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Die Erfindung betrifft eine Anschlusseinrichtung
zum Verbinden einer Fluidleitung mit einem anderen Element.
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Fluid führende Anlagen enthalten in
der Regel mehrere Anschlusseinrichtungen, mit denen Leitungen, z.B.
Rohre oder Schläuche
untereinander verbunden oder an Aggregate, wie Kompressoren, Kondensatoren,
Kühler,
Verdampfer oder andere Baugruppen angeschlossen werden. Solche Anschlusseinrichtungen
müssen
unter den gegebenen Bedingungen dicht sein. Dies stellt insbesondere dann
hohe Ansprüche
an die Anschlusseinrichtung, wenn hohe und insbesondere zwischen verschiedenen
Druckwerten wechselnde Fluiddrücke
auf die Anschlusseinrichtung einwirken. Für geschlossene Fluidsysteme
wird eine möglichst
geringe Leckrate gefordert. Niedermolekulare Fluide wie CO2 stellen hier
besonders hohe Anforderungen. Außerdem müssen häufig sonstige Randbedingungen
beachtet werden, zu denen Temperaturwechselbeständigkeit, Vibrationsfestigkeit,
Korrosionssicherheit, Langzeitstabilität, Montagefreundlichkeit, Wartungsfreundlichkeit
und ähnliches
gehören.
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Aus der
US-PS 5513882 ist eine Anschlusseinrichtung
bekannt, zu der ein becherförmiges
Aufnahmestück
und ein diesem zugeordnetes Rohrende mit einem Radialflansch gehören. An
dem Boden des becherförmigen
Aufnahmestücks
ist in einer Ringnut ein O-Ring konzentrisch zu einem Fluiddurchgangskanal
angeordnet. An diesem O-Ring und den umgebenden ringförmigen Bereichen
des Bodens stützt sich
der Ringflansch des Gegenstücks
ab. Zur Sicherung der Verbindung wird quer zu dem Anschlussstück ein u-förmiger Bügel durch
entsprechende Bohrungen des Bechers gesteckt. Der O-Ring bewirkt
die Abdichtung.
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Aus der
DE 100 58 087 A1 ist darüber hinaus eine
Anschlusseinrichtung bekannt, zu der ebenfalls ein Anschlussstück mit einem
Radialflansch und ein becherförmiges
Aufnahmestück
mit einem bodenseitig angeordneten O-Ring gehören. Zur Einstellung einer
definierten Verformung des O-Rings und zum Erhalt einer mechanisch
festen Verbindung der Teile der Anschlusseinrichtung ist dieser
eine Keilspanneinrichtung zugeordnet. Diese enthält einen Spannkeil der den
Radialflansch fest gegen Anlageflächen an den becherförmigen Teil
spannt.
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Davon ausgehend ist es Aufgabe der
Erfindung eine Anschlusseinrichtung zu schaffen, die insbesondere
für Fluid
führende
Systeme geeignet ist, bei denen das Fluid zumindest zeitweise unter
hohem Druck steht.
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Diese Aufgabe wird mit der Anschlusseinrichtung
nach Anspruch 1 gelöst:
Die
Anschlusseinrichtung dient zum Verbinden einer Fluidleitung mit
einem anderen Element, das mit wenigstens einer Dichtfläche versehen
ist. Das andere Element kann ein Teil einer Fluid führenden
Einrichtung, eines Aggregats oder eines sonstigen Elements, wie
ein Kupplungsstück
oder dergleichen, sein. Das anzuschließende Leitungsende weist einen Radialvorsprung
auf, an dem ein Klemmhebel angreifen kann, um das Leitungsende axial
gegen das Element zu spannen. Zwischen der Axialdichtfläche des
Leitungsendes und der Dichtfläche
des Elements ist ein Dichtungselement angeordnet, das den Besonderheiten
des abzudichtenden Fluids und seinen Drücken Rechnung trägt.
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Der Klemmhebel weist einen Stützabschnitt zur
Abstützung
an einem Widerlager, eine dem Radialvorsprung zugeordnete Druckfläche und
einen Befestigungsabschnitt auf, an dem eine Spanneinrichtung, beispielsweise
in Form einer Schraube, angreifen kann. Die Druckfläche ist
zwischen dem Stützabschnitt
und dem Befestigungsabschnitt angeordnet. Vorzugsweise ist der zwischen
der Druckfläche
und dem Widerlager bzw. Stützabschnitt
ausgebildete Hebelarm wesentlich kürzer als der zwischen dem Widerlager
und dem Befestigungsabschnitt bzw. der Spanneinrichtung ausgebildete
Hebelarm. Dadurch kann mit einer einzigen Spanneinrichtung beispielsweise
einer einzigen Schraube durch die entste hende Hebeluntersetzung
eine sehr hohe axiale Spannkraft erzeugt und auf das Leitungsende
ausgeübt werden.
Der in dem Fluidsystem herrschende Druck wirkt über die von der Dichtfläche eingeschlossenen Kreisfläche als
Axialkraft mit der Tendenz, das Leitungsende von dem Element weg
zu bewegen. Soll die Anschlusseinrichtung bis zu Berstdrücken von mehreren
hundert Bar dicht sein können
bei schon geringen Querschnitten von beispielsweise einem Quadratzentimeter
erhebliche Axialkräfte
von mehreren tausend N entstehen. Diese lassen sich Dank der Hebeluntersetzung
mit relativ schwach dimensionierten Spanneinrichtungen (beispielsweise
Maschinenschraube M5 oder M6) sicher abfangen.
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Die Druckfläche greift vorzugsweise nur
mittig an dem Radialflansch an. Im Einzelnen kann dies ein linien-
oder streifenförmiger
Flächenbereich
sein, der parallel zu einer von dem Widerlager definierten Scharnierachse
orientiert ist. Dieser linien- oder flächenhafte Berührungsbereich
erstreckt sich in Radialrichtung an dem Radialvorsprung quer zu
dem Klemmhebel und liegt auf einer durch die Mitte des Radialvorsprungs
gehenden Linie. Dadurch wird der von dem Klemmhebel ausgeübte Druck
gleichmäßig auf
die Axialdichtfläche
und auf die an dem Element ausgebildete Dichtfläche übertragen, so dass das Dichtungselement
entlang seines gesamten Umfangs einem gleichmäßigen Axialdruck ausgesetzt ist.
Lokale Undichtigkeiten durch asymmetrische Kraftverteilung werden
dadurch vermieden.
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Der Klemmhebel übt Axialkraft auf das Leitungsende
aus, wobei die Dichtfläche
des Elements für
die Ausrichtung des Leitungsendes als Bezugsfläche dient. Die genaue Ausrichtung
des Leitungsendes gegenüber
dem Element ist somit nur von der Dichtfläche und der Axialdichtfläche bestimmt,
nicht aber von sonstigen Flächenberührungen.
Diese Maßnahme
schafft die Grundlage für
eine gleichmäßige Flächenpressung
an dem Dichtungselement, was besonders geringe Leckraten und hohe
Druckfestigkeiten ermöglicht.
Zusätzlich
kann das Leitungsende mit Stützelementen
versehen sein, die es, wenn es seitlich mit Biegekräften belastet
wird, abstützen.
Die Ausrichtung in kräftefreiem
Zustand wird jedoch ausschließlich über die
Dichtfläche
und die Axialdichtfläche
vorgenommen. Bei nachgiebigen Dichtungselementen kann an dem Element
oder dem Radialvorsprung zusätzlich
eine Abstützfläche vorgesehen
sein, die eine zu starke Kompression des Dichtungselements verhindert.
In beiden Fällen
wird jedoch die Ausrichtung des Leitungsendes an dem Element in
der Nähe
der Dichtungsstelle durch die dort vorhandenen Flächen festgelegt
und nicht durch die durch den Klemmhebel gebildete Befestigungseinrichtung.
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Das Leitungsende kann mit einem Anschlussstück versehen
sein, an dem der Radialvorsprung ausgebildet ist. Dieser kann ein
Ring- oder Scheibenflansch sein, der in Umfangsrichtung durchgehend
oder unterbrochen ausgebildet ist. Das Anschlussstück kann
mit der Fluidleitung verlötet
oder verschweißt
oder anderweitig mit dieser verbunden sein.
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Es ist auch möglich, den Radialvorsprung
an der Fluidleitung anzuformen, so dass das Anschlussstück und die
Fluidleitung einstückig
ausgebildet sind.
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Die Axialdichtfläche ist vorzugsweise eine Planfläche. Bedarfsweise
kann sie jedoch auch als Kegelsitzfläche ausgebildet sein.
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Das Dichtungselement kann ein O-Ring,
vorzugsweise ein Metall-O-Ring, sein. Dieser ist beispielsweise
durch ein kreisförmiges,
in sich geschlossenes Federstahlröhrchen gebildet, das mit unter Druck
stehendem Gas (Stickstoff) gefüllt
ist. Vorzugsweise ist die Dichtung jedoch eine Scheibendichtung, die
von vornherein in Axialrichtung relativ flach ist. Beispielsweise
kann sie durch eine mit einem Dichtungsmaterial beschichtete Metallscheibe
gebildet sein. Das Dichtungsmaterial kann eine dünne Elastomerschicht sein.
Sie kann auch durch eine dünne
deformierbare Schicht aus einem Metall gebildet sein, dessen Deformierbarkeit
größer ist
als die der Metallscheibe. Es lassen sich hiermit äußerst geringe
Leckraten bei hoher mechanischer Festigkeit und Widerstandsfähigkeit
erreichen.
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Der Klemmhebel kann unverlierbar
an einer anzuschließenden
Leitung angebracht sein. Er weist dann eine Öffnung mit einem geschlossenen
Rand auf, durch die sich das Leitungsende erstreckt. Es ist jedoch
auch möglich,
hier einen unterbrochenen Rand vorzusehen, so dass der Klemmhebel
bei Bedarf an das Leitungsende angesetzt werden kann.
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Weitere Einzelheiten vorteilhaften
Ausführungsformen
der Erfindung erschließen
sich aus der Beschreibung, der Zeichnung sowie Unteransprüchen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
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1 die
Anschlusseinrichtung in schematisierter, längs geschnittener Darstellung,
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2 die
Anschlusseinrichtung nach 1 in
einer ausschnittsweisen Darstellung,
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3 eine
abgewandelte Ausführungsform einer
Anschlusseinrichtung in längs
geschnittener, schematisierter Darstellung,
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4 eine
weiter abgewandelte Ausführungsform
der Anschlusseinrichtung in ausschnittsweiser, längs geschnittener Darstellung,
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5 ein
Dichtungselement für
eine Anschlusseinrichtung nach 4 in
Schnittdarstellung,
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6 eine
abgewandelte Ausführungsform eines
Klemmhebels für
die Anschlusseinrichtung nach 3 in
Draufsicht und
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7 ein
zu dem Klemmhebel nach 6 gehöriges Verschlussstück in Draufsicht.
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In 1 ist
eine Anschlusseinrichtung 1 veranschaulicht, wie sie zum
Anschließen
einer Fluidleitung 2 an ein anderes Element 3 dienen
kann, das eine fluidtechnische Einrichtung, eine Leitung oder dergleichen
sein kann. Zu der Anschlusseinrichtung 1 gehört ein Leitungsende 4 der
Fluidleitung 2 und ein Anschlussbereich 5 des
Elements 3. Beide sind von einem Fluidkanal 6 durchsetzt,
der nach außen hin
abgedichtet ist. Das Leitungsende 4 ist mit einem Anschlussstück 7 versehen,
das einen hohlzylindrischen Abschnitt 8 mit zylindrischer
Außenfläche und zylindrischer
Innenfläche
aufweist. An dem von dem Element 3 abliegenden Ende schließt sich
an den Abschnitt 8 eine scheibenförmiger Flansch an, der einen Radialvorsprung 9 bildet.
An seinem anderen axialen Ende weist das Anschlussstück 7 einen
von einer zentralen Bohrung 11 durchsetzten Boden 12 auf,
an dem eine Axialdichtfläche 14 ausgebildet
ist. Die Axialdichtfläche 14 ist
eine zu dem Fluidkanal 6 konzentrische Ringfläche, die
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
plan ausgebildet ist. Der Axialdichtfläche ist eine ebenfalls ringförmige ebene
Dichtfläche 15 zugeordnet,
die an dem Element 3 koaxial zu dem Fluidkanal 6 angeordnet
ist. Die Dichtfläche 15 ist
an dem Boden einer von dem Fluidkanal 6 durchsetzten Sackbohrung 16 ausgebildet,
deren zylindrische innere Wandung einen Durchmesser aufweist, der
den Außendurchmesser
des Anschlussstücks 7 übersteigt.
Dieses sitzt somit mit Spiel in der Sackbohrung 16.
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Zwischen der Axialdichtfläche 14 und
der Dichtfläche 15 ist
ein Dichtungselement 17 angeordnet, das gesondert aus 2 hervorgeht. Das Dichtungselement 17 ist
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
durch einen Metall-O-Ring gebildet. Der in entspanntem Zustand thorusförmige Metall- O-Dichtring ist ein
in sich geschlossenes und somit endloses Federstahlröhrchen,
dessen Innenraum 18 mit unter Druck stehendem Stickstoff
gefüllt
ist.
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In unmittelbarer Nachbarschaft zu
der Axialdichtfläche 14 ist
an dem Anschlussstück 7 ein
Vorsprung 19 ausgebildet, dessen axiale Stirnfläche an dem
Boden der Sackbohrung 16 anliegt und somit die Deformation
des Dichtungselements 17 begrenzt und eine feste Anlage
für das
Anschlussstück 7 schafft.
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Zu der Anschlusseinrichtung 1 gehört außerdem ein
Klemmhebel 21 (1)
der dazu dient, das Anschlussstück 7 axial
gegen den Boden der Sackbohrung 16 zu spannen. Dazu weist
der Klemmhebel 21 einen Stützabschnitt 22 auf,
der zur Lagerung des Klemmhebels 21 an dem Element 3 dient.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der Stützabschnitt 22 als
Haken ausgebildet, der ein an dem Element 3 ausgebildetes
Widerlager 23 hintergreift. Das Widerlager ist beispielsweise
durch eine Ausnehmung 24 mit einer rinnenförmigen,
von der Sackbohrung 16 weg gerichteten Lagerfläche 25 gebildet.
Eine der Krümmung
der Lagerfläche 25 angepasste
Nase 26 liegt an der Lagerfläche 25 an. Die Wölbung der
Lagerfläche 25 und
der Nase 26 legen eine Schwenkachse 27 fest, die
als Scharnierachse angesehen werden kann.
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An dem Klemmhebel 21 ist
außerdem
eine Öffnung 28 ausgebildet,
durch die sich das Leitungsende 4 erstreckt. An die Öffnung 28 schließt sich
eine Druckfläche 29 an,
die vorzugsweise etwas gewölbt oder
ballig ausgebildet ist. Dadurch liegt die Druckfläche 29 bezüglich der
Darstellung in 1 lediglich oberhalb
und unterhalb der Zeichenebene in linien- oder streifenförmigen Bereichen
an dem ebenen Radialvorsprung 9 an. Dieser Berührungsbereich
liegt somit auf einer senkrecht zur Zeichenebene stehenden Linie,
die parallel zu der Schwenkachse 27 ausgerichtet ist. Der
quer zu dem Leitungsende zu messende Abstand a zwischen der Scharnier-
oder Schwenkachse 27 und der Radialposition der Flächenberührung zwischen
der Druckfläche 29 und dem
Radialvorsprung 9 bildet einen kurzen Hebelarm. Der Abstand
zwischen der Schwenkachse 27 und der Maschinenschraube
bildet einen langen Hebelarm b.
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Der Klemmhebel 21 weist
an dem dem Stützabschnitt 22 gegenüber liegenden
Ende einen Befestigungsabschnitt 31 auf, dem eine Spanneinrichtung 32,
z.B. in Form einer Maschinenschraube 33, zugeordnet ist.
Diese ist in eine Gewindebohrung 34 des Elements 3 eingeschraubt
und durchgreift den Befestigungsabschnitt 31 des Klemmhebels 21.
Der horizontale bzw. quer zu dem Leitungsende 4 zu messende
Abstand b zwischen der Schwenkachse 27 und der Maschinenschraube 33 bildet
einen längeren Hebelarm
zum Spannen der Anschlusseinrichtung 1.
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In einer entsprechenden Ausnehmung
oder Nut des Klemmhebels 21 kann ein Klemmstück 35 angeordnet
sein, das bei einer entsprechenden Bohrung von der Maschinenschraube 33 durchgriffen wird.
Die Bohrung ist vorzugsweise länglich
oder weist bezüglich
der Maschinenschraube 33 wenigstens ein geringes Übermaß auf. Es
erstreckt sich etwa bis zu dem Leitungsende 4, um diesem
eine Stützfläche zuzukehren.
Die Öffnung 28 weist
von dem Leitungsende 4 in Richtung auf den Befestigungsabschnitt 31 gesehen,
ein erhebliches Übermaß auf, so
dass die Öffnungswandung
hier dem Leitungsende 4 keine Stütze bietet. Dies wird von dem Klemmstück 35 übernommen.
Dennoch ist das Klemmstück 35 vorzugsweise
so ausgebildet und angeordnet, dass das Lei tungsende 4 bei
gespannter Anschlusseinrichtung 1 im kräftefreien Zustand ohne Wandberührung durch
die Öffnung 28 führt. Dies
wird angestrebt, um die Ausrichtung des Leitungsendes 4 allein
von der Anlage des Vorsprungs 19 an den Boden der Sackbohrung 16 festlegen
zu lassen.
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Die insoweit beschriebene Anschlusseinrichtung 1 funktioniert
wie folgt:
Zur Herstellung der Verbindung wird von einer Fluidleitung 2 ausgegangen,
die mit dem entsprechenden Anschlussstück 7 und dem Klemmhebel 21 versehen ist.
Es werden nun das Anschlussstück 7 mit
seinem Dichtungselement 17 in die Sackbohrung 16 eingeführt und
der Klemmhebel 21 hinter das Widerlager 23 gehakt.
Dies ist bei zunächst
noch entferntem Klemmstück 35 in
Folge einer Seitenbewegung des Klemmhebels 21 ohne Weiteres
möglich.
Sodann wird die Maschinenschraube 33 nebst Klemmstück 35 in
den Befestigungsabschnitt 31 des Klemmhebels 21 eingesetzt
und festgezogen. Dabei wirkt die axiale Spannkraft der Maschinenschraube 13 um den
Faktor b/a verstärkt
als axiale Klemmkraft auf das Anschlussstück 7 und presst dieses
in die Sackbohrung 16. Es kommt dabei weder auf die Ausrichtung
des Klemmhebels noch auf sonstige Justagen an. Die Flächenpressung
an der Stirnseite des Anschlussstücks 7 ist entlang
des Umfangs weitgehend konstant. Die Deformation des Dichtungselements 17 ist
durch die Anlage des Vorsprungs 19 an den Boden der Sackbohrung 16 begrenzt.
Durch die metallische Abdichtung werden besonders geringe Leckraten
erreicht.
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3 veranschaulicht
eine abgewandelte Ausführungsform
der Anschlusseinrichtung 1. Die vorstehende, in Zusammenhang
mit den 1 und 2 stehende Beschreibung gilt
entsprechend. Abweichend davon weist die Anschlusseinrichtung 1 nach 3 folgende Besonderheiten
auf:
Das Widerlager 23 ist durch einen pilzförmigen Vorsprung 36 gebildet,
der an dem Element 3 angeordnet ist und parallel zu der
Maschinenschraube 33 von diesem weg ragt. Der Stützabschnitt 22 des
Klemmhebels 21 untergreift den Pilzkopf des Vorsprungs 36 mit
einem gabelförmigen
Ende. Der Vorzug dieser Ausführungsform
liegt in ihrer Einfachheit. Jedoch ist das Hebelverhältnis b
zu a hier in der Regel etwas ungünstiger,
d.h. es wird eine geringere Kraftverstärkung erzielt. Die Anschlusseinrichtung 1 nach 1 hat den Vorteil für sich,
dass die Schwenk- und Scharnierachse 27 sehr dicht an den
Fluidkanal 7 herangelegt werden kann, wodurch der Abstand
a sehr klein und das Verhältnis
b/a sehr groß gemacht
werden kann.
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Die in 4 veranschaulichte
Ausbildung des Anschlussstücks 7 und
des Dichtungselements 17 kann bei allen vor- und nachstehend
beschriebenen Ausführungsformen
Anwendung finden. Das Dichtungselement 17 ist als Dichtungsscheibe 37 mit zwei
im Wesentlichen flachen, voneinander weg weisenden Dichtungsflächen 38, 39 ausgebildet.
Die Dichtungsscheibe 37 ist in 5 gesondert veranschaulicht. Sie weist
einen Metallträger 41 aus
einem harten, wenig verformbaren Material auf. Dieser ist mit einer
dünnen
Dichtungsschicht 42 aus einem Elastomer oder einem verformbaren
Metall, wie Weichaluminium, Blei, Zinn oder dergleichen, versehen.
Die Dichtungsscheibe 37 ist zwischen der plan ausgebildeten
Stirnseite des Anschlussstücks 7 und dem
Boden der Sackbohrung 16 angeordnet. Die Axialdichtfläche 14 stützt sich
somit über
die Dichtungsscheibe 37 mittelbar an der Dichtfläche 15 ab. Bei
dieser Art der Abdichtung bestimmt die Dichtungsscheibe 37 die
Ausrichtung des Leitungsendes 4 an dem Element 3.
Der Klemmhebel 21 übt
lediglich den axialen Druck aus, wobei von der Anschlusseinrichtung
her keine sonstigen seitlichen oder sonstwelchen Kräfte auf
das Anschlussstück 7 einwirken.
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In den 6 und 7 ist ein Klemmhebel 21 mit zugehörigem Klemmstück 35 gesondert
veranschaulicht. Der in 6 veranschaulichte
Klemmhebel 21 kann beispielsweise bei der Anschlusseinrichtung 1 nach 3 Anwendung finden. Der
Klemmhebel weist eine Öffnung 28 auf,
die sich bis über
den Befestigungsabschnitt 31 hinaus schlitzartig erstreckt. Sie
endet im Bereich der Druckfläche 29.
Zum Abstützen
an dem Vorsprung 36 ist der Stützabschnitt 22 ebenfalls
gabelförmig
ausgebildet. Die schlitzartige Öffnung 28 weist
an ihren Längskanten
einen gestuften Rand 42, 43 auf, der zur Aufnahme
des Klemmstücks
dient. Dieses ist mit einer Öffnung 44 für die Maschinenschraube 33 und
an seinem schmalen Ende einer Ausnehmung 45 versehen, um mit
der endseitigen Berandung der Öffnung 28 zusammen
eine runde Öffnung
zur Durchführung
des Leitungsendes 4 festzulegen. Dieser Klemmhebel gestattet
die Befestigung von Fluidleitungen 2 mit Anschlussstücken 7 an
Einrichtungen 3, ohne dass der entsprechende Klemmhebel 21 zuvor
an der betreffenden Fluidleitung 2 angebracht worden ist.
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Die Anschlusseinrichtung 1 weist
ein Anschlussstück 7 auf,
das an seiner Stirnseite abdichtend an einer Dichtfläche 15 eines
Elements 3 sitzt. Die Ausrichtung des Anschlussstücks 7 zu
der Dichtfläche 15 wird
allein von der Flächenberührung zwischen
dem Anschlussstück 7 und
der Dichtfläche 15 (mit
oder ohne Zwischenlager eines Dichtungselements 17) bestimmt.
Die nötige
Axialkraft bringt ein der Dichtstelle benachbart, schwenkbar gelagerter Klemmhebel 21 auf,
an dessen längerem
Hebelarm eine Spanneinrichtung 32 angreift. Eine derartige
Anschlusseinrichtung ist besonders einfach in der Herstellung und
Montage und erweist sich als überaus leicht
zu montieren und zuverlässig
sowie leckarm.