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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
EP 1 179 154 B1 offenbart eine Rohrverbindung mit zwei ineinander gesteckten Kupplungsabschnitten, bei denen eine Hülse über den Verbindungsbereich der Kupplungsabschnitte geschoben und mit einem Gewinde auf der Außenseite des äußeren Kupplungsabschnitts verschraubt ist. Die Hülse liegt formschlüssig am inneren Kupplungsabschnitt und einer Dichtung zwischen den beiden Kupplungsabschnitten an.
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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 Verbindungselement aufweist, das den einen der Kupplungsabschnitte umgibt und mit dem anderen der Kupplungsabschnitte verbunden ist und das einen Sperrabschnitt aufweist, der sich in einer Endposition an einem korrespondierenden Sperrabschnitt des umgebenen Kupplungsabschnitts abstützt, wobei der andere Kupplungsabschnitt am Innenumfang seines offenen Endes eine Fase aufweist und das Verbindungselement im Bereich der Fase zwischen die beiden Kupplungsabschnitte eingreift.
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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 Verbindungselement, das den einen der Kupplungsabschnitte umgibt und mit dem anderen der Kupplungsabschnitte verbunden ist und das einen Sperrabschnitt aufweist, der sich in einer Endposition an einem korrespondierenden Sperrabschnitt des umgebenen Kupplungsabschnitts abstützt, wobei der andere Kupplungsabschnitt am Innenumfang seines offenen Endes eine Fase aufweist und das Verbindungselement im Bereich der Fase zwischen die beiden Kupplungsabschnitte eingreift.
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Das Verbindungselement in Form einer Überwurf-Hülse weist vorteilhaft eine Zentrierfunktion in Kombination mit einer winkeltoleranten Verbindung auf. Das flanschartige Verbindungselement ist unverlierbar mit dem Kupplungsabschnitt verbunden.
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Die Kupplungsanordnung ist in der Lage, Winkelfehler und Längentoleranzen zwischen den Kupplungsabschnitten auszugleichen. Vorteilhaft kann dabei ein Verbinden der Kupplungsabschnitte auf einfache Weise von außen bewirkt werden, was eine Montage und Überprüfung der Verbindung vereinfacht. 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. 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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Das Verbindungselement kann aus Kunststoff, insbesondere einem mit Glasfaser gefüllten Kunststoff, oder Metall gebildet sein. Das Verbindungselement ist besonders für die Befestigung eines Rohrs beispielsweise an einem Abgasturbolader oder dergleichen geeignet.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann das Verbindungselement in der Endposition formschlüssig an der Fase anliegen. Hierdurch ist es möglich, dass der weibliche Kupplungsabschnitt Kräfte aufnehmen kann, die im Betrieb auf die Kupplungsanordnung wirken können. So sind beispielsweise bei Ladeluftleitungen in Kraftfahrzeugen Kräfte auf das Kugelgelenk von bis zu 1000 Newton möglich. Das Verbindungselement kann die nach außen wirkenden Kräfte aufnehmen und an den weiblichen Kupplungsabschnitt ableiten.
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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 Kupplungsabschnitten 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 und die Kräfte gleichmäßig eingeleitet werden können. 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 kann das Verbindungselement an einer Schulter des weiblichen Kupplungsabschnitts angeschraubt sein. Vorteilhaft sind zwei Schraubpunkte oder vier Schraubpunkte, die günstigerweise äquidistant zueinander angeordnet sein können. Die Zahl der Schraubpunkte kann nach Bedarf frei gewählt werden. Insbesondere kann das Verbindungselement aus Kunststoff gebildet sein und Metallbuchsen zur Durchführung von Schraubenbolzen aufweisen. Die Metallbuchsen erhöhen die Stabilität der Schraubverbindungen zwischen Verbindungselement und Kupplungsabschnitt. Günstigerweise können, wenn der weibliche Kupplungsabschnitt aus Kunststoff gebildet ist, im weiblichen Kupplungsabschnitt Metallbuchsen mit Innengewinde vorgesehen sein, in welche Schrauben vom Verbindungselement her eingeschraubt werden können. Ist der weibliche Kupplungsabschnitt aus Metall gebildet, können Gewindebohrungen im weiblichen Kupplungsabschnitt vorgesehen sein, oder Buchsen mit Innengewinde in Bohrungen eingesetzt sein.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann das Verbindungselement als geschlitzter Ring ausgebildet sein. Das Verbindungselement kann reversibel aufgeweitet werden, um über das freie Ende des Kupplungsabschnitts geschoben zu werden, auf dem es anschließend verliersicher angeordnet ist. Durch das Verbindungselement kann vorteilhaft eine geschlitzte Überwurf-Hülse mit Zentrierfunktion in Kombination mit winkeltoleranter Verbindung bereitgestellt sein.
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Gemäß einer günstigen alternativen Ausgestaltung kann das Verbindungselement aus zwei axial getrennten Teilringen gebildet sein. Die Teilringe können von zwei Seiten an den Kupplungsabschnitt gelegt und miteinander verbunden werden, etwa durch Verschrauben, Einhaken, Verrasten oder dergleichen, und somit verliersicher auf dem Kupplungsabschnitt angeordnet sein.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann das männliche Kupplungsstück an seiner Außenfläche eine Dichtungsnut aufweist. In diese kann eine Dichtung, beispielweise kostengünstig eine Standard-O-Ringdichtung, eingesetzt werden. Eine Zentrierung des Dichtsitzes kann über einen Formschluss des Verbindungselements mit der Bohrung am weiblichen Kupplungsabschnitt erfolgen.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann die Kontur des kupplungsabschnittseitigen Sperrabschnitts 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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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann das männliche Kupplungsstück zumindest im Bereich der Kontur des kupplungsabschnittseitigen Sperrabschnitts eine gleichbleibende Wandstärke aufweisen, was eine Gewichtsersparnis ermöglicht und werkzeugtechnisch einfach zu realisieren ist.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Verwendung einer Kupplungsanordnung zur Herstellung einer quasi-starren Verbindung von Gasrohren, insbesondere Ladeluftrohren vorgeschlagen, bei der die Kupplungsanordnung mit einem weiblichen Kupplungsabschnitt und einem männlichen Kupplungsabschnitt, sowie einem Verbindungselement ausgestattet ist, das den einen der Kupplungsabschnitte umgibt und mit dem anderen der Kupplungsabschnitte verbunden ist und das einen Sperrabschnitt aufweist, der sich in einer Endposition an einem korrespondierenden Sperrabschnitt des umgebenen Kupplungsabschnitts abstützt, wobei der andere Kupplungsabschnitt am Innenumfang seines offenen Endes eine Fase aufweist und das Verbindungselement im Bereich der Fase zwischen die beiden Kupplungsabschnitte eingreift. Winkel- und Längenabweichungen durch Fertigungstoleranzen können in gewissen Grenzen ausgeglichen werden, ohne dass ein zusätzliches Gummischlauchelement notwendig ist.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Kupplungsabschnitt für eine Kupplungsanordnung vorgeschlagen, bei dem 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 Verbindungselement vorgesehen ist und die Kontur ein Kugelsegment umfasst und eine Dichtungsnut in der Kontur so angeordnet ist, dass ein Mittelpunkt der Kugel und ein Mittelpunkt eines eingelegten Dichtungsrings zusammenfallen. Im Betrieb kann dadurch eine Beeinflussung der Dichtung durch Querkräfte vermieden werden.
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Bei der Montage ist ein achsgenauer Einbau der Kupplungsabschnitte 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 einer günstigen Ausgestaltung kann am offenen Ende des männlichen Kupplungsabschnitts zumindest im Bereich der Kontur eine gleichbleibende Wandstärke vorgesehen sein, was im Vergleich zu einer Verdickung im Bereich der Kontur eine Gewichtsersparnis ermöglichen kann.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Verbindungselement für eine Kupplungsanordnung vorgeschlagen, bei der die Kupplungsanordnung mit einem weiblichen Kupplungsabschnitt und einem männlichen Kupplungsabschnitt, sowie einem Verbindungselement ausgestattet ist, das den einen der Kupplungsabschnitte umgibt und mit dem anderen der Kupplungsabschnitte verbunden ist und das einen Sperrabschnitt aufweist, der sich in einer Endposition an einem korrespondierenden Sperrabschnitt des umgebenen Kupplungsabschnitts abstützt, wobei der andere Kupplungsabschnitt am Innenumfang seines offenen Endes eine Fase aufweist und das Verbindungselement im Bereich der Fase zwischen die beiden Kupplungsabschnitte eingreift. An einem Innenumfang eines scheibenförmigen Grundkörpers des Verbindungselements ist in axialer Richtung ein Keilring angeordnet, an dem radial außen eine Kontaktfläche ausgebildet ist, die in montiertem Zustand zum Formschluss mit einer Fase eines ersten Kupplungsabschnitts vorgesehen ist und radial innen ein Sperrabschnitt ausgebildet ist, der im montierten Zustand zum Begrenzen einer relativen Bewegung zwischen dem ersten Kupplungsabschnitt und einem zweiten Kupplungsabschnitts vorgesehen ist.
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Der Keilring kann am inneren Umfang Bestandteil des Sperrabschnitts sein und am äußeren Umfang mit der Fase in formschlüssigem Kontakt sein. Dies erlaubt eine Ableitung von Kräften während des Betriebs in den weiblichen Kupplungsabschnitt.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung des Verbindungselements kann der Sperrabschnitt des Verbindungselements im montierten Zustand zum Formschluss mit einem komplementären Sperrabschnitt des zweiten Kupplungsabschnitts vorgesehen sein. Hierdurch kann ein unerwünschtes Herausgleiten des männlichen Kupplungsabschnitts aus der Kupplungsanordnung effektiv unterbunden werden.
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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 einer Kupplungsanordnung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung zwischen einer Rohrleitung und einem Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine;
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2 einen Schnitt durch eine Kupplungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Kupplungsabschnitten und einem Verbindungselement, das mit einem der Kupplungsabschnitte verschraubt ist; und
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3 ein Detail der Kupplungsanordnung aus 2.
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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 Kupplungsanordnung 10 zwischen einer Rohrleitung 100 und einem nicht näher bezeichneten Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine. Die Kupplungsanordnung 10 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 für Rohrleitungen 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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In der Figur ist nur eine Kupplungsanordnung 10 an dem Rohr 100 dargestellt, während das gegenüberliegende Ende des Rohres 100 offen ist. Dieses offene Ende des Rohres 100 kann beispielsweise als Gelenkkugel 42 eines Kugelgelenks in einer weiteren derartigen Kupplungsanordnung 10 vorgesehen sein.
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Die Kupplungsanordnung 10 umfasst einen weiblichen Kupplungsabschnitt 20 und einen männlichen Kupplungsabschnitt 40, die ein in der Figur nicht erkennbares Kugelgelenk bilden, sowie ein flanschartiges Verbindungselement 60, das den einen Kupplungsabschnitt 40 umgibt und mit dem anderen Kupplungsabschnitt 20 mittels zweier Schrauben 80 verbunden ist. Beispielsweise ist der weibliche Kupplungsabschnitt 20 am Abgasturbolader angeordnet.
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Das Verbindungselement 60 ist in axialer Richtung geschlitzt ausgebildet. Der Schlitz 70 erlaubt ein reversibles Aufweiten des Verbindungselements 60, um dieses auf das Rohr 100 zu montieren.
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Die 2 und 3 zeigen einen Längsschnitt durch eine Kupplungsanordnung 10, wobei 3 zur Verdeutlichung der Ausgestaltung der Kupplungsanordnung 10 eine Vergrößerung des Bereichs am unteren Ende in der 2 zeigt.
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Die Kupplungsanordnung 10 umfasst einen weiblichen Kupplungsabschnitt 20 und einen männlichen Kupplungsabschnitt 40, die ein Kugelgelenk bilden, mit einer Gelenkpfanne 22 am weiblichen Kupplungsabschnitt 20 und einer Gelenkkugel 42 am männlichen Kupplungsabschnitt 40. Die Gelenkkugel 42 weist eine Kontur 44 auf, die ein Kugelsegment umfasst und in der eine Dichtungsnut 54 so angeordnet ist, dass ein Mittelpunkt der Kugel und ein Mittelpunkt eines in die Dichtungsnut 54 eingelegten Dichtungsrings 56 zusammenfallen. Damit können im Betrieb der Kupplungsanordnung 10 Querkräfte auf die Dichtung 56 vermieden werden.
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Die Außenfläche der Kontur 44 weist einen Bereich 50 auf, der im montierten Zustand als Sperrabschnitt 52 zum Formschluss mit einem Sperrabschnitt 62 eines insbesondere flanschartigen Verbindungselements 60 vorgesehen ist. Am offenen Ende 46 des männlichen Kupplungsabschnitts 40 ist zumindest im Bereich der Kontur 44 beispielsweise eine gleichbleibende Wandstärke vorgesehen. Optional kann die ballige Kontur 44 auch durch eine Verdickung der Wandstärke gebildet sein.
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Das Verbindungselement 60 umgibt den männlichen Kupplungsabschnitt 40 und ist mit dem anderen Kupplungsabschnitt 20 mittels zweier Schrauben 80 verbunden. Die Schrauben 80 sind mit ihren Schraubenbolzen 82 jeweils in ein Gewinde 86 in einer Schulter 28 des weiblichen Kupplungsabschnitts 20 eingeschraubt. Das Verbindungselement 60 kann zur Führung der Schrauben 80 sowie zur besseren Aufnahme der Schraubkräfte Metallbuchsen 84 aufweisen, insbesondere, wenn das Verbindungselement 60 aus Kunststoff gebildet ist.
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Der Dichtsitz der Dichtung 56 kann sich über einen Formschluss des Verbindungselements 60 mit den Bohrungen für die Gewinde 86 zentrieren. Als Dichtung 56 sind Standard-O-Ringdichtungen einsetzbar.
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Am Verbindungselement 60 ist am Innenumfang seines scheibenförmigen Grundkörpers 66 in axialer Richtung ein Keilring 68 angeordnet, an dem radial außen eine Kontaktfläche 64 ausgebildet ist, die in montiertem Zustand zum Formschluss mit einer Fase 38 am offenen Ende 26 des weiblichen Kupplungsabschnitts 20 vorgesehen ist. Das Verbindungselement 60 greift im Bereich der Fase 38 zwischen die beiden Kupplungsabschnitte 20, 40 ein.
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Radial innen liegend ist am Verbindungselement 60 ein Sperrabschnitt 62 ausgebildet, der im montierten Zustand zum Begrenzen einer relativen Bewegung zwischen den beiden Kupplungsabschnitten 20 und 40 vorgesehen ist. Dabei bildet der Sperrabschnitt 62 des Verbindungselements 60 im montierten Zustand einen Formschluss mit dem komplementären Sperrabschnitt 52 des männlichen Kupplungsabschnitts 40. Bewegen sich die Kupplungsabschnitte 20, 40 auseinander, liegt das Verbindungselement 60 in der Endposition mit einer Kontaktfläche 64 formschlüssig an der Fase 38 des weiblichen Kupplungsabschnitts 20 und mit seinem Sperrabschnitt 62 am männlichen Kupplungsabschnitt 40 an.
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Bewegen sich die Kupplungsabschnitte 20, 40 aufeinander zu, wird die Bewegung gestoppt, wenn das offene Ende 46 des männlichen Kupplungsabschnitts 40 an den Pfannenboden 24 des weiblichen Kupplungsabschnitts 40 stößt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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