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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung, insbesondere eine selbstschließende Kupplung für Fluide gemäß dem Obersatz des Patentanspruchs 1.
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Stand der Technik
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Selbstschließende Kupplungen für den Flüssigkeits- und Gastransfer müssen im gekoppelten als auch jede Kupplungshälfte im entkoppelten Zustand dauerhaft und zuverlässig technisch dicht sein. Neben diesen Eigenschaften werden minimale Lufteinschlüsse beim Koppeln sowie kleinste Flüssigkeits-, Dampf- und Gasverluste beim Entkoppeln gefordert.
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Aus dem Stand der Technik bekannte selbstschließende Kupplungen sind in der Regel aus zwei formschlüssig miteinander verbindbaren Kupplungshälften gebildet, die durch Schließfedern gegeneinander beaufschlagt sind, wobei an den beiden Kupplungshälften axial wirkende Dichtelemente vorgesehen ist, die den Strömungsweg des Fluids gegenüber der Atmosphäre im entkoppelten Zustand der Kupplungshälften abdichten. Hierzu wird in der Regel ein Thermoplast als Dichtmaterial verwendet. Die Wirksamkeit dieser Dichtungen ist abhängig vom Zustand der Dichtflächen, des Dichtmaterials, der Federkraft der Schließfedern und ggf. des inneren Druckes. Hierbei wirkt sich ein Unterdruck gegenüber Umgebungsdruck nachteilig aus.
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Trotz verbesserter Kaltflusseigenschaften und besserer Rückstellverhalten neuer als Dichtungswerkstoff eingesetzter Thermoplaste wirken sich diese Eigenschaften insbesondere bei wiederholten Kopplungsvorgängen gleichfalls negativ auf die technische Dichtheit aus. Das Schließen der Kupplungshälften während des Entkoppelns erfolgt in das Flüssigkeits-, Dampf- oder Gasvolumen. Auch kleinste Fremdkörper oder Partikel können während des Schließvorgangs der Kupplungshälften zwischen Dichtung und Sitz eingeklemmt werden. Hierdurch können Leckagen entstehen.
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Aufgrund der axialen Abdichtung der Kupplungshälften wird bei einigen am Markt verfügbaren Kupplungen konstruktiv bedingt nicht vernachlässigbare Luftmengen während des Koppelns in ein ansonsten geschlossenes System eingebracht. Besonders in der Kälte- und Klimatechnik hat dies bei wiederholten Kopplungsvorgängen negative Auswirkungen auf die Funktionsfähigkeit der verbundenen Kreisläufe.
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Darstellung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen, die eine dauerhafte und zuverlässige technisch hohe Dichtheit auch im entkoppelten Zustand der Kupplungshälften sichert.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kupplung sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine Kupplung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente als Schiebekolben ausgeführt sind und in einem Sitzbereich an Abdichtungsorganen abdichtend anliegen, wobei an den Schiebekolben und/oder den Abdichtungsorganen radial wirkende Dichtungen vorgesehen sind, die an den berandenden Sitzflächen der Schiebekolben und/oder der Abdichtungsorgane abdichten. Als Abdichtungsorgan seien nachstehend sämtliche Formkörper oder Ausbildungen an dem Gehäuse an einer Kupplungshälfte verstanden, die geeignet sind, form- oder kraftschlüssig dichtend an einem Schiebekolben anzuliegen.
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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sämtliche eingesetzten Dichtungen radial wirken. Die in Abhängigkeit der Medien ausgewählten Werkstoffe gehören vorteilhafterweise zu den (Synthese-) Kautschuken, welche eine hohe Abriebfestigkeit, Zug- und Reißfestigkeit und vor allem einen geringen Druckverformungsrest aufweisen. Neben O-Ringen oder X-Ringen können auch andere für radiale Abdichtungen geeignete Geometrien und Werkstoffe für die Dichtungen verwendet werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dichten die Radialdichtungen im entkoppelten Zustand der einen (männlichen) Kupplungshälfte und der anderen (weiblichen) Kupplungshälfte die Strömungswege gegenüber der Atmosphäre ab.
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Beide Kupplungshälften können mit vielfältigen Leitungsanschlüssen versehen werden, um das Verbinden mit unterschiedlichen Leitungen, Schläuchen etc. und verschiedenen Anschlussarten zu gewährleisten. Das Abdichten kann auf vielfältigste Art z.B. durch Dichtungen, Kleben, Löten etc. erfolgen. Möglich ist auch, die gewünschten Anschlüsse in einem Stück mit den Gehäusen der beiden Kupplungshälfte zu fertigen.
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Figurenliste
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Kupplung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale fürsich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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In den Zeichnungen zeigen
- 1 die Kupplungshälften im entkoppelten Zustand;
- 2 Kupplungshälften im gekoppelten Zustand;
- 3 Kupplungshälften im vollständig gekoppelten Zustand.
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Ausführung der Erfindung
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Wie aus 1 ersichtlich, umfasst die erfindungsgemäße Kupplung 1 zwei formschlüssig miteinander verbindbare Kupplungshälften 10',10", die durch Krafterzeugungselemente 11', 11" gegeneinander beaufschlagt sind, wobei an den beiden Kupplungshälften 10',10" radiale Dichtelemente 12',12" vorgesehen sind, die den Strömungsweg des Fluids gegenüber der Atmosphäre im entkoppelten Zustand der Kupplungshälften 10',10" abdichten. Wie aus den Figurenzeichnungen ersichtlich, sind die Krafterzeugungsemente 11', 11" hierbei vorteilhafterweise als Schließfedern 11', 11" ausgebildet. Als Krafterzeugungsemente kommen aber neben den dargestellten Schließfedern 11', 11" auch sämtliche weiteren zur Erzeugung einer linearen Kraft geeigneten Krafterzeugungseinrichtungen in Betracht wie bspw. hydraulische, pneumatische Druckerzeugungseinrichtung oder elektromechanische Krafterzeugungseinrichtungen.
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Die Abdichtungsorgane sind in der in den 1-3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung als Kolbenstangen 121', 121" ausgebildet und die Schiebekolben 120', 120" und die Kolbenstangen 121', 121" der beiden Kupplungshälften 10',10" sind jeweils gegeneinander verschieblich in den Gehäusen der beiden Kupplungshälften 10',10" angeordnet. Erläuternd an Hand der 1 sei gesagt, dass das hier in einem sehr weitläufigen Sinne als „Kolbenstange“ 121" bezeichnete Bauteil Bestandteil des Gehäuses der Kupplungshälfte 10" ist, und damit keine „Kolbenstange“ im engeren Sinne darstellt, wie man an Hand der 1 und der anderen Figuren sieht.
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Die Schiebekolben 120', 120" sind dabei vorteilhafterweise mit bereichsweise unterschiedlichen Durchmessern abgestuft ausgebildet und liegen zumindest in einer Richtung aufgrund ihrer Abstufung formschlüssig an den Abdichtungsorganen an.
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Durch das Verschieben der Schiebekolben 120', 120" entgegen die Druckkraft der Schließfedern 11', 11" wird die Dichtwirkung der Dichtelemente 12',12" aufgehoben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Abdichtung beider Kupplungshälften 10',10" gegenüber der Atmosphäre im gekoppelten Zustand durch mindestens eine zwischen der Gehäusewand 13' der ersten Kupplungshälfte 10' und dem Schiebekolben 120" der zweiten Kupplungshälfte 10" wirkenden Radialdichtung 123'.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die beiden Kupplungshälften 10', 10" mittels korrespondierenden Gewinden miteinander verschraubt werden, wobei während des Verschraubens beider Kupplungshälften 10',10" einerseits die Kolbenstange 121" den Schiebekolben 120' dereinen Kupplungshälfte 10' gegen die Kraft der Schließfeder 11' in das Gehäuse der einen Kupplungshälfte 10' und andererseits die Kolbenstange 121' den Schiebekolben 120" gegen die Kraft der Schließfeder 11" in das Gehäuse der anderen Kupplungshälfte 10" schiebt.
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Auf der Kopplungsseite der beiden Kupplungshälften 10',10" sind vorzugsweise jeweils Schutzkappen 14' und 14" vorgesehen, wobei die Schutzkappe 14' auf der einen Kupplungshälfte 10' mindestens eine Radialdichtung 140 umfasst, während die Schutzkappe 14" auf der anderen Kupplungshälfte 10" eine am Gehäuse der Kupplungshälfte 10" vorgesehene Radialdichtung 100 nutzt.
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Vorgang des Koppelns
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Um eingeschlossene Luft beim Koppeln auf ein Minimum zu reduzieren, fügen sich der Schiebekolben 120' und Kolbenstange 121' der männlichen Kupplungshälfte 10' flächenbündig mit dem Schiebekolben 120" und dem Gehäuse bzw. der dort gebildeten Kolbenstange 121" der weiblichen Kupplungshälfte 10" zusammen, bevor die Abdichtung der Kupplung 1 mithilfe einer Radialdichtung 123" der weiblichen Kupplungshälfte 10" beginnt.
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Während des Verschraubens beider Kupplungshälften 10',10" mit der Gewindehülse 15 schiebt einerseits die Kolbenstange 121' den Schiebekolben 120" der weiblichen Kupplungshälfte 10" gegen die Kraft der Schließfeder 11" in das Gehäuse der weiblichen Kupplungshälfte 10" und andererseits wird der Schiebekolben 120' der männlichen Kupplungshälfte 10' durch das Gehäuse der weiblichen Kupplungshälfte 10" bzw. durch den dort Kolbenstange 121" genannten Abschnitt gegen die Kraft der Schließfeder 11' in das Gehäuse der männlichen Kupplungshälfte 10' geschoben.
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Bis die Abdichtung beider Kupplungshälften 10',10" gegenüber der Atmosphäre durch die Radialdichtung vollständig hergestellt ist, bleibt die Dichtwirkung der Radialdichtung 122' vollständig erhalten. Der Verschluss des Strömungswegs (A) ist weiterhin gegeben.
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Nach dem Herstellen der vollständigen Wirkung der Radialdichtungen 123',123" durch Einschieben des Gehäuses der Kupplungshälfte 10" in das Gehäuse der männlichen Kupplungshälfte 10' wird mit weiterem Aufschrauben der Gewindehülse 15 der weiblichen Kupplungshälfte 10" auf das Gehäuse der männlichen Kupplungshälfte 10' die Dichtwirkung der Radialdichtungen 122',122" aufgehoben und der Strömungsweg (A) geöffnet.
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Ist die Gewindehülse 15 vollständig aufgeschraubt und beide Kupplungshälften 10',10" vollständig gekoppelt, ist der der Strömungsweg (A) voll geöffnet und gegenüber Atmosphäre technisch dicht. Die Schiebefedern 11', 11" der Kupplungshälfte 10',10" haben dabei keinen Einfluss auf die Wirksamkeit der Abdichtung der Kupplung gegenüber der Atmosphäre.
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Vorgang des Entkoppelns
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Der Vorgang des Entkoppelns wird durch Lösen der Gewindehülse 15 der weiblichen Kupplungshälfte 10" eingeleitet. Dabei schiebt die Schließfeder 11' die Radialdichtung 122' des Schiebekolbens 120' in den Dichtungssitz 100' des Gehäuses der männlichen Kupplungshälfte 10". Im gleichen Sinn wird die Radialdichtung 122" durch Schließfeder 11" wieder in den Dichtungssitz 100" des Gehäuses bzw. des dort „Kolbenstange“ genannten Abschnitts 121" der Kupplungshälfte 10" verschoben. Mögliche Verunreinigungen oder Partikel in den transportierten Flüssigkeiten, Dämpfen oder Gase werden bei diesem Vorgang vor den Radialdichtungen hergeschoben. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich diese zwischen Dichtung und Sitz setzen können, ist minimiert bzw. bei Wahl entsprechender Dichtungsgeometrie der Radialdichtungen 122',122" nahezu ausgeschlossen.
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Bis die vollständige Dichtwirkung der Radialdichtungen 122' des Schiebekolbens 120' der männlichen Kupplungshälfte 10' und des Schiebekolbens 120" der weiblichen Kupplungshälfte 10" wieder hergestellt und der Strömungsweg (A) unterbrochen ist, bleibt die Dichtwirkung der Radialdichtung 123 erhalten. Die Kupplung 1 ist bis zu diesem Zeitpunkt gegenüber der Atmosphäre technisch dicht.
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Wird die Gewindehülse 15 weiter gelöst, werden die Kupplungshälften 10',10" getrennt und die Dichtwirkung der Radialdichtung 123 aufgehoben.
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Ausschließlich das während des Entkopplungsvorganges eingeschlossene Medium im Spalt zwischen dem Schiebekolben 120', der Kolbenstange 121' und zwischen dem Schiebekolben 120", des Gehäuses der weiblichen Kupplungshälfte 10" sowie zwischen den Radialdichtungen 122', 122" wird dabei freigesetzt.
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Die Schließfeder 11' der männlichen Kupplungshälfte 10' und die Schließfeder 11" der weiblichen Kupplungshälfte 10" haben keinen Einfluss auf die Wirksamkeit der Abdichtung der Kupplungshälften 10',10" gegenüber der Atmosphäre im entkoppelten Zustand. Die Schließfeder 11',11" dienen lediglich der Rückführung der Radialdichtungen 122',122" in den Dichtungssitz 100',100". Wird eine Dichtungsgeometrie der Radialdichtungen 122',122" gewählt, welche eine verringerte Reibung verursacht, kann die Kraft der Schließfedern 11', 11" entsprechend gering gewählt werden. Bei der Auslegung der Schließfedern 11', 11" ist die Kraft der Atmosphäre auf die Schiebekolben 120',120" zu berücksichtigen, falls im Inneren der Kupplungshälften 10',10" ein Unterdruck herrscht. Ein Unterdruck hat keinen direkten Einfluss auf die Wirksamkeit der Abdichtungen der Kupplungshälften 10',10" gegen die Umgebung. Es muss allerdings verhindert werden, dass sich die Radialdichtungen 122',122" ungewollt aus dem Dichtungssitz schieben.
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Die erfindungsgemäße Kupplung 1 beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr sind eine Vielzahl von Ausgestaltungsvariationen denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch machen.
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Sonstiges
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Auffallend an den Figuren und besonders bevorzugt ist, dass die Kolbenstange 121" einen Anschlag für den Schiebekolben 120" bildet, durch den dessen Bewegbarkeit in axialer Richtung begrenzt wird, vorzugsweise durch Anlaufen eines radialen Vorsprungs des Schiebekolbens 120" gegen die Kolbenstange 121". Sinngemäß gleiches fällt an Hand der Zeichnungen für den Schiebekolben 120' auf. Für diese bildet die Kolbenstange 121' einen Anschlag, der die axiale Bewegbarkeit (in einer Richtung auch hier) beschränkt. Vorzugsweise erfolgt das nur dadurch, dass der Schiebekolben 121' eine entsprechende Ausbuchtung in radial auswärtiger Richtung besitzt, wie in den Figuren dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplung
- 10'
- männliche Kupplungshälfte
- 10"
- weibliche Kupplungshälfte
- 11', 11"
- Krafterzeugungselemente / Schließfedern
- 12',12"
- Dichtelemente
- 13',13"
- Gehäusewandungen
- 14',14"
- Schutzkappen
- 15
- Gewindehülse
- 100',100"
- Dichtungssitze
- 120', 120"
- Schiebekolben
- 121'
- Kolbenstange
- 121"
- Als „Kolbenstange“ bezeichneter Gehäuseabschnitt
- 122',122"
- Radialdichtungen
- 123',123"
- Radialdichtung an den Gehäusewandungen
- 140
- Radialdichtung an der Schutzkappe 14'
- (A)
- Strömungsweg
