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Ventilkupplung zur lösbaren Verbindung zweier Flüssigkeitsleitungen
Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur lösbaren Verbindung zweier Flüssigkeitsleitungen
mit selbsttätigen federbelasteten Absperrventilen in jedem Kupplungsteil, deren
ebene Stirnflächen aneinander zur Anlage kommen, und mit einer die Kupplungsteile
vor dem öffnen der Absperrventile gegeneinander abdichtenden Dichtung.
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Kupplungen zur lösbaren Verbindung zweier Flüssigkeitsleitungen, welche
in jeder Kupplungshälfte ein sich beim Lösen der Kupplung schließendes Ventil aufweisen,
sind allgemein bekannt. Diese bekannten Leitungskupplungen weisen zwischen den Ventilen
Toträume auf, die beim Lösen der Kupplung geringfügige Leckverluste der Flüssigkeit
verursachen. Sie erfüllen ihren Zweck jedoch überall da, wo es auf diese geringfügigen
Flüssigkeitsverluste nicht ankommt. Handelt es sich jedoch um aggressive Flüssigkeiten,
wie z. B. rauchende Salpetersäure, konzentriertes Wasserstoffperoxyd und andere
stark oxydierende Flüssigkeiten, wird das Aussickern bereits sehr geringer Flüssigkeitsmengen
zu einem ernsten Problem für die Sicherheit des Bedienungspersonals.
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Bei bekannten Leitungskupplungen, von denen die Erfindung ausgeht,
wird die vorstehend aufgezeigte Gefahr dadurch zu vermeiden gesucht, daß in jedem
Kupplungsteil ein Kolbenschieberventil angeordnet ist, die beim Kuppeln mit ihren
Stirnflächen zur gegenseitigen Artlage kommen, um so Toträumc zu vermeiden. Diese
sich beim Lösen der Kupplung schließenden Kolbenschieberventile öffnen sich beim
Kuppeln selbsttätig. Um zu vermeiden, daß beim Kuppeln Flüssigkeit ausleckt, und
um die Kupplungsteile gegeneinander abzudichten, sind Dichtungen vorgesehen, die
wirksam werden müssen, bevor die Ventile geöffnet werden. Diese bekannten Kupplungen
sind beim Beginn der Kupplungsbewegung nur verhältnismäßig kurz gegeneinandergeführt,
so daß die Möglichkeit besteht, daß durch Verkanten der beiden Kupplungshälften
der Durchgang durch die Ventile bereits geöffnet ist, bevor die Dichtungen wirksam
werden und Flüssigkeit auslecken kann.
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Eine andere bekannte selbstschließende Kupplung für Flüssigkeitsleitungen
weist zwei Ventilanordnungen in jedem Kupplungsteil auf. Die Ventile sind als hohle
Kolbenschieberventile ausgebildet und mit Durchgangsbohrungen versehen, die in der
gekuppelten Stellung der beiden Kupplungsteile mit entsprechenden Durchgängen in
den Kupplungsgehäusen ausgerichtet werden. Beim Kuppeln legen sich auch bei dieser
bekannten Kupplung die Stirnflächen der Absperrventile aneinander, um größere Hohlräume
zu vermeiden. Um das Kuppeln zu erleichtern, sind die zur gegenseitigen Anlage kommenden
Absperrventilteile leicht konisch ausgebildet. Infolge dieser konischen Enden der
Absperrventile und infolge der radialen Durchgänge der Ventile werden trotzdem Hohlräume
geschaffen, in denen sich Flüssigkeit befindet, die beim Trennen der Kupplungsteile
ausleckt. Für aggressive Flüssigkeiten ist diese Kupplung daher nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zur lösbaren
Verbindung zweier Flüssigkeitsleitungen der eingangs erwähnten Art zu schaffen,
bei der ein Auslecken von Flüssigkeit mit Sicherheit vermieden wird, die eine leichte
und sichere Handhabung gewährleistet, einen geringen Strömungswiderstand aufweist
und wirtschaftlich herstellbar ist.
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Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Kupplung drei axial fluchtend angeordnete Tellerventile mit durch Federn in Schließstellung
gehaltenen Verschlußkörpern aufweist, von denen die beiden äußeren im ersten bzw.
zweiten Kupplungsteil angeordneten Ventile fest mit den Kupplungsteilen verbundene
Ventilsitze aufweisen, während der Verschlußkörper und der Ventilsitzkörper des
mittleren Ventils im zweiten Kupplungsteil gegen die Kraft einer Feder von einem
festen Anschlag zu dem im zweiten Kupplungsteil angeordneten äußeren Ventil hin
axial verschiebbar gelagert sind und der Ventilsitzkörper sich beim Kuppeln einerseits
an dem im ersten Kupplungsteil axial beweglich geführten Verschlußkörper und andererseits
an dem im
zweiten Kupplungsteil begrenzt beweglich geführten Verschlußkörper
abstützt, wobei die den Verschlußkörper des im ersten Kupplungsteil angeordneten
Ventils in Schließstellung haltende Feder so stark bemessen ist, daß zunächst nur
der Verschlußkörper des im zweiten Kupplungsteil angeordneten äußeren Ventils in
seine durch einen Anschlag begrenzte öffnungsstellung bewegt wird und dann die beiden
anderen Verschlußkörper gleichzeitig geöffnet werden.
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen,
daß das zweite Kupplungsteil einen rohrförnügen Ansatz mit einem Dichtungsring aufweist,
der sich beim Kuppeln gleitend über eine Zylinderfläche des ersten Kupplungsteils
schiebt und die Kupplungsteile gegeneinander abdichtet, bevor sich der Verschlußkörper
des äußeren im ersten Kupplungsteil und der Ventilsitzkörper des mittleren im zweiten
Kupplungsteil angeordneten Ventils berühren.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, daß der axial verschiebbar geführte Verschlußkörper
des mittleren Ventils eine ebene ringförmige Dichtungsfläche aufweist, die sich
beim Kuppeln dicht an die äußere Fläche des Ventilsitzes des ersten Kupplungsteils
anlegt und deren Innendurchmesser kleiner als der des Ventilsitzes ist, und daß
der Ventilsitzkörper des mittleren Ventils einen Teller aufweist, dessen Außendurchmesser
und dessen Stärke dem öffnungsdurchmesser und der Stärke des Ventilsitzes entsprechen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung des Erfindungsgegenstandes sieht
vor, daß der Ventilsitzkörper des mittleren Ventils einen im Verschlußkörper gleitend
geführten Schaft aufweist, dessen Ende in einer zentralen Ausnehmung des Verschlußkörpers
des :äußeren im zweiten Kupplungsteil angeordneten Ventils abgestützt ist und ein
Widerläger für die den Ventilsitzkörper gegen den Verschlußkörper drückende Feder
aufweist, wobei zwischen dem Ende des Schaftes und dem Verschlußkörper bei geschlossenen
Ventilen ein geringes Spiel vorhanden ist.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in den
Zeichnungen dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine zur Hälfte geschnittene Längsansicht
der Ventilkupplung gemäß der Erfindung in einer Stellung während des Kupplungsbeginns,
wenn alle Ventile geschlossen sind, Fig. 2 eine Ansicht wie Fig. 1, bei der sich
jedoch die Kupplungsteile in einer Zwischenstellung der Kupplungsbewegung befinden,
in der das rechte Tellerventil vollständig geöffnet und das linke Tellerventil und
das Zwischenventil geschlossen sind, und Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Kupplung
in völlig gekuppeltem Zustand, in dem Flüssigkeit unbehindert durch die Kupplung
fließen kann.
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Die Kupplung besteht aus zwei Kupplungsteilen 10
und
12, die miteinander verbunden werden können. Das in den Zeichnungen linke
Kupplungsteil 10 ist im wesentlichen rohrförmig ausgebildet und mit einem
ringförmigen, inneren Ventilsitz 14 versehen, der eine innere ebene Oberfläche
16 und eine äußere ebene Oberfläche 18 hat. Die Bohrung des Kupplungsteils
10 weist anschließend an einem mit Gewinde versehenen äußeren Teil
24 einen Bund zur Halterung eines Armsternes 26 auf. Ein mit Gewinde
versehenes Verbindungsstück 28 wirkt mit dem Gewindeteil 24 zusammen und
stützt den Armstern 26 ab. Das Verbindungsstück 28 trägt einen Gewindeansatz
zum Anschluß eines Schlauches oder einer Rohrleitung: Das Kupplungsteil
10 enthält einen axial beweglichen Ventilverschlußkörper 30, dessen axialer
Zapfen 32 in einer zentralen Bohrung des Armsternes 26
geführt ist.
Die Stirnfläche 34 des Verschlußkörpers 30 ist eben und wird an die ebene
Innenfläche 16 des Ventilsitzes 14 durch den Flüssigkeitsdruck innerhalb
des Kupplungsteils 10 und durch eine Feder 36 angepreßt, die zwischen den Verschlußkörper
30 und den Armstern 26 eingesetzt ist. Auf diese Weise ist das Kupplungsteil
10 verschlossen, wenn die Teile 10 und 12 nicht zusammengekuppelt
sind.
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Das in den Zeichnungen rechte Kupplungsteil 12 hat ebenfalls Röhrenform
und enthält einen ringförmigen inneren Ventilsitz 38 und Gewindeteile
40 und 42. Ein Verbindungsstück 44 zum Anschluß eines Schlauches
oder einer Rohrleitung ist an das Gewindeteil 42 geschraubt. Ein in das Verbindungsstück
44 eingesetzter Armstern 46 dient als Führung für einen Ventilverschlußkörper
48, der einen als Anschlag am Armstern 46 dienenden Absatz
50 aufweist. Zwischen dem Verschlußkörper 48 und dem Armstern ist eine Feder
52 eingefügt, die den Verschlußkörper in dichtender Berührung mit dem Ventilsitz
38 hält, um das Ausfließen von Flüssigkeit aus dem Kupplungsteil 12 zu verhindern.
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Um das Aussickern oder den Verlust von Flüssigkeit während der Verbindung
oder der Trennung der Kupplungsglieder zu vermeiden, ist ein Zwischenventil zwischen
den Hauptventilen angebracht. Das Zwischenventil wird in einem Mantel
54 geführt und gehalten, der in das Gewindeteil 40 des Kupplungsteils
12 eingeschraubt ist. An dem offenen Ende des Mantels 54 befindet
sich ein innerer Bund 56, der einen elastischen Dichtungsring trägt. Dieser
Dichtungsring liegt am Kupplungsteil 10 dichtend an, wenn die Kupplungsteile
verbunden werden. Das Zwischenventil besteht aus zwei beweglichen Teilen, die beide
relativ zueinander und auch relativ zum Mantel 54 gleiten können. Zu den Ventilteilen
gehört ein plattenförmiger Ventilverschlußkörper 58 und ein Ventilsitzkörper
60, die zusammenwirkend den Hohlraum zwischen den beiden Hauptventilen abdichten.
Der kreisscheibenartige im Mantel 54 axial bewegliche Ventilverschlußkörper
58 hat mehrere Öffnungen 59, von denen eine in Fig. 3 dargestellt
ist. Er wird durch eine sich am Ventilsitz 38 abstützende Feder
62 in dichtender Berührung mit dem Bund 56 gehalten, wenn die Kupplungsteile
getrennt sind.
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Der Ventilsitzkörper 60 besteht aus einem tellerförmigen Kopf 64 und
einem Schaft 66. Der Schaft 66 führt durch eine axiale Bohrung im Verschlußkörper
58. Das Ende des Schaftes 66 ist in eine Kappe 68 eingeschraubt, die in einer
zentralen Aussparung der Stirnfläche des Verschlußkörpers 48 gelagert ist.
Der Schaft 66 wird in seiner Lage durch eine Feder 70 gehalten, die zwischen
der als Widerlager dienenden Kappe 68 und dem Verschlußkörper 58 eingeklemmt ist.
Die Stärke des Ventilsitzkopfes 64 ist an seinem äußeren Umfang die gleiche
wie die Stärke des Ventilsitzes 14, und der Durchmesser des Kopfes 64 entspricht
dem inneren Durchmesser des Sitzes 14. Die Gründe für diese Maßverhältnisse werden
später ersichtlich.
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Wenn die Kupplungsteile getrennt sind, nehmen der Ventilsitzkörper
60 und der Verschlußkörper 58 die in Fig. 1 dargestellte Lage ein, in der die Platte
den Bund 56 berührt und den Ventilsitzkopf 64 durch die Feder 70 dichtend
an die äußere Stirnfläche des Körpers
58 gedrückt wird. Die Kappe
68 ist so in der Ausnehmung des Ventilverschlußkörpers 48 angebracht, daß
sie in axialer Richtung gleiten kann und daß genügend freier Raum zwischen dem Ende
der Kappe 68 und dem Boden der Ausnehmung vorhanden ist. Dadurch wird bei der in
Fig. 1 dargestellten Lage der Kupplungsteile die Bewegung des Ventilsitzkörpers
60 nach rechts beendet, wenn durch die Wirkung der Feder 70 der Kopf 64 auf
dem Verschlußkörper 58 aufsitzt und den Hohlraum zwischen den Verschlußkörpern 30
und 48 vollständig abdichtet.
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Zur Verbindung der Kupplungsteile 10 und 12 ist der fest mit dem Kupplungsteil
12 verbundene Mantel 54 mit einem Außengewinde 74 versehen,
welches mit einer drehbar, jedoch axial unverschiebbar am Kupplungsteil
10 gehaltenen Mutter 72 zusammenwirkt. Auf der Mutter 72 ist eine
Hülse 76 unverdrehbar, jedoch axial gleitend angeordnet, die durch eine zwischen
ihr und der Mutter 72 angeordnete Druckfeder 78 ständig in Richtung
des Kupplungsteils 12 gedrückt wird. In dem zum Kupplungsteil 12 weisenden
Ende der Hülse 76 ist eine unrunde, z. B. sechseckige Ausnehmung vorgesehen, die
mit einem entsprechend geformten, nach außen vorstehenden Flansch 80 des Mantels
54 zusammenwirkt und eine Verriegelung der Mutter 72 mit dem Kupplungsteil
12 bewirkt, wenn der Flansch 80 von der Hülse 76 übergriffen ist. Um die
Kupplung lösen zu können, muß zunächst die Hülse 76 gegen die Kraft der Feder
78 so weit axial verschoben werden, daß der Flansch 80 freigegeben wird.
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Die Ventile der selbsttätig schließenden Kupplung arbeiten wie folgt:
Wenn die Kupplungsteile 10 und 12 getrennt sind, nehmen die Ventilverschlußkörper
die in Fig. 1 gezeigte Lage ein. In dieser Lage schließt der Verschlußkörper
30 den Flüssigkeitsdruck im Kupplungsteil 10 ab, der Verschlußkörper
48 dichtet den Druck innerhalb des Kupplungsteils 12 ab, und der Ventilsitzkörper
60 sowie der Ventilverschlußkörper 58 dichten den Zwischenraum zwischen dem Verschlußkörper
48 und dem Bund 56 ab. Die öffnungen 59 sind gegen den Durchfluß von Flüssigkeit
durch die Berührung des Ventilsitzkopfes 64 mit dem Verschlußkörper 58 geschlossen,
und es kann bei keinem Kupplungsteil ein Verlust von Flüssigkeit auftreten.
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Da die Kupplungsteile 10 und 12 während des Zusammenfügens
axial gegeneinander bewegt werden, berührt der Dichtungsring im Bund 56 den Umfang
des Teils 10, die äußere Oberfläche 18 des Ventilsitzes 14 berührt den Verschlußkörper
58, die Stirnfläche des Verschlußkörpers 30 stützt sich gegen die ebene Fläche des
Ventilsitzkopfes 64. Bis dahin ist noch keine Flüssigkeitsverbindung zwischen den
Kupplungsteilen hergestellt. Weitere gegeneinandergerichtete Axialbewegung der Kupplungsteile
bewegt den Ventilsitzkörper 60 und den Verschlußkörper 58 nach rechts, worauf die
Kappe 68 an den Verschlußkörper 48 anstößt und diesen von seinem Sitz 38 hebt. Sobald
der Absatz 50 den Armstern 46 berührt (Fig. ?), wird die Bewegung des Verschlußkörpers
48 und des Ventilsitzkörpers 60 im Kupplungsteil 12 beendet. Bei weiterer
gegeneinandergerichteter Axialbewegung der Kupplungsteile 10 und 12 wird der Verschlußkörper
58 nach rechts bewegt und auch der Verschlußkörper 30 im Kupplungsteil 10
von seinem Sitz auf der Oberfläche 16 abgehoben. Bei Abschluß des Kupplungsvorganges
sind die einzelnen Teile der Kupp-Jung in der in Fig. 3 gezeigten Lage und zwischen
den Kupplungsgliedern 10 und 12 ist eine Flüssigkeitsverbindung hergestellt. Der
Durchflußweg geht durch die Armsterne 26 und 46, um die Außenränder der Körper 30,
48 und 60 und durch die Öffnungen 59. Durch die dichtende Berührung der ebenen Oberfläche
18 mit dem Verschlußkörper 58 und des Dichtungsringes im Bund 56 mit dem Kupplungsteil
10 wird ein Aussickern vermieden.
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Während der Trennung der Kupplungsglieder werden die Ventilverschlußkörper
in umgekehrter Reihenfolge und Richtung betätigt wie während des Kuppelns, d. h.,
der Verschlußkörper 30 schließt, und zur gleichen Zeit berührt der Ventilsitzkopf
64 den Verschlußkörper 58, wonach der Verschlußkörper 48 sich setzt
und der Körper 58 den Bund 56 berührt, wodurch beide Kupplungsteile
vollständig gegeneinander und nach außen abgedichtet sind.
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Aussickern von Flüssigkeit wird während des Kuppelns und Lösens durch
die ebene Anlage des Verschlußkörpers 30 am Ventilsitzkopf 64, der
ebenen Oberfläche 18 an der ebenen Fläche des Verschlußkörpers 58 und dadurch
verhindert, daß der Durchmesser des Kopfes 64 nur geringfügig kleiner als der innere
Durchmesser des Ventilsitzes 14 ist. ES sind also keine Hohlräume vorhanden,
in denen sich irgendwelche Flüssigkeit während des Schließens der Ventile fangen
könnte, und die zwischen dem Verschlußkörper 58 und dem Verschlußkörper
48 befindliche Flüssigkeit kann nicht ausfließen.
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Durch die beschriebene Anordnung eines Zwischenventils zwischen den
Hauptventilen einer Ventilkupplung wird das Aussickern von Flüssigkeit zwischen
den Kupplungsteilen ausgeschlossen. Damit ist eine selbstdichtende Kupplung geschaffen,
die für stark korrodierende und gefährliche Flüssigkeiten gebraucht werden kann.