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Das Verbindungselement weist bevorzugt zumindest eine sich in Richtung der Längsachse sowie radial zu dieser erstreckenden Rippe auf. Es erstreckt sich die Rippe vorzugsweise von der Längsachse radial nach außen. Die Rippe weist in Längsrichtung, d. h. parallel zur Längsachse vorzugsweise eine im Wesentlichen konstante radiale Breite auf und erstreckt sich in radialer Richtung bevorzugt zumindest bis zum Innenumfang des Führungsringes und ist mit diesem verbunden oder geht einstückig in diesen über.
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Besonders bevorzugt weist das Verbindungselement mehrere, insbesondere drei sich in Richtung der Längsachse und radial zu dieser erstreckende Rippen auf. Wenn drei oder mehr Rippen vorgesehen sind, erstrecken diese sich bevorzugt sternförmig zueinander und sind im Bereich der Längsachse miteinander verbunden bzw. gehen im Bereich der Längsachse einstückig ineinander über. Die Rippen erstrecken sich dabei an gleichmäßig über den Umfang verteilten Winkelpositionen in radialer Richtung nach außen. Durch diese Rippen wird eine hohe Stabilität des Führungselementes zwischen dem Verschlussteil und dem Führungsring erreicht. So kann auch bei übermäßiger Krafteinwirkung auf das Verbindungselement eine Verformung verhindert werden.
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Die Rippen sind zweckmäßigerweise jeweils in einer an dem Dichtkopf ausgebildeten Führungsnut in axialer Richtung beweglich geführt. Der Dichtkopf weist vorzugsweise eine zentrale Ausnehmung auf, welche sich parallel zur Längsachse erstreckt. Die Ausnehmung ist dabei in ihrer Grundform bevorzugt kreiszylindrisch und konzentrisch zur Längsachse ausgebildet. Diese Ausnehmung in Form eines Durchgangsloches in axialer Richtung bildet zum einen den Strömungsdurchgang durch den Dichtkopf, zum anderen erstreckt sich das Verbindungselement in axialer Richtung durch diese Ausnehmung hindurch und bewegt sich in axialer Richtung in dieser. Die Führungsnut bzw. Führungsnuten sind bevorzugt am Innenumfang des Dichtkopfes, d. h. im Inneren der beschriebenen Ausnehmung ausgebildet. Die Führungsnuten weisen bevorzugt Führungsflächen aus Kunststoff auf, insbesondere aus PTFE (Polytetrafluorethylen). Ein sicheres und leichtes Gleiten der Rippen, welche vorzugsweise aus Metall ausgebildet sind, in den Führungsnuten ist dadurch sichergestellt, auch wenn keine zusätzliche Schmierung gegeben ist.
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Besonders bevorzugt sind an dem Führungsring mehrere Führungselemente angeordnet, wobei jeweils ein Führungselement an einer Winkelposition einer Rippe gelegen ist. D. h. es sind genauso viele Führungselemente wie Rippen vorgesehen und die Führungselemente an denselben Umfangspositionen der Rippen an dem Führungsring angeordnet. So wird eine direkte Kraftübertragung von den Führungselementen auf die Rippen gewährleistet und so ein Verformen oder Verkanten des Führungsringes verhindert.
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Der Führungsring weist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Außenumfangsfläche auf, welche im Querschnitt parallel zur Längsachse eine konvexe Form aufweist. D. h. die Außenumfangsfläche ist im Schnitt bogenförmig. Bevorzugt bildet die Außenumfangsfläche des Führungsringes einen ringförmigen Ausschnitt einer Kugeloberfläche. Auf diese Weise wird die mögliche Anlagefläche an der Innenwandung des Aufnahmeteilgehäuses verringert, so dass idealerweise ein Linienkontakt gegeben ist. Darüber hinaus wird ermöglicht, dass sich der Führungsring in einem Winkel zur Längsachse des Aufnahmeteilgehäuses verlagern bzw. verkippen kann, ohne im Inneren des Aufnahmeteilgehäuses zu verkanten.
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Um bessere Gleiteigenschaften des Führungsringes in dem Aufnahmeteilgehäuse zu gewährleisten, kann am Außenumfang des Führungsringes zumindest ein Gleitelement aus Kunststoff, insbesondere aus PTFE, oder aus Keramik angeordnet sein. Vorzugsweise sind mehrere Gleitelemente vorgesehen, welche gleichmäßig über den Umfang des Führungsringes verteilt sind. Besonders bevorzugt sind mindestens drei Gleitelemente vorgesehen. Die Gleitelemente sind vorzugsweise zwischen den Führungselementen am Außenumfang des Führungsringes angeordnet.
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Das zumindest eine Führungselement weist bevorzugt an seiner radialen Stirnseite ein Gleitelement aus Kunststoff, insbesondere aus PTFE auf. Dieses Gleitelement aus Kunststoff verringert die Reibung der Stirnseite des Führungselementes, beispielsweise einer Führungsrolle am Boden der nutförmigen Kurvenbahn, d. h. einer Innenumfangsfläche des Aufnahmeteilgehäuses oder eine umgebende Hülse.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann an dem Aufnahmeteilgehäuse ein bewegliches Verriegelungselement angeordnet sein, welches lösbar mit einer Verriegelungsaufnahme an dem Dichtkopf in Eingriff bringbar ist und vorzugsweise gegen zumindest zwei Anschlagflächen wirkt. Die Verriegelungsaufnahme an dem Dichtkopf ist dabei bevorzugt außerhalb des Strömungspfades durch den Dichtkopf angeordnet, insbesondere am Außenumfang des Dichtkopfes angeordnet. Das Verriegelungselement ist so ausgebildet, dass es manuell gelöst werden muss, um das Aufnahmeteilgehäuse relativ zu dem Dichtkopf verdrehen zu können, um das Aufnahmeteil von einem Einsteckteil zu lösen. So kann ein unbeabsichtigtes Lösen verhindert werden. Die zumindest zwei Anschlagflächen können Endanschläge darstellen, an welchen das Verriegelungselement zur Anlage kommt, um eine Drehbewegung des Dichtkopfes zu begrenzen. Dazu sind die beiden Anschlagflächen, welche die Endanschläge bilden, in Umfangsrichtung um einen Winkel beabstandet, welcher dem Verdrehwinkel zwischen Aufnahmeteil und Einsteckteil bei der Verbindung entspricht. Die Anschlagflächen, welche die Endanschläge bilden, sind dabei bevorzugt in Umfangsrichtung einander zugewandt. Die Anschlagflächen, welche die Endanschläge bilden, sind bevorzugt relativ zu dem Verriegelungselement so positioniert, dass das Verriegelungselement auch dann, wenn es sich in einer gelösten, d. h. entriegelten Stellung befindet, an diesen Anschlagflächen zur Anlage bringbar ist.
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Ferner ist das Verriegelungselement zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass es durch entsprechende Bewegung in eine zweite, d. h. verriegelte Position bringbar ist, in welcher es in die Verriegelungsaufnahme eingreift und dort mit Anschlagflächen, welche Verriegelungsanschläge bilden, in Anlage kommt, welche eine Drehbewegung des Dichtkopfes relativ zu dem Aufnahmeteilgehäuse verhindern. Die Anschlagflächen, welche die Verriegelungsanschläge bilden, sind dabei in Umfangsrichtung so zu dem Verriegelungselement positioniert, dass im Wesentlichen keine Bewegung des Verriegelungselementes relativ zu diesen Anschlagflächen in Umfangsrichtung möglich ist. Die Verriegelungsanschläge begrenzen dazu bevorzugt eine Verriegelungsaufnahme in Umfangsrichtung so, dass die Breite der Verriegelungsaufnahme nur geringfügig größer als die Breite des Verriegelungselementes in derselben Richtung ist. Das Verriegelungselement ist bevorzugt in radialer Richtung bewegbar, um es zwischen einer gelösten und einer verriegelten Position zu bewegen. Diejenigen Anschlagflächen, welche die Verriegelungsanschläge bilden, können dabei radial weiter innen an dem Dichtkopf liegen als die Anschlagflächen, welche die Endanschläge bilden.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
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1 eine Schnittansicht einer Trockenkupplung mit einem Aufnahmeteil gemäß der Erfindung und einem korrespondierenden Einsteckteil,
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2 eine vergrößerte Ansicht des Aufnahmeteils in 1,
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3 eine Ansicht der Trockenkupplung gemäß 1 im verbundenen Zustand vom Aufnahmeteil und Einsteckteil,
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4 eine perspektivische Ansicht des Ventileinsatzes des Aufnahmeteils gemäß der Figuren von 1 bis 3,
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5 eine perspektivische Ansicht des Dichtkopfes,
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6 eine perspektivische Ansicht des Dichtkopfes gemäß 5 von der Rückseite her, und
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7 eine perspektivische Ansicht des Aufnahmeteilgehäuses des Aufnahmeteils gemäß 1 bis 3.
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Die in den 1 und 3 gezeigte Trockenkupplung besteht aus zwei Kupplungsteilen bzw. Kupplungshälften, nämlich einem Aufnahmeteil 2 und einem Einsteckteil 4. Derartige Trockenkupplungen sind weit verbreitet und im Wesentlichen Standardteile, bei welchen die Aufnahmeteile und Einsteckteile von verschiedenen Herstellern miteinander kompatibel sind. Das Einsteckteil 4 kann beispielsweise fest an einem zu befüllenden Behälter, oder auch beispielsweise an einer Schlauch- oder Rohrleitung angebracht sein. Das Einsteckteil 4 weist ein rohrförmiges Gehäuse 6 auf, welches in Richtung seiner Längsachse X gesehen an einem ersten Axialende einen Kuppelflansch 8 aufweist, welcher zur Kupplung mit dem Aufnahmeteil 2 dient. Im Inneren des Gehäuses 6 ist ein federbelastetes Absperr- bzw. Verschlussventil 10 angeordnet, welches an einem am ersten Axialende des Gehäuses 6 an dessen Innenumfang ausgebildeten Dichtsitz 12 dichtend zur Anlage kommt. Das Verschlussventil 10 kann gegen die Vorspannung der Feder 14 von dem Ventilsitz 12 und dem Kuppelflansch 8 weg in das Innere des Gehäuses 6 bewegt werden, um die zentrale Öffnung im Gehäuse 6 im Bereich des Kuppelflansches 8 und damit den Strömungsweg durch das Gehäuse 6 freizugeben.
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Rückseitig des Kuppelflansches 8 weist das Einsteckteil 4 eine ringförmige Nut 16 auf, welche sich über den gesamten Umfang erstreckt und zum Außenumfang hin geöffnet ist. Der Kuppelflansch 8 weist Ausnehmungen 18 auf, welche der bajonettartigen Verriegelung dienen, wie unten beschrieben werden wird. Am Innenumfang des Kuppelflansches 8 ist eine axial gerichtete Dichtfläche 20 ausgebildet. Die Kupplungsdichtfläche 20 ist in axialer Richtung X gegenüber der Stirnseite des Kuppelflansches 8 zurückversetzt und erstreckt sich ringförmig um die Längsachse X, normal zu dieser.
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Das Aufnahmeteil 2 weist ein Aufnahmeteilgehäuse 22 auf, welches rohrförmig ausgebildet ist und einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Zum Zusammensetzen des Aufnahmeteils 2 und des Einsteckteils 4 werden diese so ausgerichtet, dass die Längsachsen X des Aufnahmeteilgehäuses 22 und des rohrförmigen Gehäuses 6 des Einsteckteils 4 miteinander fluchten. Das Aufnahmeteilgehäuse 22 weist an seinem ersten Axialende eine Aufnahme 24 auf, in welche das Einsteckteil 4 in axialer Richtung eingesetzt werden kann, wie in 3 gezeigt. Die Aufnahme 24 weist einen Innendurchmesser auf, welcher größer als der Außendurchmesser des rohrförmigen Gehäuses 6 des Einsteckteils 4 ist. Im gezeigten Beispiel sind am Innenumfang des Aufnahmeteilgehäuses 22 im Bereich der Aufnahme 24 drei Rollen 26 angeordnet, deren Drehachsen sich radial zur Längsachse X erstrecken. An dem Kuppelflansch 8 des Einsteckteils 4 sind drei Ausnehmungen 18 ausgebildet, welche bezüglich der Längsachse X an denselben Winkelpositionen wie die Rollen 26 in der Aufnahme 24 gelegen sind. Die Ausnehmungen 18 weisen darüber hinaus in Umfangsrichtung eine Breite auf, welche größer als der Durchmesser der Rollen 26 ist. Auch die Nut 16 weist in axialer Richtung eine Breite auf, welche größer als der Durchmesser der Rollen 16 ist. Wenn das Einsteckteil 4 in die Aufnahme 24 eingesetzt wird, treten die Rollen 26 durch die Ausnehmungen 28 in die Nut 16 ein und können in dieser abrollen, wenn das Aufnahmeteilgehäuse 22 relativ zu dem rohrförmigen Gehäuse 6 um die Längsachse X verdreht wird. So wird eine bajonettartige Verriegelung zwischen Aufnahmeteil 2 und Einsteckteil 4 erreicht.
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In der Aufnahme 24 ist ein Dichtkopf 28 angeordnet. Der Dichtkopf 28 ist in axialer Richtung X beweglich in einem verjüngten Abschnitt 30 des Aufnahmeteilgehäuses 22 geführt. Der verjüngte Abschnitt 30 schließt sich in axialer Richtung an die Aufnahme 24 abgewandt zur Eintrittsöffnung 31 der Aufnahme 24 an. Der Dichtkopf 28 weist an seinem Außenumfang eine Dichtung 32 auf, mit welcher er am Innenumfang des Aufnahmeteilgehäuses 22 anliegt. Der Dichtkopf 28 weist an seinem ersten Axialende bzw. an seiner ersten axialen Stirnseite eine ringförmige Anlagefläche 34 auf, an welcher in einer Ringnut ein Dichtungsring 36 angeordnet ist. Die Anlagefläche 34 weist einen Außendurchmesser auf, welcher kleiner als der Innendurchmesser des Kuppelflansches 8 des Einsteckteiles 4 ist. Wenn das Einsteckteil 4 in die Aufnahme 24 eingesetzt wird, kommt der Dichtungsring 36 mit der Anlagefläche 34 der Kupplungsdichtfläche 20 im Inneren des Kuppelflansches 8 des Einsteckteils 4 zur Anlage.
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Der Dichtkopf 28 ist in axialer Richtung X um ein geringes Maß im Inneren des Aufnahmeteilgehäuses 22 bewegbar. Dazu stützt sich der Dichtkopf 28 mit seinem zweiten Axialende gegen eine Wellfeder 38 ab. Die Wellfeder 38 ist ringförmig ausgebildet und liegt an einer Anlageschulter 39, welche am Innenumfang des Aufnahmeteilgehäuses 22 der Aufnahme 24 zugewandt ausgebildet ist. Der Dichtkopf 28 weist an seinem Außenumfang 3 Vorsprünge 40 auf, welche radial beabstandet zum Außenumfang der Anlagefläche 24 gelegen sind, und sich in axialer Richtung X so weit erstrecken, dass ihre Stirnseiten im Wesentlichen mit der Anlagefläche 34 abschließen. Die drei Vorsprünge 40 sind, wenn das Einsteckteil 4 von dem Aufnahmeteil 2 getrennt ist, an denselben Winkelpositionen wie die Rollen 26 in der Aufnahme 24 gelegen. Die Wellfeder 38 drückt den Dichtkopf 28 in Richtung der Aufnahme 24, so dass die Vorsprünge 40 an den Rollen 26 anliegen. Die Vorsprünge 40 sind radial im Wesentlichen um dasselbe Maß von der Längsachse X beabstandet wie die Rollen 26, so dass die Rollen 26 den Vorsprüngen 40 gegenüberliegen. Wenn das Einsteckteil 4 in die Aufnahme 24 eingesetzt wird, treten die Rollen 26 durch die Ausnehmungen 18 in die Nut 16 ein. Anschließend tritt bei weiterer axialer Bewegung jeweils ein Vorsprung 40 in eine der Ausnehmungen 18 ein, so dass der Kuppelflansch 8 formschlüssig mit dem Dichtkopf 28 in Eingriff tritt, so dass bei Drehung des Aufnahmeteilgehäuses 22 um die Längsachse X relativ zu dem rohrförmigen Gehäuse 6, der Dichtkopf 28 fest zu dem rohrförmigen Gehäuse 6 gehalten wird und gemeinsam mit diesem relativ zu dem Aufnahmeteilgehäuse 22 verdreht wird.
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Der Dichtkopf 28 weist in seinem Inneren ein sich axial erstreckendes Durchgangsloch 42 auf, welches den Strömungspfad bzw. Strömungsweg durch den Dichtkopf 28 bildet. Im Inneren des Durchgangsloches 42 ist ein Ventileinsatz 44 angeordnet. Der Ventileinsatz 44 weist an seinem ersten, der Aufnahme 24 zugewandten Axialende einen Verschlussteil 46, welcher dichtend an einem Ventilsitz 48 am Innenumfang des Durchgangsloches 42 zur Anlage kommt. Der Ventilsitz 48 ist konische ausgebildet und erweitert sich zum Axialende, d. h. zur Anlagefläche 34 des Dichtkopfes 28 hin. Der Verschlussteil 46 ist korrespondierend konisch ausgebildet. Der Verschlussteil 46 kann von dem Ventilsitz 48 in axialer Richtung X zu der Aufnahme 24 hin von dem Ventilsitz 48 abheben, um das Ventil im Inneren des Dichtkopfes 28 zu öffnen.
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An der der Aufnahme 24 abgewandten Axialseite des Verschlussteiles 46 ist dieser mit dem Verbindungselement 50 verschraubt, so dass der Verschlussteil 46 mit dem Verbindungselement 50 starr verbunden ist. Das Verbindungselement 50 erstreckt sich in axialer Richtung X von dem Verschlussteil 46 weg und ist an seinem dem Verschlussteil 46 abgewandten Axialende mit einem Führungsring 52 verbunden. Dieser ist einstückig mit dem Verbindungselement 50 ausgebildet und somit ebenfalls starr mit diesem verbunden. Der Führungsring 52 erstreckt sich ringförmig und konzentrisch um die Längsachse X und ist mit seinem Außendurchmesser an der Innenumfangsfläche des Aufnahmeteilgehäuses 22, d. h. dessen verjüngten Abschnittes 30 in axialer Richtung X geführt. Am Außenumfang des Führungsringes 52 sind drei Rollen 54 angeordnet, welche Führungselemente bilden und deren Drehachsen sich radial zur Längsachse X erstrecken. Die Rollen 54 sind gleichmäßig über den Umfang des Führungsrings 52 verteilt. Die Rollen 54 greifen jeweils in eine Kurvenbahn 56 ein, welche in der Umfangswandung des verjüngten Abschnittes 30 des Aufnahmeteilgehäuses 22 ausgebildet ist. Die Kurvenbahnen 56 erstrecken sich dabei in axialer Richtung vollständig durch die Umfangswandung des Aufnahmeteilgehäuses 22 hindurch. Die Kurvenbahnen 56 erstrecken sich in Umfangsrichtung und in Längsrichtung X und haben so einen im Wesentlichen schraubenförmigen Verlauf.
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Das Verbindungselement 50 ist aus drei sich axial erstreckende Rippen 58 gebildet. Die Rippen 58 sind plan ausgebildet und erstrecken sich parallel zur Längsachse X sowie radial zu dieser. Dabei erstrecken sich die Rippen 58 von der Längsachse X radial nach außen, so dass eine im Querschnitt stirnförmige Anordnung geschaffen wird. Die Rippen 58 gehen im Bereich der Längsachse X einstückig ineinander über. Die Rippen weisen über ihre axiale Länge X im Wesentlichen eine konstante Breite in radialer Richtung auf und sind an ihrem Axialende mit dem Führungsring 52 einstückig verbunden. Der Führungsring 52 weist im Inneren einen Freiraum auf, welcher in Freiräume zwischen den Rippen 58 übergeht, so dass dort ein durchgehender Strömungsweg geschaffen wird. An der Innenumfangswandung des Durchgangsloches 42 in dem Dichtkopf 28 sind drei Führungsnuten ausgebildet, welche sich parallel zur Längsachse X erstrecken. In diese Führungsnuten 60 greifen die Rippen 58 ein, so dass sie in den Führungsnuten 60 in axialer Richtung X geführt sind. Die Führungsnuten 60 sind von Einsätzen 62 aus PTFE gebildet, welche in entsprechenden Ausnehmungen des metallischen Dichtkopfes 28 eingesetzt sind. Auch ohne zusätzliche Schmierung wird so eine gute Gleiteigenschaft der Rippen 58 in den Führungsnuten 60 erreicht.
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Wenn nach dem Einsetzen des Einsteckteils 4 in die Aufnahme 24, das Aufnahmeteilgehäuse 22 relativ zu dem Einsteckteil 4 um die Längsachse X gedreht wird, dreht sich das Aufnahmeteilgehäuse 22 aufgrund des Eingriffes der Vorsprünge 40 in die Ausnehmungen 18 relativ zu dem Dichtkopf 28 und dem in diesem axial geführten Ventileinsatz 44. Da der Ventileinsatz 44 mit den Rollen 54 in Kurvenbahnen 56 des Metallgehäuses 44 eingreift, sich aber um die Längsachse X aufgrund der axialen Führung nicht drehen kann, kommt es dadurch, dass die Rollen 54 in den Kurvenbahnen 56 rollen, zu einer axialen Bewegung des Ventileinsatzes 44 in Richtung zu der Aufnahme 24 hin. Dadurch hebt der Verschlussteil 46 von dem Ventilsitz 48 des Dichtkopfes 28 ab. Der Verschlussteil 46 drückt dabei, wie in 3 gezeigt, gleichzeitig gegen das Verschlussventil 10 des Einsteckteils 4 und drückt dieses von dem Dichtsitz 12 weg, so dass gleichzeitig das Ventil des Einsteckteils 4 geöffnet wird und wie in 3 gezeigt, ein Strömungsdurchgang S freigegeben wird.
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Der Führungsring 52 weist an seinem Außenumfang eine ballige bzw. konvexe Form auf, so dass die Außenumfangsfläche im Wesentlichen einen ringförmigen Ausschnitt aus einer Kugeloberfläche bildet. Darüber hinaus sind zwischen den Rollen 54 am Außenumfang des Führungsringes 52 Gleitelemente 64 angeordnet, welche ein Gleiten des Führungsringes 52 an der Innenumfangsfläche des Aufnahmeteilgehäuses ohne Verklemmen ermöglichen. Die Außenumfangsfläche des Führungsringes 52 ist vorzugsweise so gekrümmt, dass der Mittelpunkt der Krümmung in der Ebene der Achsen der Rollen 54 gelegen ist. Ein Verkanten des Führungsringes 52 im Innendurchmesser des Aufnahmeteilgehäuses 22 wird so verhindert. Aufgrund der konvexen balligen Form wird eine nur geringe Anlagefläche geschaffen und darüber hinaus ein geringes Verkippen des Führungsringes um die Längsachse X zugelassen, ohne dass es zu einem Verkanten im Inneren des Aufnahmeteilgehäuses 22 kommt.
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Der Ventileinsatz 44 und insbesondere der Führungsring 52 sind vorzugsweise aus einem Werkstoff von höherer Oberflächenhärte als das Aufnahmeteilgehäuse 22 gefertigt, um ein Verreiben (Fressen) von Werkstoffen gleicher Oberflächenhärte zu vermeiden. Dies wird zusätzlich oder alternativ durch die Gleitelemente aus PTFE verhindert. Alternativ können die Gleitelemente 64 wie auch die Einsätze 62 auch aus einem Keramikmaterial gebildet sein. Die Ausbildung der Gleitelemente 64 aus Keramikmaterial geeigneter Härte hat den Vorteil, dass eine Gratbildung an der Kante der Kurvenbahn 56 zum Innenumfang des Aufnahmeteilgehäuses 22 hin unterbunden werden kann.
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Im vorliegenden Fall sind drei Rollen 54 und drei Rippen 58 vorgesehen, es könnten jedoch auch andere Anzahlen Verwendung finden. Dadurch, dass mehr als zwei Rollen 54 und Rippen 58 verwendet werden, wird eine Instabilität durch Kippen, insbesondere in der geöffneten Position, wenn das Aufnahmeteil 2 und das Einsteckteil 4 zusammengefügt sind, unterbunden. Durch die drei Rippen 58 und die Verwendung des Führungsringes 52 sowie die Anordnung von drei Rollen 54 in drei Kurvenbahnen 56 werden darüber hinaus die Flächenlasten für die Linearführung des Ventileinsatzes 44 verringert, die Lasten für die einzelnen Rollen 54 verringert und darüber hinaus eine kippsichere Führung des Ventileinsatzes 44 mit dem Verschlussteil 46 erreicht. Dadurch, dass die Rollen 54 an den Ring 53 befestigt sind, welcher im Inneren des Aufnahmeteilgehäuses 22 geführt ist, wird darüber hinaus verhindert, dass die Rollen 54 radial nach außen wandern und reibenden Kontakt mit dem Aufnahmeteilgehäuse 22 und der dieser außenumfänglich umgebenden Drehgelenkhülse 66 aufnehmen.
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Die Drehgelenkhülse 66 umgibt das Aufnahmeteilgehäuse 22 außenumfänglich. Das Aufnahmeteilgehäuse 22 ist an seinem Außenumfang mit einer Dichtung 68 gegen den Innenumfang der Drehgelenkhülse 66 abgedichtet. Die Drehgelenkhülse 66 weist an ihrem der Aufnahme 24 abgewandten Axialende ein Gewinde 70 auf, mittels welchen sie fest mit einem Schlauch oder einer Rohrleitung verbunden werden kann. Die Drehgelenkhülse 66 ist relativ zu dem Aufnahmeteilgehäuse 22 um die Längsachse X drehbar, so dass sich ein mit der Drehgelenkhülse 66 verbundener Schlauch relativ zum Aufnahmeteilgehäuse 22 drehen kann. Um das Aufnahmeteilgehäuse 22 relativ zu dem Einsteckteil 4 verdrehen zu können, kann das Aufnahmeteilgehäuse mit hier nicht gezeigten Handgriffen versehen sein.
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Wie in 2 zu erkennen ist, weist der Dichtkopf 28 eine axiale Länge l auf, welche deutlich kürzer als die axiale Länge des Aufnahmeteilgehäuses 22 ist; die Länge l beträgt weniger als ein Viertel der Länge des Aufnahmeteilgehäuses 22 und weniger als ein Drittel des verjüngten Abschnittes 30 des Aufnahmeteilgehäuses 22. Durch diese relativ kurze Bauweise und die Federbelastung durch die Wellfeder 38 wird erreicht, dass der Dichtring 36 des Dichtkopfes 28 gleichmäßig über den gesamten Umfang an die Kupplungsdichtfläche 20 eines eingesetzten Einsteckteils 4 angedrückt wird. Gleichzeitig ist eine gewisse Beweglichkeit des Dichtkopfes 28 mit dem darin lineargeführten Ventileinsatz 44 möglich, so dass die beschriebene definierte Ausrichtung auch dann beibehalten werden kann, wenn äußere Kräfte über die Drehgelenkhülse 66 auf das Aufnahmeteilgehäuse 22 wirken.
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An dem Aufnahmeteilgehäuse 22 ist ein bewegliches Verriegelungselement in Form eines Rastbolzens 72 angeordnet, welcher den Dichtkopf 28 gegen unbeabsichtigtes Verdrehen sichert. Die Bewegungsmöglichkeit des Dichtkopfes 28 in Umfangsrichtung um die Längsachse X wird durch die Kurvenbahnen 56 begrenzt. In den durch die Kurvenbahnen 56 vorgegebenen Endlagen sind am Außenumfang des Dichtkopfes 28 Rastnuten 74 ausgebildet, in welche der Rastbolzen 72 eingreifen kann. Der Rastbolzen 72 ist in radialer Richtung über einen Hebel 76, der gelenkig an dem Aufnahmeteilgehäuse 22 befestigt ist, beweglich. Dabei kann der Rastbolzen in radialer Richtung aus den Rastnuten 74 herausgezogen werden, jedoch stößt der Rastbolzen 72 auch in seiner radial äußeren Position stets an den Seiten bzw. Anschlagflächen 78 der Nuten 74 an, so dass die Anschlagflächen 78 zusätzliche Endanschläge für die Drehung des Dichtkopfes 28 in dem Aufnahmeteilgehäuse 22 bilden. Dadurch werden die Rollen 54 entlastet, da diese im Wesentlichen keine Kräfte in Umfangsrichtung aufnehmen müssen. Bei Überdrehung oder zu großer Krafteinwirkung wird somit eine Beschädigung der Rollen 54 und des gesamten Ventileinsatzes 44 vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Aufnahmeteil
- 4
- Einsteckteil
- 6
- rohrförmiges Gehäuse
- 8
- Kuppelflansch
- 10
- Verschlussventil
- 12
- Dichtsitz
- 14
- Feder
- 16
- Nut
- 18
- Ausnehmung
- 20
- Kupplungsdichtfläche
- 22
- Aufnahmeteilgehäuse
- 24
- Aufnahme
- 26
- Rollen
- 28
- Dichtkopf
- 30
- verjüngter Abschnitt
- 31
- Eintrittsöffnung
- 32
- Dichtung
- 34
- Anlagefläche
- 36
- Dichtungsring
- 38
- Wellfeder
- 39
- Anlageschulter
- 40
- Vorsprünge
- 42
- Durchgangsloch
- 44
- Ventileinsatz
- 46
- Verschlussteil
- 48
- Ventilsitz
- 50
- Verbindungselement
- 52
- Führungsring
- 54
- Rollen
- 56
- Kurvenbahnen
- 58
- Rippen
- 60
- Führungsnuten
- 62
- Einsätze
- 64
- Gleitelemente
- 66
- Drehgelenkhülse
- 68
- Dichtungen
- 70
- Gewinde
- 72
- Rastbolzen
- 74
- Rastnuten
- 76
- Hebel
- 78
- Anschlagfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69720916 T2 [0002, 0003]
