DE2218877A1

DE2218877A1 - Tieftemperatur-schnellkupplung

Info

Publication number: DE2218877A1
Application number: DE19722218877
Authority: DE
Inventors: Klaus Hain
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1972-04-19
Filing date: 1972-04-19
Publication date: 1973-10-25
Also published as: GB1399059A; FR2185770A1; FR2185770B1

Description

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 14. März 1972

KERNFORSCHUNG MBH PLA 72/I7 Ga/sz

Tieftemperatür-Schnel!kupplung

Die Erfindung betrifft eine Tieftemperatur-Schnellkupplung für flüssige oder gasförmige Medien mit einem Stecker- und einem Muffenteil/ bei der eine Kupplungs- und Gasverbindung thermisch voneinander weitgehend isoliert und die Medienführungsleitungen innerhalb des Stecker- und Muffenteiles vakuumisoliert sind.

Es sind Tieftemperaturkupplungen bekannt (Cryogenic Engineering, B. Scott, NY 1959, Seite 259). Sie trennen eine kalte und warme Flanschverbindung durch zum Teil vakuumisolierte Räume mittels eines Dichtringes, der in der Nähe der kalten Flanschverbindung sitzt. Dieser verhindert, daß z.B. flüssiger Wasserstoff zur warmen Flanschverbindung strömt. Die Wärmeleitung zwischen kalter und warmer Flanschverbindung wird durch den Abstand zwischen den beiden Flanschverbindungen und das Wandmaterial der Hüllrohre für die Räume begrenzt.

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Jedoch weist diese Art von Tieftemperaturkupplungen schwerwiegende Nachteile auf. So ist es nur durch -zusätzliche VakuumpumpanlageH möglich, den bei einer Kupplung zweier Rohrleitungen mit getrennten warmen und kalten Flanschverbindungen verbleibenden Zwischenraum frei von Fremdgas zu halten, das selbst oder dessen Wasserdampfanteil beim Betrieb der Kupplung ausfrieren und die Wärmeübertragung ungünstig beeinflussen würde. Weiterhin müssen bei diesen Tieftemperaturkupplungen vor einem Transport des umzufüllenden Mediums die beiden zu kuppelnden Teile der Kupplung, zumindest die das Medium führenden Rohrleitungen, von Fremdgas gereinigt bzw. entleert werden, da die Anschlußstellen der zu kuppelnden Rohrleitungen an der kalten Flanschverbindung keine«Verschluß- bzw. Selbstöffnungsmechanismus aufweisen.

Die Erfindung hat dahingegen die Aufgabe, eine Tieftemperaturkupplung zu bieten, die z.B. den Einhandbetrieb für den Kupplungs- und Entkupplungsvorgang gestattet, wobei die Rohrleitungen selbständig durch Ventile geöffnet bzw. abgeschlossen werden und wobei die Verbindungsstelle, d.h. der Zwischenraum zwischen kalter und warmer Flanschstelle, während des Kupplungsvorganges mit dem Betriebsmedium gespült wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steckerteil in den Muffenteil einschiebbar ist, daß Stecker-und Muffenteil miteinander korrespondierende Öffnungs- oder Schließvorrichtungen aufweisen, die derart beschaffen sind, daß im Kupplungszustand, jedoch vor einer dichten Verschlußstellung der Flanschverbindungen, die Öffnungs- oder Schließvorrichtung des gaszuführenden Steckers geöffnet ist und das Medium zur Spülung eines Zwischenraumes zwischen Stecker- und Muffenteil ausströmt, und daß in Verschlußstellung der Flanschverbindungen beide Öffnungs- oder Schließvorrichtungen geöffnet sind.

Eine Weiterführung der Erfindung sieht vor, daß die Öffnungs- oder Verschlußvorrichtungen Ventile sind, die im wesentlichen aus einem Kegel, einer Feder und einem Lager für die Feder bestehen und jeweils eine Öffnung in der Muffe und dem Stecker freilassen oder verschließen, daß der Kegel in der Öffnung des Steckers ein Stumpf-

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kegel ist und der Kegel in der Öffnung der Muffe einen durch die Öffnung hinausragenden Dorn aufweist, der auf die abgestumpfte Stirnfläche des Kegels des Steckers aufsetzbar ist, und daß die Federkräfte der Ventile derart eingestellt sind, daß beim Kupplungsvorgang zuerst das Ventil des Steckers und dann das Ventil der Muffe geöffnet ist.

andere
Eine/Weiterführung der Erfindung sieht vor, daß der Stecker aus einem Hüllrohr und einem im Hüllrohr vakuumisoliert gehalterten Gaszuführungsrohr besteht, die an ihren einen Stirnflächen miteinander über einen das Ventil und die Öffnung für den Stecker aufweisenden Ventilkörper verbunden sind, und daß auf der Oberfläche·, vom Ventilkörper räumlich getrennt, des Hüllrohres eine Dichtfläche und Arretierungsvorrichtungen, z.B. eine Verriegelungshülse mit Verriegelungsf eder, angeordnet sind.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Muffe aus einem mit einem Behälter verbundenen Außerirohr und einem Innenrohr besteht, die an einer Stirnseite miteinander mechanisch verbunden sind und deren Zwischenraum vakuumisoliert ist, daß an der hinteren, von der gemeinsamen Stirnseite abgewandten Innenseite das Gehäuse für das Ventil und die Öffnung der Muffe angeordnet ist, und daß die Stirnseite zumindest eine mit der Dichtfläche und mit den Arretierungsvorrichtungen des Steckers korrespondierende Dichtung und Gegenarretierungen, z.B. Verriegelungskugeln,aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer· Figur näher erläutert, die einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel zeigt, wobei oberer und unterer Teil je eine Funktionsstellung einer Tieftemperaturkupplung darstellen.

Die Tieftemperatur-Schnellkupplung nach der Figur besteht im wesentlichen aus einem Stecker und einer Muffe. Der Stecker setzt sich zusammen aus einem äußeren Hüllrohr 24 und einem in diesem Hüllrohr 24 über Abstandshalter 8 befestigten Gaszuführungsrohr für z.B. flüssiges Helium oder Heliumgas. Hüllrohr 24 und Gaszuführungsrohr 2 5 sind voneinander bis auf die Abstandshalter 8 vakuumisoliert. Hüllrohr 24 und Gaszuführungsrohr 25 sind über einen

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Ventilkörper 32 miteinander stirnseitig gekoppelt.

Der Ventilkörper 32 besteht im wesentlichen aus einer vakuumdicht mit dem Hüllrohr 24 und dem Gaszuführungsrohr 25 verbundenen Verschlußschraube 26, auf deren Außengewinde 16 die Mutter 15 aufgeschraubt wird. Zwischen Verschlußschraube 26 und Mutter 15 liegt eine Aluminiumdichtung 27.

Im Innern der Verschlußschraube 26 und der Mutter 15 ist ein axial beweglicher Ventilkegel 31 angeordnet, der über die Feder 30 auf einer Einstellschraube 2 9 aufliegt, über deren Außengewinde 14 und Gegengewinde 13 an der Verschlußschraube 26 die Federkraft der Feder 30 eingestellt werden kann. Der Ventilkegel 31 des Steckers weist an seiner breiteren Abschlußseite einen Fortsatz 33 auf, der in einer Bohrung 34 innerhalb der Einstellschraube 2 9 geführt ist. Die Einstellschraube 29 ist mittels der Kugel 28 gegenüber Verdrehungen arretierbar.

Das Gaszuführungsrohr 25 endet gasdicht in einer Bohrung 35 im Boden der Verschlußschraube 26. Die Einstellschraube 2 9 weist weitere Bohrungen 36 auf, die mit dieser Bohrung 35 und somit auch mit dem Gaszuführungsrohr 25 in Verbindung stehen. Die Bohrungen 36 grenzen an die hintere Fläche des Ventilkegels 31 an. Der Ventilkegel 31 sitzt in einer '■ konischen Bohrung 38 innerhalb der Mutter 15, wobei die konische Bohrung 38 in der Öffnung 3 9 an der Stirnseite der Mutter 15 endet. Der Ventilkegel 31 selbst ist abgestumpft und weist eine Stirnfläche 40 auf. Um seinen Außenumfang ist eine wulstförmige Erhöhung 37 angeordnet, die aus dem gleichen Material, z.B. Teflon, bestehen kann wie der Ventilkörper 31 und die an der Innenfläche der konischen Bohrung 38 dicht aufliegen kann.

Auf der Außenfläche der Mutter 15 sind Lamellen 41 um den Außenumfang der Mutter 15 angeordnet, welche dazu dienen, daß im zusammengekuppelten Zustand von Stecker und Muffe im Zwischenraum 42 zwischen dem Hüllrohr 24 des Steckers und einem Innenrohr 2 der Muffe keine Gasströmungen entstehen können. Der Zwischenraum 42 zwischen Hüllrohr 24 und Innenrohr 2 ist über Schlitze 43 an der Mutter 15 mit der Öffnung 39 verbunden.

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Das der Mutter 15 entgegengesetzte Ende des Hüllrohres 24 weist einen Kupplungsnippel 22 auf, dessen Außenfläche eine Dichtfläche 44 besitzt. Weiterhin besitzt seine Außenfläche eine umlaufende Nut 45, in die Verriegelungskugeln Io eingefügt werden können. Weiterhin ist auf den Stecknippel 22 eine Schiebehülse 23 aufgesetzt, die axial zum Hüllrohr 24 bewegt werden kann. Sie ist federgelagert mittels der Verriegelungsfeder 21, welche an einem Ring 19 arretiert ist, der auf einem Distanzrohr 20 aufgesetzt ist. Die Verriegelunqsfeder 21 liegt ebenfalls auf diesem Distanzrohr 20 auf. Das Distanzrohr 20 ist selbst über den Federring 17 an dem Kupplungsnippel 22 befestigt. Ein weiterer Federring 18 an der Schiebehülse 23 gilt als Arretierung, wenn die Schiebehülse 23 in ihrer Verriegelungsstellung liegt, wie sie im unteren Teil der Figur dargestellt ist. In dieser Verriegelungsstellung hat die Schiebehülse 23 die Verriegelungskugeln 10 in die Nut 45 eingepreßt.

Der obere Teil der Figur stellt eine Funktionsstellung dar, wie siekurz vor dem endgültigen Kupplungszustand von Stecker und Muffe vorliegt. Die Verriegelungskugeln lo sind noch nicht in die Nut 45 eingeführt und eine umlaufende Dichtung 11 an dem Stecker liegt auch nicht dicht auf der Dichtfläche 44 des Kupplungsnippels 22 auf.

Die Muffe besteht im wesentlichen aus einem Außenrohr 4 und einem Innenrohr 2, die an ihrer einen Stirnseite über das Gehäuse 1 miteinander verbunden sind. An der Innenseite des Gehäuses 1 ist der Dichtring 11 in einer Nut 46 angeordnet und in konischen Bohrungen 47 die Verriegelungskugeln 10. Das Gehäuse 1 ist vakuumdicht mit dem Innen- und dem Außenrohr 2 und 4 verschweißt.

Auf der dem Gehäuse 1 gegenüberliegenden Seite ist das Außenrohr 4 mit einer Vakuumapparatur verbunden, während das Innenrohr 2 am Muffenverschlußkörper 3 dicht angeordnet ist. Das Muffenteil 3 ist dicht mit einer Leitung 12 verbunden, die z.B. zu einem Kryostaten führt. Die Leitung 12 führt über die Bohrung 49 zum Innenraum 50 einer Mutter 9, die über ihr Außengewinde 51 und das Innengewinde 52 am Muffenteil 3 mit diesem verbunden ist. Innerhalb der Bohrung ist eine Einstellschraube 7 angeordnet, die über die Bohrungen 53 eine Verbindung zwischen Innenraum 50 und einem Raum 54 hinter dem ,.

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Ventilkegel 5 für die Muffe herstellt. Die Einstellschraube ist über die Kugel 55 arretierbar. In einer Bohrung 56 der Einstellschraube 7 ist ein Fortsatz 8 gelagert, der mit der Hinterseite des Ventilkegels 5 verbunden ist. Der Ventilkegel 5 ist selbst über die Ventilfeder 6 gegenüber der Einstellschraube 7 federgelagert. Der Ventilkegel 5 weist an seiner Spitze einen Dorn 57 auf, welcher durch die Öffnung 48 im Muffenteil 3 hindurchragt und auf die stumpfe Seite 40 des Ventilkegels 31 des Steckers aufsetzbar ist. Auf der Außenfläche des Ventilkegels 5 ist ebenfalls ein wulstartiger Ring 58 aufgesetzt, welcher aus dem gleichen Material, z.B. Teflon, wie der Ventilkegel 5 bestehen kann und an der Innenfläche der konischen Bohrung 59, die mit der Öffnung 48 und im geöffneten Zustand des Muffenteils mit der Innenbohrung 54 verbunden ist, dicht anliegt.

In der Figur sind zwei Funktionsstellungen (Ober- und Unterteil der Schnittzeichnung) dargestellt. Von dem Gas- bzw. Flüssigkeitszuführungsrohr 25 soll in einen Kryostaten (nicht näher dargestellt) über die Rohrleitung 12 flüssiges Helium über die Muffe eingefüllt werden. Die oben gezeichnete Stellung ist die Spülstellung. Das Ventil 31 des Steckers ist um einen Öffnungshub, z.B. 3 mm geöffnet, während das Ventil 5 der Muffe noch geschlossen ist. Die Öffnung des Ventils 31 erfolgte dabei über den Dorn 57 des Ventils 5, da die Federvorspannkräfte der Ventile 5 und 31 unterschiedlich eingestellt sind. Die Feder 6 hat z.B. eine Vorspannkraft von 1,6 kp und die Feder 30 des Ventils 31, durch die Einstellschraube 29 eingestellt, eine Vorspannkraft von 1,0 kp. Die vorderste Lamelle der Lamellen 41 vom Steckerteil 32 ist noch ca. 1 mm von einer Dichtkante 60 am Muffenteil 3 entfernt. Der Dichtring 11 selb'st steht noch um ca. 1,5 mm von der Dichtfläche 44 am Kupplungsnippel 22 entfernt. In dieser Stellung kann also Heliumgas über das Gaszuführungsrohr 25 durch die Öffnung 39 in den Gasspalt zwischen der Muffe und den Stecker strömen und über die Schlitze 43 über die Lamellen 41 in den Zwischenraum 42 eindringen. Das Heliumgas verdrängt hier stehende Luft über den Spülschlitz, der noch zwischen der Dichtfläche und der Dichtung 11 besteht.

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Nach kurzem Ausspülen des Zwischenraumes 42 wird der Stecker in seine endgültige Stellung gesteckt, d.h. die Lamellen 41 liegen an der Innenfläche des Innenrohres 2 der Muffe an. Das Ventil 5 der Muffe ist nunmehr ebenfalls über einen Öffnungshub von ca. 3 mm geöffnet, so daß eine Gasführung zwischen Gasführungsleitung 25 und Rohrleitung 12 besteht. Der Zwischenraum 42 ist weiterhin mit Heliumgas gefüllt, während nunmehr die Dichtung 11 auf der Dichtfläche 44 aufliegt und die Verriegelungskugeln 10 von der Schiebehülse 23 in der Nut 45 arretiert liegen.

Stecker und Muffe können durch einfaches Hochheben der Schiebehülse 23 wieder voneinander getrennt werden, wobei die Kugeln 10 nach außen freigegeben werden. Gleichzeitig springt der Stecker so .weit aus der Muffe, bis die beiden Ventilkegel 31 und 5 die. Rohrleitungen 25 und 12 wieder abgeschlossen haben. Der Ventilkegel 5 der Muffe ist dabei bereits geschlossen, bevor die Dichtung 11 den Ringraum bzw. Zwischenraum 42 zur Atmosphäre hin freigibt. Damit wird auch beim Entkoppeln das Eindringen von Luft in die Rohrleitungen 25 und 12 verhindert.

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Claims

GESELLSCHAFT FÜR Ä Karlsruhe, den 14. März 1972 KERtJFORSCHUNG MBH * PLA 72/17 (3a/sz Patentansprüche;

1. Tieftemperatur-Schnellkupplung für flüssige oder gasförmige Medien mit einem Stecker- und einem Muffenteil, bei der eine Kupplungs- und Gasverbindung thermisch voneinander weitgehend isoliert und die Medienführungsleitungen innerhalb des Steckerund Muffenteiles vakuumisoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Steckerteil (24, 25, 32) in den Muffenteil (2, 3, 4) einschiebbar ist, daß Stecker- und Muffenteil (24, 25 und 2, 3, 4) miteinander korrespondierende Öffnungs- oder Schließvorrichtungen (31 und 5) aufweisen,/derart beschaffen sind, daß im Kupplungszustand, jedoch vor einer dichten Verschlußstellung der Flanschverbindungen, die Öffnungs- oder Schließvorrichtung (31) des gaszuführenden Steckers (24, 25, 32) geöffnet ist und das rledium zur Spülung eines Zwischenraumes (42) zwischen Stecker- und Muffenteil (24, 25, 32 und 2, 3, 4) ausströmt, und daß in Verschlußstellung der Flanschverbindungen beide Öffnungs- oder Schließvorrichtungen (31 und 5) geöffnet sind.

2. Tieftemperatur-Schnellkupplüng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungs- oder Schließvorrichtungen Ventile sind, die im wesentlichen aus einem Kegel (31 und 5), einer Feder (30 und 6) und einem Lager (29 und 7) für die Feder (30 und 6) bestehen und jeweils eine Öffnung (39 und 48) im Stecker und der Muffe freilassen oder verschließen, daß der Kegel (31) in der Öffnung (39) des Steckers ein Stumpfkegel ist und der Kegel (5) in der Öffnung (48) der Muffe einen durch die Öffnung (48) hinausragenden Dorn (57) aufweist, der auf die abgestumpfte Stirnfläche (40) des Kegels (31) des Steckers aufsetzbar ist, und daß die Federkräfte der Ventile derart eingestellt sind, daß beim Kupplungsvorgang zuerst das Ventil (31) des Steckers und dann das Ventil (5) der Muffe geöffnet ist.

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3. Tieftemperatur-Schnellkupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stecker aus einem Hüllrohr (24) und einem im Hüllrohr (24) vakuumisoliert gehalterten Gaszuführungsrohr (25) besteht, die an ihren einen Stirnflächen miteinander über einen, das Ventil (31) und die Öffnung (39) für den Stecker aufweisenden Ventilkörper (32) verbunden sind, und daß auf der Oberfläche, vom Ventilkörper (32) räumlich getrennt,des Hüllrohres (24) auf einem Stecknippel (22) eine Dichtfläche (44) und Arretierungsvorrichtungen, z.B. eine Verriegelungshülse (23) und eine Verriegelungsfeder (21), angeordnet sind.

4. Tieftemperatur- Schnellkupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe aus einem mit einem Behälter verbundenen Außenrohr (4) und einem Innenrohr · (2) besteht, die an einer Stirnseite über das Gehäuse (1) mechanisch verbunden sind und deren Zwischenraum vakuumisoliert ist, daß an der hinteren, vom Gehäuse 1 abgewandten Innenseite das Muffenteil (3) für das Ventil (5) und die Öffnung (48) der Muffe angeordnet ist, und daß das Gehäuse (3)'zumindest eine mit der Dichtfläche (44) und mit den Arretierungsvorrichtungen (23 und 21) des Stecknippels (22) des Steckers korrespondierende Dichtung (11) und Gegenarretierungen, z.B. Verriegelungskugeln (10), aufweist.

5. Tieftemperatur-Schnellkupplung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Ventilkörpers (32) des Steckers !,amellea (41) angeordnet sind, und daß Überströmkanäle (43) einen Weg zwi'schen der Öffnung (39) im Ventilkörper (32) und dem Zwischenraum (42) bilden.

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