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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Systeme zum Verbinden einer Fluidleitung mit einer anderen Komponente, und insbesondere auf ein Fluidverbindungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es der Art nach im Wesentlichen aus der
US 6 079 751 A bekannt ist.
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Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die Druckschriften
US 2018 / 0 045 149 A1 und
US 2015 / 0 233 505 A1 verwiesen.
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EINLEITUNG
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Eine breite Palette von hergestellten Produkten, Maschinen und Anlagen verwendet Leitungen, um ein Arbeitsfluid zwischen Komponenten eines Fluidsystems zu transportieren. Die Leitungen können intern in den Komponenten definiert sein, oder wenn die Komponenten voneinander beabstandet sind, können Fluidleitungen verwendet werden, um sie miteinander zu verbinden. Die Fluidleitungen können die Form von Schläuchen, Rohren, Röhren oder anderen Konstruktionen annehmen. Insbesondere bei starren Fluidleitungen kann es aufgrund einer leichten Fehlausrichtung mit passenden Merkmalen auf der angeschlossenen Komponente schwierig sein, die Verbindungen herzustellen.
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Dementsprechend ist es wünschenswert, Verbindungssysteme bereitzustellen, die das Herstellen von Verbindungen für Fluidleitungen erleichtern. Ferner werden andere wünschenswerte Funktionen und Merkmale der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, sowie mit dem vorangehenden technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich offensichtlich.
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KURZDARSTELLUNG
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Erfindungsgemäß wird ein Fluidverbindungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
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In weiteren Ausführungsformen beinhaltet die Fluidleitung eine Wulst, die innerhalb des ersten Segments angeordnet ist.
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In weiteren Ausführungsformen erstreckt sich eine Klemme um das erste Segment und ist konfiguriert, um das erste Segment gegen die Fluidleitung zu komprimieren.
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In anderen Ausführungsformen ist das Ende konfiguriert, um sich senkrecht zur Fluidleitung zu bewegen, um sich an der Fluidleitung auszurichten.
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In anderen Ausführungsformen befestigen eine Anzahl von Gewindebefestigungselementen den Verbinder an der Komponente.
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In anderen Ausführungsformen weist der Verbinder eine Durometerhärte von weniger als 100A auf.
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In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Fluidverbindungssystem eine Komponente, die starr in Position fixiert ist und die unter Verwendung eines Fluids arbeitet. Die Komponente definiert eine Oberfläche und einen Durchgang, der das Fluid befördert und sich durch die Oberfläche öffnet. Eine Fluidleitung ist starr und so konfiguriert, dass sie das Fluid in Bezug auf die Komponente befördert. Ein Verbinder besteht aus einem flexiblen Material und ist an der Komponente und der Fluidleitung befestigt. Der Verbinder ist gegen die Oberfläche positioniert und die Fluidleitung ist mit dem Ende verbunden.
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In weiteren Ausführungsformen beinhaltet der Verbinder einen Körper mit einem ersten Segment, das als ein Hohlzylinder geformt ist, und einem zweiten Segment, das mit dem ersten Segment integriert und als Scheibe mit einer hohlen Mitte geformt ist. Das zweite Segment bildet einen Flansch auf dem Körper aus und eine Öffnung ist durch das erste und zweite Segment vollständig durch den Körper definiert.
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In anderen Ausführungsformen ist ein Kragen gegen den Flansch positioniert und konfiguriert, um den Flansch zwischen dem Kragen und der Oberfläche zu komprimieren.
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In anderen Ausführungsformen erstrecken sich eine Reihe von Befestigungselementen durch den Kragen, durch den Flansch und werden in die Komponente eingeschraubt, um den Flansch zu komprimieren.
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In anderen Ausführungsformen erstreckt sich ein Druckbegrenzer innerhalb des Flansches und eines der Befestigungselemente erstreckt sich durch den Kompressionsbegrenzer. Der Kompressionsbegrenzer weist eine Länge auf und der Flansch weist eine Breite in einem unkomprimierten Zustand auf. Die Länge ist kleiner als die Breite, so dass der Flansch komprimiert wird, da der Druckbegrenzer gegen den Kragen und die Oberfläche gedrückt wird.
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In weiteren Ausführungsformen beinhaltet die Fluidleitung eine innerhalb des ersten Segments angeordnete Wulst, die sich gegen das erste Segment nach außen erstreckt.
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In weiteren Ausführungsformen erstreckt sich eine Klemme um das erste Segment, ist zwischen der Wulst und dem Ende positioniert und konfiguriert, um das erste Segment gegen die Fluidleitung zu komprimieren.
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In anderen Ausführungsformen ist das Ende so konfiguriert, dass es sich relativ zur Komponente bewegt, um das erste Segment an der Fluidleitung auszurichten.
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In weiteren Ausführungsformen umfasst die Komponente eine Pumpe eines Fahrzeugkühlsystems.
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In zusätzlichen Ausführungsformen beinhaltet ein Fluidverbindungssystem eine Pumpe, die zum Pumpen eines Motorkühlmittels konfiguriert ist. Die Pumpe definiert eine Oberfläche und einen Durchgang, der zum Fördern des Motorkühlmittels konfiguriert ist. Der Durchgang, der die Oberfläche durchdringt. Eine Fluidleitung ist konfiguriert, um das Motorkühlmittel in Bezug auf die Pumpe zu fördern. Die Fluidleitung weist ein Ende auf, das von der Pumpe beabstandet ist. Ein Verbinder besteht aus einem flexiblen Material und beinhaltet einen Körper mit einem ersten Segment, das als ein Hohlzylinder geformt ist, und einem zweiten Segment, das mit dem ersten Segment integriert und als eine Scheibe mit einer hohlen Mitte geformt ist. Das zweite Segment bildet einen Flansch am Körper. Eine Öffnung wird vollständig durch den Körper definiert, durch das erste und zweite Segment. Der Verbinder ist an der Pumpe und der Fluidleitung befestigt.
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Figurenliste
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Die exemplarischen Ausführungsformen werden nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und worin gilt:
- 1 veranschaulicht eine Anwendung für ein Fluidverbindungssystem gemäß eines Ausführungsbeispiels;
- 2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Fluidverbindungssystems gemäß des Ausführungsbeispiels;
- 3 ist eine perspektivische Darstellung eines Fluidverbindungssystems gemäß des Ausführungsbeispiels;
- 4 ist eine Explosionsansichtsdarstellung des Fluidverbindungssystems gemäß des Ausführungsbeispiels;
- 5 ist eine Endansichtsdarstellung des Fluidverbindungssystems gemäß des Ausführungsbeispiels; und
- 6 ist eine Seitenansichtsdarstellung des Fluidverbindungssystems gemäß des Ausführungsbeispiels.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende ausführliche Beschreibung dient lediglich als Beispiel. Weiterhin besteht keine Absicht, im vorstehenden technischen Bereich, der Einführung, der Zusammenfassung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung an eine ausdrücklich oder implizit vorgestellte Theorie gebunden zu sein.
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In einer oder mehreren exemplarischen Implementierungen des offenbarten isolierten flexiblen Fluidverbindungssystems wird neben der Isolierung auch eine fehlausgerichtete Verbindungsförderung bereitgestellt. Das Fluidverbindungssystem stellt ein Fehlausrichtungsmanagement, eine Schwingungsdämpfung und eine kompakte Verpackung für eine Vielzahl von Anwendungen bereit. Im Allgemeinen beinhaltet ein Fluidverbindungssystem eine Komponente, die unter Verwendung eines Fluids arbeitet. Die Komponente definiert eine Oberfläche und definiert einen Durchgang für das Fluid, der sich durch die Oberfläche öffnet. Eine Fluidleitung ist konfiguriert, um das Fluid in Bezug auf die Komponente zu fördern. Ein Verbinder besteht aus einem flexiblen Material und ist mit der Komponente und mit der Fluidleitung verbunden. Der Verbinder ist gegen die Oberfläche positioniert und weist ein Ende auf, das von der Oberfläche, durch die die Fluidleitung empfangen wird, beabstandet ist.
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Die aktuelle Beschreibung bezieht sich auf Fluidsystemanschlüsse, die im Rahmen einer mechanischen Systemanwendung beschrieben werden können, und insbesondere ein Fahrzeugkühlsystem mit angeschlossenen Fluidleitungen zur exemplarischen Darstellung. Während der Montage kann es sinnvoll sein, eine Verwaltung von Fehlausrichtungsbedingungen bereitzustellen. Um beispielsweise eine Verbindung zwischen einer Kühlmittelleitung und der Kühlmittelpumpe herzustellen, müssen möglicherweise Befestigungselemente angebracht und gesichert werden, um die Verbindung zu vervollständigen, auch wenn die Fluidleitung mit der Kühlmittelpumpe fehlausgerichtet ist.
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Die vorliegende Offenbarung beschränkt sich nicht nur auf Anwendungen mit Kühlmittelpumpen oder auf Fahrzeuge im Allgemeinen, sondern umfasst auch alle Anwendungen, bei denen eine größere Flexibilität bei der Herstellung von Fluidverbindungen gewünscht wird. Dementsprechend gelten die Lehren der vorliegenden Offenbarung für Fluidsysteme in einer Vielzahl von Anwendungen, wie beispielsweise Fahrzeugsysteme, verschiedene Produktsysteme, Maschinen- und Anlagensysteme und sonstige.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung wird eine Fahrzeuganwendung wie in 1 gezeigt dargestellt. Ein Fahrzeug 20 beinhaltet Fluidsysteme, mit denen das offenbarte isolierte flexible Fluidverbindungssystem verwendet wird. Im vorliegenden Beispiel ist ein komplexes, zusammenhängendes Fluidsystem 22 als ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystem (HVAC) 24 konfiguriert. Im Allgemeinen ist das HVAC-System 24 einem Motorkühlsystem 26 zugeordnet und beinhaltet ein Fahrgastzellenheizsystem 28 und ein Klimaanlagensystem 30. Das offenbarte isolierte, flexible Fluidverbindungssystem kann mit einem oder mehreren der folgenden Systeme verwendet werden: dem Motorkühlsystem 26, dem Fahrgastzellenheizsystem 28, dem Klimaanlagensystem 30 und/oder anderen Fluidsysteme des Fahrzeugs 20.
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Das Motorkühlsystem 26 beinhaltet im Allgemeinen einen Motor 32, der Antriebsleistung für das Fahrzeug 20 liefert, durch den Kühlmittel zirkuliert, um Wärme aus dem Motor zu sammeln, einen Kühler 34 an der Vorderseite des Fahrzeugs 20, durch den das Kühlmittel zirkuliert, um Wärme abzugeben, und eine Pumpe 36, die konfiguriert ist, um eine Druckdifferenz im Kühlsystem 26 zu erzeugen, um das Kühlmittel zirkulieren zu lassen. Darüber hinaus kann ein Thermostat (nicht dargestellt) in das Kühlsystem 26 integriert werden, um den Durchfluss durch den Motor 32 zu steuern, und ein Bypass (nicht dargestellt) kann um den Kühler 34 herum integriert werden. Eine Fluidleitung 38 ist zwischen der Pumpe 36 und dem Kühler 34 gekoppelt, um den Fluidstrom dazwischen zu leiten. Eine weitere Fluidleitung 40 ist zwischen dem Kühler 34 und dem Motor 32 gekoppelt, um den Fluidstrom aus dem Kühler 34 zurückzuführen.
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Das Heizsystem 28 beinhaltet im Allgemeinen den Motor 32, durch den das Kühlmittel zirkuliert, um Wärme zu sammeln, einen Wärmetauscher 42, der sich in einem Schacht 44 des Fahrzeugs 20 befindet, und die Pumpe 36. Zusätzlich kann ein Regelventil (nicht dargestellt) in das Heizsystem 28 integriert werden, um den Durchfluss durch den Wärmetauscher 42 zu steuern. Eine Fluidleitung 46 ist zwischen der Pumpe 36 und dem Wärmetauscher 42 gekoppelt, um den Fluidstrom dazwischen zu leiten. Eine weitere Fluidleitung 48 ist zwischen dem Wärmetauscher 42 und dem Motor 32 gekoppelt, um den Fluidstrom aus dem Wärmetauscher 42 zurückzuführen.
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Das Klimaanlagensystem 30 beinhaltet im Allgemeinen einen Verdichter 50, der durch den Motor 32 angetrieben wird, einen sich an der Vorderseite des Fahrzeugs 20 befindenden Kondensator 52, und einen sich im Kanal 44 befindenden Verdampfer 54. Eine Fluidleitung 56 ist zwischen dem Verdichter 50 und dem Kondensator 52 gekoppelt, um den Fluidstrom dazwischen zu leiten. Eine weitere Fluidleitung 58 ist zwischen dem Kondensator 52 und dem Verdampfer 54 gekoppelt, und eine weitere Fluidleitung 60 ist zwischen dem Verdampfer 54 und dem Verdichter 50 angeschlossen. Ein Expansionsventil oder ein Behälter (nicht dargestellt) kann in die Fluidleitung 58 integriert werden. Das Kältemittel wird vom Verdichter 50, durch den Kondensator 52 und den Verdampfer 54 in einem Kältekreislauf zirkuliert.
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Der Wärmetauscher 42, der Verdampfer 54 und der Kanal 44 sind in einem HVAC-Modul 64 angeordnet, das ein Gebläse 68 beinhaltet. Das Gebläse 68 bewegt Luft durch den Kanal 44 über den Verdampfer 54 und den Wärmetauscher 42, die in diesem Beispiel in Reihe geschaltet sind. Die Luft wird dann in die Kabine 70 des Fahrzeugs 20 geleitet. Die durch den Kanal 44 strömende Luft wird vom Verdampfer 54 gekühlt, wenn das HVAC-System 24 im Klimaanlagenmodus arbeitet, und wird erwärmt, wenn das HVAC-System 24 im einem Heizmodus arbeitet. Die gekühlte oder erwärmte Luft strömt in die Kabine 70 und stellt eine Raumkonditionierung zum Komfort der Insassen bereit.
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Im vorliegenden Beispiel ist ein Fluidverbindungssystem 72 an der Verbindung zwischen der Pumpe 36 und der Fluidleitung 38 enthalten. Es wird darauf hingewiesen, dass ähnliche Fluidverbindungssysteme an anderen Stellen im Fahrzeug 20 verwendet werden können, wie beispielsweise die Verbindung zwischen der Fluidleitung 40 und dem Kühler 34, oder an jedem anderen Verbindungspunkt, der die Verbindung zwischen einer Fluidleitung und einer anderen Komponente beinhaltet. Darüber hinaus können ähnliche Fluidverbindungssysteme für andere Arten von Fluiden wie Luft oder Gas verwendet werden, zusätzlich zu denen, die Flüssigkeiten verwenden.
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Unter Bezugnahme auf die 2 - 6 ist das Fluidverbindungssystem 72 ausführlicher dargestellt und stellt im Allgemeinen eine fluiddichte Verbindung zwischen der Fluidleitung 38 und der Pumpe 36 bereit, die eine Komponente ist, die unter Verwendung eines Fluids arbeitet. In diesem Beispiel ist die Fluidleitung 38 ein starres Rohr. In anderen Ausführungsformen kann die Fluidleitung 38 Schläuche, Leitungen, Schächte oder sonstige Formen umfassen. Darüber hinaus kann die Fluidleitung 38 aus mehreren Komponenten aufgebaut sein, die zwischen der Pumpe 36 und dem Kühler 34 verlaufen und mehr als eine Form der Leitung annehmen können. Die Pumpe 36 und insbesondere das Pumpengehäuse 74 ist starr und mit dem Motor 32 verbunden oder zusammen mit diesem ausgebildet. Die Fluidleitung 38 weist ein Ende 76 auf, das von der Pumpe 36 beabstandet ist und weist eine Wulst 78 auf, die um ihren Umfang geformt ist und von der Wand 80 der Fluidleitung 38 nach außen ragt. Das Pumpengehäuse 74 definiert einen Durchgang 82, der dazu bestimmt ist, die Leitung 84, die durch die Innenseite der Wand 80 definiert ist, so zu erfassen, dass das Kühlmittel leicht zwischen den beiden strömt. Das Pumpengehäuse 74 beinhaltet auch eine Reihe von Öffnungen 86, die um den Durchgang 82 herum verteilt sind, die in diesem Beispiel mit einem Gewinde zur Aufnahme von Befestigungselementen 88 versehen sind.
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Das Fluidverbindungssystem 72 beinhaltet einen Verbinder 90, wie in den 2-6 dargestellt, und der, wie in den 2 und 3 angegeben, einen Körper 92 mit einem Segment 94, das in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist, und ein integrales Segment 96 , das in Form einer Scheibe mit einer hohlen Mitte ausgebildet ist, aufweist, so dass sich eine Öffnung 98 vollständig durch den Körper 92, einschließlich durch beide Segmente 94, 96, erstreckt. Eine Anzahl von Öffnungen 100 erstrecken sich durch das Segment 96 und sind so verteilt, dass eine mit jeder der Öffnungen 86 ausgerichtet ist. Der Körper 92 ist aus einem Material gebildet, das flexibel wie beispielsweise Natur- oder Synthesekautschuk, Silikon usw. ist. So kann beispielsweise der Körper 92 ein polymeres Elastomer mit einer Durometerhärte von zwischen 50A und 100A und insbesondere etwa 70A sein, so dass er flexibel, aber sicher ist. Das Segment 96 ist gegen die Seite 102 des Pumpengehäuses 74 positioniert, sodass die Öffnung 98 mit dem Durchgang 82 ausgerichtet ist, und das Segment 94 erstreckt sich von der Seite 102 weg und in Richtung der Fluidleitung 38. Der Körper 92 stellt eine Abdichtung an der Seite 102 an einer Dichtungsschnittstelle 104 bereit. Das Ende 106 des Segments 94 ist in Richtung 108 beweglich, die im Allgemeinen senkrecht zur Fluidleitung 38 und zum Durchgang 82 verläuft, während sich der Körper 92 zur Ausrichtung mit der Fluidleitung 38 biegt.
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Das Segment 96 bildet einen Flansch 110 am Gehäuse 92, der gegen das Pumpengehäuse 74 positioniert ist. Ein in den 2-6 dargestellter Kragen 112 in Form einer ringförmigen Platte mit hohler Mitte umgibt das Segment 94 und ist am Flansch 110 gegen das Segment 96 positioniert. Der Kragen 112 ist aus einem starren Material wie Metall oder Kunststoff ausgebildet, so dass er beim Anziehen der Befestigungselemente 88 einen gleichmäßigen Druck ausübt. Der Kragen 112 beinhaltet eine Anzahl von Öffnungen 114, die in 2 angegeben sind, die so verteilt sind, dass eine mit jeder der Öffnungen 100 ausgerichtet ist. Jede der Öffnungen 100 enthält einen Kompressionsbegrenzer 116 in Form eines Hohlzylinders mit einer Länge 118, die kleiner als die Dicke 120 des unkomprimierten Segments 96 ist. Ein Befestigungselement 88 wird durch jede der Öffnungen 114, 100 aufgenommen und erstreckt sich auch durch einen entsprechenden Kompressionsbegrenzer 116. Jedes Befestigungselement 88 ist in eine entsprechende Öffnung 86 eingeschraubt. Jedes Befestigungselement 88 beinhaltet einen Kopf 124, der gegen den Kragen 112 angezogen ist und den Kragen 112 zwingt, den Flansch 110 gegen die Seite 102 zu komprimieren, bis der Kompressionsbegrenzer gegen jeden Kragen 112 und die Seite 102 gedrückt wird, an der die Kompression des Flansches 110 begrenzt ist. Die Länge der Kompressionsbegrenzer 116 wird basierend auf den Arbeitsdrücken im Durchgang 82 und der darin enthaltenen Fluidart gewählt, um eine sichere Abdichtung an der Dichtungsschnittstelle 104 und die erforderliche Spannung an den Befestigungselementen 88 zu gewährleisten.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt, wird die Fluidleitung 38 innerhalb des Segments 94 durch das Ende 106 aufgenommen, so dass die Leitung 84 zum Durchgang 82 durch die Öffnung 98 offen ist. Die Wulst 78 übt eine Kraft auf das Segment 94 aus und eine in den 2-6 dargestellte Klemme 95 wird um das Segment 94 herum, wie in den 2 und 3 angegeben, zwischen der Wulst 78 und dem Ende 106 angelegt, wobei das Segment 94 gegen die Fluidleitung 38 gedrückt wird, um eine sichere, fluiddichte Abdichtung bereitzustellen. Die Flexibilität des Körpers 92 ermöglicht es dem Ende 106, sich in Richtung 108 zu bewegen, was eine Toleranz für die Positionsänderung bereitzustellt, um die Verbindung bei einer Fehlausrichtung zwischen der Fluidleitung 38 und dem Pumpengehäuse 74 zu unterstützen. So kann beispielsweise eine Fehlausrichtung aufgrund geometrischer Dimensionierungen und Toleranzschwankungen auftreten. Die Richtung 108 ist senkrecht zur Fluidleitung 38 und zum Durchgang 82. Darüber hinaus zeigt die Richtung 108 die Bewegung des Endes 106 in Bezug auf die Pumpe 36 an. Da nur eine Klemme 95 erforderlich ist, hat das Fluidverbindungssystem 72 den Bauraumbedarf für flexible Flüssigkeitskupplungen in Bezug auf den Abstand von der Oberfläche 102 zum Ende 106 reduziert. Der flexible Körper 92 bietet eine robuste Befestigung am Pumpengehäuse 74, die Fehlausrichtungen verkraftet, und stellt eine sichere Dichtungsschnittstelle 104 bereit. Die geringe Steifigkeit des Körpers 92 stellt eine Schwingungsisolierung zwischen der Fluidleitung 38 und der Pumpe 36 bereit.
