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Die
Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zur Verbindung von
Medienleitungen.
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Verbindungsanordnungen
bzw. Quickkonnektoren sind aus zahlreichen Schutzrechten bekannt.
Vor allem Verbindungsanordnungen in Verbindung mit Rohren aus sehr
harten Werkstoffen wie Polyamiden können abgesprengt werden,
wenn ein durch die Verbindungsanordnung geführtes Medium mit
hohem Druck beaufschlagt wird oder gefriert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung
zur Verbindung von Medienleitungen bereitzustellen, die auch bei
Druck- und/oder Volumenänderung des durch die Verbindungsanordnung
geführten Mediums keinen Schaden erleidet.
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Um
die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen, wird
die Verbindungsanordnung zur Verbindung von Medienleitungen nach
Anspruch 1 bereitgestellt.
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Die
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung umfasst
erste und zweite Kupplungsabschnitte, die derart gegeneinander bewegbar
sind, dass ein abdichtbarer Raum zwischen den Kupplungsabschnitten
bei Druck- und/oder Volumenänderung des durch die Verbindungsanordnung
geführten Mediums dem Volumen nach veränderbar
ist. Wasser oder wasserähnliche Medien erfahren eine ca. 10%ige
Volumenausdehnung beim Gefrieren. Anders als bei einer herkömmlichen
Verbindungsanordnung, wo entweder die Schlauchleitung selbst oder die
damit verbundene Einbindung soviel Flexibilität aufweisen
muss, dass weder der Schlauch platzt noch die Verbindungsanordnung
bricht, umfasst die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
einen Raum mit variablem Volumen, um eine Druck- oder Volumenänderung
zu kompensieren. Dadurch kann eine Belastung der Kupplungsabschnitte
erheblich verringert und eine Beschädigung der Verbindungsanordnung
verhindert werden.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.
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Es
kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn der erste Kupplungsabschnitt
einen hülsenförmigen ersten Gehäuseabschnitt
und der zweite Kupplungsabschnitt einen hülsenförmigen
zweiten Gehäuseabschnitt aufweist, wobei ein Stutzen in
den ersten Gehäuseabschnitt einführbar und derart
mit dem zweiten Gehäuseabschnitt koppelbar ist, dass der
zweite Gehäuseabschnitt gegenüber dem Stutzen
in einem abgedichteten Zustand bewegbar ist. Durch diese Konfiguration
kann das durch die Verbindungsanordnung geführte Medium
im flüssigen Zustand ungehindert über die Kupplungsstelle
fließen, während für den eingefrorenen
und festen Zustand des Mediums das zusätzlich nutzbare
Volumen des abdichtbaren Raums zwischen dem Stutzen und dem zweiten
Gehäuseabschnitt zur Verfügung gestellt werden
kann, um die Volumenausdehnung des durch die Verbindungsanordnung
geführten Mediums zu kompensieren.
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Es
kann sich als hilfreich erweisen, wenn der Stutzen derart in den
ersten Gehäuseabschnitt einführbar ist, dass die
ersten und zweiten Gehäuseabschnitte sowie der Stutzen
konzentrisch zu einer Leitungsachse angeordnet sind. Dadurch können
die Kupplungsabschnitte sowie der Stutzen besonders kompakt angeordnet
werden.
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Es
kann sich als nützlich erweisen, wenn der Stutzen lösbar
am ersten Gehäuseabschnitt fixierbar ist. Der Stutzen ist
vorzugsweise ein genormtes Bauteil, z. B. nach der Norm
SAE 2044 J, und bildet vorzugsweise das Ende einer an die
Verbindungsanordnung anschließbaren Leitung. Dadurch können
Leitungssysteme unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Verbindungsanordnung schnell montiert und demontiert werden.
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Es
kann sich als praktisch erweisen, wenn ein Leitungsquerschnitt des
Stutzens auf einen Leitungsquerschnitt des zweiten Gehäuseabschnitts
abgestimmt ist, wobei der abdichtbare Raum zwischen dem Stutzen
und dem zweiten Gehäuseabschnitt ausgebildet ist. Dadurch
kann das durch die Verbindungsanordnung geführte Medium
im flüssigen Zustand mit besonders geringem Strömungswiderstand über
die Kupplungsstelle fließen.
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Es
kann sich als günstig erweisen, wenn die ersten und zweiten
Kupplungsabschnitte entlang einer Leitungsachse teleskopisch gegeneinander
bewegbar sind. So kann die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
im Normalfall eine besonders kompakte Form einnehmen. Im Falle der
Volumenausdehnung des durch die Verbindungsanordnung geführten
Mediums bewegen sich die Kupplungsabschnitte teleskopisch gegeneinander,
um den abdichtbaren bzw. abdichtbaren Raum zwischen den Kupplungsabschnitten
zu vergrößern.
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Dadurch
kann mit einer verhältnismäßig einfachen
Konstruktion ein erhebliches Nutzvolumen zur Kompensation der Volumenausdehnung
des durch die Verbindungsanordnung geführten Mediums zur
Verfügung gestellt werden.
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Es
kann sich als zweckdienlich erweisen, wenn der abdichtbare Raum
in nur einer Dichtungsebene abdichtbar ist. Dadurch kann die Abdichtung des
abdichtbaren Raums erheblich vereinfacht werden.
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Es
kann hilfreich sein, wenn die ersten und zweiten Kupplungsabschnitte
durch eine mechanische und/oder hydraulische Vorspanneinrichtung
gegeneinander vorgespannt sind. Dadurch kann ein Druckanstieg des
durch die Verbindungsanordnung geführten Mediums noch besser
gedämpft werden. Zudem kann die Verbindungsanordnung nach
erfolgter Druck- und/oder Volumenänderung, bei anschließender
Druck- und/oder Volumenänderung in umgekehrter Richtung,
wieder automatisch in die ursprüngliche Anordnung überführt
werden. Durch entsprechende Auslegung der Vorspanneinrichtung kann
die Verbindungsanordnung mit den gewünschten Funktionen
und Eigenschaften versehen werden.
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Es
kann vorteilhaft sein, wenn die ersten und zweiten Kupplungsabschnitte
durch die Vorspanneinrichtung derart gegeneinander vorgespannt sind, dass
der abdichtbare Raum im entlasteten Zustand der Vorspanneinrichtung
ein geringeres Volumen aufweist als in einem belasteten Zustand
der Vorspanneinrichtung. Dadurch kann für den Fall eines eintretenden
Druck- und/oder Volumenanstiegs das gesamte Nutzvolumen zur Verfügung
gestellt werden.
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Es
kann nützlich sein, wenn die Vorspanneinrichtung als Feder
ausgebildet ist. Die Feder stellt eine besonders kostengünstige,
zuverlässige und einfache Ausführung der Vorspanneinrichtung
dar, und wird daher bevorzugt.
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Es
kann praktisch sein, wenn die Vorspanneinrichtung in einem Raum
angeordnet ist, der sich in radialer Richtung zur Leitungsachse
zwischen den ersten und zweiten Kupplungsabschnitten befindet. Dadurch
kann die Vorspanneinrichtung besonders platzsparend untergebracht
und die gesamte Verbindungsanordnung besonders kompakt gestaltet
werden.
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Es
kann von Vorteil sein, wenn der zweite Kupplungsabschnitt einen
tannenbaumförmigen Verbindungsabschnitt aufweist. Dadurch
ist der zweite Kupplungsabschnitt besonders einfach und schnell mit
einem an die Verbindungsanordnung anzuschließenden Ende
einer Medienleitung verbindbar.
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Es
kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn der zweite Kupplungsabschnitt
einteilig ausgebildet ist. Dadurch kann eine hohe Festigkeit sowie
eine hohe Dichtheit des Kupplungsabschnitts und der Verbindungsanordnung
gewährleistet werden.
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Ein
weiterer bevorzugter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung
einer Verbindungsanordnung nach einer der vorangegangenen Ausführungen
zur Verbindung von Transportleitungen für Harnstofflösungen
zur Dieselabgasreinigung in automobilen Anwendungen. Bei einer derartigen
Verwendung kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
besonders vorteilhaft zur Geltung.
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Es
kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Vorspanneinrichtung
derart ausgelegt ist, dass sie erst über dem nominalen
Arbeitsdruck des durch die Verbindungsanordnung geführten
Mediums anspricht.
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Die
bevorzugte Ausführung der Erfindung wird nachstehend mit
Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1a eine
Vorderansicht der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
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1b eine
Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
entlang der Linie B-B aus 1a in
einem entlasteten Zustand der Vorspanneinrichtung.
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2a eine
Vorderansicht der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
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2b eine
Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
entlang der Linie B-B aus 2a in
einer gestreckten Anordnung und in einem belasteten Zustand der
Vorspanneinrichtung.
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Detaillierte Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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1a zeigt
eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 1 und 1b zeigt
eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen
Verbindungsanordnung 1 entlang der Linie B-B aus 1a in
einer kompakten Anordnung und in einem entlasteten Zustand der Vorspanneinrichtung 5.
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2b zeigt
zum Vergleich eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen
Verbindungsanordnung 1 entlang der Linie B-B aus 2a in
einer gestreckten Anordnung und in einem belasteten Zustand der
Vorspanneinrichtung 5.
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Die
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 1 umfasst
erste und zweite Kupplungsabschnitte 2, 3, die
derart gegeneinander bewegbar sind, dass ein abdichtbarer Raum 4 zwischen
den Kupplungsabschnitten 2, 3 bei Druckanstieg
des durch die Verbindungsanordnung 1 geführten
Mediums dem Volumen nach veränderbar ist.
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Der
erste Kupplungsabschnitt 2 umfasst einen hülsenförmigen
ersten Gehäuseabschnitt 21. Ein als Rastring ausgebildetes
Sicherungsmittel 7 ist formschlüssig in einer
im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmung des ersten Gehäuseabschnitts 21 gehalten.
Ein Stutzen 22 nach der Norm SAE 2044 J ist durch
das Sicherungsmittel 7 in den ersten Gehäuseabschnitt 21 eingeführt
und wird durch das Sicherungsmittel 7 selbstsichernd und
reversibel lösbar am ersten Gehäuseabschnitt 21 fixiert,
wobei ein Ringflansch des Stutzens 22 zwischen einem Ringflansch des
ersten Gehäuseabschnitts 21 und dem Sicherungsmittel 7 formschlüssig
gehalten wird.
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Der
zweite Kupplungsabschnitt 3 ist einteilig ausgebildet und
umfasst einen hülsenförmigen zweiten Gehäuseabschnitt 31,
der sich abschnittsweise innerhalb des ersten Gehäuseabschnitts 21 des
ersten Kupplungsabschnitts 2 erstreckt und einen tannenbaumförmigen
Verbindungsabschnitt außerhalb des ersten Gehäuseabschnitts 21 aufweist.
Der zweite Kupplungsabschnitt 3 ist im vorliegenden Fall
als Dornprofilkörper ausgebildet.
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Die
ersten und zweiten Kupplungsabschnitte 2, 3 sind
konzentrisch zu einer Leitungsachse L angeordnet und entlang der
Leitungsachse L teleskopisch gegeneinander bewegbar. Der zweite
Kupplungsabschnitt 3 bildet eine Art gegenüber
dem ersten Kupplungsabschnitt 2 bewegbaren Kolben.
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Ein
innerer Leitungsquerschnitt 23 des Stutzens 22 ist
auf einen inneren Leitungsquerschnitt 32 des zweiten Gehäuseabschnitts 31 abgestimmt.
Ein abdichtbarer Raum 4 ist zwischen den aufeinander abgestimmten
Leitungsquerschnitten 23, 32 des Stutzens 22 und
des zweiten Gehäuseabschnitts 31 ausgebildet.
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Der
abdichtbare Raum 4 ist durch ein Dichtmittel 34 in
nur einer Dichtungsebene D abdichtbar. Das Dichtmittel 34 ist
in einer ringförmigen Ausnehmung an einem mit dem Außenumfang
des ersten Gehäuseabschnitts 21 in Gleitkontakt
befindlichen Innenumfang 33 des zweiten Gehäuseabschnitts 31 angeordnet,
und umfasst zwei O-Ringe 6, wobei ein erster O-Ring 6 als
Absicherung dient, falls der andere der O-Ring 6 versagt.
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Die
ersten und zweiten Kupplungsabschnitte 2, 3 sind
durch eine als Schraubenfeder ausgebildete mechanische Vorspanneinrichtung 5 gegeneinander vorgespannt,
so dass der zweite Kupplungsabschnitt 3 gegenüber
dem ersten Kupplungsabschnitt 2 um einen gewissen Federweg
verfahrbar ist.
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Die
Vorspanneinrichtung 5 ist derart eingebaut, dass der abdichtbare
Raum 4 im entlasteten Zustand der Vorspanneinrichtung 5 ein
geringeres Volumen aufweist als in einem belasteten Zustand der
Vorspanneinrichtung 5.
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Die
als Schraubenfeder ausgebildete mechanische Vorspanneinrichtung 5 ist
in einem Raum angeordnet, der sich in radialer Richtung zur Leitungsachse
L zwischen den ersten und zweiten Kupplungsabschnitten 2, 3 befindet.
Der Raum ist endseitig durch eine formschlüssig auf den
ersten Gehäuseabschnitt 21 aufrastbare Ringkappe 24 geschlossen.
Der zweite Gehäuseabschnitt 31 erstreckt sich
durch die Öffnung der Ringkappe 24 hindurch.
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Die
bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 1 wird
nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 1 wird
zur Verbindung von Transportleitungen für Harnstofflösungen
zur Dieselabgasreinigung in automobilen Anwendungen eingesetzt,
wobei die Vorspanneinrichtung 5 derart ausgelegt ist, dass
sie erst über dem nominalen Arbeitsdruck des durch die Verbindungsanordnung 1 geführten
Mediums anspricht.
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Dazu
ist der Stutzen 22 am ersten Gehäuseabschnitt 21 reversibel
lösbar fixiert und derart mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 31 gekoppelt,
dass der zweite Gehäuseabschnitt 31 gegenüber
dem Stutzen 22 in einem abgedichteten Zustand bewegbar
ist.
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Der
abdichtbare Raum 4 wird folglich zwischen den aufeinander
abgestimmten Leitungsquerschnitten 23, 32 des
Stutzens 22 und des zweiten Gehäuseabschnitts 31 ausgebildet.
Auf den Verbindungsabschnitt des zweiten Gehäuseabschnitts 31 wird
ein Ende einer hier nicht dargestellten, anzuschließenden
Medienleitung aufgeschoben und über eine Sicherungseinrichtung,
wie z. B. eine Rohrschelle oder dergleichen, am Verbindungsabschnitt gesichert.
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Durch
die Verbindungsanordnung 1 wird eine Harnstofflösung
zur Dieselabgasreinigung geführt und mit einem üblichen
Arbeitsdruck von ca. 4 bis 5 bar beaufschlagt. Diese Harnstofflösungen
zur Dieselabgasreinigung haben die Eigenschaft, dass sie bei Temperaturen
von ca. –11°C gefrieren.
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Die
ersten und zweiten Kupplungsabschnitte 2, 3 sind
durch die Vorspanneinrichtung 5 derart gegeneinander vorgespannt,
dass sich die Mündungen der ersten und zweiten Gehäuseabschnitte 21, 31 im flüssigen
Zustand der Harnstofflösung dicht aneinander befinden und
die Harnstofflösung möglichst ungehindert vom
ersten Kupplungsabschnitt 2 in den zweiten Kupplungsabschnitt 3 fließen
kann.
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Die
Vorspanneinrichtung 5 ist derart ausgelegt, dass sie erst über
dem nominalen Arbeitsdruck der Harnstofflösung anspricht,
so dass der abdichtbare Raum 4 im entlasteten Zustand der
Vorspanneinrichtung 5 ein geringeres Volumen aufweist als
in einem belasteten Zustand der Vorspanneinrichtung 5.
Dieser Zustand ist in 1b dargestellt.
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Beim
Einfrieren der Harnstofflösung dehnt sich das Volumen der
Harnstofflösung um ca. 10% aus. Dabei baut sich im abdichtbaren
Raum 4 ein Druck auf, der auf den zweiten Gehäuseabschnitt 31 und
entgegen der Federkraft der als Schraubenfeder ausgebildeten mechanischen
Vorspanneinrichtung 5 wirkt. Eine Kristallisationsfront
während des Gefrierens der Harnstofflösung verläuft
in Richtung des geringsten Widerstands. Unter Verdrängung
des zweiten Gehäuseabschnitts 31 wird die als
Schraubenfeder ausgebildete mechanische Vorspanneinrichtung 5 belastet
und der abdichtbare Raum 4 nimmt ein größeres
Volumen ein.
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Im
festen Zustand der Harnstofflösung, wenn die Harnstofflösung
also gefroren ist, befinden sich die Mündungen der ersten
und zweiten Gehäuseabschnitts 21, 31 weiter
auseinander als in dem in 1b dargestellten
Fall. Dieser Zustand ist in 2b dargestellt.
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Beim Überführen
der Verbindungsanordnung 1 von der kompakten Anordnung
gemäß 1b in
die gestreckte Anordnung gemäß 2b bewegt
sich der zweite Gehäuseabschnitt 31 teleskopisch
gegenüber dem ersten Gehäuseabschnitt 21.
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Dieser
Vorgang ist reversibel. Demnach bewirkt die Vorspanneinrichtung 5,
dass die Verbindungsanordnung 1 bei einer Druckverringerung un/oder
einer Volumenverringerung des durch die Verbindungsanordnung 1 geführten
Mediums von der gestreckten Anordnung gemäß 2b unmittelbar
in die kompakte Anordnung gemäß 1b überführt
wird.
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Die
ersten und zweiten Gehäuseabschnitte 21, 31 sowie
der Stutzen 22 weisen vorzugsweise im Wesentlichen kreisrunde
Querschnittsformen auf. Jedoch sind diese Bauteile auch in anderen
Querschnittsformen, insbesondere ovalen oder polygonalen Querschnittsformen
ausführbar.
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Ein
funktionell gleicher Aufbau ist auch als sogenanntes Expansionsstück
im Verlauf der Medienleitungsverlauf herstellbar.
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Die
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 1 bietet
am Beispiel der bevorzugten Ausführungsform die folgenden
Vorteile:
Durch die Möglichkeit einer Vorspannung
der als Schraubenfeder ausgebildete mechanische Vorspanneinrichtung 5 und
die jeweilige Federkonstante kann eine gewisse Kraft respektive
ein Leitungsinnendruck vorgegeben werden, ab dem die als Schraubenfeder
ausgebildete mechanische Vorspanneinrichtung 5 zusammengepresst
und das zusätzlich nutzbare Volumen des abdichtbaren Raums 4 nutzbar
wird.
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Dazu
ist vorzugsweise eine Vorspannung so zu wählen, dass bei
normalem Betriebsdruck die als Schraubenfeder ausgebildete mechanische
Vorspanneinrichtung 5 maximal entspannt ist und erst komprimiert
wird, wenn der Systeminnendruck durch z. B. Einfrieren des Medium
oder unzulässig hohe Druckspitzen weit überhalb
des eigentlichen Arbeitsdrucks liegt.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung betrifft die Materialwahl: Vor allem
bei Verbindungen von der Verbindungsanordnung 1 zur Schlauchleitung,
bei denen kein tannenbaumförmiger Verbindungsabschnitt,
sondern stoffschlüssige Verbindungen aus konstruktiven
Erwägungen heraus gewählt werden müssen,
ist es oft notwendig, die Verbindungsanordnung 1 und das
Schlauchmaterial in möglichst gleicher Materialpaarung
zu wählen, um z. B. beim Verschweißen von Schlauch
und Verbindungsanordnung 1 möglichst gute Ergebnisse
zu erzielen.
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Auf
der anderen Seite gibt es sehr hohe thermische Anforderungen an
einzelne Abschnitte der Verbindungsanordnung 1, die jedoch
nicht für den Rest der Leitung gelten. Mit der beschriebenen
Erfindung ist es möglich, den ersten Kupplungsabschnitt 2 der
Verbindungsanordnung 1 aus einem hochtemperaturbeständigen
Material, insbesondere einem polymerem Material wie bspw. Polyphenylensulfid (PPS)
oder Polyphthalamid (PPA) auszuführen und den zweiten Kupplungsabschnitt 3 aus
einem mit dem Material der Medienleitung einfach verschweißbaren
Werkstoff wie z. B. Polyamid (PA) auszuführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Norm SAE 2044
J [0009]
- - Norm SAE 2044 J [0031]