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Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem zur leicht lösbaren axialen Kupplung von zwei parallelen Flanschen. Dabei sind die Flansche vorzugsweise an Rohrleitungen oder Kupplungseinrichtungen mit Verschlussklappen vorgesehen. Die Verbindungsebene der zwei parallelen Flansche gegenüber der Durchlassachse der Flanschöffnungen kann auch geneigt sein.
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Stand der Technik
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Nach dem Stand der Technik sind verschiedene leicht lösbare Kupplungssysteme bekannt. Neben der Anwendung von Spannringen und Verschraubungen sind verschiedene Arten von Bajonettverschlüssen bekannt. Dabei greifen zwei Teile mit einer Steck-Dreh-Bewegung in einander. Die zwei Teile eines Bajonettverschlusses sind gegenüber den zu verbindenden Flanschen beide drehbar, beide fest oder ein Teil ist drehbar und das andere Teil ist fest mit einem Flansch verbunden.
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Die
DE 195 29 269 A1 gibt eine perfektionierte Verbindung für einen Röhrenaufbau an. Dabei weist ein Röhrenelement eine radiale von seinem äußersten Ende zurückgezogene Deformation auf. Am anderen Röhrenelement ist eine knieförmige Deformation nahe seinem äußeren Ende vorgesehen. Bei der koaxialen Koppelung ist die radiale Deformation in der gebogenen Deformation geführt und beide Elemente können durch einen axialen Stoß und spätere Drehung miteinander verbunden werden.
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Die
EP 0 447 023 B1 (
DE 691 03 048 T2 ) gibt eine Trockentrennkupplung für Leitungen an, bei der je eine Schließklappe in einer von zwei miteinander kuppelbaren Kupplungshälften einseitig und mit einem einseitigen Lagerzapfen drehbar gelagert ist. In der gekuppelten Stellung liegen die Schließklappen der beiden Kupplungshälften in einer Verbindungsebene flächig auf einander und können um eine gemeinsame Drehachse geschwenkt werden. Dabei ist die Drehachse zur Längsachse der Trockentrennkupplung in Durchflussrichtung um 45 bis 85 Grad geneigt. Vor dem Öffnen der Schließklappen in der gekuppelten Position werden die Kupplungshälften mit spezifischen Verriegelungselementen gegeneinander arretiert. In der Praxis werden aus wirtschaftlichen Gründen jeweils eine Kupplungshälfte mit einer aktiv betätigten Schließklappe und eine Kupplungshälfte mit einer passiv betätigten Schließklappe gekuppelt. Das führt zu der Einschränkung, dass zwei passiv betätigte Schließklappen nicht unmittelbar miteinander gekuppelt werden können.
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Aufgabenstellung
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Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Kupplungssystem zur axialen Kupplung von zwei parallelen Flanschen vorzugsweise an Rohrleitungen anzugeben, welches leicht lösbar ist und bei dem die Stirnflächen der beiden Flansche zum Kuppeln ohne Drehung axial aneinander gepresst werden. Das Kupplungssystem soll auch zur Kupplung von zwei miteinander kuppelbaren Kupplungshälften geeignet sein, die drehbar gelagerte Schließklappen aufweisen, welche in der gekuppelten Position flächig aneinander liegen und gemeinsam geöffnet werden können.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, einschließlich der Zeichnung, näher dargestellt.
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Erfindungsgemäß weisen die zwei in ihrer Längsachse zu kuppelnden Flansche an ihrer radial äußeren Oberfläche mindestens je einen Rastbolzen auf. Eine Kupplungshülse greift koaxial zur Längsachse passend über die beiden zu kuppelnde Flansche. Die Kupplungshülse weist ausgehend von ihren beiden Stirnseiten mindestens je einen Führungsschlitz auf, derart dass der Rastbolzen eines Flansches beim Kuppeln in den jeweiligen Führungsschlitz an der Kupplungshülse eingreifen kann. In der Praxis werden meist zwei radial gegenüberliegende oder drei gleichmäßig am Umfang verteilte Führungsschlitze bevorzugt, in die entsprechend viele zugeordnete Rastbolzen an den Flanschen eingreifen können. Zur besseren Kraftverteilung sind die von den beiden Stirnseiten ausgehenden Führungsschlitze in einer axialen Linie angeordnet.
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Die Führungsschlitze verlaufen ausgehend von den Stirnseiten der Kupplungshülse erst parallel zur Längsachse der beiden Flansche und gehen danach unter einem Winkel α zu den Stirnseiten der Kupplungshülse in einen schrägen Abschnitt über. Dabei sind die Abschnitte derart geneigt, dass sie zur Drehrichtung der Kupplungshülse in gleicher Richtung verlaufen, derart dass sich die von den Stirnseiten der Kupplungshülse ausgehenden gegenüber liegenden Führungsschlitze einander annähern. Mindestens wenn die Rastbolzen das Ende der Führungsschlitze erreichen liegen die Flansche dicht aneinander.
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In vorteilhafter Weise sind an den Flanschen koaxial zu Ihrer Längsachse und auf der Stirnseite, die dem anderen Flansch gegenüber liegt, Mittel zur axialen Zentrierung vorgesehen. Als derartige Mittel können symmetrisch angeordnet mindestens ein Bolzen und eine dazu passende Bohrung vorhanden sein, die in der gekuppelten Stellung der zwei Flansche in das jeweils andere Mittel eingreifen. Dadurch sind die beiden Flansche zueinander verdrehfest positioniert. Bei einfachen Anwendungen kann es auch ausreichend sein, wenn die zwei Flansche ausschließlich über die Kupplungshülse zueinander zentriert werden.
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Radial außen an der Kupplungshülse kann ein Saugstutzen vorhanden sein. Über diesen Saugstutzen kann der Spaltbereich zwischen den beiden Flanschen in vorteilhafter Weise mit einem Saugstrom beaufschlagt werden, wodurch Verunreinigungen abgesaugt werden können. Insbesondere unmittelbar nach dem Abkuppeln der beiden Flansche voneinander kann ein geringer, definiert eingestellter Spalt über den Saugstrom von möglichen Verunreinigungen gereinigt werden. Der Spalt kann über eine definierte Positionierung der Punkte erfolgen, an denen die Führungsschlitze vom axialen Verlauf in die schrägen Abschnitte übergehen.
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Ebenfalls radial außen an der Kupplungshülse und gegenüber des Saugstutzens kann eine Arretierungseinrichtung vorgesehen sein, mit der die Kupplungshülse gegenüber den Flanschen nach Erreichen der gekuppelten Position arretiert werden kann.
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Das erfindungsgemäße Kupplungssystem hat den besonderen Vorteil, dass die zu kuppelnden Flansche ohne deren Drehung mit nur einer einfachen Kupplungshülse axial miteinander gekuppelt werden können. Mit den Merkmalen nach Anspruch 2 kann eine hohe Zentriergenauigkeit erreicht werden. Insbesondere beim Einsatz des erfindungsgemäßen Kupplungssystems in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie kann mit dem einfachen Mittel eines Sauganschlusses an der Kupplungshülse ohne weitere Mittel eine hohe Sauberkeit der Kupplungsverbindung gewährleistet werden. Dabei kann z. B. bei größeren Flanschen zwischen den Flanschen und der Kupplungshülse ein ringförmiges Dichtelement vorgesehen werden, damit sich keine unerwünschten Saugströme ausbilden.
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Das erfindungsgemäße Kupplungssystem kann in der Gesamtheit auch als neuartiger Doppelbajonettverschluss bezeichnet werden.
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Ausführungsbeispiel
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Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Zugehörig zeigt
1 eine Seitenansicht von zwei erfindungsgemäß gekuppelten Klappenventilen nach dem Prinzip gemäß
EP 0 447 023 B1 . Die
2a und
2b zeigen das nach
1 untere Klappenventil in einer Draufsicht (
2a) und in einer Seitenansicht (
2b).
3 zeigt das untere Klappenventil nach
1 in einer Seitenansicht von der Rückseite.
4 zeigt die Klappenventile nach
1 mit einem Teilschnitt und in einer Position kurz vor der Verriegelung bzw. kurz nach der Entriegelung.
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1 zeigt zwei in der Längsachse 5 gekuppelte Klappenventile 1 und 2, die in vielfältiger Weise mit ihren Kupplungsflanschen 3 und 4 an Behälter, Rohre oder Produktionseinrichtungen angeflanscht werden können. Im Ausführungsbeispiel weisen die Klappenventile 1 und 2 einseitig gelagerte Schließklappen 22 bzw. 23 auf (4), deren Schwenkachse 21 gegenüber der Längsachse 5 geneigt ist, und die über Schwenkantriebe 6 und 7, im Ausführungsbeispiel manuell über Griffe 6' und 7' (1) betätigt werden können. Zur kraftschlüssigen Kupplung der beiden Klappenventile 1 und 2 ist eine Kupplungshülse 8 vorgesehen.
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Die konkrete Ausführung der beispielhaften Klappenventile 1 und 2 ist in den 2a und 2b an dem in 1 unteren Klappenventil 2 näher dargestellt (ohne Kupplungshülse 8). Das obere Klappenventil 1 ist entsprechend ausgebildet. Zugehörig zum erfindungsgemäßen Kupplungssystem sind am Flansch 9 des Klappenventils 2 und entsprechend am Flansch 9 des Klappenventils 1 auf einem Teilkreis 10 koaxial zur Längsachse 5 symmetrisch und passend zueinander ein Bolzen 11 und eine Bohrung 12 vorgesehen. In der gekuppelten Position der Klappenventile 1 und 2 greifen die Bolzen 11 jeweils in die Bohrungen 12 des anderen Flansches 9 ein. An der äußeren Oberfläche des Flansches 9 sind gegenüberliegend zwei Rastbolzen 13 vorgesehen.
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In 3 ist das untere Klappenventil 2 in einer Seitenansicht nach 1 von der Rückseite und ohne dem oberen Klappenventil 1 dargestellt. Die erfindungsgemäße Kupplungshülse 8 ist auf das Klappenventil 1 aufgesetzt.
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In der Kupplungshülse 8 sind radial gegenüberliegend und symmetrisch an jeder ihrer beiden Stirnseiten der Kupplungshülse 8 zwei, d. h. insgesamt vier gleichartige Führungsschlitze 14 eingearbeitet. Die Führungsschlitze 14 sind zu den Stirnseiten der Kupplungshülse 8 hin offen, derart dass die Rastbolzen 13 beim Aufsetzen der Kupplungshülse 8 auf das untere Klappenventil 2 in die Führungsschlitze 14 eingreifen können. Dabei rutscht die Kupplungshülse 8 axial über die Rastbolzen 13 bis sie an die mit Punkt 15 gekennzeichnete Stelle innerhalb der Führungsschlitze 14 anstoßen. Danach sind die Rastbolzen 13 mit einem Abstand h von der Stirnseite der Kupplungshülse 8 entfernt. Nach dem Punkt 15 sind die Führungsschlitze 14 abgewinkelt und verlaufen in einem Abschnitt 16 unter einem Winkel α von den Stirnseiten der Kupplungshülse 8 weg, d. h. die gegenüberliegenden Führungsschlitze 14 nähern sich einander.
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Wenn sich die Rastbolzen 13 an den Punkten 15 befinden, kann diese Position als Kupplungsposition bezeichnet werden, d. h. die Position, die die Kupplungshülse 8 auf dem unteren Klappenventil 2 einnimmt, bevor axial das obere Klappenventil 1 zur Kupplung mit seinen Rastbolzen 13 in die gegenüber liegenden oberen (in 3) Führungsschlitze 14 eingesetzt werden kann. Dabei werden die Rastbolzen 13 am Klappenventil 1 ebenfalls bis zu dem entsprechenden Punkt 15 mit dem Abstand h zur Stirnseite in die Führungsschlitze 14 der Kupplungshülse 8 eingreifen.
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Die Punkte 15 sind innerhalb der Führungsschlitze 14 derart vorgesehen, dass zwischen den sich gegenüberliegenden Flanschen 9, wenn die Rastbolzen 13 der beiden Klappenventile 1 und 2 an den Punkten 15 anliegen, ein geringer Spalt vorhanden ist. Die Bolzen 11 greifen in dieser Position bereits in die Bohrungen 12 der gegenüberliegenden Flansche 9 ein, derart dass die Klappenventile 1 und 2 zueinander in der Längsachse 5 positioniert sind.
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Im Ausführungsbeispiel ist in der Ebene der gekuppelten Flansche 9 an der Kupplungshülse 8 ein Saugstutzen 19 vorgesehen. An den Saugstutzen 19 kann eine Absaugeinrichtung angeschlossen werden, damit z. B. Schmutzpartikel aus dem Bereich der Kupplungsebene zwischen den Flanschen 9 der beiden Klappenventile 1 und 2 abgesaugt werden können.
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Entsprechend der Darstellung in 3 ist radial gegenüber dem Saugstutzen 19 an der Kupplungshülse 8 eine Arretierungseinrichtung 17 vorgesehen und im Bereich der Schwenkantriebe 6 und 7 sind in die Kupplungshülse 8 Aussparungen 18 eingearbeitet, damit die Kupplungshülse 8 bei Verdrehung gegenüber den Klappenventilen 1 und 2 ausreichend Bewegungsfreiheit hat. Zugehörig zur Arretierungseinrichtung 17 ist im Klappenventile 2 ein Arretierungsloch 20 (2b) vorgesehen.
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Die radiale Toleranz zwischen dem Innendurchmesser der Kupplungshülse 8 und dem Außendurchmesser der Flansche 9 an den Klappenventilen 1 und 2 wird an die konkreten Gegebenheiten angepasst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Toleranz relativ gering gewählt worden, damit beim Einsatz des Saugstutzens 19 die gewünschte Wirksamkeit des Saugstromes gewährleistet ist.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf 4 das beispielhafte erfindungsgemäße Kupplungssystem in der Anwendung näher beschrieben. Das Klappenventil 2 kann beispielhaft an einem Mischbehälter vorgesehen sein und das Klappenventil 1 an einem Transportbehälter. In diesem Fall kann die Kupplungshülse 8 ständig relativ lose auf dem Klappenventil 2 aufgesetzt sein.
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Zur Kupplung des Klappenventils 1 am Transportbehälter mit dem Klappenventil 2 am Mischbehälter werden die Flansche 9 der Klappenventile axial aufeinander zu bewegt bis beide Flansche 9 in die Kupplungshülse 8 eingreifen, wobei die jeweiligen Rastbolzen 13 in den zugehörigen Führungsschlitzen 14 geführt werden.
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Die beiden Flansche 9 werden so weit in die Kupplungshülse 8 geschoben, bis die Rastbolzen 13 an den Punkten 15 in den Führungsschlitzen 14 anliegen. Parallel werden die Bolzen 11 an den Flanschen 9 derart ausgerichtet, dass sie in der Folge in die zugeordneten Bohrungen 12 eingreifen können und die Klappenventile 1 und 2 zueinander lagegenau in der Längsachse 5 verdrehfest positioniert sind.
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Danach kann zum tatsächlichen Kuppeln der Klappenventile 1 und 2 die Kupplungshülse 8 gegenüber den zueinander verdrehfesten Klappenventilen 1 und 2 nach links (1 und 4) verdreht werden. Dazu kann der Anlagenbediener am Saugstutzen 19 und an der Arretierungseinrichtung 17 anfassen. Bei der Verdrehung der Kupplungshülse 8 gleiten die Rastbolzen 13 in den Führungsschlitzen 14 über die Punkte 15 hinaus in den Abschnitt 16, derart dass sich die gegenüberliegenden Flansche 9 annähern, bis sie dicht aneinander liegen. Ein nach innen gerichteter Bolzen der Arretierungseinrichtung 17 (3) kann in dieser Position in das Arretierungsloch 20 gesteckt werden, wodurch das Kupplungssystem insgesamt verriegelt wird.
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Nach dem Verriegeln der Klappenventile 1 und 2 liegen die Schließklappen 22 und 23 dicht aneinander, derart dass auch die Schwenkachsen 21 in einer Linie liegen und die Schließklappen 22 und 23 gemeinsam um die Schwenkachse 21 gedreht werden können, wodurch die Räume des Transportbehälters und des Mischbehälters miteinander verbunden sind und Produkte transferiert werden können. Das Schwenken der Schließklappen 22 und 23 erfolgt in bekannter Weise, in dem die Arretierungsbolzen 25 (5) an den Schwenkantrieben 6 und 7 entriegelt werden und einer der beiden Schwenkantriebe 6 und 7 betätigt wird.
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Zum Entkuppeln der Flansche 9 wird das Kupplungssystem entriegelt, indem die Kupplungshülse 8 nach links verdreht wird. In der in 4 dargestellten Position befinden sich die Klappenventile 1 und 2 mit den Schließklappen 22 und 23 in einem Abstand zu einander, derart dass ein Spalt 24 vorhanden ist. Beim Erreichen dieser Position kann in der Anwendung gemäß Anspruch 6 an den Saugstutzen 19 eine Absaugvorrichtung angeschlossen und der Spalt 24 von Verunreinigungen frei gesaugt werden. Das ist insbesondere in der pharmazeutischen und chemischen Industrie von Bedeutung, damit keinerlei Produkte, z. B. kleine Staubteilchen, die während der Kupplung transferiert wurden, in die Umgebung gelangen können.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Kupplungssystems bei Klappenventilen nach dem Prinzip gemäß
EP 0 447 023 B1 ist besonders vorteilhaft, da dabei die üblicherweise erforderliche gesonderte und aufwändige Verriegelung der beiden zu kuppelnden Klappenventile entfallen kann. Weiterhin können alle Klappenventile wirtschaftlich vertretbar mit dem relativ einfachen Schwenkantrieb
6 bzw.
7 als aktives Klappenventil ausgebildet werden, wodurch keine passiven Klappenventile mit ihrer begrenzten Einsatzmöglichkeit mehr erforderlich sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klappenventil
- 2
- Klappenventil
- 3
- Kupplungsflansch
- 4
- Kupplungsflansch
- 5
- Längsachse
- 6
- Schwenkantrieb
- 6'
- Griff
- 7
- Schwenkantrieb
- 7'
- Griff
- 8
- Kupplungshülse
- 9
- Flansch
- 10
- Teilkreis
- 11
- Bolzen
- 12
- Bohrung
- 13
- Rastbolzen
- 14
- Führungsschlitz
- 15
- Punkte
- 16
- Abschnitt
- 17
- Arretierungseinrichtung
- 18
- Aussparung
- 19
- Saugstutzen
- 20
- Arretierungsloch
- 21
- Schwenkachse
- 22
- Schließklappe
- 23
- Schließklappe
- 24
- Spalt
- 25
- Arretierungsbolzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19529269 A1 [0003]
- EP 0447023 B1 [0004, 0014, 0030]
- DE 69103048 T2 [0004]
