DE20306852U1 - Kupplungsvorrichtung - Google Patents

Description

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Roman Seliger GmbH, An'n Slagboom 20, D-22848 Norderstedt

Kupplungsvorrichtung Beschreibung

Die Erfindung befaßt sich mit einer Kupplungsvorrichtung, insbesondere Trockenkupplung, zum dichtenden Verbinden von flüssige oder gasförmige Medien transportierenden Förderleitungen, umfassend zwei eine Strömungsachse bestimmende Kupplungshälften, ein Ventil zum Öffnen und Schließen der Kupplungsvorrichtung sowie ein das Ventil betätigendes Betätigungsmittel.

Kupplungen der genannten Art, insbesondere die Trockenkupplungen, werden bevorzugt in der Mineralöl- und chemischen Industrie eingesetzt. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, daß keinerlei Restmengen der in den Förderleitung geforderten Medien nach außen gelangen, auch nicht beim Trennen der Kupplung. Solche Trockenkupplungen, die aus zwei einen Strömungskanal bildenden und eine Strömungsachse bestimmende Kupplungshälften gebildet sind, existieren z.B. mit einem vorbelastet gegen einen am kupplungsseitigen Ende einer Kupplungshälfte vorgesehenen Ventilsitz angeordneten Ventilteller sowie einem mit einem an der anderen Kupplungshälfte vorgesehenen Ventilstößelsitz korrespondierenden Ventilstößel. Derartige Kupplungen mit einem solchen sogenannten Tellerventil weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Durchflußmenge wegen der sich im Strömungskanal befindlichen Ventilelemente reduziert ist. Des weiteren ist auch die Reinigung derartiger Kupplungen, insbesondere bei der Anwendung der bekannten Molchtechnik, erschwert und im Ergebnis unbefriedigend.

Bei weiteren Kupplungen wurde daher ein an sich bekanntes Kugelventil mit einem konvexen Kugelabschnitt und einem konkaven Kugelabschnitt verwendet. Eine derartige Kupplung umfaßt zwei Kupplungshälften, die über eine Rotationsbewegung relativ zueinander miteinander verbunden werden, derart, daß der konvexe Kugelabschnitt, der auch als Nest bezeichnet wird, mit dem konkaven Kugelabschnitt zur Bildung einer Dichtung eng aneinander liegt. Zur Betätigung, also zum Öffnen bzw.

Schließen der Kupplung sind zwei separate, von außen manuell zu bedienende Hebel angeordnet, wobei jeder Kupplungshälfte ein Hebel zugeordnet ist. Diese Hebel sind durch entsprechende Anschläge lediglich in einer vorbestimmten Reihenfolge zu bedienen. Mit der Betätigung eines ersten Hebels ist zunächst die Kugel um einen definierten Winkel, üblicherweise etwa 90° zu drehen. Anschließend ist der zweite Hebel um den gleichen Winkel zu drehen, so daß nach der seriellen Betätigung beider Hebel das Kugelventil geöffnet ist. Bei geöffnetem Kugelventil ist ein Lösen der Kupplungshälften voneinander durch entsprechende Sicherungsmittel verhindert. Das Schließen des Kugelventils erfolgt durch Betätigung der Hebel in umgekehrter Reihenfolge. Anstelle der Kugelabschnitte werden auch andere übliche Ventil elemente verwendet. Diese bekannten Kupplungsvorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Handhabung aufwendig ist, da mehrere Bedienelemente nacheinander betätigt werden müssen. Des weiteren erfordert die Kupplungsvorrichtung für jede Kupplungshälfte separate, außenliegende Bedienelemente sowie zusätzliche Sicherungselemente, die zum einen eine aufwendige Konstruktion erfordern und zum anderen durch eine Zwei-Hand-Bedienung die Handhabung erschweren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine konstruktiv einfache Kupplungsvorrichtung zu schaffen, die einfach handhabbar und sicher in der Funktion ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Kupplungsvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Betätigungsmittel mit wenigstens einem Betätigungselement derart ausgebildet und mit dem Ventil verbunden ist, daß es eine um die Strömungsachse rotatorische Bewegung des Betätigungselementes in eine translatorische Bewegung entsprechend der Richtung der Strömungsachse und letztere Bewegung in eine ein zugeordnetes Ventilelement entsprechend bewegende rotatorische Bewegung um eine Achse umsetzt, die quer zur Strömungsachse verläuft. Mit einer solchen Konstruktion ist eine einfache Handhabung gewährleistet, wobei die Konstruktion auf separate und nach außen ragende Betätigungselemente für jede Kupplungshälfte verzichten kann, da das Betätigungsmittel quasi integraler Bestandteil der Kupplung selbst ist. Eine solche Kupplungsvorrichtung ist auch besonders sicher, da

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eine Fehlbedienung durch Personal ausgeschlossen ist. Dies wird durch die erreichte Zwangsführung im Bewegungsablauf, der nahezu automatisiert erfolgt, unterstützt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jede Kupplungshälfte aus einem inneren, jeweils ein Ventil element aufnehmenden Dichtungselement, einer auf dem Dichtungselement angeordneten, die translatorische Bewegung vollziehenden Hülse sowie einem äußeren jeweils das Betätigungselement bildenden Mantelelement gebildet ist. Durch diese erfindungsgemäße Konstruktion lassen sich die zum Öffnen und Schließen des Kugelventils erforderlichen Bewegungen besonders einfach und sicher in der Handhabung realisieren.

Vorteilhafterweise sind die beiden äußeren Mantelelemente fest aber lösbar miteinander verbunden, derart, daß die Rotationsbewegung eines Mantelelementes um die Strömungsachse zwangsläufig auf das andere Mantelelement und umgekehrt übertragbar ist. Mit dieser Ausführungsform wird auf effiziente Weise erreicht, daß lediglich ein Mantelelement betätigt werden muß, um eine zwangsgeführte, und damit unabhängig von der Qualifikation der Bedienperson, Betätigung sowohl des Nests als auch der Kugel zu gewährleisten, und zwar ohne zusätzliche Sicherungsmaßnahmen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verfügt jede Hülse über mindestens eine Steuerkurve, derart, daß die Rotationsbewegung der Mantelelemente um die Strömungsachse in die Axialbewegung der Hülsen parallel zur Strömungsachse übertragbar ist, wobei die Steuerkurven der Hülsen derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Axialbewegung der Hülsen nacheinander erfolgt. Dadurch ist gewährleistet, daß das sichere Öffnen und Schließen des Ventils durch eine vorgegebene Reihenfolge der Betätigung ohne Eingriff einer Bedienperson gewährleistet ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

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Fig. 1 eine Seitenansicht der Kupplungsvorrichtung mit geöffnetem Ventil im Vollschnitt,

Fig. 2 eine Seitenansicht von Teilen der Kupplungsvorrichtung, nämlich den inneren Dichtungselementen mit den j eweiligen Hülsen,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Kupplungsvorrichtung gemäß Figur 1 mit voneinander gelösten Kupplungshälften im Vollschnitt, wobei die Ventilelemente in Schließstellung sind, und
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Fig. 4 eine Seitenansicht von Teilen der Kupplungsvorrichtung gemäß Figur 2, wobei die Kupplungshälften voneinander gelöst sind.

Derartige Kupplungsvorrichtungen dienen zum dichtenden Verbinden von flüssige oder gasförmige Medien transportierenden Förderleitungen.

In der Figur 1 ist eine Kupplungsvorrichtung (im folgenden auch als Kupplung bezeichnet) 10 gezeigt, die aus zwei Kupplungshälften, nämlich dem Vaterteil 11 und dem Mutterteil 12 gebildet ist. Sowohl das Vaterteil 11 als auch das Mutterteil 12 bestehen im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich einem inneren Dichtungselement 13 bzw. 14, einer Hülse 15 bzw. 16 sowie einem äußeren Mantelelement 17 bzw. 18. Die Dichtungselemente 13,14 sind relativ zu den korrespondierenden Mantelelementen 17, 18 um eine Strömungsachse 27 bewegbar, derart, daß vorzugsweise die Mantelelemente 17, 18 rotierend gegenüber den ortsfesten Dichtungselementen 13, 14 bewegbar sind. Es ist aber z.B. auch möglich, daß die Relativbewegung zwischen den Mantelelementen 17, 18 und den Dichtungselementen 13, 14 um die Strömungsachse 27 auf andere Weise realisiert wird, z.B. durch rotierenden Antrieb der Dichtungselemente 13, 14. Zur Realisierung der Relativbewegung sind jeweils im Bereich der freien Enden 19, 20 bzw. 21, 22 des Vaterteils 11 bzw. des Mutterteils 12 entsprechende Lagerungen vorgesehen. In der Ausfuhrungsform gemäß Figur 1 handelt es sich um Kugellager 23, 24, 25, 26. Andere Lagertypen sind jedoch ebenfalls verwendbar. Zur Betätigung bzw. zur Durchführung der Rotationsbewegung ist an einer Kupplungshälfte, vorzugsweise am Mutterteil 12 ein Handrad 28 oder dergleichen angeordnet, das fest aber lösbar mit dem

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Mantelelement 18 verbunden ist. Bevorzugt ist das Handrad 28 lediglich aufgesteckt, um ein einfaches und schnelles Montieren und Demontieren zu ermöglichen.

Die Hülsen 15, 16 sind jeweils auf den inneren Dichtungselementen 13,14 bewegbar angeordnet. Die Hülsen 15,16 sind in axialer Richtung parallel zur Strömungsachse verschiebbar. Mittels eines Führungselementes 29 bzw. 30 wird sichergestellt, daß die Hülsen 15, 16 ausschließlich in axialer Richtung bewegbar sind. Die Führungselemente 29, 30 sind jeweils aus einem Langloch 31 bzw. 32, das in der jeweiligen Hülse 15, 16 ausgebildet ist, und einem am Dichtungselement 13, 14 befestigten Führungsstift 33 bzw. 34 gebildet. Die Langlöcher 31,32 erstrecken sich parallel zur Strömungsachse und dienen gleichzeitig als Anschlag zur Begrenzung des axialen/translatorischen Weges der Hülsen 15, 16.

Die Hülsen 15, 16 weisen an ihrer jeweiligen Umfangsfläche 35 bzw. 36 jeweils mindestens eine Steuerkurve 37 bzw. 38 auf. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform weist jede Hülse 15 bzw. 16 drei Steuerkurven 37 bzw. 38 auf, die gleichmäßig über den Umfang der Hülsen 15, 16 verteilt sind. Die Steuerkurven 37, weisen einen Verlauf auf, bei dem ein Abschnitt 39 bzw. 40 senkrecht bzw. quer zur Strömungsachse 27 und ein Abschnitt 41 bzw. 42 in einem Winkel zur Strömungsachse 27 verläuft. Innerhalb der Steuerkurven 37, 38 sind Mitnehmerstifte 43, 44 angeordnet. Die Mitnehmerstifte 43, 44 sind innenseitig an den Mantel elementen 17, 18 befestigt und laufen entlang der Steuerkurven 37, 38. Dabei sind die Steuerkurven 37, 38 derart aufeinander abgestimmt, daß die Abschnitte 39 und 40 einerseits und die Abschnitte und 42 anderseits versetzt zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten befinden sich die Mitnehmerstifte 43 der Steuerkurve 37 im winklig zur Strömungsachse 27 verlaufenden Abschnitt 41, während sich die Mitnehmerstifte 44 der Steuerkurve 38 gleichzeitig im quer zur Strömungsachse 27 verlaufenden Abschnitt 40 befinden (siehe z.B. Figur 2). Sind umkehrt die Mitnehmerstifte 43 im quer zur Strömungsachse 27 verlaufenden Abschnitt 39, befinden sich die Mitnehmerstifte 44 im winklig zur Strömungsachse 27 verlaufenden Abschnitt 42. Dadurch wird sichergestellt, daß die axiale bzw. translatorische Bewegung der Hülsen 15, 16 seriell, d.h. zeitlich nacheinander erfolgt.

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Jede Kupplungshälfte 11,12 weist weiterhin ein Mittel zum Übertragen der Axialbewegungen der Hülsen 15,16 in eine rotierende Bewegung um eine Dreh-Achse 45 bzw. 46, die quer zur Strömungsachse 27 verläuft, auf. Das Mittel umfaßt ein Getriebe 47 bzw. 48 auf, das jeweils aus einer Zahnstange 49 bzw. 50 sowie einem Satz Zahnräder gebildet ist, wobei jeder Satz vorzugsweise zwei Zahnräder 51, 52 bzw. 53, 54 umfaßt. Die Zahnstangen 49, 50 sind fest aber lösbar an der jeweiligen Hülse 15,16 befestigt und erstrecken sich parallel zur Strömungsachse 27. Die Zahnstangen 49, 50 sind jeweils mit dem größeren Zahnrad 51 bzw. 53 in Eingriff, die wiederum mit dem kleineren Zahnrad 52 bzw. 54 in Eingriff sind. Die Zahnräder 51 bis 54 sind auf Wellen bzw. Achsen 55 bis 58 angeordnet, die sich quer, vorzugsweise senkrecht zur Strömungsachse 27 erstrecken. Die Wellen 55 und 57 der Zahnräder 51 und 53 sind fest am Dichtungselement 13 bzw. 14 angeordnet, wobei die Zahnräder 51, 53 drehbar auf den Wellen 55, 57 befestigt sind. Die Wellen 56, 58 der Zahnräder 52, 54 sind drehbar innerhalb der Dichtungselemente 13,14 gelagert, wobei die Zahnräder 52, 54 verdrehsicher, vorzugsweise mittels Paßfeder 59, 60 auf den Wellen 56, 58 angeordnet sind. Eine Rotation der Zahnräder 52, 54 wird dadurch zwangsläufig auf die Wellen 56, 58 übertragen. Die Wellen 56, 58 erstrecken sich in den durch die Kupplungshälften 11, 12 gebildeten Strömungskanal 61.

Innerhalb des Strömungskanals 61 ist ein Ventil 62 zum Öffnen und Schließen des Strömungskanals 61 angeordnet. Das als Kugelventil ausgebildete Ventil 62 umfaßt im wesentlichen zwei Ventilelemente 63, 65, nämlich ein Nest 63 mit einer konvexen Kontaktfläche 64 sowie eine Kugel 65 mit einer konkaven Kontaktfläche 66. In geschlossenem Zustand des Kugelventils 62 liegen die Kontaktflächen 64, 66 eng aneinander, derart, daß die Ventilelemente 63, 65 dichtend innerhalb der Dichtungselemente 13, 14 angeordnet sind. Zum Öffnen des Kugelventils 62 sind sowohl das Nest 63 als auch die Kugel 65 aus ihrer Schließposition zu bewegen. Hierzu ist das Nest 63 mit der Welle 58 verbunden. Die Welle 58 ist fest aber lösbar am Nest 63 angeordnet, derart, daß eine Rotation der Welle 58 auf das Nest 63 übertragen wird.

Vorzugsweise beträgt der Winkel, um den das Nest 63 bewegbar ist, etwa 90°. Die Kugel 65 ist entsprechend mit der Welle 56 verbunden, so daß die Bewegung der Welle 56 auf die Kugel 65 übertragen wird. Der bevorzugte Verdrehwinkel beträgt ebenfalls etwa 90°.

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Durch die zuvor beschriebene Anordnung ist eine rotatorische Bewegung des Mantelelementes 17 bzw. 18 in eine translatorische Bewegung der Hülse 15 bzw. übertragbar, die wiederum in eine rotatorische Bewegung der Welle 56 bzw. 58 und damit des Nests 63 bzw. der Kugel 65 übertragbar ist. Sämtliche Elemente zur Betätigung des Kugelventils 62 sind damit von außen nach innen, nämlich in das Vaterteil 11 bzw. das Mutterteil 12 verlagert. Anstatt der konvexen und konkaven Kugelabschnitte, also des Nests 63 und der Kugel 65 können auch andere übliche Ventilelemente 63, 65 vorgesehen sein.

Das Funktionsprinzip der Kupplung 10 wird im folgenden anhand des in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiels genauer beschrieben: Das Vaterteil 11 und das Mutterteil 12 werden zusammengefügt und mittels einer Drehung um die Strömungsachse 27 fest und dichtend miteinander verbunden. Die Drehung erfolgt vorzugsweise im Uhrzeigersinn. Durch Drehung des Handrades weiter im Uhrzeigersinn werden die miteinander verbundenen Mantelelemente 17,18 ebenfalls im Uhrzeigersinn um die Strömungsachse 27 gedreht. Diese Drehung bewirkt, daß die an den Mantelelementen 17,18 angeordneten Mitnehmerstifte 43, 44 innerhalb der Steuerkurven 37, 38 laufen. Dabei wird zunächst die Hülse 15 bedingt durch die Steuerkurve 37 sowie die Zwangsführung durch das Führungselement 29 in axialer Richtung bewegt, während die Hülse 16 zu diesem Zeitpunkt noch ortsfest ist. Durch die axiale Bewegung der Hülse 15 wird das Zahnrad 51 durch die Zahnstange 49 angetrieben, wobei das Zahnrad 51 die Rotation auf das Zahnrad 52 überträgt. Die Rotation des Zahnrades 52 führt nun zum Verdrehen der Kugel 65, so daß der Strömungskanal 61 einseitig geöffnet ist. Das Nest 63 verhindert jedoch noch den Durchstrom von Medium.

Sobald die Kugel um etwa 90° gedreht ist, läuft der Mitnehmerstift 43 in den senkrecht/quer zur Strömungsachse 27 verlaufenden Abschnitt 39 der Steuerkurve 37, so daß die Hülse 15 dann ortsfest ist. Durch Drehen des Mantelelementes 17, bzw. läuft der Mitnehmerstift 44 gleichzeitig von dem quer zur Strömungsachse 27 verlaufenden Abschnitt 40 in den schräg in einem Winkel zur Strömungsachse 27 verlaufenden Abschnitt 42, so daß nunmehr die Hülse 16 eine axiale Bewegung

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durchführt. Durch die axiale Bewegung wird das Zahnrad 53 über die Zahnstange rotierend angetrieben, das wiederum das Zahnrad 54 antreibt. Durch die Drehung des Zahnrades 54 wird das Nest 63 gedreht, und zwar um einen Winkel von etwa 90 °. Durch die Drehung des Nestes 63 ist das Ventil vollständig geöffnet, so daß eine Strömung des Mediums möglich ist.

Zum Schließen des Kugelventils 62 ist eine Drehung des Mantelelementes 17, 18 in umgekehrter Richtung, also im beschriebenen Fall entgegen dem Uhrzeigersinn, notwendig. Dadurch schließt sich erst das Nest 63 und anschließend die Kugel 65 nach dem oben beschriebenen Prinzip.

Claims (13)

1. Kupplungsvorrichtung, insbesondere Trockenkupplung, zum dichtenden Verbinden von flüssige oder gasförmige Medien transportierenden Förderleitungen, umfassend zwei eine Strömungsachse (27) bestimmende Kupplungshälften (11, 12), ein Ventil (62) zum Öffnen und Schließen der Kupplungsvorrichtung (10) sowie ein das Ventil (62) betätigendes Betätigungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel mit wenigstens einem Betätigungselement derart ausgebildet und mit dem Ventil (62) verbunden ist, daß es eine um die Strömungsachse (27) rotatorische Bewegung des Betätigungselementes in eine translatorische Bewegung entsprechend der Richtung der Strömungsachse (27) und letztere Bewegung in eine ein zugeordnetes Ventilelement (63, 65) entsprechend bewegende rotatorische Bewegung um eine Achse (56, 58) umsetzt, die quer zur Strömungsachse (27) verläuft.

2. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (62) als Kugelventil mit einen konvexen Kugelabschnitt und einen darin einfassenden konkaven Kugelabschnitt aufweisenden Ventilelementen (63, 65) ausgebildet ist.

3. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kupplungshälfte (11, 12) ein Mantelelement (17, 18) aufweist, das als Betätigungselement des Betätigungsmittels ausgebildet ist.

4. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kupplungshälfte (11, 12) aus einem inneren, jeweils ein Ventilelement (63, 65) aufnehmenden Dichtungselement (13, 14), einer auf dem Dichtungselement (13, 14) angeordneten, die translatorische Bewegung vollziehenden Hülse (15, 16) sowie einem äußeren jeweils das Betätigungselement bildenden Mantelelement (17, 18) gebildet ist.

5. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelelemente (17, 18) rotatorisch um die Strömungsachse (27) und relativ zu den Dichtungselementen (13, 14) bewegbar sind.

6. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (15, 16) ausschließlich in translatorischer Richtung bewegbar sind.

7. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Mantelelemente (17, 18) fest aber lösbar miteinander verbunden sind, derart, daß die Rotationsbewegung eines Mantelelementes (17 bzw. 18) um die Strömungsachse (27) zwangsläufig auf das andere Mantelelement (18 bzw. 17) und umgekehrt übertragbar ist.

8. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hülse (15, 16) über mindestens eine Steuerkurve (37, 38) verfügt, derart, daß die Rotationsbewegung der Mantelelemente (17, 18) um die Strömungsachse (27) in die translatorische Bewegung der Hülsen (15, 16) entsprechend der Richtung der Strömungsachse (27) übertragbar ist, wobei die Steuerkurven (37, 38) der Hülsen (15, 16) derart aufeinander abgestimmt sind, daß die translatorische Bewegung der Hülsen (15, 16) nacheinander erfolgt.

9. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hülse (15, 16) mehrere identische und gleichmäßig über den Umfang verteilte Steuerkurven (37, 38) aufweist.

10. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Übertragung der translatorischen Bewegung der Hülsen (15, 16) in rotatorische Bewegungen der Ventilelemente, nämlich des Nests (63) bzw. der Kugel (65) vorgesehen sind.

11. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel ein Getriebe (48), umfassend eine Zahnstange (49, 50), die fest an den Hülsen (15, 16) angeordnet ist, und einen korrespondierenden Satz Zahnräder (51, 52; 53, 54), die an den inneren Dichtungselementen (13, 14) angeordnet sind, einschließt.

12. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hülse (15, 16) Führungselemente (29, 30) zugeordnet sind, die aus einem Langloch (31, 32) in der Hülse (15, 16) und einem korrespondierenden, am inneren Dichtungselement (13, 14) befestigten Führungsstift (33, 34) gebildet sind.

13. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Langloch (31, 32) als Anschlag zur Begrenzung der translatorischen Bewegung der Hülsen (15, 16) dient.