DE112016003530T5

DE112016003530T5 - Fluidanschluss mit Verbindungsstatussensor

Info

Publication number: DE112016003530T5
Application number: DE112016003530.6T
Authority: DE
Inventors: Robert Danielson; Jake G. CLIFTON; Jason D. Clifford; William J. Rankin; Jake CHANDLER
Original assignee: Fastest Inc
Current assignee: Fastest Inc
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2018-04-19
Also published as: US10876663B2; CN107850251B; CN107850251A; WO2017024141A1; US20170037991A1

Abstract

Es werden Fluidanschlüsse beschreiben, die einen oder mehrere Sensoren enthalten, mit denen ein Verbindungsstatus der Fluidanschlüsse erfasst wird. Von dem Sensor bzw. den Sensoren wird angezeigt, dass der Fluidanschluss des ersten Fluidsystems mit dem zweiten Fluidsystem verbunden ist, bevor der Fluidfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidsystem initiiert wird. Von dem Sensor bzw. den Sensoren wird die Bewegungen eines oder mehrerer Elemente der schnellverbindenden Fluidanschlüsse erfasst, die an der tatsächlichen Verbindung der Fluidanschlüsse zum zweiten Fluidsystem beteiligt sind. Zu den erfassbaren Elementen gehören beispielsweise eine oder mehrere zylindrische Hülsen des Anschlusses oder ein Kolben des Anschlusses. Der Verbindungsstatus des Fluidanschlusses kann so akkurat bestimmt werden.

Description

Gebiet
Es werden schnellverbindende Fluidanschlüsse beschrieben, die Sensoren zur Erkennung des Verbindungsstatus der Fluidanschlüsse umfassen.
Hintergrund
Schnellverbindende Fluidanschlüsse zur gegenseitigen Verbindung von Fluidsystemen für die Überführung von Flüssigkeiten von einem System in das andere sind bekannt. In einer beispielhaften Anwendung werden schnellverbindende Fluidanschlüsse an Befüllstationen industrieller Befüllungsanlagen eingesetzt, um Gasflaschen anzukoppeln, damit diese bearbeitet werden können. Dabei können Flaschen unterschiedlicher Größen, von relativ kleinen, tragbaren Sauerstoffflaschen für den persönlichen medizinischen Gebrauch bis hin zu großen Gasflaschen für Schweißarbeiten, angeschlossen werden. Manche schnellverbindenden Fluidanschlüsse müssen an- und abgeschraubt werden, um eine Verbindung herzustellen, was zur Ermüdung des Bedieners führen kann. Eine schnellere Verbindungsherstellung bzw. -trennung reduziert zudem die Bearbeitungszeit pro Flasche. Im Hinblick auf den hohen Druck bei diesen Vorgängen muss außerdem eine Trennung der Verbindung verhindert werden, während diese unter Druck steht. Des Weiteren muss vor Bearbeitungsbeginn sichergestellt werden, dass der Anschluss tatsächlich verbunden ist, um eine versehentliche Verbindungstrennung zu verhindern, nachdem das unter hohem Druck stehende Fluid zu fließen beginnt.
US-Patent 8,844,979 beschreibt Beispiele schnellverbindender Fluidanschlüsse, die zur Überführung von Fluiden, einschließlich gasförmiger und flüssiger Fluide, zwischen einem ersten und einem zweiten Fluidsystem, eingesetzt werden, beispielsweise zum Befüllen von Gasflaschen.
US-Patent 7,841,357 beschreibt einen Fluidanschluss, der mithilfe eines Magneten und eines Sensors die Bewegung eines Kolbens erfasst. Auf Basis dieser erfassten Kolbenbewegung wird der Verbindungszustand des Anschlusses kalkuliert. In US-Patent 7,841,357 dient die Kolbenbewegung als Grundlage für die Beurteilung, ob eine Verbindung hergestellt wurde. Doch auch wenn sich der Kolben in der vollständig geöffneten Position befindet, besteht die Möglichkeit, dass das hier beschriebene Verbindungselement nicht korrekt mit dem Verbindungsgegenstück verbunden ist, beispielsweise wenn das Verbindungselement versagt oder ein ungeeignetes Verbindungsgegenstück verwendet wird. Der in US-Patent 7,841,357 beschriebene Fluidanschluss kann sich daher unter Druck abkoppeln, obgleich eine vollständige Kolbenbewegung erfasst wurde.
Zusammenfassung
Es werden Beispiele für schnellverbindende Fluidanschlüsse beschrieben, mit denen ein erstes Fluidsystem mit einem zweiten Fluidsystem verbunden werden kann, um Fluide zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidsystem zu überführen. Der in diesem Dokument verwendete Begriff Fluid umfasst Gase, Flüssigkeiten oder Gemische aus beiden. In einer beispielhaften Anwendung können die beschriebenen schnellverbindenden Fluidanschlüsse an einer Befüllstation in einer industriellen Befüllungsanlage zum Befüllen von Gasflaschen eingesetzt werden. Die beschriebenen schnellverbindenden Fluidanschlüsse können jedoch für jede beliebige Anwendung eingesetzt werden, um ein erstes Fluidsystem mit einem zweiten Fluidsystem für die Zwecke der Überführung von Fluiden zwischen den beiden Systemen zu verbinden.
Die beschriebenen Fluidanschlüsse enthalten einen oder mehrere Sensoren, mit denen ein Verbindungsstatus der Fluidanschlüsse erfasst wird. Von dem Sensor bzw. den Sensoren wird angezeigt, dass die Fluidanschlüsse des ersten Fluidsystems mit dem zweiten Fluidsystem verbunden sind, bevor der Fluidfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidsystem initiiert wird. Von dem Sensor bzw. den Sensoren wird die Bewegungen eines oder mehrerer Elemente der schnellverbindenden Fluidanschlüsse erfasst, die an der tatsächlichen Verbindung der Fluidanschlüsse zum zweiten Fluidsystem beteiligt sind. Zu den erfassbaren Elementen gehören beispielsweise eine oder mehrere zylindrische Hülsen des Anschlusses oder ein Kolben des Anschlusses. Der Verbindungsstatus des Fluidanschlusses kann so akkurat bestimmt werden.
In einer Ausführungsform umfassen die hier beschriebenen Fluidanschlüsse einige Merkmale, die im Hinblick auf Aufbau und Handhabung Merkmalen der Fluidanschlüsse ähneln, die in US-Patent 8,844,979 beschriebenen werden, welches durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit Bestandteil dieses Dokuments wird.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines schnellverbindenden Fluidanschlusses, der mit dem Ventil einer Gasflasche verbunden ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Fluidanschlusses aus 1, bei dem die äußere Hülse zur besseren Darstellung der Sensoren transparent und der Griff im entkoppelten Zustand des Fluidanschlusses nach oben zeigend dargestellt sind.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Fluidanschlusses aus 1, wobei die äußere Hülse der Klarheit halber nicht dargestellt ist.
4 ist eine Querschnittsansicht des Anschlusses, in der die Positionen eines vorderen Sensors und eines vorderen Magneten dargestellt sind.
5 ist eine perspektivische Ansicht des Fluidanschlusses aus 1, wobei die äußere Hülse und die vordere Hülse der Klarheit halber nicht dargestellt sind.
6 ist eine Querschnittsansicht des Anschlusses, in der die Positionen eines hinteren Sensors und eines hinteren Magneten dargestellt sind.
7 ist eine perspektivische Ansicht des Fluidanschlusses, bei dem die äußere Hülse transparent und der Griff im gekoppelten Zustand des Fluidanschlusses nach unten zeigend dargestellt sind.
8 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines schnellverbindenden Fluidanschlusses mit einem Verbindungsstatussensor.
9 ist eine Querschnittsansicht des Fluidanschlusses aus 8.
10 ist eine Endansicht des Fluidanschlusses aus 8.
11 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 11-11 aus 10.
12 ist eine Querschnittsansicht des Fluidanschlusses, in der die Dichtung im gekoppelten Zustand des Anschlusses dargestellt ist.
13 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Fluidanschlusses, ähnlich der Ausführungsform in 1 bis 7, jedoch mit einem Gehäuse am hinteren Ende des Fluidanschlusses.

Detaillierte Beschreibung
Sofern nicht anders definiert, umfasst der in diesem Dokument verwendete Begriff Fluid Gase, Flüssigkeiten oder Gemische aus beiden.
Die beschriebenen schnellverbindenden Fluidanschlüsse können für jede beliebige Anwendung eingesetzt werden, um ein erstes Fluidsystem mit einem zweiten Fluidsystem zur Überführung von Fluiden zwischen den beiden Systemen zu verbinden. Eine beispielhafte, den Schutzumfang dieser Erfindung nicht einschränkende Anwendung ist der Einsatz an einer Befüllstation in einer industriellen Befüllungsanlage zum Befüllen von Gasflaschen. Die beschriebenen Fluidanschlüsse können jedoch in vielen anderen Anwendungen eingesetzt werden.
Die nachstehend genauer beschriebenen Fluidanschlüsse enthalten einen oder mehrere Sensoren, mit denen der Verbindungsstatus der Fluidanschlüsse erfasst wird. Die Sensoren überwachen interne Komponenten der Fluidanschlüsse und zeigen an, dass die Fluidanschlüsse des ersten Fluidsystems mit dem zweiten Fluidsystem verbunden sind, bevor der Fluidfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidsystem initiiert wird. Die Sensoren sind in den Fluidanschlüssen angeordnet, um die Bewegungen eines oder mehrerer Elemente der Fluidanschlüsse, die an der tatsächlichen Verbindung der Fluidanschlüsse zum zweiten Fluidsystem beteiligt sind, zu erfassen. Der Verbindungsstatus der Fluidanschlüsse kann so akkurat bestimmt werden.
Unter Bezugnahme zunächst auf die 1 bis 7 wird eine erste Ausführungsform eines schnellverbindenden Fluidanschlusses 10 zum Anschluss an ein Ventil 2 einer Gasflasche beschrieben. Das Ventil 2 und die Gasflasche weisen einen herkömmlichen Aufbau auf. Das Ventil 2 steuert den Ein- und Austritt des Fluids, in diesem Fall ein Gas, in die bzw. aus der Flasche. Das Ventil umfasst einen Verarbeitungseingang 4, welcher so ausgeformt ist, dass er in einen Verbindungsmechanismus des Anschlusses 10 einrastet und durch welchen Gas in die Gasflasche eingeführt oder aus der Gasflasche ausgelassen wird.
Im Fluidanschluss 10 werden zwei separate Elemente innerhalb des Fluidanschlusses 10 überwacht, um zu sicherzustellen, dass die Verbindung zu Ventil 2 hergestellt wurde. Ein Griff 12 kann von Hand nach oben gedreht werden, um die Verbindung zu lösen, und der Griff 12 kann von Hand wieder nach unten gedreht werden, ohne dass eine Verbindung zum Ventil 2 hergestellt wird. Diese Bewegung allein kann zu keiner korrekten Verbindung führen. Zudem wird eine vordere Hülse 14 in den Anschluss 10 zurückgezogen, wenn eine korrekte Verbindung hergestellt wurde und ebenso, wenn der Griff 12 im entkoppelten Zustand nach oben zeigt. Diese Bewegung der vorderen Hülse 14 allein kann zu keiner korrekten Verbindung führen. Entsprechend werden zwei Sensoren 16, 18 (nachstehend genauer beschrieben) bereitgestellt, welche die in der vorderen Hülse 14 bzw. einer äußeren Hülse 24 untergebrachten Magnete 20, 22 erfassen. Wenn die Magnetfelder der Magnete von Sensoren 16, 18 angemessen erfasst werden, kann ein Signal an den zentralen Prozessor weitergeleitet werden, das anzeigt, dass die Verbindung hergestellt wurde und der Fluidfluss durch den Fluidanschluss sicher initiiert werden kann. In manchen Ausführungsformen kann eine an dem Fluidanschluss 10 montierte Leuchte 26, beispielsweise mit grünem Licht, eingeschaltet werden, die einem menschlichen Bediener des Fluidanschlusses 10 anzeigt, dass die Verbindung hergestellt wurde. Signale der Sensoren 16, 18 können vom Anschluss 10 über eine Kabelverbindung 27 des Fluidanschlusses 10 weitergeleitet werden. In anderen Ausführungsformen können Signal der Sensoren 16, 18 kabellos über einen geeigneten Übertragungsmechanismus, beispielsweise einen Sender-Empfänger (nicht dargestellt), übermittelt werden.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 4 umfasst der Anschluss 10 die zylindrische äußere Hülse 24, welche eine Längsachse definiert, einen Hauptkörper 28, einen Kolben 30, die vordere Hülse 14, einen Verbindungsmechanismus 32 und einen Betätigungsmechanismus 34.
Der Hauptkörper 28 ist zumindest teilweise in der äußeren Hülse 24 angeordnet und wird von dieser umschlossen. In der dargestellten Ausführungsform ist der Hauptkörper 28 fast vollständig im Inneren der äußeren Hülse 24 angeordnet, mit Ausnahme eines kleinen Teils eines hinteren Endes des Hauptkörpers 28 und eines am Hauptkörper 28 befestigten Nippels 36, der einen Fluideingang definiert und der über eine Außenseite der äußeren Hülse 24 hinaus vorspringt, wobei der Nippel 36 generell in einem rechten Winkel zu der Längsachse des Anschlusses 10 angeordnet ist. Der Nippel 36 kann auch so angeordnet sein, dass der durch ihn definierte Flussweg geradeaus durch den Anschluss parallel zur Längsachse verläuft oder in Winkeln, die nicht 90 Grad entsprechen.
Wie in 1 dargestellt, kann die Position der Kabelverbindung 27 als vor dem Nippel 36 gelegen oder als zwischen dem Nippel 36 und dem vorderen Ende der Hülse 24 gelegen oder als so am Hauptkörper 28 angeordnet, dass sich die Kabelverbindung 27 in einem Schlitz 37 befindet, der in der Hülse 24 gebildet wird und in dem sich die Kabelverbindung 27 und der Nippel 36 entlangbewegen können, beschrieben werden; oder der Nippel 36 liegt zwischen der Kabelverbindung 27 und dem hinteren Ende des Hauptkörpers 28. Unabhängig davon, wie die Position der Kabelverbindung 27 beschrieben wird, schützt der Nippel 36 die Kabelverbindung 27 vor versehentlicher Beschädigung durch einen Bediener des Fluidanschlusses 10.
Der Hauptkörper 28 und die äußere Hülse 24 sind parallel zur Längsachse gegeneinander verschiebbar. Der Hauptkörper 28 umfasst einen ersten oder vorderen Hauptkörperendbereich 38 und einen zweiten oder hinteren Hauptkörperendbereich 40. Zudem definiert der Hauptkörper 28 einen Fluiddurchgang 42, der in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchgang von Nippel 36 steht, sodass Fluid zwischen dem Nippel 36 und dem Fluiddurchgang 42 fließen kann.
Des Weiteren ist ein Betätigungsschlitz 44 (siehe 3) im Hauptkörper 28 neben dem zweiten Hauptkörperendbereich 40 definiert, welcher einen Teil des nachstehend genauer beschriebenen Betätigungsmechanismus 34 aufnimmt. In der dargestellten Ausführungsform zeigt der Betätigungsschlitz 44 nach unten, wobei das untere Ende des Schlitzes durch die äußere Hülse 24 versperrt ist. Der Betätigungsschlitz kann jedoch auch anders ausgerichtet sein. Weitere Informationen zum Aufbau und zur Handhabung des Schlitzes 44 sind in US-Patent 8,844,979 aufgeführt, welches durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit Bestandteil dieses Dokuments wird.
Unter Bezugnahme auf 4 ist der Kolben 30 ein zylindrisches Element, das zumindest teilweise im Inneren des Hauptkörpers 28 angeordnet ist, wobei der Kolben 30 gegenüber dem Hauptkörper 28 parallel zur Längsachse gleitverschiebbar ist. Der Kolben 30 umfasst einen ersten Kolbenendbereich 46, der axial über den ersten Hauptkörperendbereich 38 hinausragt, einen zweiten Kolbenendbereich 48, der im Inneren des Hauptkörpers 28 angeordnet ist, und einen Fluiddurchgang 50, der sich von der ersten Kolbenendregion 46 erstreckt und in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchgang 42 des Hauptkörpers 28 steht.
Das Innere der Kolbenendregion 48 ist ausgehöhlt und weist somit einen größeren Durchmesser auf als der Fluiddurchgang 50, und der ausgehöhlte Endbereich 48 nimmt eine Feder 52, beispielsweise eine Spiralfeder, auf, die an einem Ende an einer innerhalb des Kolbens 30 definierten Schulter 54 und an seinem entgegengesetzten Ende an einer im Hauptkörper 28 definierten Schulter 56 anliegt. Die Feder 52 spannt den Kolben 30 in 4 nach rechts, d. h. in Richtung des Ventils 2, oder in einer vom Endbereich 40 des Hauptkörpers wegführenden Richtung vor. Eine Dichtung 58, beispielsweise eine Gleitdichtung oder eine O-Ring-Dichtung ist zwischen der Außenfläche des Kolbens 30 und der Innenfläche des Hauptkörpers 28 vorgesehen, um ein Austreten von Fluid zwischen dem Kolben 30 und dem Hauptkörper 28 zu verhindern.
Der Endbereich 46 des Kolbens 30 umfasst eine darauf angeordnete Dichtung 60, beispielsweise eine elastomerische O-Ring-Dichtung, zur Abdichtung gegen eine Innenfläche im Inneren des Verarbeitungseingangs 4.
Der Verbindungsmechanismus 32 ist am ersten Hauptkörperendbereich 38 montiert und dient der Verbindung zum Verarbeitungseingang 4. Der Verbindungsmechanismus 32 kann eine beliebige Art von Verbindungsmechanismus sein, der üblicherweise für schnellverbindende Fluidanschlüsse zur Verbindung mit dem Verarbeitungseingang 4 verwendet wird. In dem dargestellten Beispiel umfasst der Verbindungsmechanismus 32 eine Mehrzahl von Spannzangen 62 mit Außengewinde 64 an einem Ende, um mit dem Innengewinde des Verarbeitungseingangs 4 ineinanderzugreifen. Gegenüberliegende Enden der Spannzangen 62 werden durch einen umlaufenden Haltering 66 an den Endbereich 38 gesichert. Die Spannzangen 62 sind um ihre hinteren Enden neben dem Endbereich 38 drehbar und können für eine Greifverbindung mit der Innenseite von Eingang 4 radial nach außen gedrängt werden, indem der Endbereich 46 des Kolbens 30 in den Anschluss 10 zurückgezogen wird. Der Aufbau und die Handhabung der Spannzangen 62 ist herkömmlich und wird von einem Durchschnittsfachmann gut verstanden.
Eine innere Hülse 67 ist zylindrisch, umgibt den Hauptkörper 28 und ist im Inneren der zylindrischen Hülse 24 angeordnet und wird von dieser umschlossen. Die innere Hülse 67 ist so montiert, dass sie unabhängig von der zylindrischen Hülse 24 und dem Hauptkörper 28 beweglich ist. Eine Mehrzahl von Kugeln (nicht sichtbar) sind zwischen der Innenfläche der inneren Hülse 67 und der Außenfläche des Kolbens 30 angeordnet, wobei der Kolben eine umlaufende Ausnehmung umfasst, welche die Kugeln aufnimmt. Die Hülse 24 umfasst eine innere Schulter 68, die an der inneren Hülse 67 anliegt. Die Schulter 68 der Hülse 24 kann mit der inneren Hülse 67 ineinandergreifen, wodurch die innere Hülse 67 zurückgezogen wird. Während die innere Hülse 67 zurückgezogen wird, erfasst sie die im Kolben 30 eingesetzten Kugeln und zieht so den Kolben zurück. Weitere Informationen zum Aufbau und zur Handhabung der inneren Hülse 67 sind in US-Patent 8,844,979 aufgeführt, welches durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit Bestandteil dieses Dokuments wird.
Der Betätigungsmechanismus 34 ist so konfiguriert, dass er die Spannzangen 62 von einer entkoppelten in eine gekoppelte Position versetzt. Wie oben dargelegt, interagiert der Betätigungsmechanismus 34 mit dem Schlitz 44 im Hauptkörper 28 zur Betätigung des Hauptkörpers 28 relativ zur äußeren Hülse 24, um den Hauptkörper relativ zu der Hülse 24 zurückzuziehen. Im Zuge dessen werden die Spannzangen 62 durch den vorderen Endbereich 46 des Kolbens 30 radial nach außen in ihre verbundene Position gedrängt.
Der Betätigungsmechanismus 34 umfasst ein Zylinderpaar 70 und einen exzentrisch montierten Rollenmechanismus 72, der die Zylinder 70 miteinander verbindet. Der Griff 12, beispielsweise ein Bügelgriff, wird an jedem seiner Enden an den Zylindern 70 befestigt, um die Zylinder 70 drehen zu können. Weitere Informationen zum Aufbau und zur Handhabung der Zylinder 70 und des Rollenmechanismus 72 sind in US-Patent 8,844,979 aufgeführt, welches durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit Bestandteil dieses Dokuments wird.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 ist die vordere Hülse zylindrisch und umgibt die Spannzangen 62 und den Haltering 66, und mindestens ein Teil der Hülse 14 wird von der Hülse 24 umschlossen. Die vordere Hülse 14 ist axial oder longitudinal rückwärts und vorwärts relativ zur Hülse 24 und relativ zum Hautkörper 28 beweglich. Die vordere Hülse 14 ist eine Führungshülse, die den Anschluss 10 zum Verarbeitungseingang 4 führt und dafür sorgt, dass der Anschluss gegenüber dem Verarbeitungseingang 4 stabil bleibt, sodass eine korrekte Verbindung erfolgt. Weitere Informationen zum Aufbau und zur Handhabung der vorderen Hülse 14 sind in US-Patent 8,844,979 aufgeführt, welches durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit Bestandteil dieses Dokuments wird.
Die vordere Hülse 14 umfasst den damit verbundenen Magnet 20. Der Magnet 20 ist in einem mit einem hinteren Ende 80 der vorderen Hülse 14 verbundenen Zustand dargestellt. Der Sensor 16 ist auf einer Trägerstruktur 82 montiert, die am Hauptkörper 28 befestigt ist. Während sich die vordere Hülse 14 relativ zum Hauptkörper 28 bewegt, erfasst der Sensor 16 die Position des Magneten 20. Aus 3 wird am besten ersichtlich, wie die Trägerstruktur 82 am Hauptkörper 28 mithilfe eines oder mehrerer mechanischer Befestigungselemente 84, beispielsweise Schrauben, die durch radiale, in der Trägerstruktur 82 gebildete axiale Schlitze 86 hindurch angeordnet sind, befestigt werden kann. Die Befestigungselemente 84 und die axialen Schlitze 86 ermöglichen eine axiale oder longitudinale Positionsanpassung des Sensors 16 im Verhältnis zu dem Magnet 20. Hierzu werden die Befestigungselemente 84 gelöst, was die Anpassung der Position der Trägerstruktur 82 ermöglicht. Danach können die Befestigungselemente 84 wieder festgezogen werden, um die Position der Trägerstruktur zu fixieren.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 umfasst die Hülse 24 den damit verbundenen Magnet 22. Der Magnet 22 ist in einem mit einem hinteren Ende 90 der Hülse 24 verbundenen Zustand dargestellt. Der Magnet 22 kann beispielsweise innerhalb einer axialen oder longitudinalen Gewindeöffnung 92 angeordnet sein, die in der Stärke der Hülse 24 gebildet ist und sich durch das hintere Ende 90 erstreckt. Der Magnet 22 wird magnetisch von einer Feststellschraube 96 angezogen, die in der Öffnung 92 verschraubt ist. Während die Feststellschraube 96 relativ zur Öffnung 92 hinein- und herausgeschraubt wird, bewegt sich der Magnet 22 mit der Feststellschraube 96, sodass die Position des Magneten 22 vorwärts und rückwärts angepasst wird.
Der Sensor 18 ist am Hauptkörper 28 montiert. Während sich die Hülse 24 relativ zum Hauptkörper 28 bewegt, erfasst der Sensor 18 die Position des Magneten 22. Kabel (nicht dargestellt) erstrecken sich vom Sensor 18 und aus der Kabelverbindung 27. In ähnlicher Weise erstrecken sich die Kabel 98 vom Sensor 16 und aus der Kabelverbindung 27. Während der Anschluss 10 mit dem Ventil 2 verbunden wird, bewegen sich die Magnete 20, 22 in der vorderen Hülse 14 bzw. der äußeren Hülse 24 in Positionen, die von den Sensoren 16, 18 erfasst werden können. Die Sensoren 16, 18 senden Signale durch die Kabelverbindung 27 an ein geeignetes Steuergerät. Wenn das Steuergerät feststellt, dass beide Sensoren 16, 18 die Magnetfelder der Magnete 20, 22 erfassen, kann das Steuergerät ein Signal senden, mit dem der Fluidfluss zwischen dem Anschluss 10 und dem Ventil 2 freigegeben wird. Wahlweise kann zudem die Leuchte 26 eingeschaltet werden. Wird nur ein Magnet erfasst, initiiert das Steuergerät keinen Fluidfluss. In einer wahlweisen Ausführungsform kann ein geeignetes Steuergerät an dem Anschluss 10 moniert werden, an den die Signale von den Sensoren 16, 18 gesendet werden können.
13 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Fluidanschlusses 200, der dem Fluidanschluss 10 in den 1 bis 7 ähnelt. Wie bei dem Fluidanschluss 10 werden bei dem Fluidanschluss 200 zwei separate Elemente innerhalb des Fluidanschlusses 200 überwacht, um sicherzustellen, dass die Verbindung zum Ventil 2 hergestellt wurde. Der Anschluss 200 umfasst die zylindrische äußere Hülse 24, den Hauptkörper 28, den Kolben 30, die vordere Hülse 14, den Verbindungsmechanismus 32, den Betätigungsmechanismus 34, die Sensoren 16, 18 und die Magnete 20, 22, die alle oben im Hinblick auf den Fluidanschluss 10 beschrieben wurden.
Der Fluidanschluss 200 unterscheidet sich von dem Fluidanschluss 10 darin, dass ein Gehäuse 202 am hinteren Ende des Fluidanschlusses 200 bereitgestellt wird. In dem Gehäuse 202 sind die Kabelverbindung 27 und die Leuchte 26 für ein sofortiges Feedback zum Verbindungsstatus, sowie die Elektronik zur Umwandlung des Feedbacks von den Sensoren 16, 18 in ein brauchbares Ausgabesignal untergebracht.
Die 8 bis 12 stellen eine weitere Ausführungsform eines Fluidanschlusses 100 mit Verbindungsstatussensor dar. Bei dem Anschluss 100 quetscht ein pneumatisch betätigter Kolben eine Gummidichtung so, dass die Gummiabdichtung gegen ein Gegenstück extrudiert wird und der Fluidanschluss 100 das Gegenstück greift. Luftdruck, der in einen Steuereingang im Fluidanschluss eingeleitet wird, aktiviert den Kolben und dieser quetscht die Gummidichtung, bis der Kontakt mit dem Gegenstück hergestellt ist. Die Kolbenbewegung wird überwacht, sodass festgestellt werden kann, wann der Anschluss 100 vollständig betätigt ist und in Greifverbindung mit dem Gegenstück steht. Um dies zu erreichen, ist ein Magnet vorgesehen, der oben auf einer federgespannten Pinnnadel angebracht ist und auf dem sich bewegenden Kolben sitzt. Mit der Bewegung des Magneten werden die Flusslinien erfasst und deren Winkelverlagerung mit der Kolbenbewegung verknüpft.
Unter Bezugnahme auf die 8 und 9 umfasst der Fluidanschluss 100 ein äußeres zylindrisches Gehäuse 102 mit einem vorderen Ende 104 und einem hinteren Ende 106. Ein Steuereingang 108 wird im hinteren Ende 106 gebildet, durch den Luft und andere Fluide für die Kolbenbetätigung in Verbindung mit einem Hohlraum 110 an einer Seite eines Kolbens 112 zur Betätigung des Kolbens 112 nach vorne oder in Richtung des vorderen Endes 104, wie von dem Doppelpfeil in 9 angedeutet, fließen kann. Die Rückwärtsbewegung des Kolbens 112 (oder die Bewegung nach hinten) wird mit einer Dichtung (nachstehend beschrieben) erzielt, die in ihre Ausgangsform zurückkehrt.
Der Kolben 112 ist gleitbeweglich in einem Innenraum des Gehäuses 102 angeordnet. Der Kolben 112 umfasst einen zylindrischen Körper 114, der einen Fluiddurchgang 116 durch den Körper 114 definiert. Eine umlaufende Krempe 118 mit größerem Durchmesser wird integral am Körper 114 gebildet und ragt von dort radial nach außen. Ein umlaufender Rand der Krempe 118 liegt nahe einer Innenfläche des Gehäuses 102 und eine Dichtung 120, beispielsweise ein elastomerischer O-Ring, kann in einem in der Kante der Krempe 118 gebildeten Kanal 122 angeordnet werden, um eine Abdichtung zur Innenfläche des Gehäuses 102 zu erzielen und ein Austreten von Fluiden aus dem Hohlraum 110 über die Krempe 118 hinaus zu verhindern. Zusätzlich liegt die Außenfläche des Körpers 114 nahe einer Innenfläche des Gehäuses 102 und einer Innenfläche einer vorderen Hülse 124und Dichtungen 126, 128, beispielsweise elastomerische O-Ringe, können in den an gegenüberliegenden Enden des Körpers 114 gebildeten Kanälen 130, 132 angeordnet werden, um eine Abdichtung zu den Innenflächen zu erzielen und ein Austreten von Fluiden über die Dichtungen 126, 128 hinaus zu verhindern.
Ein am hinteren Ende 106 gebildeter Fluideingang 134 steht in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchgang 116 durch den Körper 114, sodass Fluid zwischen dem Durchgang 116 und dem Fluideingang 134 fließen kann.
Die vordere Hülse 124 ist teilweise im Inneren des Gehäuses 102 angeordnet, wobei sich ein vorderes Ende der Hülse 124 vom vorderen Ende 104 des Gehäuses 102 erstreckt. Die Hülse 124 bildet einen Teil eines Verbindungsmechanismus für die Verbindung des Fluidanschlusses 100 mit einem Gegenstück 140, beispielsweise einer Leitung (siehe 12), durch die ein Fluid vom und zum Fluidanschluss 100 fließen kann.
Der Verbindungsmechanismus umfasst außerdem eine Dichtung 142, beispielsweise eine Gummidichtung, die zwischen zwei Unterlegscheiben 144, 146 angeordnet ist. Die Unterlegscheibe 144 ist zwischen dem vorderen Ende der Dichtung 142 und einem Flansch 148 angeordnet, der radial von der Hülse 124 nach innen ragt. Die Unterlegscheibe 146 ist zwischen dem hinteren Ende der Dichtung 142 und dem Ende des Körpers 114 angeordnet.
Wenn der Kolben 112 in 9 nach links betätigt wird, drückt der Kolben 112 gegen die Unterlegscheibe 146 und quetscht so die Dichtung 142 zwischen die Unterlegscheiben 144, 146. Die Dichtung 142 besteht aus einem Material, das so elastisch ist, dass die Dichtung 142 wie in 12 dargestellt radial nach innen verdrängt wird, wenn sie zwischen den Unterlegscheiben 144, 146 gequetscht wird. Im extrudierten Zustand bildet die Dichtung 142 eine Abdichtung zum Gegenstück 140 und greift dieses.
Wie in den 8 und 10 bis 11 dargestellt, ist im hinteren Ende 106 des Gehäuses 102 ein Schlitz 150 gebildet, und ein Sensorchip 152 ist in den Schlitz 150 eingeführt. Der Sensorchip 152 umfasst einen magnetischen Flusssensor 154, der die Flusslinien eines Magneten 156 erfasst. Der Magnet 156 ist beweglich in einer in dem Gehäuse 102 gebildeten Öffnung angeordnet. Eine Pinnnadel 158 ist zwischen dem Kolben 112 und dem Magnet 156 so angeordnet, dass Bewegungen des Kolbens 112 an den Magnet 156 übermittelt werden. Ein Vorspannelement 160, beispielsweise eine Spiralfeder, ist zwischen dem Magnet 156 und dem Ende der Öffnung angeordnet und lenkt den Magnet 156 zum Ineinandergreifen mit der Pinnnadel 158 und sorgt wiederum dafür, dass die ineinandergreifende Verbindung zwischen Pinnnadel 158 und Kolben 112 beibehalten wird. Während sich der Kolben 112 daher vorwärts und rückwärts bewegt, bewegt sich der Magnet 156 mit. Die Bewegung des Magneten 156 kann von dem Sensor 154 erfasst werden, indem die Flusslinien und deren Winkelverlagerung relativ zum Sensor 154 ermittelt werden. Der Einsatz eines Sensors zum Erfassen des Induktionsflusses eines Magneten, und damit zum Ermitteln der relativen Positionen zwischen dem Sensor und dem Magnet, ist im Stand der Technik bekannt.
Die Signale des Sensors 154 werden von der Logik des Sensorchips 152 interpretiert, um die relativen Positionen des Magneten 156 (und damit des Kolbens 112) relativ zu dem Sensor 154 zu erfassen. Ein Signal, welches als ein Verbindungsstatus- oder Verbindungsqualitätssignal festgelegt werden kann, wird dann von der Logik des Sensorchips 152 erzeugt, um auf Basis der erfassten relativen Positionen eine gute oder eine schlechte Verbindung anzuzeigen; das Signal wird dann an ein Überwachungsgerät (nicht dargestellt) außerhalb des Anschlusses 100 übermittelt.
Bei Betrieb des Fluidanschlusses 100 wird das Gegenstück 140 in den Anschluss 100 eingesetzt (oder der Anschluss 100 wird in das Gegenstück 140 eingesetzt). Unter Druck stehendes Fluid wird dann durch den Steuereingang 108 in den Hohlraum 110 eingeführt, um den Kolben 112 in den 9 und 12 nach links zu verdrängen und dadurch die Dichtung 142 zwischen die Unterlegscheiben 144, 146 zu quetschen, wodurch die Dichtung 142 so verdrängt wird, dass sie eine Abdichtung zum Gegenstück 140 bildet und dieses greift, wie in 12 dargestellt. Sobald zwischen der Dichtung 142 und dem Gegenstück 140 eine gute Abdichtung hergestellt wurde, kann der Fluidfluss zwischen dem Fluidanschluss 100 und dem Gegenstück 140 freigegeben werden, beispielsweise durch den Anschluss 100 und in das Gegenstück 140, oder von dem Gegenstück 140 durch den Anschluss 100 und zum Austritt durch den Eingang 134. Wird das unter Druck stehende Fluid aus dem Hohlraum 110 entfernt, drängt die Elastizität der Dichtung 142 den Kolben 112 zurück in seine Ursprungsposition, während die Dichtung 142 in ihren Normal- bzw. Ursprungszustand zurückkehrt.
Außerdem kann der Benutzer den Anschluss 100 nullen, nachdem ermittelt wurde, dass zwischen der Dichtung 142 und dem Gegenstück 140 eine gute Abdichtung erzielt wurde, um so einen guten Verbindungsstatus auf Basis der entsprechenden relativen Positionen des Magneten 156 und des Sensors 154 und des daraus resultierenden Signals, welches vom Sensor 154 ausgegeben wird, zu definieren. Das Nullen kann auf jede beliebige, geeignete Art erfolgen. Wenn der Anschluss 100 danach immer wieder betätigt wird, kann erkannt werden, wann der Anschluss 100 mit dem Gegenstück 140 verbunden ist, sobald der Sensor 154 das korrekte, erwartete Signal empfängt. Kommt es zu einem Verschleiß der Dichtung 142, der dazu führt, dass sich der Kolben 112 zu weit bewegt bzw. dass der Kolben nicht mithilfe der elastischen Dichtung 142 in die Ausgangsposition zurückkehrt, wird ein schlechtes Signal vom Sensor 154 ausgegeben, welches ein Problem mit der Abdichtungsfähigkeit anzeigt. Der Benutzer würde dann wissen, wann die Dichtung 142 ausgetauscht werden muss.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen beschrieben.
Ausführungsform 1: Ein Fluidanschluss, der ein erstes Fluidsystem lösbar mit einem zweiten Fluidsystem verbindet, um ein Fluid zwischen dem ersten Fluidsystem und dem zweiten Fluidsystem zu übertragen, umfasst ein mit dem ersten Fluidsystem verbundenes Gehäuse; einen mit dem Gehäuse verbundenen Verbindungsmechanismus, wobei der Verbindungsmechanismus den Fluidanschluss lösbar mit dem zweiten Fluidsystem verbindet und der Verbindungsmechanismus ein bewegliches Teil umfasst, das sich in Längsrichtung relativ zum Gehäuse bewegt; einen Magnet, der mit dem beweglichen Teil verbunden ist; und mindestens einen, an dem Gehäuse montierten Sensor, der die Bewegungen des Magneten erfasst, während sich das bewegliche Teil bewegt, um so einen Verbindungsstatus des Fluidanschlusses mit dem zweiten Fluidsystem zu ermitteln.
Ausführungsform 2: Fluidanschluss nach Ausführungsform 1, wobei das bewegliche Teil eine zylindrische Hülse des Verbindungsmechanismus oder einen Kolben des Verbindungsmechanismus umfasst.
Ausführungsform 3: Fluidanschluss nach Ausführungsform 1, wobei das Gehäuse eine äußere Hülse und einen Hauptkörper umfasst, der mindestens teilweise in der äußeren Hülse angeordnet und von dieser umschlossen ist.
Die in dieser Anmeldung enthaltenen Beispiele sind in jeder Hinsicht beispielhaft und schränken diese Erfindung nicht ein. Der Schutzumfang dieser Erfindung geht aus den beiliegenden Ansprüchen hervor und nicht aus der vorangehenden Beschreibung; und sämtliche Änderungen, die in Bedeutung und Umfang in den Bereich der Ansprüche fallen, gelten als hier miteingeschlossen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8844979 [0003, 0007, 0017, 0022, 0024, 0025]
US 7841357 [0004]

Claims

Fluidanschluss, der lösbar mit einem Fluidsystem verbunden wird, umfassend: einen Magnet, verbunden mit einem linear beweglichen Teil des Fluidanschlusses, der den Fluidanschluss lösbar mit dem Fluidsystem verbindet, sodass der Magnet mit dem linear beweglichen Teil beweglich ist; und mindestens einen an dem Fluidanschluss montierten Sensor, der die Bewegung des Magneten erfasst.
Fluidanschluss nach Anspruch 1, wobei das linear bewegliche Teil eine zylindrische Hülse des Fluidanschlusses oder einen Kolben des Fluidanschlusses umfasst.
Fluidanschluss nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Sensor anpassbar montiert ist, um zuzulassen, dass die Position des mindestens einen Sensors relativ zum Fluidanschluss angepasst werden kann.
Fluidanschluss nach Anspruch 1, wobei der Magnet anpassbar montiert ist, um zuzulassen, dass die Position des Magneten an dem linear beweglichen Teil relativ zu dem linear beweglichen Teil angepasst werden kann.
Fluidanschluss nach Anschluss 1, wobei der Fluidanschluss einen äußere Hülse, einen Hauptkörper, der mindestens teilweise im Inneren der äußeren Hülse angeordnet und von dieser umschlossen ist, einen Kolben, der mindestens teilweise im Inneren des Hauptkörpers angeordnet ist, einen Verbindungsmechanismus, der den Kolben umschließt und der mindestens teilweise innerhalb der äußeren Hülse angeordnet ist, umfasst; und wobei der linear bewegliche Teil eine Hülse umfasst, die den Verbindungsmechanismus und den Kolben umschließt und die von der äußeren Hülse umschlossen ist.
Fluidanschluss nach Anspruch 1, wobei der Fluidanschluss ein zylindrisches Gehäuse und eine teilweise im Inneren des zylindrischen Gehäuses angeordnete Hülse umfasst; und wobei das linear bewegliche Teil einen Kolben umfasst, der im Inneren des zylindrischen Gehäuses angeordnet ist und der mindestens teilweise von der Hülse umschlossen ist.
Fluidanschluss nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: ein Gehäuse einen mit dem Gehäuse verbundenen Verbindungsmechanismus, wobei der Verbindungsmechanismus den Fluidanschluss lösbar mit dem Fluidsystem verbindet und der Verbindungsmechanismus das linear bewegliche Teil umfasst, welches sich in Längsrichtung relativ zum Gehäuse bewegt; und wobei der mindestens eine Sensor an dem Gehäuse montiert ist.
Fluidanschluss nach Anspruch 7, wobei das bewegliche Teil eine zylindrische Hülse des Verbindungsmechanismus oder einen Kolben des Verbindungsmechanismus umfasst.
Fluidanschluss nach Anspruch 7, wobei das Gehäuse eine äußere Hülse und einen Hauptkörper umfasst, der mindestens teilweise in der äußeren Hülse angeordnet und von dieser umschlossen ist.