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Die
Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung, insbesondere zum Verbinden
von flüssige
oder gasförmige
Medien transportierende Förderleitungen,
umfassend zwei Kupplungshälften
mit jeweils einer Gehäusehälfte zur
Bildung eines Gehäuses
mit einem Strömungskanal,
von denen eine Kupplungshälfte
als Patrixteil ausgebildet ist und einen vorbelastet gegen einen
am kupplungshälfteseitigen
Ende vorgesehenen Ventilsitz angeordneten Ventilteller aufweist
und die andere Kupplungshälfte
als Matrixteil ausgebildet ist und einen vorbelastet gegen einen am
kupplungshälfteseitigen
Ende vorgesehenen Ventilstößelsitz
angeordneten Ventilstößel aufweist, wobei
die Kupplungsvorrichtung, insbesondere mittels eines Kurvengetriebes
infolge einer Drehbewegung zwischen den Kupplungshälften, aus
einer Ventil-Schließstellung
in eine Ventil-Öffnungsstellung und
umgekehrt bringbar ist und über
Dichtelemente jeweils zum Dichten der Kupplungshälften in entkuppeltem Zustand
und zum Dichten des Gehäuses nach
außen
in gekuppeltem Zustand verfügt.
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Derartige
Kupplungsvorrichtungen für Schlauch-
bzw. Rohrleitungen können
als Trockenkupplung oder insbesondere auch als sogenannte aseptische
Kupplungen bezeichnet bzw. eingesetzt werden sowie ausgebildet sein.
In entkuppeltem Zustand sind die Kupplungshälften voneinander gelöst. Das
Ventil ist geschlossen. Das bedeutet, daß der Ventilteller, vorzugsweise
im Patrixteil, gegen den korrespondierenden Ventilsitz drückt und
die Kupplungshälfte
verschließt.
Entsprechend liegt des Ventilstößel an dem
entsprechenden Ventilstößelsitz
im Matrixteil an und verschließt
dieses. In gekuppeltem Zustand liegen Ventilteller und Ventilstößel mit
ihren Stirnflächen
zunächst
noch in einer Ventil-Schließstellung
einander gegenüber
und mindestens im Randbereich auch aneinander. Durch übliche Betätigungsmittel
bzw. -mechanismen,
wie z.B. das Kurvengetriebe oder lineare Spannelemente, ist das Ventil
in seine Öffnungsstellung
bringbar. Sowohl der Ventilteller als auch der Ventilstößel sind
dann aus ihren jeweiligen Sitzen gelöst. In dieser Ventil-Öffnungsstellung
ist der Strömungskanal
zum Durchfluß des
zu transportierenden Mediums geöffnet.
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Gerade
bei aseptischen Kupplungen, die insbesondere in der chemischen und
pharmazeutischen Industrie sowie in der Lebensmittelindustrie zum
Einsatz kommen, ist es erforderlich und zum Teil sogar vorgeschrieben,
daß sie
einerseits eine sichere und dichte Verbindung schaffen und andererseits
beim Kuppeln und Entkuppeln keinerlei Medium nach außen dringen
lassen. Weiterhin ist es erwünscht
und notwendig, daß sich
die Kupplungsvorrichtung leicht reinigen läßt, um insbesondere in gekuppeltem
Zustand im Bereich des Strömungskanals
kontaminationsfrei zu sein.
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Bei
den bekannten Kupplungsvorrichtungen sind daher mehrere Dichtelemente,
nämlich
mindestens drei Dichtelemente vorgesehen. Sowohl in dem Ventilteller
als auch in dem Teller des Ventilstößels ist ein Dichtmittel, üblicherweise
ein O-Ring, radial angeordnet, der den jeweiligen Teller in der
Ventil-Schließstellung
gegen den korrespondierenden Sitz abdichtet. Diese zwei Dichtmittel
werden auch als innere Dichtung bezeichnet. Das dritte Dichtmittel,
die sogenannte äußere Dichtung,
ist üblicherweise
im Mutterteil angeordnet und dichtet die Kupplungsvorrichtung in
gekuppeltem Zustand bzw. das Gehäuse
nach außen
hin ab. Bekannte Kupplungsvorrichtungen weisen jedoch erhebliche
Nachteile auf. Jedes Dichtmittel weist lediglich eine einzige Dichtfunktion
auf, was eine Mehrzahl von Dichtmitteln erforderlich macht. Dies
ist neben den erhöhten Herstellkosten
auch aufwendiger in der Monatage sowie Wartung. Des weiteren ist
eine solche Kupplungsvorrichtung lediglich totraumarm. Das bedeutet, daß sich mindestens
zwischen den beiden aneinanderliegenden Tellern ein Totraum bildet,
in dem sich das zu fördernde
Medium sammeln kann. Beim Lösen
der Kupplungsvorrichtung gelangt dieses Medium nach außen an die
Umwelt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Teller bzw. die Tellerflächen in entkuppeltem
Zustand der Umgebung ausgesetzt sind. Das heißt, daß die Tellerflächen mit
Keimen oder anderen Kontaminationen belastet werden. Vor einem erneuten
Kupplungsvorgang müssen
diese Tellerflächen
daher gereinigt werden, um zu verhindern, daß die Kontaminationen beim
Durchströmen der
Kupplungsvorrichtung in das zu fördernde
Medium gezogen werden bzw. anderweitig in dieses gelangen. Dieser
zusätzliche
Vorgang ist zeit- und kostenintensiv. Weiterhin ist die Reinigung
bekannter Kupplungsvorrichtungen aufwendig und schwierig, da gerade
im Bereich der Dichtelemente Ecken und Kanten gebildet sind, in
denen sich Schmutz oder andere Verunreinigungen ablagern können, die
nur schwer entfernbar sind.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach handhabbare
Kupplungsvorrichtung zu schaffen, die ein sicheres und gegenüber der Umgebung
rückstandsfreies
Kuppeln und Entkuppeln gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Kupplungsvorrichtung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst,
daß der
Ventilteller und der Ventilstößel mit
ihren einander zugekehrten Stirnflächen mindestens in der Ventil-Öffnungsstellung
gegenüber
dem Strömungskanal
abgedichtet sind. Durch diese Ausbildung ist gewährleistet, daß die Kupplungsvorrichtung
totraumfrei ist. Mit anderen Worten wird die Fläche bzw. der Raum zwischen
dem Ventilteller und dem Ventilstößel gegenüber dem Strömungskanal vollständig abgeschottet,
so daß sich
in diesem Bereich kein Medium sammeln kann. Dadurch ist die Kupplungsvorrichtung
beim Entkuppeln, also Lösen
der beiden Kupplungshälften
zum einen tropffrei. Zum anderen kommen die beiden Tellerflächen zu
keiner Zeit mit dem Medium in Berührung, so daß vor dem erneuten
Kuppeln auf eine Reinigung der Tellerflächen verzichtet werden kann.
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Vorteilhafterweise
ist ein Dichtelement zum Dichten des Ventiltellers gegenüber dem
Ventilstößel vorgesehen,
wobei das Dichtelement an seinem radialen, äußeren Rand etwa bündig mit
den kegelförmigen,
radialen Rändern
von Ventilteller und Ventilstößel abschließt. Durch
diese besonders wirksame Abdichtung wird zugleich erreicht, daß sich im
Dichtungsbereich keinerlei Ecken und Kanten bilden, in denen sich
Mediumrückstände oder
andere Ablagerungen absetzten. Dadurch ist die Reinigung der Kupplungsvorrichtung
wesentlich vereinfacht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist ein erstes Dichtelement wahlweise dem Ventilteller
oder dem Ventilstößel und
ein zweites Dichtelement entsprechend wahlweise dem Matrixteil oder
dem Patrixteil zugeordnet, wobei beide Dichtelemente jeweils zwei
separate Dichtflächen
mit unterschiedlichen Dichtfunktionen aufweisen. Dadurch, daß jedes
Dichtelement zwei Dichtfunktionen erfüllt, kann die Anzahl der Dichtelemente
insgesamt reduziert werden, was einerseits Kosten und andererseits Monatageaufwand
einspart und zusätzlich
den Reinigungsaufwand verringert.
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Besonders
vorteilhaft ist die integrale Ausbildung des Dichtelementes zum
Dichten des Ventiltellers gegenüber
dem Ventilstößel mit
dem Dichtelement, das dem Ventilteller bzw. dem Ventilstößel ohnehin,
nämlich
zum Dichten des Ventiltellers gegenüber dem Ventilsitz bzw. dem
Ventilstößel gegenüber dem
Ventilstößelsitz
zugeordnet ist.
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Dadurch
werden die bereits weiter oben erwähnten Vorteile in besonders
einfacher Form erzielt.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist das Dichtelement im Matrixteil
derart ausgebildet und angeordnet, daß die Dichtflächen etwa
bündig
mit den angrenzenden Gehäuseteilflächen abschließen, so daß Ecken
und Kanten, in denen sich Medium oder andere Ablagerungen bilden
können,
vermieden werden. Anders ausgedrückt
wird durch die genannte Ausbildung und Anordnung eine glatte, besonders leicht
zu reinigende Innenfläche
des den Strömungskanal
umgebenden bzw. bildenden Gehäuses
gebildet.
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Weitere
vorteilhafte und bevorzugte Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der Beschreibung. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist anhand der beigefügten Zeichnung
näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
Kupplungsvorrichtung, die aus dem Patrixteil und dem Matrixteil
gebildet ist und sich in gekuppeltem Zustand in Ventil-Schließstellung
befindet, im Schnitt,
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2 eine
Seitenansicht einer ersten Kupplungshälfte, nämlich des Patrixteils, im Teilschnitt,
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3 eine
Seitenansicht der zweiten Kupplungshälfte, nämlich des Matrixteils, im Teilschnitt,
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4 eine Ausschnittsvergrößerung des Ausschnitts
A gemäß 1,
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5 die
Kupplungsvorrichtung gemäß 1 in
gekuppeltem Zustand in Ventil-Öffnungsstellung,
im Schnitt,
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6 eine
Seitenansicht des Schließkegels einschließlich Ventilteller
des Patrixteils im Teilschnitt.
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7 die
Kegeldichtung für
den Schließkegel
gemäß 6 im
Schnitt,
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8 des
Gehäuseteil
des Matrixteils mit dem Ventilstößelsitz
fair den Ventilstößel, im
Teilschnitt, und
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9 die
Kegelstirndichtung für
den Ventilstößel im Schnitt.
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Die
gezeigte Kupplungsvorrichtung ist eine aseptische Kupplung für den Einsatz
im chemischen und pharmazeutischen Bereich sowie in der Lebensmittelindustrie.
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In
der 1 ist eine Kupplungsvorrichtung 10 mit
einer ersten Kupplungshälfte 11,
das als Patrixteil ausgebildet ist, und einer zweiten Kupplungshälfte 12,
die als Matrixteil ausgebildet ist, gezeigt. Das Patrixteil verfügt über eine
Gehäusehälfte 13 und
das Matrixteil verfügt über eine
Gehäusehälfte 14.
Beide Gehäusehälften 13, 14 bilden
in gekuppeltem Zustand das Gehäuse 15.
Mittels der Kupplungshälften 11, 12 ist
eine Verbindung zwischen (nicht dargestellten) Förderleitungen, Behältnissen
oder dergleichen herstellbar. Das Gehäuse 15 bildet innenseitig
einen Strömungskanal 16 für flüssige oder gasförmige Medien.
Der Strömungskanal 16 ist
durch ein Ventil 17 verschließbar oder zu öffnen. Um
das Ventil 17 aus einer Ventil-Schließstellung (siehe 1)
in eine Ventil-Öffnungsstellung
(siehe 5) zu bringen, ist der Kupplungsvorrichtung 10 ein
Betätigungsmittel 18 zugeordnet.
Das Betätigungsmittel 18 umfaßt einen
Kuppelmechanismus 19, beispielsweise ein Kurvengetriebe,
und ein Auslöseelement 20,
beispielsweise ein Handrad. Andere Mechanismen und Auslöseelemente
sind ebenfalls einsetzbar.
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Das
Ventil 17 umfaßt
einen Schließkegel 21 mit
einem Ventilteller 22. Der Schließkegel 21 ist dem Patrixteil
zugeordnet und mit einem Federelement 23 vorbelastet gegen
einen Ventilsitz 24 angeordnet. Der Ventilsitz 24 ist
an der Gehäusehälfte 13 am kupplungshälfteseitigen
Ende 25 vorgesehen und ausgebildet. Weiterhin weist das
Ventil 17 einen Schließkegel 26 mit
einem tellerartigen Ventilstößel 27 auf.
Der Schließkegel 26 ist
dem Matrixteil zugeordnet und mit einem Federelement 28 vorbelastet gegen
einen Ventilstößelsitz 29 angeordnet.
Der Ventilstößelsitz 29 ist
an der Gehäusehälfte 14 am kupplungsseitigen
Ende 30 vorgesehen und ausgebildet. Wie bei solchen Ventilen 17 üblich, ist
der Schließkegel 21 als
bewegbares Teil ausgebildet, während
der Schließkegel 26 als
festes, stehendes Teil ausgebildet ist.
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Der
Kupplungsvorrichtung 10 sind weiterhin Dichtelemente zugeordnet.
Die Dichtelemente dienen jeweils zum Dichten der Kupplungshälften in
entkuppeltem Zustand. Mit anderen Worten schließen die Dichtelemente die Kupplungshälften 11, 12 dichtend
ab, so daß aus
den Kupplungshälften 11, 12 keinerlei
Medium nach außen
dringen kann (siehe 2 und 3). Weiterhin
dichten die Dichtelemente das Gehäuse 15 nach außen in gekuppeltem Zustand
ab. Das bedeutet, daß Kupplungshälften 11, 12,
genauer die Gehäusehälften 13, 14 gegeneinander
gedichtet sind, so daß kein
Medium zwischen den Gehäusehälften 13, 14 aus
dem Strömungskanal 16 nach
außen
dringen kann.
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Der
Ventilteller 22 und der Ventilstößel 27 liegen mit
ihren Stirnflächen 31 bzw. 32 in
gekuppeltem Zustand einander gegenüber. Dies gilt insbesondere für die Ventil-Öffnungsstellung gemäß 5.
Mindestens in dieser Stellung sind der Ventilteller 22 und der
Ventilstößel 27 mit
ihren einander zugekehrten Stirnflächen 31, 32 gegenüber dem
Strömungskanal 16 abgedichtet.
Das bedeutet, daß das
Medium, das durch den Strömungskanal 16 fließt, davon
abgehalten wird, mit den Stirnflächen 31, 32 in
Kontakt zu kommen. Anders ausgedrückt werden die Stirnflächen 31, 32 zu
keinem Zeitpunkt und in keiner Position durch das Medium benetzt.
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In
einer bevorzugten Weise wird diese Dichtung durch ein Dichtelement 33 geschaffen,
das zum Dichten des Ventiltellers 22 gegenüber dem
Ventilstößel 27 vorgesehen
ist. Das Dichtelement 33 ist zwischen dem Ventilteller 22 und
dem Ventilstößel 27 angeordnet,
und zwar sandwichartig und radial umlaufend zwischen den Stirnflächen 31, 32.
Das ringförmige
und als Kegeldichtung ausgebildete Dichtelement 33 schließt an seinem
radialen, äußeren Rand 34 etwa
bündig
mit den kegelförmigen,
radialen Rändern 35, 36 von
Ventilteller 22 und Ventilstößel 27 ab. Die Ränder 34 bis 36 bilden
somit quasi eine glatte ebene Fläche,
an der das Medium vorbeiströmen
kann. In der gezeigten Ausführungsform
ist das Dichtmittel 33 dem Ventilteller 22 zugeordnet.
Alternativ kann das Dichtelement 33 aber auch dem Ventilstößel 27 zugeordnet
sein.
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In
der gezeigten Ausführungsform
ist ein zweites Dichtelement 37 vorgesehen, das dem Matrixteil
zugeordnet ist. Für
den Fall, daß das
erste Dichtelement 33 dem Ventilstößel 27 zugeordnet
ist, wäre
das zweite Dichtelement 37 dem Patrixteil zugeordnet. Das
Dichtelement 37 ist im Matrixteil derart ausgebildet und
angeordnet, daß die
Dichtflächen etwa
bündig
mit den angrenzenden Gehäuseteilflächen abschließen. Details
hierzu werden weiter unten näher
beschrieben. In gekuppeltem Zustand (siehe 1) liegen
sich das Dichtelement 33 und das Dichtelement 37 diametral
gegenüber.
Insbesondere aus der 4 ist ersichtlich,
daß die
beiden Dichtelemente 33, 37 in gekuppeltem Zustand
und in Ventil-Schließstellung
umlaufend an einem gemeinsamen Kontaktpunkt K nahe beieinander liegen
und sich optional sogar berühren.
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Eines
der beiden Dichtelemente 33, 37, vorzugsweise
jedoch beide Dichtelemente 33, 37 weisen mehrere
Dichtflächen
mit unterschiedlichen Dichtfunktionen auf. Das Dichtelement 33 verfügt über zwei
Dichtflächen 38, 39.
Die kegelförmige Dichtfläche 38 ist
radial ausgerichtet und dient zum Dichten des Ventiltellers 22 gegenüber dem
korrespondierenden Ventilsitz 24 mit seiner kegelförmigen Gehäuseteilfläche 40 in
der Gehäusehälfte 13 des Patrixteils.
Die Dichtfläche 39 ist
axial ausgerichtet, und zwar in Richtung des Ventilstößels 27 bzw.
dessen Stirnfläche 32,
und dient zum Dichten des Ventiltellers 22 gegenüber dem
Ventilstößel 27.
Mit anderen Worten ist das Dichtelement 33 zum Dichten
des Ventiltellers 22 gegenüber dem Ventilstößel 27 integraler
Bestandteil des dem Ventilteller 22 zugeordneten Dichtelementes 33.
Anders ausgedrückt
existiert am Ventilteller 22 nur ein Dichtelement, nämlich das Dichtelement 33,
das mit der doppelten Dichtfunktion einerseits den Ventilteller 22 gegenüber dem
Patrixteil und andererseits den Ventilteller 22 gegenüber dem
Ventilstößel 27 dichtet.
Alternativ kann das Dichtelement 33 auch am Ventilstößel 27 angeordnet sein,
vorausgesetzt, das zweite Dichtelement 37 befindet sich
dann im Patrixteil.
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Das
ringförmige
und als Kegelstirndichtung ausgebildete Dichtelement 37 ist
der Gehäusehälfte 14 des
Matrixteils zugeordnet und weist ebenfalls zwei Dichtflächen 41, 42 auf.
Die Dichtfläche 41 ist axial
ausgerichtet und weist in Richtung der Gehäusehälfte 13 des Patrixteil.
Die kegelförmige
Dichtfläche 42 ist
dem Ventilstößel 27 zugewandt,
und zwar dessen kegelförmigem
Rand 36. Die Dichtfläche 41 ist
etwa bündig
mit der stirnseitigen Gehäuseteilfläche 43 der
Gehäusehälfte 14.
Die Dichtfläche 42 ist etwa
bündig
mit der radialseitigen, dem Strömungskanal 16 zugewandten
Gehäuseteilfläche 44.
Die Gehäuseteilfläche 40,
die Gehäuseteilfläche 44 und die
Dichtfläche 42 bilden
eine glatte, ebene Fläche. Gleiches
gilt für
den Rand 35, den Rand 36 sowie die Dichtfläche 38.
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Die
Dichtung zwischen dem Ventilteller 22 und dem Ventilstößel 27 kann
jedoch auch durch andere, z.B. separate Dichtelemente erreicht werden. Dies
ist insbesondere bei der Nachrüstung
bestehender Kupplungsvorrichtungen von Bedeutung.