DE112008000328T5

DE112008000328T5 - Schnellverbindungsverbinder mit Toleranzanpassung

Info

Publication number: DE112008000328T5
Application number: DE112008000328T
Authority: DE
Inventors: Robert Ham Lake Danielson
Original assignee: Fastest Inc
Current assignee: Fastest Inc
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-02-05
Also published as: US20080185837A1; CN101617162A; CN101617162B; WO2008097903A1; DE112008000328B4; US7793914B2; BRPI0806357A2

Abstract

Verbinder zum Verbinden eines ersten Fluidsystems mit einem zweiten Fluidsystem, der enthält:
einen vorderen Körper, der einen Verbindungsmechanismus, der ausgestaltet ist, um den Verbinder mit dem zweiten Fluidsystem zu verbinden, und eine in Umfangsrichtung verlaufende Betätigungsrampe, die in Bezug auf eine Längsachse des Verbinders einen Winkel bildet, aufweist;
einen hinteren Körper mit einem um den vorderen Körper angeordneten Abschnitt, wobei der Abschnitt mehrere Löcher aufweist, wobei in jedem Loch eine Betätigungskugel angeordnet ist, wobei die Betätigungskugeln mit der Betätigungsrampe in Eingriff bringbar sind;
eine Hülse, die um den vorderen Körper und den hinteren Körper angeordnet ist, wobei die Hülse mit den Betätigungskugeln in Eingriff bringbar ist;
einen Abdichtkolben, der im vorderen Körper und im hinteren Körper angeordnet ist und ein nach vorn gerichtetes Ende aufweist, das mit dem zweiten Fluidsystem in Eingriff bringbar ist;
eine Welle, die im Abdichtkolben angeordnet ist, wobei die Welle am...

Description

Gebiet
Ein Schnellverbindungsverbinder, der ein erstes Fluidsystem mit einem zweiten Fluidsystem verbindet, um Verarbeitungsvorgänge, beispielsweise das Befüllen, das Entleeren und/oder das Prüfen, am zweiten Fluidsystem auszuführen. Insbesondere ein Schnellverbindungsverbinder, der so entworfen ist, dass er sich an die Toleranz, die einem Anschlussteil des zweiten Fluidsystems, mit dem der Verbinder verbunden werden soll, eigentümlich ist, anpasst, und durch den ein Verarbeitungsvorgang ausgeführt werden kann.
Hintergrund
Schnellverbindungsverbinder werden häufig dazu verwendet, externe Fluidsysteme, beispielsweise Befüllungs-, Entleerungs- und/oder Prüfeinrichtungen, mit einem Fluidsystem wie etwa Fertigungs-, Prüf- oder Verarbeitungseinrichtungen zu verbinden. Sobald die Verbindung hergestellt ist und irgendwelche Ventile geöffnet sind, kann entweder in das Fluidsystem oder aus dem Fluidsystem, je nach Verarbeitungsvorgang, der ausgeführt wird, Fluid durch den Verbinder strömen.
Ungeachtet des Verarbeitungsvorgangs sollte im Allgemeinen eine Verbindung der Systeme und eine Abdichtung des Verbinders erreicht sein, bevor zugelassen wird, dass irgendwelches Fluid strömt, um eine Fluidleckage aus dem Verbinder zu verhindern.
Der Verbinder ist typischerweise für das Verbinden mit einem Anschlussteil am Fluidsystem entworfen, wobei das Anschlussteil ein Ventil aufweist, das den Durchfluss von Fluid durch das Anschlussteil steuert. Die Anschlussteile besitzen im Allgemeinen eine gemeinsame Gesamtstruktur. Jedoch können Unterschiede in den Abmessungstoleranzen zwischen Anschlussteilen dazu führen, dass sich der Verbinder mit einem Anschlussteil anders als mit einem anderen Anschlussteil verbindet. Die Unterschiede in der Verbindung können insofern problematisch sein, als der Verbinder gegebenenfalls nicht korrekt mit dem Anschlussteil abdichtet und dadurch eine Fluidleckage bewirkt.
Es ist ein Verbinder wünschenswert, der sich Unterschieden in den Abmessungstoleranzen bei Anschlussteilen, mit denen der Verbinder verbunden werden soll, anpasst und der weitere Probleme herkömmlicher Verbinder löst.
Zusammenfassung
Ein Schnellverbindungsverbinder, der ein erstes Fluidsystem mit einem zweiten Fluidsystem verbindet, um Verarbeitungsvorgänge, beispielsweise das Befüllen, das Entleeren und/oder das Prüfen, am zweiten Fluidsystem auszuführen. Das erste Fluidsystem, an dem der Verbinder angebracht ist, kann beispielsweise eine Quelle von Propan, um einen Propantank zu befüllen, eine Quelle von Unterdruck, um den Tank zu entleeren, oder eine Prüfeinrichtung, um den Tank zu prüfen, sein. Das zweite Fluidsystem kann beispielsweise ein Propantank sein.
Der Schnellverbindungsverbinder ist so entworfen, dass er sich mit ein Anschlussteil am zweiten Fluidsystem verbinden lässt und sich Abmessungstoleranzen des Anschlussteils anpasst, um eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Verbinder und dem Anschlussteil zu erreichen und eine Fluidleckage während Verarbeitungsvorgängen, beispielsweise während des Befüllens, des Entleerens oder des Prüfens des zweiten Fluidsystems, zu verhindern.
Der Verbinder enthält einen vorderen Körper, einen hinteren Körper, eine Hülse, die um den vorderen Körper und den hinteren Körper angeordnet ist, einen Abdichtkolben, der im vorderen Körper und im hinteren Körper angeordnet ist, einen Gegen-Seitenlastkolben, der den Abdichtkolben im vorderen Körper umgibt, eine Welle, die im Abdichtkolben angeordnet und am hinteren Körper befestigt ist, und eine Feder, die zwischen dem Abdichtkolben und der Welle in Eingriff steht und eine Vorbelastungskraft erzeugt, die den Abdichtkolben und die Welle in entgegengesetzten Richtungen vorbelastet.
Der Abdichtkolben wird durch die Feder belastet und dichtet gegen eine Dichtung am Anschlussteil ab. Die Feder des Abdichtkolbens gleicht die dem Anschlussteil zugeordnete Toleranz aus und schafft eine sich selbst einstellende Abdichtung zwischen dem Abdichtkolben und der Dichtung des Anschlussteils. Die durch die Feder verschaffte Kraft sollte so groß sein, dass eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Abdichtkolben und der Dichtung am Anschlussteil erzeugt wird. Jedoch macht die durch die Feder verschaffte Kraft eine direkte Betätigung der Feder schwierig. Daher ist der Verbinder mit einem mechanischen Kraftverstärkungsmechanismus, beispielsweise einem Kugelrampenmechanismus versehen, um die Feder anzutreiben.
Um die Zuverlässigkeit der Abdichtung zu verbessern, keilt sich der Gegen-Seitenlastkolben in die Anschlussteilbohrung ein, um die seitliche Last zu minimieren.
Der Verbinder weist einen Verbindungsmechanismus auf, der ausgestaltet ist, um den Verbinder mit dem Anschlussteil zu verbinden. Der Verbinder, insbesondere der Abdichtkolben und die Hülse, umschließen, wenn sie aktiviert sind, das Ende des Anschlussteils, um zu verhindern, dass sich das Anschlussteil vom Verbindungsme chanismus löst. Der Verbindungsmechanismus kann beispielsweise Klemmzangen oder einer halbzylindrischen Aufnahme entsprechen.
Die Welle steuert den Durchfluss durch den Verbinder. Die Welle enthält eine äußere Wand, einen Strömungsdurchgang, der durch die Wand definiert ist, eine Abdichtschulter, die ausgestaltet ist, um mit einer Dichtung am Abdichtkolben in Eingriff zu gelangen, und eine oder mehrere Öffnungen durch die äußere Wand, die zum Strömungsdurchgang führen. Die Länge der Dichtung ist größer als die Länge der einen oder mehreren Öffnungen, um zu verhindern, dass die Dichtung in den durchfließenden Strom gezogen wird.
Der Entwurf des Verbinders ist derart, dass sich dann, wenn der Verbinder ohne Eingriff mit dem Anschlussteil aktiviert ist, die Welle nicht bewegen lässt und in abdichtendem Eingriff mit der Dichtung am Abdichtkolben bleibt, um einen Durchfluss durch den Verbinder zu verhindern.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Weitere Einzelheiten werden nachstehend mit Hilfe der Beispiele erläutert, die in der angehängten Zeichnung gezeigt sind, in der:
1 eine perspektivische Ansicht eines Verbinders und eines Anschlussteils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
2 eine longitudinale Querschnittsansicht des Verbinders und des Anschlussteils von 1 in einem Vorgabestadium ist;
3 eine longitudinale Querschnittsansicht ist, die den mit dem Anschlussteil verbundenen Verbinder zeigt, wobei der Verbinder nicht aktiviert ist;
4 eine longitudinale Querschnittsansicht des Verbinders und des Anschlussteils zu Beginn der Betätigung ist;
5 eine longitudinale Querschnittsansicht des Verbinders und des Anschlussteils in einem Zwischenstadium der Betätigung ist;
6 eine longitudinale Querschnittsansicht des Verbinders und des Anschlussteils im vollständig aktivierten Stadium ist, wobei Pfeile den Fluidströmungspfad zeigen;
7 eine longitudinale Querschnittsansicht des Verbinders und des Anschlussteil ist, die die Betätigung des Verbinders ohne Eingriff mit dem Anschlussteil zeigt;
8–14 zu 1–7 jeweils ähnliche Ansichten sind, die eine alternative Ausführungsform eines Verbinders zeigen;
15–19 longitudinale Querschnittsansichten einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Verbinders in verschiedenen Stadien der Verbindung sind.
Genaue Beschreibung
Zunächst ist in 1 ein Schnellverbindungsverbinder 10 gezeigt, der ein erstes Fluidsystem 12 mit einem zweiten Fluidsystem 14 verbindet, um Verarbeitungsvorgänge, beispielsweise das Befüllen, das Entleeren und/oder das Prüfen, am zweiten Fluidsystem 14 auszuführen. Das erste Fluidsystem 12, an dem der Verbinder 10 angebracht ist, kann beispielsweise eine Quelle von Propan, um einen Propantank zu befüllen, eine Quelle von Unterdruck, um den Tank zu entleeren, oder eine Prüfeinrichtung, um den Tank zu prüfen, sein. Das zweite Fluidsystem 14 kann beispielsweise ein Propantank sein. Jedoch kann der Verbinder 10 mit anderen Fluidsystemen, bei denen ein Schnellverbinder verwendet wird, um ein erstes Fluidsystem mit einem zweiten Fluidsystem zu verbinden, verwendet werden.
Der Verbinder 10 ist so entworfen, dass er sich mit einem Anschlussteil 20 des zweiten Fluidsystems 14 verbinden lässt und sich Abmessungstoleranzen des Anschlussteils 20 anpasst, um eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Verbinder 10 und dem Anschlussteil 20 zu erreichen und eine Fluidleckage während Verarbeitungsvorgängen durch den Verbinder 10 und das Anschlussteil 20, beispielsweise während des Befüllens, des Entleerens oder des Prüfens des Fluidsystems 14, zu verhindern.
In den 1 und 2 weist das Anschlussteil 20 einen ersten Endabschnitt 22, der ausgestaltet ist, um mit dem übrigen Fluidsystem 14 verbunden zu werden, und einen mit einem Gewinde versehenen zweiten Endabschnitt 24 auf, der sich mit dem Verbinder 10 verbindet. Zwischen dem ersten Endabschnitt 22 und dem zweiten Endabschnitt 24 ist eine hexagonale Oberfläche 26 definiert, um durch einen Schlüssel oder dergleichen einen Eingriff mit dem Anschlussteil 20 zu ermöglichen. Das Anschlussteil 20 weist ferner einen in Umfangsrichtung verlaufenden Kanal 28 auf, der zwischen der hexagonalen Oberfläche 26 und dem Ende des Gewindes des zweiten Endabschnitts 24, der während der Verbindung vom Verbinder 10 in Eingriff genommen wird, definiert ist.
Das Anschlussteil 20 weist ferner einen Fluiddurchgang 30 auf, der vom ersten Endabschnitt 22 zum zweiten Endabschnitt 24 hindurchverläuft, um das Strömen eines Fluids durch das Anschlussteil 20 zu ermöglichen. Ferner weist der zweite Endabschnitt 24 eine Bohrung auf, die durch eine innere Oberfläche 32 definiert ist. In einem in Umfangsrichtung verlaufenden Kanal 36, der in der inneren Oberfläche 32 in der Nähe einer inneren, vertikalen Wand 38, die einen Übergang von der inneren Oberfläche 32 zum Fluiddurchgang 30 definiert, ausgebildet ist, ist eine Umfangsdichtung 34, die beispielsweise aus einem Elastomer gefertigt ist, angeordnet.
Ein Ventil (wovon in den 15–19 eine Ausführungsform gezeigt ist) kann im Anschlussteil 20 aufgenommen oder stromabwärts vom Anschlussteil 20 angeordnet sein, um den Fluiddurchfluss durch den Fluiddurchgang 30 zu steuern und das Entweichen von Fluid aus dem Fluidsystem 14 zu verhindern.
Um sich nun dem Verbinder 10 zuzuwenden und dabei weiterhin auf die 1 und 2 Bezug zu nehmen, enthält der Verbinder 10 einen ersten Endabschnitt 50, der mit dem Fluidsystem 12 verbunden ist, so dass der Verbinder 10 mit dem Fluidsystem 12 in Fluidkommunikation steht, und einen zweiten Endabschnitt 52, der ausgestaltet ist, um sich lösbar mit dem Anschlussteil 20 zu verbinden und mit diesem eine Abdichtung zu bilden. Der Verbinder 10 ist im Allgemeinen zylindrisch und besitzt eine Längsachse A-A. Der Verbinder 10 enthält außerdem die folgenden Komponenten: einen vorderen Körper 56, der den zweiten Endabschnitt 52 aufweist, einen hinteren Körper 58, eine Betätigungshülse 60, einen Abdichtkolben 62, einen Gegen-Seitenlastkolben 130 und eine Welle 64, die den ersten Endabschnitt 50 aufweist.
Der vordere Körper 56 weist ein erstes Ende 66 und ein zweites Ende 68 auf, wobei das erste Ende 66 einen daran befestigten Verbindungsmechanismus 70 besitzt, der ausgestaltet ist, um sich mit dem Anschlussteil 20 zu verbinden. In den in den 1–7 gezeigten Ausführungsformen bildet der Verbindungsmechanismus 70 eine halbzylindrische Aufnahme, die einen Flansch 72 aufweist, der ausgestaltet ist, um sich in den Kanal 28 des Anschlussteils einzufügen, wie in den 3–6 gezeigt ist. Der halbzylindrische Entwurf der Aufnahme ermöglicht das Anbringen der Aufnahme über dem Endabschnitt 24 des Anschlussteils 20 beim Verbinden des Verbinders mit dem Anschlussteil, wobei sich dann der Flansch 72 in den Kanal 28 einfügt, um den Verbinder mit dem Anschlussteil in Eingriff zu bringen.
Das zweite Ende 68 des vorderen Körpers 56 ist im hinteren Körper 58 verschiebbar angeordnet, wodurch sich der vordere Körper 56 und der hintere Körper 58 in Bezug zu einander in einer zur Längsachse parallelen Richtung bewegen können. Zwischen dem ersten Ende 66 und dem zweiten Ende 68 weist der vordere Körper 56 eine zylindrische Ausnehmung 74 auf, die in seiner äußeren Oberfläche ausgebildet ist, wobei sich von der Ausnehmung 74 zur äußeren Oberfläche in der Nähe des zweiten Endes 68 eine in Unfangsrichtung verlaufende Betätigungsrampe 76 erstreckt. Die Betätigungsrampe 76 bildet mit der Längsachse einen spitzen Winkel von beispielsweise etwa 17–22 Grad. Der Zweck der Betätigungsrampe 76 wird später beschrieben.
Der hintere Körper 58 weist ein erstes Ende 78, das um das zweite Ende 68 des vorderen Körpers 56 angeordnet ist, und ein zweites Ende 80 auf. Das erste Ende 78 weist mehrere in Umfangsrichtung beabstandete hindurchverlaufende Löcher 82 auf, wobei in jedem Loch eine Betätigungskugel 84 angeordnet ist. Die Kugeln 84 sind mit der Betätigungsrampe 76 in Eingriff bringbar, wie weiter unten beschrieben wird.
Die Betätigungshülse 60 weist ein erstes Ende 86 und ein zweites Ende 88 auf und ist sowohl um den vorderen Körper 56 als auch um den hinteren Körper 58 angeordnet. Insbesondere weist die Hülse 60 am ersten Ende 86 eine innere Oberfläche auf, die an einer äußeren Oberfläche des vorderen Körpers 56 in der Nähe seines ersten Endes 66 verschiebbar angeordnet ist. An der inneren Oberfläche der Hülse 60 ist zwischen dem ersten Ende 86 und dem zweiten Ende 88 ein in Umfangsrichtung verlaufender Kanal 90 ausgebildet, wobei sich nach hinten, vom Kanal 90 zum zweiten Ende 88 hin, eine Betätigungsoberfläche 92 erstreckt. Die Betätigungsoberfläche 92 ist in einem spitzen Winkel von beispielsweise etwa 7–20 Grad in Bezug auf die Längsachse angeordnet. Die Hülse 60 weist außerdem am zweiten Ende 88 einen Sprengring auf, der die Hülse hält.
Die Kugeln 84, die Rampe 76 und die Oberfläche 92 bilden während der Betätigung des Verbinders 10 zusammen einen mechanischen Kraftverstärkungsmechanismus, wie weiter unten beschrieben wird.
Der Abdichtkolben 62 ist im vorderen Körper 56 und im hinteren Körper 58 angeordnet und weist ein erstes Ende 94, das für einen abdichtenden Eingriff mit der Dichtung 34 des Anschlussteils 20 ausgestaltet ist, und ein zweites Ende 96 auf. Der Abdichtkolben 62 wird durch Eingriff zwischen einem am zweiten Ende 96 ausgebildeten Flansch 95 und einem an der inneren Oberfläche des hinteren Körpers 58 ausgebildeten Flansch 97 im hinteren Körper 58 gehalten.
Die Welle 64 ist im Abdichtkolben 62 angeordnet und weist ein erstes Ende 98 und den Endabschnitt 50 auf. An der äußeren Oberfläche der Welle 64 ist zwischen dem Ende 98 und dem Endabschnitt 50 liegend ein Flansch 100 definiert. Der Flansch 100 steht mit einer Schulter 102 an der inneren Oberfläche des hinteren Körpers 58 in Eingriff, wobei in einer in der inneren Oberfläche des hinteren Körpers hinter dem Flansch 100 ausgebildeten Nut ein Sprengring 104 eingesetzt ist. Daher sind die Welle 64 und der hintere Körper 58 so miteinander verbunden, dass sie zusammen beweglich sind.
Wie in 2 gezeigt ist, umgibt eine Schraubenfeder 110 den Abdichtkolben 62, die zwischen dem vorderen Körper 56 und dem hinteren Körper 58 angeordnet ist und auf diese einwirkt. Die Feder 110 belastet den vorderen Körper 56 und den hinteren Körper 58 in einer zur Längsachse parallelen Richtung in entgegengesetzten Richtungen voneinander weg. Außerdem umgibt eine Schraubenfeder 112 die Welle 64, die zwischen dem Abdichtkolben 62 und der Welle 64 angeordnet ist und auf diese einwirkt. Die Schraubenfeder 112 erzeugt eine Vorbelastungskraft, die den Abdichtkolben 62 und die Welle in einer zur Längsachse parallelen Richtung in entgegengesetzten Richtungen vorbelastet.
Die Welle 64 und der Abdichtkolben 62 sind ausgestaltet, um zu bestimmten Zeiten während der Verwendung des Verbinders 10 in abdichtendem Eingriff zu stehen, um den Fluiddurchfluss durch den Verbinder zu steuern. Wie in 2 gezeigt ist, ist an der inneren Oberfläche des Abdichtkolbens eine in Umfangsrichtung verlaufende Dichtung 114 angeordnet, die in einem Kanal gehalten ist, der zwischen einem Paar von Flanschen 116, 118 an der inneren Oberfläche definiert ist. Außerdem ist die Welle 64 im Allgemeinen hohl und weist einen Fluidströmungsdurchgang 120 auf, der vom Endabschnitt 50 zum Ende 98 hin, das geschlossen ist, verläuft. Der Strömungsdurchgang 120 ist durch eine äußere Wand 122 der Welle definiert. Das Ende 98 weist eine Abdichtschulter 124 auf, die über den Außendurchmesser der äußeren Wand 122 am Ende 98 hinaus vorsteht und mit der Dichtung 114 in Eingriff bringbar ist. Außerdem sind in der Wand 122 an in Umfangsrichtung beabstandeten Orten in der Nähe de Endes 98 mehrere Öffnungen 126 ausgebildet, um den Strömungsdurchgang 120 mit der Umgebung der Wand 122 in Fluidkommunikation versetzen zu können.
2 zeigt, dass die Länge der Dichtung 124, gemessen in einer zur Längsachse parallelen Richtung, größer ist als die Länge jeder Öffnung 126, gemessen in einer zur Längsachse parallelen Richtung. Dies verhindert, dass die Dichtung 114 während der Bedienung des Verbinders 10 in die Öffnungen 126 gezogen wird.
Der Verbinder 10 weist ferner einen Gegen-Seitenlastkolben 130 auf, der das Ende 94 des Abdichtkolbens 62 umgibt und zwischen einer äußeren Oberfläche des Abdichtkolbens 62 und einer inneren Oberfläche des vorderen Körpers 56 verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 130 weist ein nach vorn gerichtetes keilförmiges Ende 132 und eine Schraubenfeder 134 auf, die den Abdichtkolben 62 umgibt und auf den Kolben 130 einwirkt, um den Kolben 130 in einer Richtung zum Anschlussteil 20 hin vorzubelasten. Ein am Abdichtkolben 62 befestigter Sprengring 136 hält den Kolben 130 am Abdichtkolben 62.
Mit Bezug auf die 2–7 wird nun die Funktionsweise des Verbinders 10 beschrieben. 2 zeigt ein Vorgabestadium des Verbinders 10, wenn der Verbinder nicht mit dem Anschlussteil verbunden ist. 3 zeigt den Verbinder 10, wenn der Verbindungsmechanismus 70 zunächst am Anschlussteil 20 eingehakt ist, wobei der Flansch 72 hinter dem Gewinde des Endabschnitts 24 im Kanal 28 angeordnet ist. In diesem Vorstadium sind die Kugeln 84 im Kanal 90 der Hülse 60 zurückversetzt. Ferner sind der Abdichtkolben 62 und der Seitenlastkolben 130 an ihrem Vorgabeort im vorderen Körper 56 zurückversetzt. Außerdem steht die Abdichtschulter 124 mit der Dichtung 114 in abdichtendem Eingriff, um dadurch einen Fluiddurchfluss durch den Fluiddurchgang 120 zu verhindern.
4 zeigt den Verbinder 10 zu Beginn der Betätigung, um eine Verbindung zu erreichen. Eine Verbindung wird durch einen Benutzer begonnen, indem in einer Richtung zum Anschlussteil 20 hin auf die Hülse 60 gedrückt wird. Dies bewirkt, dass die Kugeln 84 den Kanal 90 zu verlassen beginnen, und zwingt den hintern Körper 58, die Welle 64 und den Abdichtkolben 62 dazu, sich zusammen zum Anschlussteil 20 hin zu bewegen, wobei sich der Abdichtkolben 62 in die Bohrung des Anschlussteils bewegt. Dies verhindert, dass das Anschlussteil 20 aus dem eingehakten Griff des Verbindungsmechanismus 70 herausgleitet. Außerdem kontaktiert das Ende 94 des Abdichtkolbens 62 die Dichtung 34 im Anschlussteil 20. Ferner keilt sich der Gegen-Seitenlastkolben 130 in die Bohrung des Anschlussteils ein, wobei das keilförmige vordere Ende 132 mit der Oberfläche 32 in Eingriff steht. Dies begrenzt den Betrag der durch seitliche Lasten verursachten Bewegung zum Abdichtbereich. Außerdem ist der Durchmesser des Rings 136 am Abdichtkolben 62 geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Oberfläche 32, so dass auch der Ring 136 zum Positionieren und zum Steuern seitlicher Lasten beiträgt. In diesem Stadium bleibt die Abdichtschulter 124 in abdichtendem Eingriff mit der Dichtung 114 und verhindert dadurch einen Fluiddurchfluss durch den Fluiddurchgang 120.
In 4 befinden sich die Kugeln 84 in einer Stellung, die eine mechanische Kraftverstärkung zum Zusammendrücken der Feder 112 verschafft. Die Feder 112 ist so gestaltet, dass sie eine große Vorbelastungskraft verschafft, die den Abdichtkolben 62 in einen Eingriff mit der Dichtung 34 zwingt, um sicherzustellen, dass der Eingriff während der Verbindung bestehen bleibt. Daher ist die mechanische Kraftverstärkung, die durch die Kugeln 84, die Rampenoberfläche 76 und die Oberfläche 92 verschafft wird, notwendig, um die Vorbelastungskraft der Feder 112 zu überwinden.
5 zeigt den Verbinder in einem Zwischenstadium der Verbindung. Wenn die Hülse 60 die Kugeln 84 weiter die Rampenoberfläche 76 hinab schiebt, stoppt der Abdichtkolben 62 die Bewegung infolge des Eingriffs mit der Dichtung 34. Die durch die Kugeln 84 verschaffte mechanische Kraftverstärkung drückt die Feder 112 zusammen und bewirkt außerdem, dass sich der hintere Körper 58 und die Welle 64 nach vorn zum Anschlussteil 20 hin bewegen. Wenn sich die Welle 64 nach vorn bewegt, beginnt die Abdichtschulter 124 sich von der Dichtung 114 zu lösen, bis sich die Öffnungen 126 an der Dichtung 114 vorbei öffnen, um das Strömen von Fluid vom Durchgang 120 in den Strömungsdurchgang 30 des Anschlussteils zu ermöglichen. Weil die Öffnungen 126 schmäler als die Dichtung 114 sind, zieht sich die Dichtung 114 nicht in das Prozessfluid.
6 zeigt den Verbinder im voll verbundenen Stadium. Die Kugeln 84 befinden sich am Ende der Rampenoberfläche 76 in der Ausnehmung 74. Die Öffnungen 126 sind vollständig geöffnet, um ein freies Strömen von Fluid vom Durchgang 120 durch die Öffnungen 126 zum Durchgang 30 (oder vom Durchgang 30 durch die Öffnungen 126 in den Durchgang 120) zu ermöglichen. Außerdem befindet sich die Hülse 60 über dem Verbindungsmechanismus 70 und dem Anschlussteilende 24, um die Gelegenheit einer unabsichtlichen Trennung zu beseitigen. Ferner ist die Feder 112 vollständig zusammengedrückt, womit über den Abdichtkolben 62 wesentliche Kräfte auf das Anschlussteil ausgeübt werden, um den abdichtenden Kontakt mit der Dichtung 34 aufrechtzuerhalten.
7 veranschaulicht die Funktionsweise des Verbinders 10 ohne Eingriff mit dem Anschlussteil 20. Wenn die Hülse 60 nach vorn geschoben wird, bleibt die Abdichtschulter 124 in einem Eingriff mit der Dichtung 114, um den Fluiddurchfluss durch den Verbinder zu verhindern.
Die 8–14 zeigen eine alternative Ausführungsform eines Verbinders 200, der viele der Konzepte des Verbinders 10 in sich vereinigt. Die Unterschiede des Verbinders 200 gegenüber dem Verbinder 10 werden nun beschrieben, wobei wohlgemerkt die nicht beschriebenen Merkmale des Verbinders 200, wenigstens in der Funktion, entsprechenden Merkmalen des Verbinders 10 gleichen.
Der Verbinder 200 verwendet einen Verbindungsmechanismus 202 in Form von Klemmzangen 203a, 203b, um den Verbinder 200 und das Anschlussteil 204 zu verbinden. Eine Hälfte der Klemmzangen, 203a, ist an einem vorderen Körper 206 befestigt, während die andere Hälfte der Klemmzangen, 203b, schwenkbar mit dem vorderen Körper 206 verbunden ist. Die Konstruktion schwenkender Klemmzangen und die Art und Weise, Klemmzangen schwenkbar mit einem Abstützelement zu verbinden, ist Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt. Die festen Klemmzangen und die schwenkenden Klemmzangen wechseln sich einander ab. Die festen Klemmzangen 203a dienen während der Verbindung mit dem Anschlussteil 204 als Führung, indem sie während der Verbindung das Ende des Verbinders über das Ende des Anschlussteils führen. Mit dem Verbinden schwenken die schwenkenden Klemmzangen 203 hinter dem Gewinde am Ende des Anschlussteils 204 nach unten in einen in Umfangsrichtung verlaufenden Kanal 208, wie in 11 gezeigt ist. Wegen der Klemmzangen 203a, 203b wird beim Verbinder 200 der beim Verbinder 10 verwendete Gegen-Seitenlastkolben nicht benötigt.
Im Allgemeinen gleichen die weitere Konstruktion und die weitere Funktionsweise des Verbinders 200 insoweit dem Verbinder 10, als dieser einen hinteren Körper 210, eine Hülse 212, einen Abdichtkolben 214, eine Welle 216 und eine Schraubenfeder 218 mit einer großen Federkraft zwischen dem Abdichtkolben 214 und der Welle 216, die den Abdichtkolben und die Welle in entgegengesetzten Richtungen vorbelastet, enthält. Die spezifische Konstruktion des vorderen Körpers 206, des hinteren Körpers 210, der Hülse 212, des Abdichtkolbens 214, der Welle 216, der Schraubenfeder 218 und der restlichen Komponenten wird aus den 8–14 deutlich, wobei die Funktionsweise dieser Komponenten im Allgemeinen der Funktionsweise von bezüglich des Verbinders 10 in den 1–7 beschriebenen Komponenten gleicht. Es sei angemerkt, dass die Welle 216 über ein Gewinde 220 mit dem hinteren Körper 210 verbunden ist.
9 zeigt ein Vorgabestadium des Verbinders 200, wenn der Verbinder nicht mit dem Anschlussteil verbunden ist. 10 zeigt ein Vorstadium des Verbinders 200, wenn er zunächst mit dem Anschlussteil 204 verbunden ist. 11 zeigt den Verbinder 200 zu Beginn der Betätigung, um eine Verbindung zu erreichen. 12 zeigt den Verbinder 200 in einem Zwischenstadium der Verbindung. 13 zeigt den Verbinder 200 im voll verbundenen Stadium. 14 veranschaulicht die Funktionsweise des Verbinders 200 ohne Eingriff mit dem Anschlussteil 204.
Die 15–19 zeigen eine alternative Ausführungsform eines Verbinders 300, der viele der Konzepte der Verbinder 10, 200 in sich vereinigt. Die Unterschiede des Verbinders 300 gegenüber den Verbindern 10, 200 werden nun beschrieben, wobei wohlgemerkt die nicht beschriebenen Merkmale des Verbinders 300, wenigstens in der Funktion, entsprechenden Merkmalen der Verbinder 10, 200 gleichen.
Der Verbinder 300 ist so entworfen, dass er mit einem Anschlussteil 302 in Eingriff gelangt und ein Ventil 304 im Anschlussteil öffnet. Das Ventil 304 ist norma lerweise geschlossen, um den Fluiddurchfluss durch das Anschlussteil 302 zu verhindern, jedoch wird es durch eine mit dem Ende einer Welle 308 des Verbinders 300 verbundene Schubstange 306 in den geöffneten Zustand betätigt. Die Stange 306 bewegt sich nach vorn, wenn sich die Welle 308 während der Verbindung mit dem Anschlussteil 302 nach vorn bewegt.
Wenn der Verbindungsmechanismus des Verbinders 300 zunächst am Anschlussteil 302 eingehakt ist, wie in 16 gezeigt ist, und zu Beginn der Betätigung, um eine Verbindung zu erreichen, wie in 17 gezeigt ist, ist das Ende der Schubstange 306 vom Ventil 304 beabstandet. In einem Zwischenstadium der Verbindung, das in 18 gezeigt ist, ist das Ende der Schubstange 306 noch immer vom Ventil 304 beabstandet, jedoch steht es unmittelbar vor dem Kontaktieren desselben. Im vollständig verbundenen Stadium, das in 19 gezeigt ist, hat sich die Schubstange 306 genügend nach vorn bewegt, um das Ventil 304 zu öffnen, womit Fluid durch den Verbinder 300 und das Anschlussteil 302 strömen kann.
Um auf 17 zu verweisen, besitzt der Abdichtkolben 310 einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Bohrung des Anschlussteils 302. Infolge der engen Passung zwischen dem Abdichtkolben 310 und der Anschlussteilbohrung ist die Seitenbelastung begrenzt. Jedoch könnte im Verbinder 300 ebenso ein Gegen-Seitenlastkolben aufgenommen sein, der hinsichtlich des Ortes, der Gestaltung und der Funktion dem mit Bezug auf die 1–7 gezeigten und beschriebenen Gegen-Seitenlastkolben 130 gleicht.
Wie bei den Verbindern 10, 200 bleibt darin, wenn der Verbinder 300 ohne Eingriff mit dem Anschlussteil 302 aktiviert ist, die Welle 308 in abdichtendem Eingriff mit der Hauptdichtung, um einen Fluiddurchfluss durch den Verbinder 300 zu verhindern.
Zusammenfassung
Ein verriegelnder Verbinder, der ein erstes Fluidsystem mit einem zweiten Fluidsystem verbindet, um Verarbeitungsvorgänge am zweiten Fluidsystem auszuführen. Der Verbinder ist so entworfen, dass er sich mit einem Anschlussteil verbinden lässt und sich Abmessungstoleranzen des Anschlussteils anpasst, um eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Verbinder und dem Anschlussteil zu erreichen und eine Fluidleckage während Verarbeitungsvorgängen zu verhindern. Der Verbinder enthält einen vorderen Körper, einen hinteren Körper, eine Hülse, die um den vorderen Körper und den hinteren Körper angeordnet ist, einen Abdichtkolben, der im vorderen Körper und im hinteren Körper angeordnet ist, eine Welle, die im Abdichtkolben angeordnet und am hinteren Körper befestigt ist, und eine Feder, die zwischen dem Abdichtkolben und der Welle in Eingriff ist und eine Vorbelastungskraft erzeugt, die den Abdichtkolben und die Welle in entgegengesetzten Richtungen vorbelastet.

Claims

Verbinder zum Verbinden eines ersten Fluidsystems mit einem zweiten Fluidsystem, der enthält: einen vorderen Körper, der einen Verbindungsmechanismus, der ausgestaltet ist, um den Verbinder mit dem zweiten Fluidsystem zu verbinden, und eine in Umfangsrichtung verlaufende Betätigungsrampe, die in Bezug auf eine Längsachse des Verbinders einen Winkel bildet, aufweist; einen hinteren Körper mit einem um den vorderen Körper angeordneten Abschnitt, wobei der Abschnitt mehrere Löcher aufweist, wobei in jedem Loch eine Betätigungskugel angeordnet ist, wobei die Betätigungskugeln mit der Betätigungsrampe in Eingriff bringbar sind; eine Hülse, die um den vorderen Körper und den hinteren Körper angeordnet ist, wobei die Hülse mit den Betätigungskugeln in Eingriff bringbar ist; einen Abdichtkolben, der im vorderen Körper und im hinteren Körper angeordnet ist und ein nach vorn gerichtetes Ende aufweist, das mit dem zweiten Fluidsystem in Eingriff bringbar ist; eine Welle, die im Abdichtkolben angeordnet ist, wobei die Welle am hinteren Körper befestigt ist; und eine Feder, die zwischen dem Abdichtkolben und der Welle in Eingriff ist und eine Vorbelastungskraft erzeugt, die den Abdichtkolben und die Welle in entgegengesetzten Richtungen vorbelastet.
Verbinder nach Anspruch 1, bei dem der Verbindungsmechanismus Klemmzangen enthält.
Verbinder nach Anspruch 1, bei dem der Verbindungsmechanismus eine halbzylindrische Aufnahme enthält.
Verbinder nach Anspruch 1, wobei der Verbinder ein verbundenes Stadium einbezieht, in dem der Verbindungsmechanismus mit einem Endabschnitt des zweiten Fluidsystems verbunden ist, das nach vorn gerichtete Ende des Abdichtkolbens in einem Innendurchmesser des Endabschnitts des zweiten Fluidsystem angeordnet ist und eine Dichtung am Endabschnitt kontaktiert und die Hülse um den Verbindungsmechanismus und um einen Außendurchmesser des Endabschnitts angeordnet ist.
Verbinder nach Anspruch 1, bei dem der Abdichtkolben eine innere Oberfläche aufweist und an der inneren Oberfläche eine Dichtung angeordnet ist; die Welle eine äußere Wand, einen durch die Wand definierten Strömungsdurchgang, eine Abdichtschulter, die ausgestaltet ist, um mit der Dichtung in Eingriff zu gelangen, und mehrere Öffnungen durch die äußere Wand, die zum Strömungsdurchgang führen, aufweist; und die parallel zur Längsachse gemessene Länge der Dichtung größer ist als die parallel zur Längsachse gemessene Länge der Öffnungen.
Verbinder nach Anspruch 1, der ferner eine Schubstange enthält, die mit der Welle verbunden ist.
Verbinder zum Verbinden eines ersten Fluidsystems mit einem zweiten Fluidsystem, der enthält: einen vorderen Körper, der einen Verbindungsmechanismus aufweist, der ausgestaltet ist, um den Verbinder mit dem zweiten Fluidsystem zu verbinden; einen hinteren Körper mit einem um den vorderen Körper angeordneten Abschnitt, wobei der hintere Körper und der vordere Körper in Bezug zueinander in einer zu einer Längsachse des Verbinders parallelen Richtung beweglich sind; eine Betätigungshülse, die um den vorderen Körper und den hinteren Körper angeordnet ist; einen mechanischen Kraftverstärkungsmechanismus, der zwischen der Betätigungshülse, dem vorderen Körper und dem hinteren Körper in Eingriff ist; einen Abdichtkolben, der im vorderen Körper und im hinteren Körper angeordnet ist und ein nach vorn gerichtetes Ende aufweist, das mit dem zweiten Fluidsystem in Eingriff bringbar ist; einen Gegen-Seitenlastkolben, der zwischen einer äußeren Oberfläche des Abdichtkolbens und einer inneren Oberfläche des vorderen Körpers angeordnet ist; eine Welle, die im Abdichtkolben angeordnet ist, wobei die Welle am hinteren Körper befestigt ist; und eine Feder, die zwischen dem Abdichtkolben und der Welle in Eingriff ist und eine Vorbelastungskraft erzeugt, die den Abdichtkolben und die Welle in entgegengesetzten Richtungen vorbelastet.
Verbinder nach Anspruch 7, bei dem der Gegen-Seitenlastkolben ein nach vorn gerichtetes keilförmiges Ende aufweist, das ausgestaltet ist, um sich in eine Bohrung des zweiten Fluidsystems einzukeilen.
Verbinder nach Anspruch 7, der ferner eine Schubstange enthält, die mit der Welle verbunden ist.
Verbinder zum Verbinden eines ersten Fluidsystems mit einem zweiten Fluidsystem, der enthält: einen vorderen Körper, der einen Verbindungsmechanismus aufweist, der ausgestaltet ist, um den Verbinder mit dem zweiten Fluidsystem zu verbinden; einen hinteren Körper mit einem um den vorderen Körper angeordneten Abschnitt, wobei der hintere Körper und der vordere Körper in Bezug zueinander in einer zu einer Längsachse des Verbinders parallelen Richtung beweglich sind; eine Hülse, die um den vorderen Körper und den hinteren Körper angeordnet und in Bezug auf den vorde ren Körper und den hinteren Körper in einer zur Längsachse parallelen Richtung beweglich ist; einen Abdichtkolben, der im vorderen Körper und im hinteren Körper angeordnet und in einer zur Längsachse parallelen Richtung betätigbar ist, wobei der Abdichtkolben ein nach vorn gerichtetes Ende aufweist; eine Welle, die im Abdichtkolben angeordnet ist, wobei die Welle am hinteren Körper befestigt ist; und eine Feder, die zwischen dem Abdichtkolben und der Welle in Eingriff ist und eine Vorbelastungskraft erzeugt, die den Abdichtkolben und die Welle in entgegengesetzten Richtungen vorbelastet, wobei der Verbinder ein verbundenes Stadium einbezieht, in dem der Verbindungsmechanismus mit einem Endabschnitt des zweiten Fluidsystems verbunden ist, das nach vorn gerichtete Ende des Abdichtkolbens in einem Innendurchmesser des Endabschnitts des zweiten Fluidsystem angeordnet ist und eine Dichtung am Endabschnitt kontaktiert und die Hülse um den Verbindungsmechanismus und um einen Außendurchmesser des Endabschnitts angeordnet ist.
Verbinder nach Anspruch 10, bei dem der Verbindungsmechanismus Klemmzangen enthält.
Verbinder nach Anspruch 10, bei dem der Verbindungsmechanismus eine halbzylindrische Aufnahme enthält.
Verbinder nach Anspruch 10, bei dem der Abdichtkolben eine innere Oberfläche aufweist und an der inneren Oberfläche eine Dichtung angeordnet ist; die Welle eine äußere Wand, einen durch die Wand definierten Strömungsdurchgang, eine Abdichtschulter, die ausgestaltet ist, um mit der Dichtung in Eingriff zu gelangen, und mehrere Öffnungen durch die äußere Wand, die zum Strömungsdurchgang führen, aufweist; und die parallel zur Längsachse gemessene Länge der Dichtung größer ist als die parallel zu Längsachse gemessene Länge der Öffnungen.
Verbinder nach Anspruch 10, der ferner einen mechanischen Kraftverstärkungsmechanismus enthält, der zwischen der Hülse, dem vorderen Körper und dem hinteren Körper in Eingriff ist, um eine mechanische Kraftverstärkung zum Überwinden der Vorbelastungskraft der Feder zu verschaffen.
Verbinder nach Anspruch 10, der ferner einen Gegen-Seitenlastkolben enthält, der zwischen einer äußeren Oberfläche des Abdichtkolbens und einer inneren Oberfläche des vorderen Körpers angeordnet ist.
Verbinder nach Anspruch 10, der ferner eine Schubstange enthält, die mit der Welle verbunden ist.
Verbinder zum Verbinden eines ersten Fluidsystems mit einem zweiten Fluidsystem, der enthält: einen vorderen Körper, der einen Verbindungsmechanismus aufweist, der ausgestaltet ist, um den Verbinder mit dem zweiten Fluidsystem zu verbinden; einen hinteren Körper mit einem um den vorderen Körper angeordneten Abschnitt; eine Hülse, die um den vorderen Körper und den hinteren Körper angeordnet und in einer zu einer Längsachse des Verbinders parallelen Richtung beweglich ist; einen Abdichtkolben, die im vorderen Körper und im hinteren Körper angeordnet ist, wobei der Abdichtkolben eine innere Oberfläche aufweist; eine Dichtung, die an der inneren Oberfläche des Abdichtkolbens angeordnet ist; eine Welle, die im Abdichtkolben angeordnet ist, wobei die Welle am hinteren Körper befestigt ist und wobei die Welle eine äußere Wand, einen durch die Wand definierten Strömungsdurchgang, eine Abdichtschulter, die ausgestaltet ist, um mit der Dichtung in Eingriff zu gelangen, und mehrere Öffnungen durch die äußere Wand, die zum Strömungsdurchgang führen, aufweist; und die parallel zur Längsachse gemessene Länge der Dichtung größer ist als die parallel zu Längsachse gemessene Länge der Öffnungen; und eine Feder, die zwischen dem Abdichtkolben und der Welle in Eingriff ist und eine Vorbelastungskraft erzeugt, die den Abdichtkolben und den Ventilkolben in entgegengesetzten Richtungen vorbelastet.
Verbinder nach Anspruch 17, bei dem der Verbindungsmechanismus Klemmzangen enthält.
Verbinder nach Anspruch 17, bei dem der Verbindungsmechanismus eine halbzylindrische Aufnahme enthält.
Verbinder nach Anspruch 17, wobei der Verbinder ein verbundenes Stadium einbezieht, in dem der Verbindungsmechanismus mit einem Endabschnitt des zweiten Fluidsystems verbunden ist, der Abdichtkolben in einem Innendurchmesser des Endabschnitts des zweiten Fluidsystem angeordnet ist und eine Dichtung am Endabschnitt kontaktiert und die Hülse um den Verbindungsmechanismus und um einen Außendurchmesser des Endabschnitts angeordnet ist.
Verbinder nach Anspruch 17, der ferner einen mechanischen Kraftverstärkungsmechanismus enthält, der zwischen der Hülse, dem vorderen Körper und dem hinteren Körper in Eingriff ist, um eine mechanische Kraftverstärkung zum Überwinden der Vorbelastungskraft der Feder zu verschaffen.
Verbinder nach Anspruch 17, der ferner einen Gegen-Seitenlastkolben enthält, der zwischen einer äußeren Oberfläche des Abdichtkolbens und einer inneren Oberfläche des vorderen Körpers angeordnet ist.
Verbinder nach Anspruch 17, der ferner eine Schubstange enthält, die mit der Welle verbunden ist.