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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für Rohrleitungen, insbesondere zur Herstellung einer quasi-starren Rohrverbindung.
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Stand der Technik
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Die
DE 101 07 465 C1 offenbart eine Rohrverbindung mit einem Anschlussteil, das einen gestuften Innendurchmesser aufweist und in das ein an der Spitze eines Rohres angebrachtes Ringelement mit korrespondierend abgestuftem Außendurchmesser eingreift. Über das Ringelement ist eine Hülse geschoben, die eine Nut am Innendurchmesser aufweist, die mit einer Nut auf dem Ringelement korrespondiert, in der ein Sprengring eingelegt ist, mit dem die Hülse auf dem Ringelement befestigt ist. Das Ringelement weist einen oder mehrere Schlitze auf, durch die ein außen auf der Hülse angeordnetes Federelement hindurch bis in die Ringnut eingreift und dadurch die Hülse in der Verriegelungsposition auf dem Anschlussteil festhält.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine preiswerte und leicht montierbare Kupplungsanordnung zu schaffen, die insbesondere für quasi-starre Rohrverbindungen geeignet ist.
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Die vorgenannte Aufgabe wird mit einer Kupplungsanordnung gelöst, die zwei Kupplungsabschnitte und ein Formschlusselement aufweist, das zwischen den Kupplungsabschnitten angeordnet ist und einen Sperrabschnitt aufweist, der bei Kontakt mit einem korrespondierenden Sperrabschnitt eines der Kupplungsabschnitte so zusammenwirkt, dass eine Bewegung zwischen den Kupplungsabschnitten begrenzbar ist und wobei das Formschlusselement zum Verbinden der beiden Kupplungsabschnitte mit einem Rastelement zusammenwirkt, das durch den anderen Kupplungsabschnitt durchgreift.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird eine Kupplungsanordnung für Rohrleitungen vorgeschlagen, mit einem weiblichen Kupplungsabschnitt und einem männlichen Kupplungsabschnitt sowie einem Formschlusselement, das zwischen den Kupplungsabschnitten angeordnet ist und einen Sperrabschnitt aufweist, der bei Kontakt mit einem korrespondierenden Sperrabschnitt eines der Kupplungsabschnitte so zusammenwirkt, dass eine Bewegung zwischen den Kupplungsabschnitten begrenzbar ist, und wobei das Formschlusselement zum Verbinden der beiden Kupplungsabschnitte mit einem Rastelement zusammenwirkt, das durch den weiblichen Kupplungsabschnitt durchgreift.
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Der korrespondierende Sperrabschnitt kann vorzugsweise an einer Außenseite des männlichen Kupplungsabschnitts angeordnet sein.
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Vorteilhaft kann ein Verbinden der Kupplungsabschnitte auf einfache Weise von außen bewirkt werden und von außen erkannt werden, ob das Rastelement, beispielsweise ein Rastring, mit dem Formschlusselement verrastet ist, was eine Montage und Überprüfung der Verbindung vereinfacht. Das innenliegende Formschlusselement kann von außen verrastet werden. Die Verbindung der Kupplungsabschnitte kann von außen kontrolliert werden und werkzeugtechnisch einfach realisiert werden, insbesondere auch für kleinere Durchmesser der Kupplungsabschnitte.
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Das Formschlusselement kann aus Kunststoff, insbesondere einem mit Glasfaser gefüllten Kunststoff, oder Metall gebildet sein.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik ist keine separate Hülse zum Fixieren einer Verbindung zwischen den Kupplungsabschnitten erforderlich, die an beiden Kupplungsteilen einrasten muss, da der Sperrabschnitt am männlichen Kupplungsabschnitt direkt aus dem Bauteil des Kupplungsabschnitts gebildet ist. Dadurch wird auch kein Endanschlag für den betreffenden Kupplungsabschnitt benötigt. Der Einsatz aufwändiger und teurer Gummielemente zum Ausgleich von Bewegungen bei der Montage oder bei Temperaturwechsel im Betrieb kann vermieden werden.
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Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung zur Herstellung einer starren oder quasi-starren Verbindung, etwa bei Ladeluftleitungen in Kraftfahrzeugen oder Verbindungen ohne dynamische Bewegungsbelastungen, insbesondere mit hohen Temperatur- und Druckbelastungen der Verbindung. Die Kupplungsanordnung kann die beim Einbau oder durch leichte Lageveränderungen zwischen Anschlusspunkten entstehenden Bewegungen leicht ausgleichen. Dabei können sowohl Längenänderungen von wenigen Millimetern als auch Winkelfehler von wenigen Grad zwischen den Kupplungsabschnitten ohne einseitige Spannungseinleitung in die Kupplungsanordnung ausgeglichen werden.
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Insbesondere können bei Vorsehen von zwei Kupplungsabschnitten etwa in einer Rohrleitung Bewegungen zwischen Anschlusselementen bei starren Verbindungen mit nur geringen Abweichungen ausgeglichen werden. Die Kupplungsabschnitte können Endabschnitte zweier miteinander zu verbindender Rohrleitungen sein.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann der kupplungsabschnittseitige Sperrabschnitt einen an ein offenes Ende angrenzenden Bereich einer Außenfläche einer wenigstens bereichsweise ausgebildeten, insbesondere balligen Kontur des männlichen Kupplungsabschnitts umfassen. Vorteilhaft ist eine flächige Kraftübertragung zwischen den Kupplungsstücken möglich, welche ein Auseinandergleiten der beiden Kupplungsabschnitte verhindert. Dies ermöglicht ferner eine sehr kompakte Anordnung ohne zusätzliche Bauelemente. Ist der kupplungsabschnittseitige Sperrabschnitt wenigstens bereichsweise ballig ausgebildet, kann eine kugelförmige Lagerung der Kupplungsabschnitte erreicht werden, wodurch der Ausgleich von Winkelfehlern besonders effektiv erleichtert wird. Die Verbindung zwischen den Kupplungsabschnitten kann geschaffen werden, ohne dass das männliche Kupplungsstück unter einem speziellen Winkel in das weibliche Kupplungsstück eingesteckt und dann verriegelt werden muss, was die Montage vereinfacht.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung können der Sperrabschnitt des Formschlusselements und der kupplungsabschnittseitige Sperrabschnitt bei Kontakt einen Formschluss bilden. Hierdurch kann ein unerwünschtes Herausgleiten des männlichen Kupplungsabschnitts aus der Kupplungsanordnung effektiv unterbunden werden.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann das Formschlusselement eine umlaufende Nut aufweisen. Dies ermöglicht eine einfache Sicherung der Position des Formschlusselements durch ein entsprechendes Rastelement, welches ohne hohen Justieraufwand durch den weiblichen Kupplungsabschnitt in die Nut eingreifen kann. Mit besonderem Vorteil kann das Formschlusselement im Bereich des Sperrabschnitts im Wesentlichen keilförmig ausgebildet sein, beispielsweise als Keilring. Damit kann das Formschlusselement einfach und platzsparend montiert werden.
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Beispielsweise kann das Formschlusselement in Form eines Rings aus Rastelementen vorgesehen sein. Der männliche Kupplungsabschnitt kann mit vormontiertem Formschlusselement mit dem weiblichen Kupplungsabschnitt zusammengeführt werden. Vorteilhaft kann der Sperrabschnitt an einer Innenseite des Formschlusselements angeordnet sein und eine Kontaktkontur an einer Außenseite des Formschlusselements. Beispielsweise kann die Kontaktkontur in Form eines komplementär zur Kontaktfläche an der Innenseite des weiblichen Kupplungsabschnitts geformten Flächenbereichs ausgebildet sein.
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Die komplementäre Kontaktfläche an der Innenseite des weiblichen Kupplungsabschnitts kann einfach gestaltet sein, so dass der Kupplungsabschnitt eine nur geringe Komplexität aufweisen kann. Die Werkzeuge für Formschlusselement und Kupplungsabschnitte können vereinfacht und mit nur geringer Komplexität ausgeführt sein. Insbesondere können auch Drehkernschieber mit gleicher Entformungsrichtung einsetzbar sein.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann das Formschlusselement als separates Einlegeteil ausgebildet sein. Dies erlaubt eine flexible Auslegung und Fertigung des Formschlusselements abgestimmt auf die Kupplungsabschnitte. Die Werkzeuge für Formschlusselement und Kupplungsabschnitte können vereinfacht und mit geringer Komplexität ausgeführt sein.
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Vorteilhaft kann das männliche Kupplungsstück an seiner Außenfläche eine Dichtungsnut aufweisen. Auf diese Weise kann durch eine in die Dichtungsnut eingelegte Dichtung eine druckdichte Verbindung sichergestellt werden.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann die Kontur des kupplungsabschnittseitigen Sperrabschnitts am offenen Ende des männlichen Kupplungsabschnitts ein Kugelsegment umfassen und die Dichtungsnut in der Kontur so angeordnet sein, dass ein Mittelpunkt der Kugel und ein Mittelpunkt eines eingelegten Dichtungsrings zusammenfallen. Damit können auf die Dichtung im Betrieb wirkende Querkräfte vermieden werden. Eine Verschlechterung der Dichtungsfunktion über längere Betriebsdauer durch ungünstig wirkende Kräfte auf die Dichtung kann vermieden werden. Vorteilhaft kann das männliche Kupplungsstück zumindest im Bereich der Kontur des kupplungsabschnittseitigen Sperrabschnitts eine gleichbleibende Wandstärke aufweisen. Dies ermöglicht eine Gewichtsersparnis der Verbindung und lässt sich werkzeugtechnisch leicht realisieren.
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Zweckmäßigerweise kann das Formschlusselement zur bestimmungsgemäßen Montage im Durchmesser reversibel erweiterbar sein. Beispielsweise kann das Formschlusselement als Ring aus Rastelementen vorgesehen sein. Dadurch kann das Formschlusselement bei der Montage einfach aufgeweitet werden, um es auf das entsprechende Kupplungsteil aufzuschieben. Beispielsweise kann das Formschlusselement radial geschlitzt sein und/oder aus elastischem Kunststoffmaterial ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann ein Stützring im männlichen Kupplungsteil vorgesehen sein, der radial innen am offenen Ende des männlichen Kupplungsteils angeordnet ist, insbesondere in radialer Richtung hinter einer Dichtungsnut des männlichen Kupplungsteils angeordnet sein kann. Vorteilhaft kann der Stützring die Dichtungsnut stabilisieren. Der Stützring kann aus Kunststoff, insbesondere als Spritzgussteil, oder Metall gebildet sein.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung zur Herstellung einer quasi-starren Verbindung von Gasrohren, insbesondere Ladeluftrohren vorgeschlagen. Bei der Montage ist ein achsgenauer Einbau nicht notwendig. Die Kupplungsanordnung kann die beim Einbau oder durch leichte Lageveränderungen zwischen Anschlusspunkten entstehenden Bewegungen leicht ausgleichen. Dabei können sowohl Längenänderungen von wenigen Millimetern als auch Winkelfehler von wenigen Grad zwischen den Kupplungsabschnitten ohne einseitige Spannungseinleitung in die Kupplungsanordnung ausgeglichen werden.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Kupplungsabschnitt für eine Kupplungsanordnung vorgeschlagen, wobei an einem offenen Ende eine, insbesondere ballig ausgebildete Kontur vorgesehen ist, deren Außenfläche einen Bereich aufweist, der im montierten Zustand als Sperrabschnitt zum Formschluss mit einem Sperrabschnitt eines Formschlusselements vorgesehen ist. Der Kupplungsabschnitt kann Teil einer Rohrleitung sein, welche über die Kupplungsanordnung mit einer weiteren Rohrleitung zu verbinden ist.
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Vorteilhaft kann am offenen Ende zumindest im Bereich der Kontur eine gleichbleibende Wandstärke vorgesehen sein. Dies erlaubt eine Gewichtsersparnis bei der Kupplungsanordnung.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Formschlusselement für eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung vorgeschlagen, wobei radial außen eine Kontaktkontur vorgesehen ist zum Festlegen des Formschlusselements im montierten Zustand an einem ersten Kupplungsabschnitt und radial innen ein Sperrabschnitt vorgesehen ist zum Begrenzen einer relativen Bewegung zwischen dem ersten Kupplungsabschnitt und einem zweiten Kupplungsabschnitts. Der Kupplungsabschnitt kann Teil einer Rohrleitung sein, welche über die Kupplungsanordnung mit einer weiteren Rohrleitung zu verbinden ist. Das Formschlusselement ist als separates Bauelement vorgesehen, das auf einem Kupplungsabschnitt vormontiert sein kann.
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Vorteilhaft können die Kontaktkontur und der Sperrabschnitt des Formschlusselements im montierten Zustand jeweils zum Formschluss mit jeweiligen komplementären Flächen der Kupplungsabschnitte vorgesehen sein. Dies erlaubt eine werkzeugtechnisch relativ einfache Fertigung der Bauteile.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines Ladeluftrohrs einer Brennkraftmaschine mit zwei Kupplungsanordnungen gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
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2 einen Schnitt durch eine Kupplungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Kupplungsabschnitten und einem Formschlusselement, wobei das Formschlusselement mit einem Rastelement verrastet ist; und
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3 in Explosionsdarstellung zwei Kupplungsabschnitte mit Formschlusselement und Rastelement einer Kupplungsanordnung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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Zur Erläuterung der Erfindung zeigt 1 ein Ausführungsbeispiel einer Ladeluftrohrleitung 100 einer Brennkraftmaschine mit zwei Kupplungsanordnungen 10 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Das Ladeluftrohr 110 ist an einem ersten Kupplungspunkt 112 über die erste Kupplungsanordnung 10 an ein erstes Rohrstück angeschlossen und an einem entfernt angeordneten Kupplungspunkt 114 über die zweite Kupplungsanordnung 10 an ein zweites Rohrstück angeschlossen. Die Ladeluftrohrverbindung 110 ist bestimmungsgemäß starr bzw. quasi-starr, d. h. sie ist im Betrieb nicht für dynamische Bewegungen vorgesehen, sondern im Wesentlichen unbeweglich und soll bestimmungsgemäß allenfalls typische kleine Bewegungen durch Temperaturausdehnung oder bei der Montage durchführen. Dynamische Anwendungen sind jedoch ebenfalls denkbar.
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Die Kupplungsanordnung 10 bildet jeweils eine Verbindung mit einer geringen Beweglichkeit zwischen zwei Rohren oder Rohrabschnitten. Die Kupplungsanordnung 10 erlaubt einen Ausgleich geringer Bewegungen zwischen den Rohrenden sowohl von Kippbewegungen als auch von lateralen Bewegungen. So kann die Kupplungsanordnung 10 Verkippungen von bis zu 3,5° und einen Längenversatz zwischen den beiden Rohren von wenigen Millimetern, etwa +/–3 mm, ausgleichen. Die Bewegungsunterschiede werden dabei nicht dynamisch zwischen den beiden Endpunkten ausgeglichen, sondern die Kupplungsanordnung 10 wirkt lediglich als Ausgleichselement für die Montage des Systems und zum Toleranzausgleich zwischen zwei Anschlusspunkten. Um die Vorteile der Kupplungsanordnung 10 optimal nutzen zu können, empfiehlt es sich, die Kupplungsanordnung 10 als Paar vorzusehen.
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2 zeigt einen Schnitt durch eine Kupplungsanordnung 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, deren Komponenten in 3 in Explosionsdarstellung zu sehen sind.
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Die Kupplungsanordnung 10 umfasst einen weiblichen Kupplungsabschnitt 20 und einen männlichen Kupplungsabschnitt 40 sowie ein Formschlusselement 60, das als separates Einlegeteil, beispielsweise in Form eines Rings aus Rastelementen zwischen den Kupplungsabschnitten 20, 40 angeordnet ist. Das Formschlusselement 60 ist als Ring, beispielsweise als Keilring, ausgebildet und kann reversibel aufgeweitet werden, um das Formschlusselement 60 auf den männlichen Kupplungsabschnitt 40 zur Montage aufzuschieben. Dazu kann ein in axialer Richtung ausgebildeter Schlitz 68 im Formschlusselement 60 vorgesehen sein.
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Das Formschlusselement 60 liegt bei hergestellter Verbindung sowohl an dem weiblichen Kupplungsabschnitt 20 als auch an dem männlichen Kupplungsabschnitt 40 formschlüssig an. Ein radial innen angeordneter Sperrabschnitt 62 des Formschlusselements 60 liegt dabei an einem komplementären Sperrabschnitt 52 außen am männlichen Kupplungsabschnitt 40 und eine radial außen angeordnete Kontaktkontur 64 an einer komplementären Kontaktfläche 30 an der Innenseite 28 des weiblichen Kupplungsabschnitts 20 an. Auch außerhalb der Kontur 44, in der die Kupplungsabschnitte 20, 40 beispielsweise zylindrisch ausgebildet sind, liegt das Formschlusselement 60 beidseits sowohl an der Innenseite des weiblichen Kupplungsabschnitts 20 als auch an der Außenseite des männlichen Kupplungsabschnitts 40 an.
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Der Sperrabschnitt 52 des männlichen Kupplungsabschnitts 40 wirkt mit dem Sperrabschnitt 62 des Formschlusselements 60 so zusammen, dass eine laterale Bewegung zwischen den Kupplungsabschnitten 20, 40 begrenzbar ist und ein Auseinandergleiten der Kupplungsabschnitte 20, 40 verhindert wird. Dazu ist auf der Außenseite des weiblichen Kupplungsabschnitts 20 ein Rastelement 70 in Form eines nahezu geschlossenen Ringsegments aufgesetzt, das durch am Umfang angeordnete Schlitze 24 im weiblichen Kupplungsstück 20 mit dem Formschlusselement 60 verrastet. Ist das Formschlusselement 60 am weiblichen Kupplungsstück 20 fixiert, kann die Verbindung der Kupplungsstücke 20, 40 nicht auseinandergleiten.
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Wie die 2 zeigt, ist im männlichen Kupplungsabschnitt 40 am offenen Ende 46 eine Kontur 44 an seiner Außenfläche 48 vorgesehen. Die Kontur 44 ist vorteilhaft ballig ausgebildet und sorgt für die Kugellagerung des männlichen Kupplungsabschnitts 40 im weiblichen Kupplungsabschnitt 20. Der weibliche Kupplungsabschnitt 20 bildet die Gelenkpfanne 22, der männliche Kupplungsabschnitt 40 eine Gelenkkugel 42 eines Kugelgelenks. Gelenkpfanne 22 und Gelenkkugel 42 können Teil eines anderen Bauteils sein, etwa eines Anschlussstutzens, eines Rohrelements oder dergleichen. Eine laterale Bewegung ist nur zwischen dem Boden der Gelenkpfanne 22 des weiblichen Kupplungsabschnitts 20 und dem Sperrabschnitt 62 des Formschlusselements 60 möglich, da der männliche Kupplungsabschnitt 40 einerseits in Längsrichtung mit seinem offenen Ende 46 an den Pfannenboden der Gelenkpfanne 22 und andererseits mit seinem Sperrabschnitt 52 an den Sperrabschnitt 62 des Formschlusselements 60 anstößt.
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Im Bereich 50 der Kontur 44 ist eine Dichtungsnut 54 angeordnet, in die im montierten Zustand eine Dichtung 56, z. B. ein O-Ring, eingelegt ist. Die Dichtung 56 dient zur druckdichten Verbindung von Gelenkkugel 42 und Gelenkpfanne 22, d. h. der beiden Kupplungsabschnitte 20, 40. Die Kontur 44 des kupplungsabschnittseitigen Sperrabschnitts 52 umfasst ein Kugelsegment. Die Dichtungsnut 54 ist in der Kontur 44 in ihrem Maximum so angeordnet, dass ein Mittelpunkt des Kugelsegments der Kontur 44 und ein Mittelpunkt eines eingelegten Dichtungsrings 56 zusammenfallen. Diese Anordnung verhindert, dass Querkräfte auf den Dichtungsring 56 wirken.
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Der weibliche Kupplungsabschnitt 20 weist nahe seiner Stirnseite 26 eine Erweiterung im Durchmesser auf, die einen Aufnahmeraum für das Formschlusselement 60 bietet.
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Zur Montage der Kupplungsanordnung 10 wird zunächst die Dichtung 56 auf der Gelenkkugel 42 des männlichen Kupplungsabschnitts 40 und das Formschlusselement 60, z. B. als Keilring ausgebildet, über die Kontur 44 des männlichen Kupplungsabschnitts 40 geschoben und anschließend die Gelenkkugel mit Dichtung 56 und Formschlusselement 60 mit dem offenen Ende 46 voran in die Gelenkpfanne 22 des weiblichen Kupplungsabschnitts 20 gepresst. Dabei liegt das Formschlusselement 60 außerhalb der Kontur 44 auf der Gelenkkugel 42 auf. Dann wird das Rastelement 70 über die Gelenkpfanne gelegt, so dass Rastnasen 72 in die Schlitze 24 am Umfang des weiblichen Kupplungsabschnitts 20 eingreifen und in die Nut 66 des Formschlusselements 60 einrasten können. Die Rastnasen 72 können, wie in 2 zu erkennen ist, an ihrem freien Ende abgeschrägt sein, so dass sie leicht in die Nut 66 gleiten können.
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Im Bereich des offenen Endes 46 des männlichen Kupplungsteils 40 ist ein Stützring 80 angeordnet, der radial innen, insbesondere in radialer Richtung hinter der Dichtungsnut 54 des männlichen Kupplungsteils 40 das männliche Kupplungsteil 40 von innen zusätzlich versteift. Vorteilhaft kann der Stützring 80 so die Dichtungsnut stabilisieren. Der Stützring 80 kann beispielsweise aus Kunststoff, insbesondere als Spritzgussteil, oder Metall gebildet sein.
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In 3 sind die Komponenten weiblicher Kupplungsabschnitt 20, männlicher Kupplungsabschnitt 40, Formschlusselement 60, Stützring 80, Rastelement 70, Dichtungsring 56 der Kupplungsanordnung 10 in Explosionsdarstellung gezeigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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