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Einleitung
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Diese Erfindung bezieht sich auf einen Verbinder, der dafür konfiguriert ist, ein Rohr oder eine Leitung mit einer anderen Leitung in relativ schneller und leichter Weise zu verbinden. Solche Verbinder finden insbesondere in Vakuumpumpen-Kühlkreisen Anwendung, wie unten beschrieben. Jedoch versteht es sich, dass diese Erfindung nicht auf Vakuumpumpenanwendungen oder auf Kühlkreisläufe beschränkt ist.
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Hintergrund
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Schnellverbinder (auch als Schnellkupplungen bekannt) sind im Stand der Technik bekannt und weisen ein weibliches Teil auf, das dafür ausgelegt ist, mit einem Ende eines Rohrs zusammenzuwirken (wobei das Ende des Rohrs ein männliches Gegenstück bildet). Der Verbinder ermöglicht das Kuppeln von zwei Rohren in einem Kühlkreislauf miteinander und das Bilden einer sicheren Paarungsanordnung, wodurch die beiden Rohre mittels des Verbinders zur Bildung einer abgedichteten Verbindung aneinander fixiert sind. Ein Mechanismus im Verbinder ermöglicht das Trennen des Rohrendes vom Verbinder von Hand und ohne Verwendung von Werkzeugen. Ein Benutzer betätigt den Mechanismus am Verbinder manuell, um das Rohr vom Verbinder zu lösen.
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Solche Verbinder haben weit verbreitete Anwendung zum Verbinden von Gasleitungen, Hydraulikschläuchen und Kühlkreiskomponenten gefunden. Schnellverbinder werden unter Verwendung einer sogenannten Steckverbindungsanordnung eingesetzt, wobei der Benutzer ein männliches Teil (üblicherweise durch das Rohrende gebildet) in ein weibliches Gegenstück des Verbinders einschiebt. Ein voller Eingriff wird erreicht, wenn das männliche und das weibliche Teil miteinander verriegelt sind. Solche Verbinder oder Kupplungen weisen keine mit Gewinde versehenen Komponenten auf, um die beiden Hälften der Verbindung aneinander zu befestigen, und im Ergebnis werden keine Werkzeuge benötigt, um eine effektive Kupplung herzustellen. In einem Kühlkreislauf werden die Verbinder benutzt, um Rohrleitungen zu verbinden, die dazu dienen, Kühlmittel durch einen Kreislauf zu befördern. Die Verbinder erleichtern das einfache Zusammensetzen oder Trennen des Kreislaufs.
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Typischerweise kann das Gehäuse für die Schnellverbinderkomponenten aus spritzgegossenen Kunststoffteilen hergestellt werden. Jedoch leiden solche Teile an Verschleiß, Ermüdung und Verschlechterung (beispielsweise durch chemische Reaktion oder Hydrolyse) und können nach einer Benutzungsperiode versagen. Daher besteht ein Bedürfnis zur Vergrößerung der betrieblichen Lebensdauer der Schnellverbinder. Des weiteren passen die bei Schnellverbindern benutzten Materialien möglicherweise nicht mit den Rohrmaterialien zusammen, die zur Bildung des Kühlkreislaufs eingesetzt werden. Dies kann zu Problemen führen, wenn ein korrosives Medium (wie beispielsweise Wasser) durch den Schnellverbinder geleitet wird. Ein in dem Medium enthaltenes Antikorrosions-Additiv kann auch Korrosion an nicht kompatiblen Teilen des Verbinders verursachen, die zum Versagen des Verbinders oder zur Verunreinigung des Kühlmediums führt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Um den Stand der Technik zu verbessern, bezweckt die vorliegende Erfindung das Bereitstellen eines Schnellverbinders, welcher die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist. Grob umrissen ist das vorliegende erfindungsgemäße Konzept auf eine Verbinderanordnung gerichtet, die ein erstes Eingriffsteil aufweist, das an einem Ende einer Leitung gebildet ist, und einen zweites Eingriffsteil aufweist, das an einem Zwischenverbindungsteil gebildet ist, das aus einem inneren und einem äußeren Teil gebildet ist. Der innere Teil ist dafür konfiguriert, das Ende der Leitung aufzunehmen, und ist aus demselben Material wie die Leitung hergestellt, so dass durch den Verbinder und die Leitung strömendes Medium während des Durchgangs durch den Verbinder keinen verschiedenen Materialien ausgesetzt wird. Ein äußerer Teil des Verbinders ist um den inneren Teil herum gebildet und weist einen Verriegelungsmechanismus auf, der dafür konfiguriert ist, die Leitung an Ort und Stelle zu verriegeln, wenn sie in den Verbinder eingreift. Der Verriegelungsmechanismus kann manuell betätigt werden, um die Leitung vom Verbinder zu lösen.
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Mehr im einzelnen ist ein Verbinder vorgesehen, die zum Verbindung mit einer Leitung ausgelegt ist, wobei der Verbinder einen inneren Teil zum Führen eines Mediums durch den Verbinder und einen äußeren Teil aufweist, der um ein Ende des inneren Teils herum gebildet ist, wobei der innere Teil auf demselben Material wie die Leitung hergestellt ist, der äußere Teil einen Verriegelungsmechanismus aufweist, um ein Ende einer Leitung in einem Ende des Verbinders zu fixieren und das manuelle Lösen von der Leitung zu ermöglichen, und ein Dichtungsmechanismus vorhanden ist, um eine Abdichtung zwischen der Leitung und im inneren Teil herzustellen, wenn ein Ende der Leitung im Verbinder fixiert ist.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhalber und mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Verbinder nach der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung des in 1 gezeigten Verbinders im Gebrauch;
- 3 eine schematische Darstellung verschiedener weiterer Verbinder, welche die vorliegende Erfindung verkörpern;
- 4 und 5 schematisch den Verriegelungsmechanismus der Verbinder nach der vorliegenden Erfindung,
- 6 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines Verbinders;
- 7 eine schematische Darstellung einer Vakuumpumpe nach der vorliegenden Erfindung, und
- 8 eine schematische Darstellung eines zusätzlichen Verriegelungsmechanismus von Verbindern nach der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt und weist einen Zweiweg- Verbinder 10 auf, der zur Aufnahme einer Leitung an jedem Ende 12, 14 des Verbinders ausgebildet ist. Der Verbinder weist einen inneren Teil 16 und äußere Teile 18 und 20 auf, die an jedem Ende des inneren Teils angeordnet sind. Der innere Teil ist aus demselben Material wie die Leitung hergestellt, während der äußere Teil aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, das um die Enden des inneren Teils unter Anwendung einer Spritzgußtechnik angespritzt ist, wie nachstehend mehr im einzelnen beschrieben ist.
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Der innere Teil 16 ist etwa rohrförmig ausgebildet und hat drei diskrete Abschnitte unterschiedlicher Innendurchmesser. Ein Endabschnitt 22 am offenen Ende 32 des Verbinders hat den größten Innendurchmesser und nimmt eine Dichtungsanordnung 24 auf, um eine Abdichtung mit der äußere Oberfläche der Leitung zu bilden, wenn die Leitung in den Verbinder eingeschoben ist. Ein Zwischenabschnitt 25 hat einen inneren Durchmesser, der dem Außendurchmesser der in den Verbinder eingeschobenen Leitung entspricht. Ein zentraler Abschnitt 26 hat einen Innendurchmesser, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Leitung ist, die in den Verbinder eingesetzt ist. Eine Führungseinheit 32 ist vorgesehen, um die Leitung in einer gewünschten Position zu lokalisieren, wenn die Leitung in den Verbinder 10 eingesetzt wird. Die Führungseinheit 32 stellt sicher, dass die Leitung in korrekter Weise mit den O-Ringdichtungen 24 in Eingriff kommt und zusammenwirkt.
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Die äußeren Teile 18, 20 des Verbinders erstrecken sich in Längsrichtung über die Enden des inneren Teils hinaus und nehmen jeweils einen Verriegelungsmechanismus 28 auf. Der Verriegelungsmechanismus ist dafür ausgelegt, mit einer am Außenumfang der Leitung gebildeten Schulter zusammenzuwirken, wie nachstehend mehr im einzelnen beschrieben.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des oben beschriebenen Verbinders 10, welcher eine Leitung 40, 42 in jedes Ende des Verbinders eingeschoben zeigt, um eine Durchgangsverbindung und einen Strömungsweg für Strömungsmittel zu bilden, das von einer Leitung 40 zur nächsten Leitung 42 gelangt. Jede Leitung weist eine Schulter 44 am Außenumfang auf, die dafür ausgelegt ist, mit dem Verriegelungsmechanismus des Verbinders zusammenzuwirken und in Eingriff zu gelangen. Die Schulter bildet eine Rippenstruktur 44, die umfangsmäßig über den Außendurchmesser übersteht, der durch eine Öffnung in dem Verriegelungsmechanismus hindurchpassiert, während das Ende der Leitung in den Verbinder eingeführt wird. Die Schulter tritt in Eingriff mit dem Verriegelungsmechanismus, um zu verhindern, dass die Leitung sich während des normalen Betriebs vom Verbinder löst. Die Außenoberfläche 46 der Leitung zwischen der Rippenstruktur 44 und dem offenen Ende der Leitung wirkt mit dem Dichtungsmechanismus zusammen, wenn die Leitung in den Verbinder eingesetzt ist, um ein Auslecken von Strömungsmittel im Betrieb zu vermeiden. Der Dichtungsmechanismus 24 weist einen oder mehrere O-Ringe auf. Zusätzliche Rückhalteteile können notwendig sein, um die O-Ringe an Ort und Stelle zu halten, wenn die Leitung in den Verbinder eingeführt oder daraus herausgezogen wird. Die Pfeile 50 in 2 zeigen die Fluidströmung (Flüssigkeit oder Gas) durch die Leitung 40 und dem Verbinder 10 zur verbundenen Leitung 42 an. Das Fluid ist während seines Durchgangs nur einer Art von Leitungsmaterial ausgesetzt, weil die Leitung und der innere Teil 12 des Verbinders aus dem gleichen Material hergestellt sind, beispielsweise rostfreiem Stahl (ausschließlich des O-Ring-Materials). Im Ergebnis kann eine mögliche Verunreinigung des Fluids verringert oder gehandhabt werden, weil das Fluid nur einer Art von Material in einem von der Leitung und dem Verbinder gebildeten Strömungskreis ausgesetzt ist. Gewöhnlich findet nur eine minimale Berührung mit dem O-Ringmaterial statt, das eine Abdichtung an den Verbindungen bildet.
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3 zeigt zwei zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Endabschnitte des Verbinders sind wie oben beschrieben und weisen die gleichen Komponenten und Funktionalitäten auf. Jedoch ist der innere Teil des Verbinders für eine andere Verwendung adaptiert. Beispielsweise ist bei der ersten alternativen Ausführungsform 60 der innere Teil verlängert und gekrümmt gegenüber der ersten Ausführungsform, um eine Knieverbindung herzustellen. Der gekrümmte innere Teil 62 verläuft um 90°, um ein rechtwinkliges Knie zu bilden. Natürlich können verschiedene Krümmungen angewendet werden, um nach Bedarf einen Bereich von Winkeln abzudecken. Bei einer dritten Ausführungsform 70 ist der innere Teil 72 als T-Stück geformt, um einen Dreiwegeverbinder herzustellen. Hier hat der Verbinder drei Enden, wobei jedes den äußeren Teil und den Verriegelungsmechanismus aufweist, der zur normalen Funktionalität erforderlich ist. In allen Fällen ist der innere Teil aus dem gleichen Material wie die Leitung hergestellt. Viele verschiedene Konfigurationen sind dem Fachmann leicht vorstellbar, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Unter Bezugnahme auf 4 und 5 wird nun der Betrieb des Verriegelungsmechanismus beschrieben. Der Verriegelungsmechanismus weist eine manuell betätigbare Komponente auf, die im äußeren Teil des Verbinders untergebracht ist. Der Klarheit halber ist anzumerken, dass der äußere Teil des Verbinders in den 4 und 5 nicht gezeigt ist. Der Verriegelungsmechanismus weist ein verformbares Bauteil 80 mit einer Öffnung 82 auf, durch welche die Leitung hindurchpassieren kann, wobei die Form der Öffnung zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position veränderbar ist, wenn eine Kraft manuell angewendet wird. Die Öffnung ist durch Schenkel 83 gebildet, die zwischen einem Betätigungsteil 84 an der Oberseite des Verriegelungsmechanismus und einem Basisteil 85 verlaufen, der sich über die Basis eines Schlitzes erstreckt, in welchem der Verriegelungsmechanismus angeordnet ist. Die Schenkel sind elastisch und bewirken, dass der Normalzustand des Verriegelungsmechanismus die geschlossene Position ist. Ein Niederdrücken des Betätigungsteils entgegen der durch die Schenkel ausgeübten Kraft bewirkt eine Verformung der Schenkel und ein Seitwärts spreizen, wodurch die Öffnung geöffnet wird. Beim Lösen der manuellen Kraft drängen die elastischen Schenkel das Betätigungsbauteil zurück in seine Ursprungsposition, und die Öffnung kehrt in die geschlossene Position zurück.
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In 5 ist die Leitung dargestellt, wie sie durch den Verriegelungsmechanismus hindurch passiert und vom Verriegelungsmechanismus freigegeben wird. Die Einführungsphase wird durch Einschieben der Leitung in den Verbinder bewerkstelligt. Der Außendurchmesser der Leitung ist grob der gleiche wie die kürzeste Weitendimension der Öffnung, wenn die Öffnung sich in der geschlossenen Position befindet, so dass die Leitung relativ leicht in den Verbinder hineingelangen kann, bis die Schulter am Verriegelungsmechanismus anstößt. Eine zusätzliche Kraft ist erforderlich, um die Schulter durch die Öffnung hindurchzudrücken, weil die Schenkel verformt werden müssen, damit die Schulter hindurchgelangen kann. Nachdem die Schulter durch die Öffnung hindurchgelangt ist, kehren die elastischen Schenkel der Öffnung in ihren im Normalzustand gegebenen geschlossenen Zustand zurück, so dass sich der Verriegelungsmechanismus hinter der Schulter schließt, um die Leitung im Verbinder zu fixieren. Der Außendurchmesser der Leitung ist beiderseits der Schulter der gleiche. Um die Leitung vom Verbinder zu lösen, übt der Benutzer eine Kraft auf das Betätigungsbauteil aus, was bewirkt, dass die Schenkel sich verformen und die Öffnung sich ausreichend weit öffnet, damit die Rippenstruktur durch den Verriegelungsmechanismus und aus dem Verbinder heraus gelangen kann.
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In 8 ist ein zusätzlicher Verriegelungsmechanismus 89 gezeigt. Der zusätzliche Mechanismus arbeitet mit dem gleichen Grundprinzip wie der oben beschriebene Verriegelungsmechanismus insoweit, als die Vorrichtung manuell durch Ausüben einer Druckkraft auf den Betätigungsteil (oder Aktuator) betätigbar ist. Diese Kraft bewirkt, dass sich eine zur Fixierung des Rohrs in seiner Position ausgelegte Öffnung aus einem geschlossenen in einen offenen Zustand bewegt. Bei dem zusätzlichen Verriegelungsmechanismus ist ein doppelter Gelenkpunkt 92 am Bodenteil des Mechanismus gegenüber dem manuell zu betätigenden Aktuator 84 vorgesehen, wobei der Gelenkpunkt als integraler Teil des äußeren Teils oder Gehäuses 91 ausgebildet ist. Wenn eine Kraft F auf den Aktuator 84 ausgeübt wird, übertragen Seitenstäbe (oder Streben) 90 einen Teil der Kraft vom oberen Teil des Mechanismus zum Bodenteil 93. Im Ergebnis kommt der untere Brückenteil 93 mit einem unteren Teil des Gehäuses in Eingriff, das zwei Noppen 92 aufweist, die sich beiderseits der Mittellinie befinden. Der Brückenteil kommt mit den Noppen in Berührung und bewirkt eine Verdrehbewegung und Deformation des unteren Brückenteils. Mit anderen Worten, die Noppen dienen als Gelenkpunkt, wo die äußeren Abschnitte des Brückenteils sich abwärts bewegen und der innere Teil sich aufwärts bewegt. Die Aufwärtsbewegung des unteren Brückenteils ist ungefähr gleich der Abwärtsbewegung des Aktuators, wenn eine manuelle Kraft darauf ausgeübt wird, was das Verformen der mittigen Öffnung und Aufspreizen in eine offene Position bewirkt, so dass das Rohr in den Verbinder eingeführt oder daraus herausgezogen werden kann. Die Hinzunahme des Gelenkpunkts hat den Vorteil des Haltens des Mittelpunkts der Öffnung in der selben Position, wenn die Öffnung sich zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position bewegt.
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Mit Bezug auf 6 wird nun ein Verfahren zur Herstellung der Verbindereinheit beschrieben. Zunächst wird ein innerer Metallrohrabschnitt aus einem Rohrmaterial hergestellt und auf die gewünschte Länge abgeschnitten. Die Abschnitte mit verschiedenen Radiusabmessungen werden dann durch Pressen oder Walzen des Rohrs vor dem Schneiden auf die gewünschte Länge gebildet. Die äußeren Teile werden durch Kunststoffspritzgießen auf die Rohraußenseite hergestellt. Das Rohr wird in eine entsprechende Gießform eingesetzt, die abgedichtet wird. Dann wird Kunststoff in die Form eingespritzt, um die Kunststoffbauteile zu bilden. Der Verriegelungsmechanismus und die Dichtungsteile können dann in einen Hohlraum in dem Kunststoffteil eingesetzt werden, der zur Aufnahme des Verriegelungsmechanismus ausgebildet ist.
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In 7 ist eine Vakuumpumpe P gezeigt. Die Pumpe weist ein Gehäuse H auf, das einen Stator S mit einem Hohlraum bildet, in welchem ein Rotor R angeordnet ist. Der Rotor wird durch einen Motor M angetrieben, und im Betrieb bewirkt die Relativdrehung des Rotors mit Bezug auf den Stator die Bewegung von Gasmolekülen von einem Einlaß I zu einem Auslaß O. Das Gas kann durch die Wirkung der Pumpe verdichtet werden, was das Erwärmen des Pumpengehäuses bewirkt. Des weiteren kann die Bewegung des Rotors auch eine Erwärmung der Pumpe verursachen. Daher ist ein Kühlkreislauf C vorgesehen. In dem Kreislauf befindet sich ein Kühlmittel und wird durch den Kühlkreislauf befördert, um Wärmeenergie von der Pumpe abzuführen und dadurch die durch den Betrieb der Pumpe verursachte Erwärmung zu handhaben oder zu steuern. Der Kreislauf weist eine Reihe von Leitungsteilen 100 auf, die durch einen Verbinder 110 miteinander gekuppelt sind, wie oben beschrieben. Die Leitung ist aus demselben Material wie der innere Teil des Verbinders hergestellt. Da der Kühlkreislauf als unabhängige Komponente mit Bezug auf die Vakuumpumpe angeordnet werden kann, ermöglicht die Verwendung von Schnellverbindern für den Kühlkreislauf das manuelle Trennen von der Vakuumpumpe in effizienter Weise, so dass die Pumpe ausgetauscht und während Wartungsintervallen im Lebenszyklus der Pumpe ersetzt werden kann. Ebenso kann eine Ersatzpumpe leicht in ein den Kühlkreislauf (und andere Systeme) aufnehmendes Gestell eingesetzt werden, und Teile des Kühlkreislaufs, die an der Pumpe angeordnet sind, können mit den Hauptkomponenten des Kühlkreislaufs unter Verwendung des oben beschriebenen Verbinders gekuppelt werden.
