DE10261887B4

DE10261887B4 - Rohrkupplung

Info

Publication number: DE10261887B4
Application number: DE10261887A
Authority: DE
Inventors: Jörn Dipl.-Ing. Fröhling; Stefan Dipl.-Ing. Sturm; Frank Obrist; Peter Prof. Dr. Ing. Kuhn; Stefan Ing. Kröss
Original assignee: Obrist Engineering GmbH; Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: OET GmbH; Hanon Systems Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: GB0328715D0; US20040178631A1; US6969094B2; FR2849150A1; FR2849150B1; DE10261887A1; JP2004205041A; GB2397104B; GB2397104A; JP3936697B2

Abstract

Rohrkupplung für die lösbare Kupplung von Rohrleitungsabschnitten (8,9) eines Hochdruck-Rohrleitungssystems, die jeweils mit einem Kupplungsblock (2,3) fest verbunden sind, von denen einer einen Kupplungszapfen (10) und der andere für diesen eine Zapfenaufnahme (11) aufweist, wobei die Kupplungsblöcke (2,3) durch die Spannschraube (19) einer Seitenflanschverbindung zusammengehalten sind, gekennzeichnet durch einen an der Stirnseite (15) des Kupplungszapfens (10) angeordneten Dichtring (13), der durch eine ihn und den Kupplungszapfen (10) einschliessende Schutzhülse (14) in dieser Anordnung gesichert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrkupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Rohrkupplungen dieser Art finden beispielsweise Anwendung im Rohrleitungssystem von Fahrzeug-Klimaanlagen.

Im Stand der Technik ist eine Kupplung aus der DE 32 22 937 A1 bekannt, die mittels einer Spannvorrichtung Rohrenden dicht miteinander verbindet.

Die bisher üblichen Systeme mit Freon oder R134a als Kühlmittel verwenden Rohrkupplungen, mit einem oder zwei, auf dem Kupplungszapfen in Nuten angeordneten O-Ringen. Durch die Anordnung von mindestens einer Nut und durch das konisch auslaufende Zapfenende ergibt sich eine Länge des Kupplungszapfens, die beim Montieren oder Demontieren eines Rohrleitungsabschnittes ein entsprechend weites Ausbiegen des betreffenden metallischen Rohrleitungsbereiches erforderlich macht. Ausserdem ergibt sich bei der Herstellung des Kupplungszapfens durch spanabhebende Herausarbeitung aus einem Strangprofilabschnitt ein von dessen Länge abhängiger Aufwand. O-Ringe haben auch den Nachteil, dass sie sich aufgrund von Alterung an Dichtgegenflächen festsetzen können. Das plötzliche Überwinden entsprechender Haftkräfte nach Lösen der Spannschraube unter dem Druck des eingeschlossenen Mediums, ist mit einer erheblichen Gefährdung verbunden. Die erforderliche Elastizität der O-Ringe hat zwar den Vorteil, dass sie sich auf einfache Weise formschlüssig am Kupplungszapfen montieren lassen, jedoch hat das hierzu erforderliche elastische Ringmaterial den Nachteil einer begrenzten Dichtwirkung aufgrund von Diffusion wie sie besonders unter höheren Drücken und bei Abdichtung bestimmter Gase, wie zum Beispiel bei der Abdichtung von CO₂-Systemen zu erwarten ist. Bei der Verwendung von O-Ringdichtungen in Rohrkupplungen, die besonders hohen Drücken ausgesetzt ist, besteht auch die Gefahr, dass das elastische Dichtmaterial aus dem Dichtspalt herausextrudiert wird, besonders wenn die Rohrkupplung Biegekräften ausgesetzt ist. Weiterhin haben O-Ringe in Rohrkupplungen den Nachteil, dass der Druck des abzudichtenden Mediums auf einen radial wesentlich grösseren Flächenbereich wirkt, als dem Innendurchmesser des Rohrleitungssystems entspricht, so dass die Rohrkupplung entsprechend gossen Axialkräften ausgesetzt ist und besonders massiv ausgestaltet sein muss. Schliesslich besteht beim Schliessen und Öffnen der Rohrkupplung die Gefahr, dass der Kupplungszapfen einschliesslich seines O-Ringes und folglich auch Dichtflächen der Zapfenaufnahme verschmutzt und beschädigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Rohrkupplung zu finden, die die erwähnten Nachteile bekannter Rohrkupplungen vermeidet und die bei kompakter Bauweise, einfacher Herstellbarkeit und einfacher und sicherer Handhabung beim Öffnen und Schliessen auch unter besonders hohen Drücken zuverlässig abdichtet. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss aufgrund der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen zu entnehmen.

Es zeigt
1 eine erfindungsgemässe Rohrkupplung in einer die Rohrachse, eine Spannschraube und einen Positionierungsstift einschliessenden Schnittebene,
2 eine vergrösserte Querschnittsdarstellung im Dichtbereich der Rohrkupplung nach 1,
3 und 4 perspektivische Darstellungen der Teile der Rohrkupplung nach 1 in zerlegter, aber achsgerechter Anordnung, wobei nach 4 der Dichtring in der Schutzhülse und dieser am Kupplungszapfen vormontiert gezeigt ist,
5 eine vergrösserte perspektivische Darstellung der Schutzhülse der Rohrkupplung nach 1 und
6 eine weitere Ausführungsform der Schutzhülse im Teilquerschnitt der Dichtanordnung.
Die Rohrkupplung 1 hat zwei im Wesentlichen quaderförmige, aus einem Strangprofil abgeschnittene Kupplungsblöcke 2,3 mit Bohrungen 4,5, die einen Teil eines Hochdruck-Rohrleitungssystems bilden. Nach aussen gehen diese Bohrungen 4,5 mit erweitertem Durchmesser in je eine Rohraufnahme 6,7 über, in denen die freien Enden von miteinander zu verbindenden , metallischen Rohrleitungsabschnitten 8,9 eingefügt und verlötet sind. Diese sind beispielsweise Bestandteil einer im Motorraum eines Fahrzeuges installierten CO₂-Klimaanlage, so dass das Rohrleitungssystem geeignet sein muss, Drücke von mehr als 150 bar sicher aufzunehmen.
Einer der Kupplungsblöcke 3 hat einen in Richtung der Rohrachse seitlich wegragenden Kupplungszapfen 10, der von einer Zapfenaufnahme 11 des anderen Kupplungsblocks 2 umschlossen ist. Dieser Zapfeneingriff gewährleistet zusammen mit einem am gegenüberliegenden Endbereich der Kupplungsblöcke 2,3 vorgesehenen Positionierungsstift 12 die funktionsgerechte Ausrichtung der Kupplungsblöcke 2,3, einschliesslich ihrer angeschlossenen Rohrleitungsabschnitte 8,9, insbesondere bei der Montage des Rohrleitungssystems oder beim erneuten Schliessen der Rohrkupplung. Durch den Zapfeneingriff ergibt sich auch eine geschützte Position des Dichtringes 13 der Rohrkupplung 1 innerhalb der Zapfenaufnahme 11.
Der Kupplungszapfen 10 dient weiterhin als Träger für eine Schutzhülse 14, die vor und während des Zusammenfügens der Rohrkupplung den Dichtring 13 in zentrierter Position an der Stirnseite 15 des Kupplungszapfens 10 hält und der ausserdem die Zapfenaufnahme 11 gegen Eindringen von Schmutz nach aussen abdichtet.
Der durch die Schutzhülse 14 an der Stirnseite 15 des Kupplungszapfens fixierte Dichtring 13 hat die Form einer Flachdichtung, mit somit rechteckförmigem Ringquerschnitt und besteht beispielsweise aus einem Weichmetall, so dass sich sowohl an der radialen Dichtfläche 16 der Zapfenaufnahme 1 als auch an der Stirnseite 15 des Kupplungszapfens vorgesehene umlaufende Profilierungen 17,18 in den Dichtring 13 einpressen können. Gegenüber einer üblichen O-Ringdichtung ergeben sich unter anderen die Vorteile, dass eine Feinbearbeitung von Dichtflächen vermieden werden kann, dass ein impermeables, unelastisches Dichtmaterial geeignet ist und dass die Dichtkraft durch die Spannschraube 19 der Rohrkupplung aufgebracht werden kann, verbunden mit dem Vorteil, dass sich die Rohrkupplung nach Lösen der Spannschraube 19 gefahrlos öffnen lässt.
Die Dichtprofilierungen 17,18 bestehen beispielsweise aus schneidenförmig umlaufenden, im Querschnitt dreieckförmigen Rippen, von denen im dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechend 2 jeweils zwei, zueinander konzentrisch, an der Stirnseite 15 des Kupplungszapfens 10 und an der im Bodenbereich der Zapfenaufnahme 11 umlaufenden Dichtfläche 16 eingearbeitet sind. In Umkehr der Profilierungsanordnung kann diese auch an dem Dichtring 13 vorgesehen sein, vorausgesetzt, dass sein Material wesentlich härter ist als dasjenige der Kupplungsblöcke 2,3. Aufgrund ihrer bevorzugten Herstellung aus dem Abschnitt eines Strangprofiles, bestehen diese beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung.
Ein erstes Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung der zuvor genannten Schutzhülse 14 ist besonders deutlich den Darstellungen der 2 und 5 zu entnehmen. Im Bereich ihres hinteren, an die Stirnfläche 20 des Kupplungsblockes 3 angrenzenden Endes hat die Schutzhülse 14 diametral einander gegenüberliegend zwei bogenförmige Halteränder 21,22 mit nach aussen bzw. hinten auslaufendem, nasenförmigem Querschnitt, so dass die Halteränder 21,22 nach Aufweitung der Schutzhülse 14 an einem konischen, vorderen Endbereich 23 des Kupplungszapfens 10 in einer hinteren, umlaufenden und an die Stirnfläche 20 des Kupplungsblockes 3 angrenzenden Haltenut desselben einrasten. Die Aussenfläche 25 der zum Beispiel als Kunststoffspritzteil hergestellten Schutzhülse 14 ist zylindrisch oder leicht konisch geformt, so dass sie sich und folglich auch den Kupplungszapfen 10 an der zylindrischen oder leicht konischen Innenfläche 26 der Zapfenaufnahme 11 zentriert. Um dabei auch den Dichtring 13 zu zentrieren ist dieser hinter zum Beispiel vier Haltenasen 27 in der Schutzhülse 14 eingerastet, die im Bereich des vorderen Randes der Schutzhülse 14 angeformt sind und wird an seinem Umfang durch anliegende Axialstege 28 gehalten, die sich rippenförmig an die Haltenasen 27 anschliessen. Da der Dichtring 13 somit gegenüber dem vorderen Ende der Schutzhülse 14 zurückversetzt in ihr eingeschlossen gehalten wird, ist er mit seiner leicht beschädigbaren Dichtfläche gegen mechanische Einwirkungen im demontierten Zustand der Rohrkupplung geschützt und gegen Verlieren während der Montage gesichert. Weiterhin hat die Schutzhülse 14 eine umlaufende Dichtlippe 29, die ihren hinteren Rand bildet. Die Dichtlippe 29 steht flanschartig nach aussen von der Schutzhülse 14 ab, so dass sie in den Spaltraum 30 zwischen den Stirnflächen 20, 31 der Kupplungsblöcke 2,3 eingreift und somit die Dichtanordnung nach aussen gegen Eindringen von Schmutz schützt. Vorzugsweise hat die Dichtlippe 29 einen bogenförmigen Querschnitt, so dass sie sich durch elastische Verformung an die Breite des Spaltraumes 30 dichtend anpasst. Die beschriebene Anordnung des Dichtringes 13 mit seiner Schutzhülse 14 lässt erkennen, dass der Kupplungszapfen 10 besonders kurz ausgeführt sein kann, denn er dient nur noch der Halterung und Positionierung der Schutzhülse 14, so dass diese den Dichtring in montagegerechter Position geschützt an seiner Stirnseite 15 zentriert halten kann.
Das weitere Ausführungsbeispiel der Schutzhülse 14' nach 6 unterschiedet sich vom zu vor beschriebenen durch Weglassung der Haltenasen 27, so dass die Schutzhülse 14' und damit auch die Zapfenaufnahme 11' noch kürzer ausgeführt sein können. Stattdessen ist der Dichtring 13 zwischen die Axialstege 28 eingeschoben und wird durch sie fingergriffartig mit Vorspannung gehalten.
Um zu verhindern, dass zwischen den Kupplungsblöcken 2,3 und folglich zwischen den am Dichtring 13 anliegenden Dichtflächen durch auf die Rohrabschnitte 8,9 in verschiedenen Richtungen einwirkende Querkräfte Winkelveränderungen auftreten, die die Dichtwirkung beeinträchtigen könnten, ist die zur Anlage kommende Flanschfläche an dem der Dichtanordnung abgelegenen äusseren Ende der Seitenflansche 32,33 angeordnet und ausserdem durch eine Aussparung 34 symmetrisch in zwei Teilflächen 35,36 aufgeteilt. Auf diese Weise bildet der Bereich der Einpressung des Dichtringes 13 zwischen den Dichtflächen an der Stirnseite des Kupplungszapfens 10 und in der Zapfenaufnahme 11 einen Punkt eines symmetrischen Stützdreieckes, dessen beiden anderen Punkte durch die Teilflächen 35,36 geschaffen sind. Die Spannschraube 19 ist im Schwerpunktbereich dieses Dreiecks angeordnet und hält durch ihre Dehnung am Dichtring 13 eine Dichtpressung aufrecht. Die für die Ausbildung der Teilflächen 35,36 erforderliche Aussparung 34 zwischen ihnen kann zum Beispiel durch eine Ansenkung der Stiftaufnahmebohrung 38 ausgeführt sein.
Die Spannschraube 19 hat mit ihrem Schraubenkopf 39 an dem Seitenflansch 33 eine möglichst grosse Anlagefläche, um der Flanschbiegung entgegenzuwirken, so dass dieser entsprechend dünner ausgeführt werden kann. Eine weiter Vergrösserung der Fläche, über die die Spannkraft auf den Seitenflansch 33 wirkt, kann durch eine nichtdargestellte Unterlegscheibe erreicht werden. Durch eine Tellerform der Unterlegscheibe kann ausserdem die Wirkung einer Tellerfeder erzielt werden, so dass der Bereich möglicher elastischer Verformng ohne Aufhebung einer gleichmässigen Dichtkraft am Dichtring 13 vergrössert wird.
Der Positionierungsstift 12 sitzt fest in einem der Seitenflansche 32,33 zwischen den Teilflächen 35,36 an optimaler Stelle und hat im angrenzenden Seitenflansch 32,33 mit Passsitz eine Aufnahmebohrung 38. Er unterstützt beim Herstellen der Rohrkupplung 1 die exakte gegenseitige Ausrichtung beider Kupplungsblöcke 2,3 zueinander und verhindert dabei ein Kippen oder Verdrehen beim Aufschieben der Zapfenaufnahme 11 über den Kupplungszapfen 10 und dessen Schutzhülse 14. Auch das achsparallele Entfernen der Kupplungsblöcke 2,3 voneinander zum Lösen der Rohrkupplung 1 erfolgt mit Unterstützung des Positionierungsstiftes 12. Es versteht sich, dass ein gegenseitiger Positionierungseingriff zwischen den Seitenflanschen 32,33 vor dem Schliessen der Flanschverbindung auch durch eine anders ausgeführte, der Wirkung des Positionierungsstiftes 12 entsprechende Ausgestaltung eines Vorsprunges am einen Seitenflansch 32 mit dazu passender Ausnehmung am anderen Seitenflansch 33 erreicht werden kann.

Claims

Rohrkupplung für die lösbare Kupplung von Rohrleitungsabschnitten (8,9) eines Hochdruck-Rohrleitungssystems, die jeweils mit einem Kupplungsblock (2,3) fest verbunden sind, von denen einer einen Kupplungszapfen (10) und der andere für diesen eine Zapfenaufnahme (11) aufweist, wobei die Kupplungsblöcke (2,3) durch die Spannschraube (19) einer Seitenflanschverbindung zusammengehalten sind, gekennzeichnet durch einen an der Stirnseite (15) des Kupplungszapfens (10) angeordneten Dichtring (13), der durch eine ihn und den Kupplungszapfen (10) einschliessende Schutzhülse (14) in dieser Anordnung gesichert ist.
Rohrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkontakt des Dichtringes (13) an der Stirnseite (15) des Kupplungszapfens (10) einerseits und an einer radial verlaufenden Dichtfläche (16) in der Zapfenaufnahme (11) andererseits über eine umlaufende Kanten aufweisende Dichtprofilierung (17,18) erfolgt.
Rohrkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufenden Kanten der Dichtprofilierung (17,18) einerseits an der Stirnseite (15) des Kupplungszapfens (10) und andererseits an der Dichtfläche (16) der Zapfenaufnahme (11) vorgesehen sind und durch die Spannkraft der Seitenflanschverbindung in ein plastisch verformbares Material des Dichtringes (13) eingepresst sind.
Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (13) aus Weichmetall besteht.
Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülse (14) aus einem elastisch verformbaren Material besteht.
Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am hinteren Bereich des Kupplungszapfens (10) eine Haltenut vorgesehen ist und die Schutzhülse (14) eine in die Haltenut eingreifende Profilierung aufweist.
Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (13) formschlüssig in der Schutzhülse (14) gehalten ist.
Rohrkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die formschlüssige Halterung des Dichtringes (13) am Kupplungszapfen (10) am vorderen Randbereich der Schutzhülse (14) mehrere nach innen gerichtete Haltenasen (27) vorgesehen sind, die den Dichtring in seiner eingerasteten Position übergreifen.
Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am hinteren Rand der Schutzhülse (14) eine für den Eingriff in den den Kupplungszapfen (10) umschliessenden Spaltraum (30) zwischen den Kupplungsblöcken (2,3) bestimmte, umlaufende Dichtlippe (29) vorgesehen ist.
Rohrkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (29) zur elastischen Anpassung an die Breite des Spaltraumes (30) einen gekrümmten Querschnitt aufweist.
Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinander liegenden Flanschflächen (35,36) der Seitenflansche (32,33) durch eine Abstufung an deren der Dichtanordnung abgelegenen äusseren Ende angeordnet sind und durch eine Ausnehmung in zwei Teilflächen (35,36) aufgeteilt sind, so dass diese zusammen mit der Abstützung an dem Dichtring (13) ein symmetrisches Stützdreieck bilden, wobei die Spannschraube (19) im Schwerpunktbereich dieser Dreiecksanordnung vorgesehen ist und die Achse der Rohrleitung sowie die Achse der Spannschraube in der Symmetrieebene verlaufen.
Rohrkupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Teilflächen (35,36) der Seitenflansche (32,33) ein Positionierungsstift (12) vorgesehen ist.