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Technisches Gebiet
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Beschrieben wird ein Fluidverbinder, der beispielsweise dazu verwendet werden kann, ein erstes Fluidsystem mit einem zweiten Fluidsystem zu verbinden, damit zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidsystem Fluide, einschließlich gasförmiger und flüssiger Fluide, übertragen werden können, oder damit mithilfe des Fluidverbinders ein Fluidsystem abgedichtet werden kann.
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Hintergrund
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Ein Beispiel für einen Fluidverbinder wie in der vorliegenden Offenbarung wird im
US-Patent 5209528 beschrieben. Wie in diesem Patent beschrieben, sind Spannzangen zum Schließen um ein Rohr unter der Steuerung einer zurückziehbaren Hülse angeordnet. Die Spannzangen sind nicht darauf ausgelegt, erheblichen Spanndruck auf die Außenseite des Rohrs auszuüben. Stattdessen sind die Spannzangen als Keile zwischen dem Rohr und der Hülse gedacht, wobei ein Bestandteil auf dem Rohr liegt, wie z. B. eine Wulst, ein Widerhaken, ein Gewinde o. Ä., das von den Spannzangen gehalten wird. Wenn die Hülse in einer Verriegelungsstellung ist, gleitet die Hülse über die Spannzangen und hält die Spannzangen in einer zusammengeklappten Position um das Rohr. Wenn die Hülse gegen die Vorspannkraft einer Feder in eine zurückgezogene Position zurückgezogen wird, werden die Spannzangen durch eine Vorspannfeder offen vorgespannt. Aufgrund der Bauweise der Spannzangen und eines Innenkolbens in dem Fluidverbinder verhindern die Spannzangen, dass die Hülse in die Verriegelungsstellung rückgespannt wird, und zwar solange, bis ein Ende des Rohrs in den Verbinder eingeführt wird und der Kolben zurückgeschoben wird. Deshalb werden die Spannzangen wenn der Fluidverbinder nicht mit einem Rohr verbunden ist offen gehalten, damit sie zur Aufnahme des Endes des Rohrs bereit sind, und die Spannzangen halten die Hülse zurück in der zurückgezogenen Position.
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Die in
US-Patent 5209528 beschriebene Art von Fluidverbinder ist zum Einsatz mit einer bestimmten Rohrgröße mit einer bestimmten Konfiguration gedacht, beispielsweise einem Buckel, einer Wulst, einem Widerhaken, einem Bördel o. Ä. Wenn man versucht, ihn mit einem Rohr mit einem größeren oder kleineren Durchmesser oder mit einer anderen Konfiguration zu verbinden, dann wird sich der Fluidverbinder nicht mit dem Rohr verbinden oder falsch mit dem Rohr verbinden, wodurch während dem Einsatz das Rohr und der Fluidverbinder voneinander getrennt werden können. Dementsprechend muss diese Art von Fluidverbinder in der Regel für jede Rohrkonfiguration und -größe maßgeschneidert werden, sodass eine Anzahl Fluidverbinder für die verschiedenen zu erwartenden Rohrkonfigurationen und -größen hergestellt werden müssen. Aufgrund der maßgeschneiderten Fertigung ist die Herstellung dieser Art von Fluidverbinder teuer, die Vorlaufzeiten sind lang und es gibt keine Möglichkeit, die Teile, die den Fluidverbinder bilden, zu variieren. Außerdem kann die Toleranz der Rohre, die mit dieser Art von Fluidverbinder verbunden werden soll, oft stark abweichen: Die Rohre entsprechen nicht den Vorgaben, sind unrund, oder es gibt eine weitere Variation der Rohrkonfiguration oder -größe, wodurch der Fluidverbinder nicht eingesetzt werden kann oder nicht effektiv eingesetzt werden kann.
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Zusammenfassung
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Hierin wird ein Fluidverbinder beschrieben, der mit einer großen Bandbreite an Rohrkonfigurationen (wie einem Buckel, einer Wulst, einem Widerhaken, einem Bördel o. Ä., gehalten von den Spannzangen) und -größen eingesetzt werden kann, da er sich selbst an die Konfiguration und Größe des Rohrs anpassen kann, mit dem er verbunden wird. Deshalb kann ein einzelner Fluidverbinder mit einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Dies ermöglicht die Entwicklung von sogenannten standardisierten Fluidverbindern „von der Stange“, die nicht maßgeschneidert gefertigt werden müssen, sodass der Fluidverbinder in großen Mengen hergestellt werden kann, wodurch die Kosten und die Produktionsvorlaufzeiten verringert werden.
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Beim vorliegend beschriebenen Fluidverbinder wird die Grenzfläche zwischen den Spannzangen und der Hülse so verändert, dass ein gewünschter Bewegungsspielraum für die Spannzangen entsteht, sodass diese um die unterschiedlichen Rohrkonfigurationen und -durchmesser zusammenklappen können. In einer Ausführungsform haben die Spannzangen (oder die Hülse) eine Oberfläche mit einem relativ flachen Winkel, während die Innenfläche der Hülse (oder die Außenfläche der Spannzangen) mehrere Absatzdurchmesser aufweist. Aufgrund der Grenzfläche zwischen den Spannzangen und der Hülse ist außerdem die Hülse immer vorgespannt, um zu einer Standardposition oder Verriegelungsstellung auf und über die Spannzangen zurückzukehren, wodurch die Spannzangen in der zusammengeklappten Position gehalten werden, auch wenn kein Rohr in das Ende des Fluidverbinders eingeführt wurde.
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In einer optionalen Ausführungsform kann ein druckbetriebener Betätigungswiderstandsmechanismus zur Verfügung gestellt werden, um dabei zu helfen, dass die Hülse davon abgehalten wird, durch Fluiddruck gegen die Vorspannung der Feder in eine zurückgezogene Position zurückgedrängt zu werden. Der druckbetriebene Betätigungswiderstandsmechanismus erzeugt wenn der Fluidverbinder unter Druck steht eine Betätigungswiderstandskraft auf die Hülse, wobei die Höhe der Betätigungswiderstandskraft je nach dem Druck des Fluids im Fluidverbinder variiert. Wenn der Fluiddruck steigt, wird mehr Kraft auf die Spannzangen ausgeübt, welche nach außen gegen die Hülse drücken und die Hülse in die zurückgezogene Position aufdrücken. Wenn jedoch der Fluiddruck steigt, erhöht dies die Betätigungswiderstandskraft, die durch den druckbetriebenen Betätigungswiderstandsmechanismus auf die Hülse erzeugt wird, wodurch der Kraft der Spannzangen auf die Hülse entgegengewirkt wird. In gleicher Weise sinkt die Betätigungswiderstandskraft, die durch den druckbetriebenen Betätigungswiderstandsmechanismus auf die Hülse erzeugt wird, auch, wenn der Fluiddruck sinkt. In einer Ausführungsform kann der druckbetriebene Betätigungswiderstandsmechanismus eine Kugel umfassen.
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Zusätzlich weist die in dem vorliegend beschriebenen Fluidverbinder eingesetzte Hauptdichtung eine Konstruktion auf, die es der Hauptdichtung erlaubt, mit einer Vielzahl von Rohren und Rohrformen abzudichten.
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Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines vorliegend beschriebenen Fluidverbinders.
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2 ist eine Längsquerschnittansicht des Fluidverbinders in 1, wobei sich die Hülse in einer Standardposition oder Verriegelungsstellung befindet.
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3 ist eine Längsquerschnittansicht ähnlich wie in 2, wobei sich die Hülse in einer zurückgezogenen Position befindet.
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4 ist eine Längsquerschnittansicht ähnlich wie in 2 vor der Verbindung mit einem Rohr.
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5 ist eine Längsquerschnittansicht ähnlich wie in 4, wobei der Fluidverbinder mit dem Rohr verbunden ist.
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6 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des vorderen Endes des Fluidverbinders, die detailliert ein Beispiel einer Grenzfläche zwischen der Hülse und den Spannzangen darstellt, wobei die Hülse zurückgezogen ist und die Spannzangen in eine offene Position expandiert sind.
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7 ist eine Querschnittsansicht ähnlich wie 6, wobei die Hülse in einer Eingriffsposition auf der Spannzangenoberfläche ist, um die Spannzangen zusammenzuklappen, sodass ein Rohr mit einem größeren Durchmesser gegriffen werden kann.
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8 ist eine Querschnittsansicht ähnlich wie 6, wobei die Hülse in einer anderen Eingriffsposition auf der Spannzangenoberfläche ist, um die Spannzangen zusammenzuklappen, sodass ein Rohr mit einem kleineren Durchmesser gegriffen werden kann.
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9 ist eine Querschnittsansicht wie die 6–8, jedoch mit umgekehrten Eingriffsflächen auf den Spannzangen und der Hülse.
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10 ist eine Längsquerschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Fluidverbinders, und zwar bevor die Verbindung mit einem Rohr stattgefunden hat, wobei der Fluidverbinder einen druckbetriebenen Betätigungswiderstandsmechanismus umfasst.
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11 ist eine Längsquerschnittansicht ähnlich wie in 10, wobei der Fluidverbinder mit dem Rohr verbunden ist und der druckbetriebene Betätigungswiderstandsmechanismus im Eingriff mit der Hülse ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Zunächst unter Bezugnahme auf 1 wird eine Ausführungsform eines Fluidverbinders 10 dargestellt. In diesem Beispiel ist der Fluidverbinder 10 eine im Wesentlichen zylindrische Konstruktion, die einen Körper 12, eine Spannanordnung 14, eine Hülse 16 und einen Kolben 18 (sichtbar in 2–3) umfasst. Der Fluidverbinder 10 kann beispielsweise dazu verwendet werden, ein erstes Fluidsystem mit einem zweiten Fluidsystem zu verbinden, damit zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidsystem Fluide, einschließlich gasförmiger und flüssiger Fluide, übertragen werden können, oder der Fluidverbinder 10 kann sich mit einem Fluidsystem verbinden, um das Fluidsystem mithilfe des Fluidverbinders 10 abzudichten.
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In einer Ausführungsform kann der Fluidverbinder 10 einstückig, aber lösbar mit dem ersten Fluidsystem durch eine im Körper 12 geformte Fluidöffnung 20 verbunden sein. In anderen Ausführungsformen kann das Fluidsystem, mit welchem der Fluidverbinder 10 einstückig verbunden ist, als das zweite Fluidsystem betrachtet werden. Der Fluidverbinder 10 ist so entwickelt worden, dass er sich beim Einsatz lösbar mit einem Rohr 22 (sichtbar in 4) des zweiten Fluidsystems verbindet (oder des ersten Fluidsystems, wenn der Fluidverbinder 10 einstückig mit dem zweiten Fluidsystem verbunden ist). Wenn sich der Fluidverbinder 10 mit dem Rohr 12 verbindet, kann das Fluid zwischen dem ersten und zweiten Fluidsystem durch den Fluidverbinder 10 geleitet werden.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf die 1–3: Der Körper 12 ist eine im Wesentlichen längliche Struktur mit einem ersten oder vorderen Ende 24 und einem zweiten oder hinteren Ende 26. Am oder nahe dem ersten Ende 24 umfasst der Körper 12 einen radial nach innen weisenden Kanal, in welchem eine Kolbendichtung 28 angeordnet ist. Die Kolbendichtung 28 dichtet mit einer Außenfläche des Kolbens 18 ab, um ein Austreten des Fluids zwischen dem Kolben 18 und dem Körper 12 zu verhindern. Hinten am vorderen Ende 24 wird im Körper 12 ein radial nach außen weisender Umfangskanal 30 geformt. Der Kanal 30 ist so vorgesehen, dass er hintere Enden von Spannzangen 40 der Spannanordnung 14 wie weiter unten beschrieben aufnimmt.
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Durch den Körper 12 wird ein Fluidströmungskanal 32 vom ersten Ende 24 bis zum zweiten Ende 26 geformt, wobei der Fluidströmungskanal 32 in Fluidverbindung mit der Fluidöffnung 20 steht, welche am oder nahe dem zweiten Ende 26 liegt. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Fluidöffnung 20 radial nach außen in den Körper 12 und kann im Einsatz ein Fluidverbindungsstück aufnehmen, das Fluid durch die Fluidöffnung 20 in den oder vom Körper 12 leitet. Die Fluidöffnung 20 kann jedoch auch andere Konfigurationen haben, beispielsweise sich im Körper 12 in einem Winkel erstreckend oder sich axial durch das zweite Ende 26 erstreckend. In manchen Ausführungsformen kann die Fluidöffnung 20 verschlossen sein, wenn der Fluidverbinder 10 zum Abdichten eines Fluidsystems verwendet wird.
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Weiterhin unter Bezugnahme auf 1–3: Die Spannanordnung 14 umfasst eine Vielzahl von Spannzangen 40, die in Umfangsrichtung nebeneinander um eine zentrale Längsachse A-A des Fluidverbinders 10 angeordnet sind. Ein hinteres Ende 42 einer jeden Spannzange 40 ist im Kanal 30 am Körper 12 angeordnet und eine geeignete Sprungfeder 44, z. B. eine Ringbandfeder oder Elastomermaterial, ist in einem am hinteren Ende 42 einer jeden Spannzange 40 geformten Kanal angeordnet. Jede Spannzange 40 umfasst einen radial nach innen weisenden Kanal 46, der einen vergrößerten Vorsprung 48 aufnimmt, die am oder nahe dem ersten Ende 24 des Körpers 12 geformt wird. Die Sprungfeder 44 wendet eine radial nach innen wirkende Vorspannkraft auf die Spannzangen 40 auf, die die Spannzangen 40 dazu zwingt, von einer zusammengeklappten oder geschlossenen Position (wie in 2) zu einer expandierten oder offenen Position (wie in 3) um den Vorsprung 48 zu schwenken, wenn die Hülse 16 aus einer Standard- oder Verriegelungsposition (wie in 2) in eine zurückgezogene Position (wie in 3) wie weiter unten beschrieben axial nach hinten gezogen wird.
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Die Hülse 16 ist verschiebbar am Körper 12 und an der Spannanordnung 14 angeordnet, damit sie in axialen Gleitbewegungen in Richtung der Längsachse A-A bewegt werden kann. Die Hülse 16 umfasst ein vorderes Ende 50 und ein hinteres Ende 52. Die Hülse 16 umfasst einen radial nach innen ragenden Absatz 54 in deren Inneren, die auf einer Außenfläche des Körpers 12 gleiten kann. Der Absatz 54 bildet auch eine Oberfläche, an welcher ein Ende einer Hülsenfeder 56, z. B. eine Schraubenfeder, anliegen kann, um die Hülse 16 in Richtung der in 2 gezeigten Standardposition vorzuspannen. Das andere Ende der Hülsenfeder 56 liegt an einem Haltering 58 an, der an der Außenfläche des Körpers 12 befestigt ist. Wie auch in 2 gezeigt, kann der Absatz 54 der Hülse 16 auch an den hinteren Enden 42 der Spannzangen 40 anliegen.
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Die Hülse 16 kann durch einen Nutzer manuell von der Standardposition wie in 2 zu der Position wie in 3 zurückgezogen werden. Wenn die Hülse 16 gelöst und das Rohr 22 nicht in den Fluidverbinder 10 eingeführt wird, dann spannt die Hülsenfeder 56 die Hülse 16 vor, sodass die Hülse 16 automatisch in die in 2 gezeigte Standardposition zurückkehrt. In der Standardposition ist die Hülse 16 oben und auf den Spannzangen 40 und hält die Spannzangen 40 in der Position, in der sie am meisten zusammengeklappt sind. Die Hülse 16 kann auch so ausgebildet sein, dass sie eine oder mehrere zur Griffverbesserung geeignete Vorrichtungen 60 aufweist, die einem Nutzer dabei helfen, die Hülse 16 zurückzuziehen. Zum Beispiel kann die Griffverbesserungsvorrichtung 60 wie in 1 und 2 dargestellt einen vergrößerten Abschnitt der Hülse 16 am oder nahe dem hinteren Ende 52 davon umfassen, der mit einer umlaufenden Vertiefung ausgebildet ist, welche der Hand des Nutzers das Greifen der Hülse 16 erleichtert, wenn er die Hülse 16 zurückzieht und vielleicht sogar wenn er die Hülse 16 nach vorne in Richtung Standardposition schiebt.
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Ein hinteres Ende 62 des Kolbens 18 ist im ersten Ende 24 des Körpers 12 angeordnet und ein vorderes Ende 64 des Kolbens 18 überragt den Körper 12. Der Kolben 18 formt einen Fluidströmungskanal, der eine Verlängerung des Fluidströmungskanals 32 des Körpers 12 ist, sodass Fluid durch den Kolben 18 strömen kann. Der Kolben 18 ist im Körper 12 relativ zum Körper 12 in Richtung der Längsachse A-A verschiebbar. Eine Vorspannfeder 66, z. B. eine Schraubenfeder, steht an einem Ende mit dem Körper 12 im Eingriff und steht an einem entgegengesetzten Ende davon mit einem im Kolben 18 geformten Absatz 68 im Eingriff. Die Vorspannfeder 66 spannt den Kolben 18 in einer Richtung weg vom Körper 12 (oder nach links in 2) vor, erlaubt es aber, dass der Kolben 18 gegen die Vorspannung der Feder 66 weiter in den Körper 12 zurückgedrängt wird.
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Eine Hauptdichtung 70 ist im vorderen Ende 64 des Kolbens 18 angeordnet, sodass die Hauptdichtung 70 mit dem Kolben 18 bewegt werden kann. Die Hauptdichtung 70 ist so angeordnet und konfiguriert, dass sie mit einem Ende des Rohrs 22 abdichtet, wenn das Rohr 22 in den Fluidverbinder 10 eingeführt wird. In einer Ausführungsform ist die Hauptdichtung 70 so konfiguriert, dass sie mit einer Vielzahl von Größen und Konfigurationen von Rohrenden abdichten kann. Wie beispielsweise in 2 dargestellt, kann die Hauptdichtung 70 eine umgekehrte Kegelform mit einer nach innen und nach hinten abgeschrägten Dichtfläche 72 aufweisen. Die Dichtfläche 72 erlaubt es der Hauptdichtung 70, mit unterschiedlichen Größen von Rohrenden abzudichten, ebenso wie mit Rohrenden unterschiedlicher Konfiguration. Die Hauptdichtung 70 weist auch einen Durchlass 74 auf, der sich am Fluidströmungskanal durch den Kolben 18 und dem Fluidströmungskanal 32 im Körper 12 ausrichtet, um einen durchgehenden Fluidströmungsdurchlass durch den Fluidverbinder 10 zu formen.
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Der bisher beschriebene Fluidverbinder 10 funktioniert im Allgemeinen wie nachfolgend beschrieben. Das Rohr 22 oder die andere Struktur, mit der sich der Fluidverbinder 10 verbinden soll, hat eine Konfiguration, die einen oder mehrere vorspringende Bestandteile 82 umfasst, um es den Spannzangen 40 zu ermöglichen, das Rohr 22 oder die andere Struktur zu halten. Beispiele für vorspringende Bestandteile 82 können unter anderem eine Wulst, einen Widerhaken, ein Gewinde o. Ä. umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Unter Bezugnahme auf 3–5: Der Nutzer zieht die Hülse 16 manuell zurück in die in 3 gezeigte zurückgezogene Position, um mit dem Rohr 22 zu verbinden. Dies erlaubt es den Spannzangen 40 aufgrund der Vorspannkraft der Feder 44, sich nach außen auszudehnen. Das Ende des Rohrs 22 wird dann durch die Öffnung, die durch die ausgedehnten Spannzangen 40 geformt wird, in das Ende des Fluidverbinders 10 eingeführt. Das Ende des Rohrs 22 bringt die abgeschrägte Oberfläche 72 der Hauptdichtung 70 in Eingriff und der Kolben 18 wird gegen die Kraft der Feder 66 zurückgedrängt. Der Nutzer löst dann die Hülse 16, die durch die Feder 56 vorgespannt ist, wieder zurück in die Standardposition. Wenn sich die Hülse 16 in Richtung Standardposition bewegt, gleitet die Innenfläche der Hülse 16 am vorderen Ende 50 davon aufwärts und über die Außenflächen der Spannzangen 40, wodurch die Spannzangen 40 dazu gezwungen werden, radial nach innen zu schwenken und um das Rohr 22 zusammenzuklappen (5). Wie in 5 dargestellt, schließen die Spannzangen 40 genau über dem vorspringenden Bestandteil 82 des Rohrs 22, um den Fluidverbinder 10 mit dem Rohr 22 zu verbinden, ohne erheblichen Spanndruck auf das Rohr 22 auszuüben. Bei dieser Art von Verbinder erzeugen die Spannzangen 40 eine Radialkraft auf das Rohr 22, aber sie erzeugen keine Greifkraft.
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Nun unter Bezugnahme auf 6–8: Die Grenzfläche zwischen der Außenfläche der Spannzangen 40 und der Innenfläche der Hülse 16 ist am vorderen Ende 50 so konfiguriert, dass die Spannzangen 40 sich selbst an unterschiedliche Durchmesser und Konfigurationen des Rohrs 22 anpassen können, wenn die Spannzangen 40 von der Hülse 16 zusammengeklappt werden, wodurch der Fluidverbinder 10 sich mit den Rohren verbinden kann, die unterschiedliche Rohrkonfigurationen und -durchmesser aufweisen. In der in 6–8 dargestellten Ausführungsform weist jede Spannzange 40 eine Außenfläche 90 mit einem relativ flachen Winkel auf, die sich in eine Ebene 91 erstreckt, während die Innenfläche der Hülse 16 am vorderen Ende 50 zwei oder mehr Betätigungsflächen oder Stufen 92a, 92b mit unterschiedlichen Innendurchmessern aufweist.
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Die Betätigungsflächen 92a, 92b dienen dazu, in die abgeschrägten Außenflächen 90 der Spannzangen 40 einzugreifen und die Spannzangen 40 radial nach innen zusammenzuklappen, wenn die Hülse 16 durch die Feder 56 in Richtung der Standardposition gezwungen wird, je nachdem, wie groß der Durchmesser des Rohrs 22 ist, mit dem verbunden wird. Die abgeschrägten Spannzangenflächen 90 und die Betätigungsflächen 92a, 92b sind so dimensioniert und relativ zueinander positioniert, dass die Betätigungsflächen 92a, 92b unterschiedliche Beträge von Einwärtsbewegungen der Spannzangen 40 verursachen, und zwar basierend auf dem Durchmesser des Rohrs 22, mit dem verbunden wird. Wenn zum Beispiel die Hülse 16 in Richtung der Standardposition rückgespannt wird, wird zunächst die Betätigungsfläche 92a in die abgeschrägte Fläche 90 der Spannzangen 40 eingreifen und dadurch die Spannzangen 40 zwingen, sich wie in 6 gezeigt um das Rohr 22 zusammenzuklappen. Die Betätigungsfläche 92a der Hülse 16 bewegt sich weiter entlang der abgeschrägten Flächen 90 und zwingt die Spannzangen 40 weiter radial nach innen. Wenn sich die Betätigungsfläche 92a dem Ende der Flächen 90 nähert, beginnt die Betätigungsfläche mit dem kleineren Durchmesser 92b wie in 7 gezeigt, in die abgeschrägten Flächen 90 der Spannzangen 40 einzugreifen. Da die Betätigungsfläche 92b einen kleineren Innendurchmesser aufweist als die Betätigungsfläche 92a, zwingt die Betätigungsfläche 92b die Spannzangen 40, sich noch weiter radial nach innen zusammenzuklappen.
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Je nachdem, wie groß der Durchmesser des Rohrs 22 ist, das gegriffen wird, steuert jedoch das Rohr 22, wie weit die Spannzangen 40 nach innen zusammenklappen, wodurch festgelegt wird, ob eine oder beide der Betätigungsflächen 92a, 92b in die Spannzangenflächen 90 eingreifen, und wie weit entlang der abgeschrägten Spannzangenflächen 90 sich die Betätigungsflächen 92a, 92b bewegen. Wenn das Rohr 22 den kleinsten Durchmesser des vorgesehenen Größenbereichs aufweist, gleitet die Betätigungsfläche 92b der Hülse über die Ebenen 91 der Spannzangen 40.
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Unter Bezugnahme auf 8: Die Geometrie zwischen den abgeschrägten Spannzangenflächen 90 und den Betätigungsflächen 92a, 92b ist so gewählt, dass die oben beschriebene eigenständige Anpassung der Spannzangen 40 an unterschiedliche Durchmesser und Konfigurationen des Rohrs 22 möglich ist. Beispielsweise haben die abgeschrägten Spannzangenflächen 90 einen Winkel A, der relativ ist zur Horizontalen und zur Längsachse A-A. Je größer der Winkel A ist, desto mehr Kraft wird beim Einsatz des Fluidverbinders 10 erzeugt, die auf die Hülse 16 zurückdrückt und versucht, den Fluidverbinder 10 zu öffnen, während der Fluiddruck steigt. Je kleiner der Winkel A ist, desto weniger bewegen sich die Spannzangen 40, d. h. der Bewegungsbereich der Spannzangen 40 wird kleiner, was die eigenständige Anpassung der Spannzangen 40 einschränkt. In einer Ausführungsform kann der Winkel A zwischen ungefähr 4 Grad und ungefähr 10 Grad betragen. In einer anderen Ausführungsform kann der Winkel A zwischen ungefähr 5 Grad und ungefähr 7 Grad betragen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Winkel A ungefähr 5 Grad betragen. In dem in 8 dargestellten Beispiel ist ØD1 der Innendurchmesser der Hülse 16 für die Betätigungsfläche 92a, ØD2 ist der Innendurchmesser der Hülse 16 für die Betätigungsfläche 92b, L1 ist die Länge der Betätigungsfläche 92a, und L2 ist die Länge jeder abgeschrägten Spannzangenfläche 90. In einer Ausführungsform können L1 und L2 die gleiche Länge haben.
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Der Winkel A erzeugt eine Reibungskraft zwischen den Spannzangenflächen 90 und den Betätigungsflächen 92a, 92b. Diese Reibungskraft erzeugt gemeinsam mit der Vorspannkraft der Hülsenfeder 56 eine Kraft, die der zurückschiebenden Kraft widersteht, die auf die Hülse 16 wirkt, die dazu neigt, den Fluidverbinder 10 zu öffnen. In einer Ausführungsform ist die durch den Winkel A erzeugte Reibungskraft gemeinsam mit der Vorspannkraft der Hülsenfeder 56 genauso groß wie oder größer als die zurückschiebende Kraft, die erzeugt wird, wenn der Winkel A zwischen ungefähr 4 Grad und ungefähr 10 Grad beträgt. Wahlweise kann in manchen Ausführungsformen ein weiter unten beschriebener druckbetriebener Betätigungswiderstandsmechanismus eingesetzt werden, um dabei zu helfen, die Kombination aus der durch den Winkel A erzeugten Reibungskraft und der Vorspannkraft der Hülsenfeder 56 zu ergänzen.
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In einer Ausführungsform kann die Geometrie zwischen den abgeschrägten Spannzangenflächen 90 und den Betätigungsflächen 92a, 92b so gewählt werden, dass es dem Fluidverbinder 10 ermöglicht wird, Rohre zu greifen, die Durchmesser aufweisen, die über einem Durchmesserbereich von ungefähr Ø,100 (oder ungefähr 2,54 mm) liegen, und mit ihnen abzudichten.
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Die Spannzangen 40 sind so beschrieben, dass sie die Außenfläche 90 mit einem flachen Winkel aufweisen, während die Innenfläche der Hülse 16 so beschrieben ist, dass sie die zwei oder mehr Betätigungsflächen oder Stufen 92a, 92b aufweist, die unterschiedliche Innendurchmesser haben. In einem weiteren in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel können die Flächen umgekehrt werden, wobei die Innenfläche der Hülse 16 eine Außenfläche 90’ mit einem flachen Winkel aufweist, ähnlich wie Fläche 90, und die Außenfläche jeder der Spannzangen 40 zwei oder mehr Betätigungsflächen 92a’, 92b’ aufweisen, ähnlich wie die Betätigungsflächen 92a, 92b, mit unterschiedlichen Außendurchmessern.
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Die 10 und 11 zeigen eine Ausführungsform, in der ein Fluidverbinder 100 dargestellt wird, der mit dem Rohr 22 mit dem vorspringenden Bestandteil 82 verbunden ist. Der Aufbau des Fluidverbinders 100 ist weitgehend identisch mit dem des Fluidverbinders 10 und ähnliche Elemente werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Beispiel ist der Fluidverbinder 100 eine im Wesentlichen zylindrische Konstruktion, die einen Körper 12, eine Spannanordnung 14, eine Hülse 16 und einen Kolben 18 umfasst. Der Fluidverbinder 100 kann beispielsweise dazu verwendet werden, ein erstes Fluidsystem mit einem zweiten Fluidsystem zu verbinden, damit zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidsystem Fluide, einschließlich gasförmiger und flüssiger Fluide, übertragen werden können, oder der Fluidverbinder 100 kann sich mit einem Fluidsystem verbinden, um das Fluidsystem mithilfe des Fluidverbinders 100 abzudichten.
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Da der Fluidverbinder 100 statt dem Körper 12 eine radiale Fluidöffnung 20 wie im Fluidverbinder 10 aufweist, hat der Körper 12 des Fluidverbinders 100 eine Fluidöffnung 102, die sich axial durch das zweite Ende des Körpers 12 erstreckt. In manchen Ausführungsformen kann die Fluidöffnung 102 verschlossen sein, wenn der Fluidverbinder 100 zum Abdichten eines Fluidsystems verwendet wird.
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Der Fluidverbinder 100 weicht vom Fluidverbinder 10 auch dahingehend ab, dass der Fluidverbinder 100 einen druckbetriebenen Betätigungswiderstandsmechanismus 104 umfasst, der dabei hilft, die Hülse 16 davon abzuhalten, durch Fluiddruck, der auf die Spannzangen 40 wirkt, in eine zurückgezogene Position gegen die Vorspannung der Hülsenfeder 56 zurückgedrängt zu werden. Ein ähnlicher druckbetriebener Betätigungswiderstandsmechanismus 104 könnte an jedem der Fluidverbinder 10 in den 1–9 eingesetzt werden. Der druckbetriebene Betätigungswiderstandsmechanismus 104 ist so konfiguriert, dass er eine Betätigungswiderstandskraft auf die Innenfläche der Hülse 16 erzeugt, wobei die Höhe der Betätigungswiderstandskraft basierend auf dem Druck des Fluids im Fluidverbinder 100 variiert. Wenn der Fluiddruck im Fluidverbinder 100 steigt, wird mehr Kraft auf die Spannzangen 40 ausgeübt, welche nach außen gegen die Hülse 16 drücken und die Hülse 16 in die zurückgezogene Position aufdrücken. Wenn jedoch der Fluiddruck steigt, erhöht dies die Betätigungswiderstandskraft, die durch den druckbetriebenen Betätigungswiderstandsmechanismus 104 auf die Hülse 16 erzeugt wird, wodurch der Kraft der Spannzangen 40 auf die Hülse entgegengewirkt wird. In gleicher Weise sinkt die Betätigungswiderstandskraft, die durch den druckbetriebenen Betätigungswiderstandsmechanismus 104 auf die Hülse 16 erzeugt wird, auch, wenn der Fluiddruck sinkt.
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Unter Bezugnahme auf die 10 und 11: Der druckbetriebene Betätigungswiderstandsmechanismus 104 umfasst einen Kanal 106, der mit dem Fluidströmungskanal 32 des Körpers 12 in Fluidverbindung steht. Im Kanal 106 ist ein Druckkolben 108 angeordnet, und im Kanal 106 ist über dem Druckkolben 108 eine Kugel 110 angeordnet. Eine O-Ring-Dichtung 112 stellt eine Dichtung zwischen einer Stange des Druckkolbens 108 und dem Kanal 106 bereit, um das Austreten von Fluid zu verhindern, das durch den Fluidströmungskanal 32 fließt.
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Unter Bezugnahme auf 10: Wenn der Fluidverbinder 100 nicht verbunden ist und im Fluidverbinder 100 kein Fluiddruck herrscht und wenn die Hülse 16 zurückgezogen ist, wird die Kugel 110 nach innen gedrückt. Unter Bezugnahme auf 11: Sobald die Verbindung stattgefunden hat und im Fluidverbinder 100 ein interner Druck herrscht, wird die Kugel 110 durch den Druckkolben 108 und das auf das Ende des Druckkolbens 108 durch den Kanal 106 wirkende Fluid radial nach außen gegen eine abgeschrägte innere Rampenfläche 114 der Hülse 16 gedrückt. Die Kugel 110 erzeugt eine Betätigungswiderstandskraft auf die Hülse 16, welche einer Bewegung der Hülse 16 in eine Trennstellung widersteht.
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Wie oben beschrieben wirkt das Fluid wenn der Verbinder 100 internen Druck hat auf den Kolben 18, welcher direkt auf die Spannzangen 40 wirkt, wodurch die Spannzangen 40 nach außen gezwungen werden, wodurch aufgrund des relativ flachen Winkels der Spannzangenflächen 90 eine Axialkraft auf die Hülse 16 erzeugt wird, wodurch tendenziell die Hülse 16 zurück in die zurückgezogene Position gezwungen wird. Die Axialkraft auf die Hülse 16 wird durch die abgeschrägte innere Rampenfläche 114 der Hülse 16 in eine Radialkraft auf die Kugel 110 umgewandelt. Diese Radialkraft wirkt direkt gegen die nach außen gerichtete Kraft, die durch den Fluiddruck im Fluidverbinder 100 auf den Druckkolben 108 wirkt. Die zwei entgegengesetzten Kräfte sollten einander ausreichend entgegenwirken, um ein druckinduziertes Zurückziehen der Hülse 16 zu verhindern, wenn der Fluidverbinder 100 unter Druck gesetzt wird. In einer Ausführungsform können die zwei entgegengesetzten Kräfte im Wesentlichen gleich groß sein.
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Mit dem beschriebenen druckbetriebenen Betätigungswiderstandsmechanismus 104 wirkt keine Feder, kein elastisches Element oder ein anderes Vorspannelement auf die Kugel 110, das die Kugel 110 nach unten zu der in 10 dargestellten Position vorspannt. Stattdessen zwingt die abgeschrägte Rampenfläche 114 im Inneren der Hülse 16 die Kugel nach unten, wenn der Fluidverbinder 100 nicht unter Druck gesetzt wird und die Hülse 16 in die zurückgezogene Position zurückgezogen wird.
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Obwohl beschrieben wurde, dass der druckbetriebene Betätigungswiderstandsmechanismus 104 eine Kugel 110 aufweist, können auch andere Elemente, die eine Betätigungswiderstandskraft erzeugen, eingesetzt werden. Jedes Element, wie eine Kugel, ein Zylinder o. Ä., kann eingesetzt werden, solange das Element genug Betätigungswiderstandskraft auf die Hülse 16 erzeugen kann und es dem Element möglich ist, entlang der Rampenfläche 114 zu rollen oder zu gleiten, wenn die Hülse 16 zurückgezogen ist. Außerdem müssen der Druckkolben 108 und die Kugel 110 keine separaten Elemente sein, sondern können stattdessen ein einziges Teil bilden, das sowohl die Funktion des Druckkolbens, als auch die der Kugel erfüllt.
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Ferner kann jeder einzelne Bestandteil der Fluidverbinder in den 1–11 in jeglicher Kombination der Bestandteile eingesetzt werden.
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Die in dieser Anmeldung offenbarten Beispiele sind in jeder Hinsicht zur Veranschaulichung und nicht zur abschließenden Aufzählung gedacht. Der Rahmen der Erfindung wird in den beigefügten Ansprüchen angegeben und nicht in der vorangegangenen Beschreibung. Alle Änderungen, die im Bereich der Bedeutung und dem Rahmen der Äquivalenz der Ansprüche liegen, werden als miteinbegriffen betrachtet.
