DE10204274B4

DE10204274B4 - Vorrichtung zum Verbinden von zwei Leitungselementen

Info

Publication number: DE10204274B4
Application number: DE10204274A
Authority: DE
Inventors: Joachim Seitz
Original assignee: NuCellSys GmbH
Current assignee: Mercedes Benz Fuel Cell GmbH
Priority date: 2002-02-02
Filing date: 2002-02-02
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2022-02-03
Also published as: DE10204274A1

Abstract

Vorrichtung zum Verbinden von zwei Leitungselementen, welche an ihrem Ende jeweils einen Flansch aufweisen, wobei jeder der Flansche (2a, 2b; 3a, 3b) eine in einem Winkel zu der Achse (9) der Leitungselemente (6, 1) stehende Dichtfläche (4a, 4b) aufweist, die bei der Montage gegeneinander gepresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Flansche (2a, 2b; 3a, 3b) eine mit dem jeweils anderen Flansch (2b, 2a; 3b, 3a) korrespondierende Führungseinrichtung (5a, 5b) aufweist, wobei die Führungseinrichtungen (5a, 5b) so ausgebildet sind, dass sie die Dichtflächen (4a, 4b) bei der Montage gegeneinander pressen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von zwei Leitungselementen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Der allgemeine Stand der Technik kennt zahlreiche Vorrichtungen zum Verbinden von zwei Leitungselementen.
So ist beispielsweise in der DE 299 12 935 U1 eine Steckarmatur zum schnellen und lösbaren Anschluss von Druckmittelleitungen beschrieben. Eine Kupplung, insbesondere eine Schnellverschlusskupplung für einen Schlauchanschluss an einem Behälter ist durch die DE 32 31 950 A1 beschrieben. Des Weiteren beschreibt das deutsche Gebrauchsmuster 91 03 511 U1 eine Vorrichtung zum Verbinden von mit Flanschen versehenen Rohren, ähnlich wie die durch die DE 44 44 550 A1 beschriebene Vorrichtung.
Bei sämtlichen diesen Vorrichtungen ist es ebenso wie bei der durch die DE 197 52 281 A1 beschriebenen Vorrichtung notwendig, die beiden Leitungselemente bzw. Leitungsteile beim Herstellen der Verbindung in axialer Richtung gegeneinander zu bewegen. Diese Bewegung in axialer Richtung erfordert nachteiligerweise einen vergleichsweise großen Bauraum zum Herstellen der Verbindung und/oder ein spezielles Werkzeug, um die Rohrleitungen in axialer Richtung bewegen zu können. Des Weiteren ist bei axial bereits fest vorgegebenem Einbaumaß ein derartiger Einbau nicht möglich, da die Flexibilität in axialer Richtung der Rohrleitungen häufig nicht gegeben ist.
Eine Flanschverbindung, bei welcher derartige Probleme nicht auftreten ist beispielsweise durch die DE 41 01 849 A1 beschrieben. Die Flanschverbindung sieht zwei Flansche vor, welche mit einer Spannvorrichtung, insbesondere einem Spannbügel gegeneinander verspannt werden um die Verbindung entsprechend abzudichten.
Auch hier ist es unbedingt notwendig, dass die Verbindung von mindestens zwei Seiten aus zugänglich wird, damit der Spannbügel entsprechend angebracht und arretiert werden kann.
Aus der CH 66178 A ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Verbinden von zwei Leitungselementen mit jeweils einem Flansch an ihrem Ende bekannt, die das Verbinden beziehungsweise Lösen der Leitung durch seitliche Verschiebung der Leitungselemente erlaubt. Hierzu weisen die Flansche in einem Winkel zur Leitungsachse stehende Dichtflächen auf, die bei der Montage gegeneinander gepresst werden.
Es ist daher Aufgabe der oben genannten Erfindung, eine Vorrichtung zum Verbinden von zwei Leitungselementen, welche an ihren Enden jeweils einen Flansch aufweisen zu schaffen, bei der die Verbindung möglichst einfach und sicher hergestellt werden kann, ohne dass die beiden Rohrleitungen in axialer Richtung gegeneinander bewegt werden müssen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge löst.
Dadurch, daß die Flansche mit den jeweils zueinander korrespondierenden Führungseinrichtungen so ausgebildet sind, daß sie die in einem Winkel zu der Achse der Leitungselemente stehenden Dichtflächen bei der Montage gegeneinander pressen, wird ein sehr einfacher Aufbau erreicht, welcher es erlaubt die Leitungselemente durch ein einfaches Einschieben von einer Seite her, also aus einer radialen Richtung, miteinander zu verbinden und eine dichtende Anlage der beiden Dichtflächen gegeneinander zu realisieren.
Insbesondere bei sehr beengten Raumverhältnissen für die Montage, beispielsweise wenn das Umgreifen der Flanschelemente mit den Händen nicht möglich ist, stellt dies einen besonderen Vorteil dar, da von einer Seite aus eine sichere und dichte Verbindung ermöglicht wird.
In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung dabei zwei Flansche auf, welche über ein zumindest axial flexibles Leitungsteil miteinander verbunden sind, so daß ein flexibles Verbindungsstück zum Verbinden zweier Leitungselemente mit korrespondierenden Flanschen an den einander zugewandten Enden entsteht.
Bei einer derartigen Ausführungsform des Verbindungsstückes können die beiden bereits fest installierten Leitungselemente von einer Seite aus über das Verbindungsstück verbunden werden, ohne daß deren axiale oder radiale Position verändert werden muß. Dabei reicht es aus, wenn die beiden Leitungselemente von einer Seite aus zugänglich sind, da das Verbindungsstück lediglich von dieser Seite aus in die entsprechenden Führungseinrichtungen der Flansche eingeschoben werden muß.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie dem anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
1 ein flexibles Verbindungsstück mit zwei der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Verbinden von zwei Leitungselementen in einem demontierten Zustand;
2 ein flexibles Verbindungsstück mit zwei der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Verbinden von zwei Leitungselementen in einem halb montierten Zustand; und
3 ein flexibles Verbindungsstück mit zwei der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Verbinden von zwei Leitungselementen in einem montierten Zustand.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines flexiblen Verbindungsstücks 1 näher erläutert werden, wobei dieses flexible Verbindungsstück 1 zum Verbinden von zwei Modulen eines Brennstoffzellensystems in einem Kraftfahrzeug dienen soll, ohne die Erfindung jedoch auf ein derartiges Verbindungsstück 1 mit einem derartigen Verwendungszweck einzuschränken.
In 1 ist nun dieses Verbindungsstück 1 in einem demontierten Zustand dargestellt. Das Verbindungsstück 1 ist ein in axialer Richtung flexibles Verbindungsstück 1, welches aufgrund seines Aufbaus auch in radialer Richtung eine gewisse Flexibilität aufweist. Das Verbindungsstück 1 dient zum Entkoppeln der mit ihm verbundenen Elemente.
Das Verbindungsstück 1 weist an jedem seiner Enden jeweils einen Flansch 2a, 3a auf, welcher jeweils über eine Dichtfläche 4a sowie Führungseinrichtungen 5a verfügt. Die Führungseinrichtungen 5a, welche beispielsweise als Nuten in dem Flansch 2a bzw. 3a ausgebildet sein können, greifen bei der Montage des Verbindungsstücks 1 an den Flanschen 2b, 3b von zwei Leitungselementen 6 in mit den Führungseinrichtungen 5a korrespondierende Führungseinrichtungen 5b dieser Flansche 2b, 3b ein. Dabei werden die Dichtflächen 4a des Verbindungsstücks 1 gegen die korrespondierenden Dichtflächen 4b der beiden Flansche 2b, 3b der Leitungselemente 6 gepreßt.
Zur Verbesserung der Abdichtung weist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Dichtfläche 4b der Leitungselemente 6 außerdem jeweils einen Dichtring 7 auf, welcher in eine Nut 8 in die Dichtfläche 4b eingebracht ist.
2 zeigt das Verbindungsstück 1, wenn dieses mit seinen beiden Flanschen 2a, 3a und den entsprechenden Führungseinrichtungen 5a in die Führungseinrichtungen 5b der beiden Flansche 2b, 3b eingeschoben ist. Durch die Ausbildung der Führungseinrichtungen 5a, 5b, wel che hier senkrecht zu einer Achse 9 der Leitungselemente 6 bzw. des Verbindungsstücks 1 stehen, und den in einem Winkel von 3° bis 12° zu dieser Achse stehenden schrägen Dichtflächen kommt es beim Einschieben des Verbindungsstücks 1 in die Führungen 5b zu einem Gegeneinanderpressen der Dichtflächen 4a, 4b, so daß eine dichtende Verbindung zwischen dem Verbindungsstück 1 und den beiden Leitungselementen 6 entsteht.
Wie sich aus dem Fortgang der Montage zwischen 1 und 2 entnehmen läßt, kann das Verbindungsstück 1 dabei von einer Richtung, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel von unten zwischen die beiden Leitungselemente 6 eingeschoben werden, so daß die Montage auch dann erfolgen kann, wenn die Platzverhältnisse sehr beengt sind und die Leitungselemente 6 ausschließlich von einer Richtung zugänglich sind.
Das Verbindungsstück 1 könnte bei dem Aufbau gemäß 2 wieder entgegen der Montagerichtung aus den Führungseinrichtungen 5b der Leitungselemente 6 bzw. deren Flansche 2b, 3b herausgleiten. Deshalb wird der in 2 bereits erkennbare und hier in einer "offenen" Stellung befindlichen Sicherungsbügel 10 im Bereich des Flansches 2b und im Bereich des Flansches 3b nach erfolgter Montage des Verbindungsstücks 1 in Richtung des jeweils anderen Flansches 3a, 2a bewegt, so daß das Verbindungsstück 1, wie es in 3 erkennbar ist, durch den Sicherungsbügel 10 als eine mögliche Art einer Sicherungseinrichtung sicher in seiner Position gehalten und am Herausgleiten gehindert wird.
Die Montage ist, wie oben bereits erwähnt, bei minima lem Bauraum ohne den Einsatz eines speziellen Werkzeugs möglich, da lediglich das Verbindungsstück 1 in mit seinen Flanschen 2a, 3a in die Führungseinrichtungen 5b der Flansche 2b, 3b eingeschoben und über den Sicherungsbügel 10 in seiner Position gesichert werden muß. Der Aufbau erlaubt es dabei, daß eine aufgrund der Schräge zwischen den Führungseinrichtungen 5a, 5b und den Dichtflächen 4a, 4b durch das Einschieben auftretende resultierende Kraft in Richtung der beiden Dichtflächen wirkt, so daß diese dichtend aufeinander gepreßt werden.
Besondere Vorzüge kann das Verbindungsstück 1 im Bereich eines Brennstoffzellensystems für ein Kraftfahrzeug ausspielen, bei dem einzelne Module dieses Brennstoffzellensystems mit diesem flexiblen Verbindungsstück 1 miteinander verbunden werden sollen. Insbesondere bei derartigen Brennstoffzellensystemen in Kraftfahrzeugen sind die einzelnen Bauteile sehr dicht gepackt, um den im Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden Raum ideal auszunutzen und ein kleinstmögliches Volumen für das Brennstoffzellensystem zu benötigen. Zur Verbindung von medienführenden Leitungselementen der einzelnen Module eines derartigen Brennstoffzellensystems untereinander sind axial gegebenenfalls auch radial flexible Verbindungsstücke 1 notwendig, welche von einer Seite aus bei minimalem zur Verfügung stehenden Bauraum schnell und einfach montiert werden können.
Hier spielt insbesondere die Erfindung in ihrer Ausführungsform mit dem Verbindungsstück 1 eine entscheidende Rolle, da hier ihr bevorzugter Einsatzzweck liegt. Da in derartigen Systemen üblicherweise, bei spielsweise zwischen dem Gaserzeugungssystem und der Brennstoffzelle selbst, Temperaturen in der Größenordnung von 50°C bis 100°C auftreten, kann das Verbindungsstück 1 für diese Einsatzzwecke aus entsprechenden Kunststoffen einstückig mit seinen beiden Flanschelementen 2a, 3a ausgeführt sein. Das Kunststoffmaterial, beispielsweise Teflon, Polypropylen oder dergleichen muß lediglich gegenüber den in den Leitungen geführten Medien resistent sein. Als Herstellungsverfahren für ein derartiges einstückiges Kunststoffteil als Verbindungsstück 1 ist beispielsweise ein Spritzblasguß ideal, bei dem das entsprechende Verbindungsstück 1 in einem einzigen Arbeitsschritt hergestellt werden kann.
Das so hergestellte Verbindungsstück 1 aus Kunststoff kann dann beispielsweise in korrespondierende Flansche 2b, 3b aus Metall eingebracht werden, an die aus Blechen geformte und mit den Flanschen 2b, 3b verschweißte oder verschraubte Führungselemente 5b angebracht sind. In der Dichtfläche 4b eines derartigen Flansches kann außerdem die Nut 8 eingedreht sein, welche dann die Dichtung 7, beispielsweise ein aus einem geeigneten Material bestehender Dichtring, beispielsweise ein Teflondichtring, eingelegt wird. Bei der Verbindung wird dann das Verbindungsstück 1 aus Kunststoff mit diesem metallischen Flansch 2b, 3b eingesetzt und über den Sicherungsbügel 10, welcher insbesondere federnd ausgebildet ist und eine Vorspannung der beiden Dichtflächen 4b, 4a gegeneinander sicherstellt, fixiert.

Claims

Vorrichtung zum Verbinden von zwei Leitungselementen, welche an ihrem Ende jeweils einen Flansch aufweisen, wobei jeder der Flansche (2a, 2b; 3a, 3b) eine in einem Winkel zu der Achse (9) der Leitungselemente (6, 1) stehende Dichtfläche (4a, 4b) aufweist, die bei der Montage gegeneinander gepresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Flansche (2a, 2b; 3a, 3b) eine mit dem jeweils anderen Flansch (2b, 2a; 3b, 3a) korrespondierende Führungseinrichtung (5a, 5b) aufweist, wobei die Führungseinrichtungen (5a, 5b) so ausgebildet sind, dass sie die Dichtflächen (4a, 4b) bei der Montage gegeneinander pressen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (4a, 5b) in einem Winkel von 3° bis 12° zu der Senkrechten zur Achse (9) der Leitungselemente (6, 1) stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Flansche (2b, 3b) eine Sicherungseinrichtung (10) aufweist, welche die Positi on der Flansche (2a, 2b; 3a, 3b) zueinander nach der Montage sichert.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtung als Sicherungsbügel (10) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtungen (5a, 5b) so ausgebildet sind, daß diese von einer Seite aus ineinander schiebbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Dichtflächen (4b) eine Dichteinrichtung (7) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Flansche (2a, 3a) über ein zumindest axial flexibles Leitungsteil miteinander verbunden sind, so daß ein flexibles Verbindungsstück (1) zum Verbinden zweier Leitungselemente (6) mit korrespondierenden Flanschen (2b, 3b) an den einander zugewandten Enden entsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile des Verbindungsstücks (1) einstückig miteinander ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (1) als Spritz-Blas-Guß aus einem Kunststoff hergestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (1) aus einem gegen die in den Leitungselementen (1, 6) strömenden Medien resistenten Material besteht.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche zum Verbinden der medienführenden Leitungen von einzelnen Modulen eines Brennstoffzellensystems in einem Kraftfahrzeug.