DE2331804A1

DE2331804A1 - Drehkupplung fuer stroemungsmittelleitungen

Info

Publication number: DE2331804A1
Application number: DE2331804A
Authority: DE
Inventors: Alan Lytton Jones; George Thomas Judson; Robert Melroy Kellogg
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: Terumo BCT Inc
Priority date: 1972-06-30
Filing date: 1973-06-22
Publication date: 1974-01-17
Also published as: CH552162A; SE383406B; GB1419194A; BE800848A; DE2331804B2; CA989443A; FR2202253A1; FR2202253B1; NL7307300A; IT981506B; JPS4944321A; NL170455C; JPS5316921B2; ES415976A1; US3801142A; NL170455B

Description

spieiswe4i© 4n <3©f eiA^iat@nt;sqhFift 2 459 bezieht aii?h a\?f @Αϊ*§ϊΐ gQC^firtqiutnfubpi-tjrsgnngskcin^i mit einey eine relative Drehung @?«itf|ic?Jieji^n V#¥t>4nö«ng zweien Rohrenden in der einfachgteni ^ypftihruiif. Für spezielle AnwendungeH eignet sich jedoch eine der^rt4ff! prehkupplyng nicht, wie zum Beispiel für Einrichtungen zur Behandlung von menschlichem Blut, das beim Durchtritt durch die Drehkupplung unter allen Umständen steril bleiben muß und keinerlei Einflüssen von der Umgebung aus gesetzt werden darf. _ÄÄ'_AtA»_A-

309883/0501

233THGA

_ 2 —

Die 4er Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Drehkupplung für Strömungsmittelleitungen zu schaffen, welche die zuvor erörterten besonderen Anforderungen erfüllt und auch hohen Ansprüchen an die relative Bewegbarkeit der Leitungsenden genügt, insbesondere hohe Drehzahlen der einen Leitung gegenüber der anderen ermöglichtf ist durch die im Patentanspruch 1 angegegefoen© Drehkupplung gelöst worden. Bei dieser Ausbildung der Dreh'-kupplung gemäß der Erfindung besteht ein weiterer besonderer Vorteil darin, daß die verwendeten Teile billig und leicht beschaffbar sind, so daß sie gegebenenfalls nach Gebrauch für ein bestimmtes Medium weggeworfen werden können.

Insbesondere die Verwendung eines im Kupplungsgehäuse axial gestaucht gehaltenen Schlauchstückes bringt besondere Vorteile mit sich, da die Beschaffungskosten für ein derartiges Element äußerst gering sind, und das erfindungsgemäß vorgesehene Sehlauehgtück in idealer Weise gleichzeitig eine Abdiehtungs- wie auch eine Federfunktion erfüllt. Denn unter der Wirkung des gestauchten Schlauehstückes wird der Dichtungsdruck zwischen den beiden Dichtungsringen über eine lange Lebensdauer aufrecht erhalten. Desgleichen ist die Montage der erfindungsgemäßen Drehkupplung besonders einfach.

Eine Mehrzahl bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist in den Unteransprüchen enthalten. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen!

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Drehkupplung in

der Anwendung bei einer Blutreingigungsanlage mit einer Zentrifuge,

Fig. 2 eine Vorderansicht der Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 1,

und

309883/0501

EN 972 029

Fig. 4 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Dar

stellung gemäß Fig. 1 zur Verdeutlichung der Einzelteile.

Die in Fig. 1 dargestellte Zentrifuge 3 dient zur Aufnahme eines beutelartigen flexiblen Blutbehälters mit einem zentralen Bund 5 und einem Einlaßstutzen 7 zur Zufuhr des zu behandelnden Blutes sowie bestimmter Lösungsmittel oder zur Entnahme dieser Flüssigkeiten aus dem Beutel bei umlaufender Zentrifuge 3. über dem Einlaßstutzen 7 ist in der Rotationsachse der Zentrifuge 3 ein Kupplungsgehäuse 9- angeordnet, dessen Umfang, um eine Drehbewegung zu verhindern, nicht rund, sondern sechseckig ausgebildet ist. Ein als Gewicht wirksamer Block 11 ist mittels zweier Schraubenbolzen 13 und 15 vertikal so geführt, daß er frei aufwärts und abwärts verschiebbar ist. Der Block 11 übt auf die obere Fläche des Kupplungsgehauses 9 eine entsprechende Kraft aus, die auf die unterhalb angeordneten Teile der Kupplung übertragen wird.

Am oberen Ende des Kupplungsgehäuses 9 ist ein Schlauch 17 befestigt, welcher zur Zufuhr der Flüssigkeit zur Zentrifuge 3 bzw. zur Entnahme der Flüssigkeit dient. Die Schraubenbolzen 13 und 15 sind in einer horizontal verschiebbaren Deckplatte 19 befestigt, die in ihrer geöffneten Lage den Zugang zur Zentrifuge 3 zum Zwecke des Einsetzens oder Herausnehmens des als Beutel ausgebildeten Flüssigkeitsbehälters ermöglicht. Wenn sich die Deckplatte 19 in der geschlossenen Lage befindet, kann das Kupplungsgehäuse 9 durch den Block 11 belastet werden, der es in seiner Lage festhält.

Aus Fig. 2 ist die Anordnung des Kupplungsgehäuses 9, des Blocks 11 und der Schraubenbolzen 13 und 15 zueinander dargestellt. Die vertikalen Bohrungen im Block 11 sind von der Oberseite her so weit mit vergrößertem Durchmesser ausgebildet, daß der Block 11 hinreichend weit angehoben werden kann, damit das Kupplungsgehäuse 9 durch den Ausschnitt in der Vorderseite des Blocks 11

309883/050 1.

EN 972 029

2331004

(vgl. Fig. 1) auch beim Einsetzen oder Entfernen des Flüssigkeitsbehälters in bzw, aus der Zentrifuge leicht zugänglich ist.

Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß die Aufnahmebohrung im Block 11 ebenso wie der Querschnitt des Kupplungsgehäuses 9 rechteckig ausgebildet ist. Das Kupplungsgehäuse 9 kann daher, wie erwähnt, von der Drehbewegung der Zentrifuge 3 nicht mitgenommen werden, sondern ist gegen jegliche Verdrehung gesichert.

Der innere Aufbau der Drehkupplung ist aus Fig. 4 in Einzelheiten erkennbar. Der Schlauch 17 ist auf einem Dichtungsstutzen 21 aufgezogen, an dessen unterem Ende ein oberes Schlauchstück 23 vorgesehen ist, das seinerseits auf einen oberen Dichtungsring 25 aufgezogen ist. Das obere Schlauchstück 23 besteht aus sehr flexiblem Material, beispielsweise aus einem medizinischen Gummischlauch. Der obere Dichtungsring 25 ist vorzugsweise aus keramischem Material hergestellt und liegt mit seiner unteren Stirnfläche auf der oberen Stirnfläche eines unteren Dichtungsringes 27 an, an den ein verhältnismäßig steif ausgebildetes mittleres Schlauchstück 29 angeschlossen ist. über das mittlere Schlauchstück 29 ist wiederum ein hochflexibel ausgebildetes unteres Schlauchstück 31 gestülpt, das mit seinem unteren Ende am Einlaßstutzen 7 des Bundes 5 anliegt. Der Einlaßstutzen 7 ragt durch den Bund 5 hindurch in das Innere des als Flüssigkeitsbehälter dienenden Beutels 33. Das untere Ende des Einlaßstutzens 7 ist, wie aus Fig. 4 erkennbar, am Umfang mit Ausnehmungen 35 versehen, welche den Eintritt bzw. die Entnahme der Flüssigkeit aus dem Beutel 33 erleichtern. Außerdem hat diese Verlängerung des Einlaßstutzens 7 den Zweck, zwischen dem Oberteil und dem Boden des Beutels 33 auch im zusammengefalteten Zustand des Beutels einen Mindestraum aufrecht zu erhalten, welcher einen gewissen Durchflußquerschnitt zwischen dem Beutel 33 und dem Bund 5 mit dem Einlaßstutzen 7 gewährleistet.

Die beschriebene Drehkupplung hat den Zweck, bei umlaufender Zentrifuge 3 die Zugabe und Entnahme von Flüssigkeit zu ermöglichen,

309883/050 1
EN 972 029

wobei eS sieh im vorliegenden Beispiel insbesondere tan Slut und Reinigüngslösungen SöWie ah der Oberfläche schwimmende Bestandteile handelt* Söiehfe tfäiren ©htiieäeir urö£«rün§liöh entweder in dem Blut vorhanden, tfie beispielsweise Blutplasma, oder es handelt sich um Beiinengungen^ die Vor dem Einfrieren zvan Zwecke der Konservierung zugesetst Werden« Sie Zufuhr derartiger 2usätae zu dem ih de» ßsiutei £3 in &* totfifüge 3 befindlichen Blut erfolgt nifäht nur teM sfeiilftt&liisnilssr Zentrifuge, sondern aueh bei umlaufender Sönferifügöy Wobei dieBe Drehzahlen von über 3OOO Umdrehungen pro MinUfefe erreichen Itann. Auch unter diesen Betriebsbedingungen HttiÖ Sie Äfedi<&htung «ohne besondere Schmierung Euverlässig arbeiten und einen Αήρtis&druck der Dichtflächen von mindestehs 0,5 bar g«waht:ieiste«* ohne daß die Itemperatur der vim lauf enden ϊβίΐο äife ÜJt^ebun^tetapöratur im mehr als 20 ⁰C tfeers teigfe

Eine weitere Änfo!t^ferviit¥g an die darge Stell te Drehkupplung ist, daß keine yndichtigkeitert entstehen dürfen» durch welche die Flüssigkeit uns tor ii ^i^den könnte» Dies gilt sowohl für die Zeiten des &etrleb<2s aeir ÄentrlfM^s 3 als auoh für R\Aezeiten. Dabei ist als ersehweireiva zu be r Seit sichtigen, daß die Fertigungetoleranzen IM 'ile«i ^iussigiteitsbehält^ry m. vorliegenden rail den Beutel 33» sehr $£&& MaÄ» m% daÄ Mm Äichtuiftf der Ör^hitt^plimg auch dann einwandfrei äitreitesa »^, wenn der Bund 5 und der Einlaßstutzen t nielit f^Äfna Äit <ää£ Ä€fe»e des <t^& lungs getitttifees 9 flucÄte». Äür ferfoik^nlidr iäle^er ift<&ir^iiaisÄfe sind die ringe 25 und 27 an ihren auf«inan<fer gleitenden optisch glatt gelSf#t WÜi gegebenenfalls Alt bindung beaaHdelt, «rö daÄ siM fiUiiAtlfeeitsabstoBend sind.

Das ZusaR8foeaä£etzen der Kt^ianir mit cteft beiden Dichtungsringen 25 xind 27 erfolgt in der fölfettden Weiöes Zuerst werden der untere Dichtungsring ä7 und das iaittlere Sonlauchstück 29 gegeneinander gedrüökt «nd zusammengesetzt. Dann wird das Dichtungslager 37 in das Kupplungsgeaäuse 9 gedrückt. Das Dichtungslager 37 enthält einen Filzring in einem Käfig aus

309883/0501

EN 972 O29

starrem Werkstoff und erfordert keine "Schmierung. Es verhindert infolge seiner Bauart'auch eine überhitzung des mittleren Schlauchstückes 29 und bewirkt gleichfalls eine Unterstützung und Führung des rotierenden unteren Dichtungsringes 27. Geringfügige Leckverluste werden von dem Dichtungslager 37 aufgenommen, so daß die Flüssigkeit nicht zwischen die Dichtungsflächen des unteren und oberen Dichtungsringes 25 bzw. 27 gelangen kann. Das Dichtungslager 37 hat somit gleichzeitig Lager- und Dichtungsfunktion.

Nun wird der untere Dichtungsring 27 mit dem mittleren Schlauchstück 29 von oben in das Dichtungslager 37 eingeführt. Sodann wird eine zweite vormontierte Teilegruppe in das Kupplungsgehäuse 9 eingesetzt, bestehend aus dem Dichtungsstutzen 21, dem oberen Schlauchstück 23 und dem oberen Dichtungsring 25, Die auf den Dichtungsstutzen 21 ausgeübte vertikale Axialkraft beträgt etwa 2,7 N und bewirkt, daß das obere Schlauchstück 23, wie in Fig. 4 dargestellt, etwas zusammengedrückt wird, so daß es nach Art einer ständig wirksamen Schraubenfeder den oberen Dichtungsring 25 und den unteren Dichtungsring 27 mit ihren Stirnflächen aufeinander drückt.

Nach dem Einsetzen dieser Teilegruppe wird der Dichtungstutzen im Kupplungsgehäuse 9 mittels eines schnell trocknenden Kittes oder durch Erhitzen thermoplastischer Teile befestigt.

Nach dem Zusammensetzen liegen somit die zueinander gekehrten Dichtungsflächen des oberen und unteren Dichtungsringes 25 und mit einer Kraft von 2,7 N einander an, wobei sich die Unterseite des (umlaufenden) unteren Dichtungsringes 27 gegen die obere Fläche des mit der Filzdichtung versehenen Dichtungslagers 37 abstützt. Es ist darauf hinzuweisen, daß das obere Schlauchstück 23 sowohl die auf die Dichtungsflächen wirksame Kraft erzeugt als auch das durch die relative Drehbewegung des oberen und unteren Dichtungsringes 25 und 27 erzeugte Drehmoment aufnimmt. Außerdem muß das obere Schlauchstück 23 eine ausreichende Flexibilität auf-

309883/0501

EN 972 029

weisen, damit der obere Dichtungsring 25, der, wie erwähnt, aus keramischem Werkstoff besteht, geringfügige Nick- und Schwingungsbewegungen ausführen kann, die zum Ausgleich dynamischer unregelmäßigkeiten beim Umlauf des unteren Dichtungsringes 27 dienen; solche können auftreten in der Folge von durch Herstellungstoleranzen verursachter Exzentrizitäten des Beutels 33 und

N.

seines Einlaßstutzens 7.

Wenn der Einlaßstutzen 7 des Beutels 33 und der Schlauch 17 mit der dargestellten Drehkupplung verbunden werden, liegen die Dichtungsringe 25 und 27 unter der Wirkung der vom Block 11 ausgeübten axialen Kraft einander an, wodurch die Sterilität der eingeführten Flüssigkeit erhalten bleibt. Wird während des Betriebes auf den Einlaßstutzen 7 oder auf den als Zuleitung dienenden Schlauch 17 eine äußere Kraft ausgeübt, so bleibt diese ohne Einfluß' auf die wirksame Dichtkraft. Denn eine derartige äußere Kraft wird von dem Dichtungsstutzen 21 auf das Kupplungsgehäuse 9 und weiter zum Dichtungslager 37 und schließlich über das mittlere Schlauchstück 29 zum unteren Schlauchstück 31 übertragen, das obere Schlauchstück 23 und der obere Dichtungsring 25 werden also von einer derartigen Störkraft nicht berührt.

Die Ausbildung des unteren Schlauchstückes 31 ist so gewählt, daß dies einerseits für die auftretenden Schwingungsbewegungen des Beutels 33 und des Einlaßstutzens 7 eine hinreichende Flexibilität aufweist, andererseits aber hinreichend steif ist, um das entstehende Drehmoment vom unteren Dichtungsring 27 aufnehmen zu können. Außerdem sollen über das untere Schlauchstück 31 keine exzentrischen Belastungen in der Folge der Unwucht des Beutels 33 übertragen werden, damit die Wirksamkeit der Dichtflächen ungestört bleibt.

Zur Inbetriebnahme der Einrichtung wird der Beutel 33 mit der Drehkupplung und dem oberen Schlauch 17 in zusammengebautem Zustand in den Zentrifugenbehälter eingesetzt und anschließend der

3 0988 3/0501

EN 972 O29

Block 11 aufgeschoben oder eine andere, z.B. Federkraft aufgebracht, um den oberen Teil des Kupplungsgehäuses 9 mit einer Kraft von 5 bis IO N zu belasten.

In der beschriebenen Weise wird diese Kraft über die Drehkupplung axial nach unten übertragen, wodurch der Beutel 33 unterhalb des Einlaßstutzens 7 in eine dafür vorgesehene Mulde im Boden des Zentrifugengefäßes nach unten gedrückt wird. Die Ausnehmungen im vorstehenden Teil des Einlaßstutzens 7 gewährleisten, daß Flüssigkeit in den Beutel hinein und aus ihm heraus gelangen kann.

Die Belastung des Kupplungsgehäuses 9 hat nicht nur den Zweck, den Anpreßdruck der Stirnflächen der Dichtungsringe 25 und 27 zu erzeugen, sondern dient auch dazu, daß unter der Wirkung des oberen Schlauchstückses 23 der untere Dichtungsring 27 auf das Dichtungslager 37 drückt und infolge der dabei erzeugten Reibung verhindert wird, daß der untere Dichtungsring 27 auf dem Dichtungslager 37 drehend schleift.

Wie aus Fig. 4 entnommen werden kann, ist der Außendurchmesser des oberen Dichtungsringes 25 etwas größer als derjenige des unteren Dichtungsringes 27. Der obere Dichtungsring 25 wird daher durch die Innenwand des Kupplungsgehäuses 9 abgestützt, wobei jedoch genügend Spiel vorhanden ist, damit sich der obere Dichtungsring 25 unter dem Einfluß der axialen Belastung auf und ab bewegen und die Schwingungsbewegungen des unteren Dichtungsringes 27 mitmachen kann, damit das Aufeinanderliegen der Dichtungsflächen beider Dichtungsringe 25 und 27 nicht beeinträchtigt wird.

3 0 9883/0501
EN 972 029

Claims

2331304

- 9 -P A TEHT A NSPR O C H E

Drehkupplung für SträDaungsmittelleitungen, von denen eine Leitung fest angeordnet ist und die andere rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß in einem rohrförmigen Kupplungsgehäuse (9) zwei Mit einer axialen Bohrung versehene, stirnseitig einander anliegende Dichtungsringe (25, 27) drehbeweglich angeordnet sind, von denen der eine (27) im Kupplungsgehäuse (9) drehbar und axial festgelegt gelagert sowie raediutndicht an die rotierende Leitung (31, 7) angeschlossen ist und der andere (25) mit seinem äußeren Ende Bait einem axial gestaucht gehaltenen Schlauchstück (23) verbunden ist, das, auf den Dichtungsring (25) eine ständige Druckkraft ausübend, anderseitig sich gegen das Kupplungsgehäuse (9) abstützt und an die feste Leitung (17) angeschlossen ist.
2. Drehkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsringe (25, 27) als zylindrische Hülsen mit einseitig angeordnetem Sund ausgebildet sind, wobei der zylindrische Teil als Stutzen zum Befestigen eines Schlauchstückes (23, 29) dient.
3. Drehkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsringe (25, 27) aus einem korrosionsfesten, insbesondere keramischen Werkstoff bestehen.
4. Drehkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur axialen Festlegung des rotierenden Dichtungsringes (27) ein ringförmiges Dichtungslager (37) im Kupplungsgehäuse (9) befestigt, insbesondere eingepreßt ist.
5. Drehkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den rotierenden Dichtungsring (27) ein starres Schlauchstück (29) aufgezogen ist, auf das ein

309883/0501

EN 972 O29

233 1 Ί04

weiteres, mit der rotierenden Leitung Verbundes hochelastisches Schlauchstück (31) aufgesteckt ist.
6. Drehkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsgehäuse (9) in einem Block (11) geführt und zur Sicherung gegen Verdrehen eckig ausgebildet und in einer entsprechend geformten Aussparung geführt ist.

309883/050 1

EN 972 O29

Leerseite