DE2331804B2 - Drehkupplung für Strömungsmittelleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkupplung für Strömungsmittcüeiiungen, wie sie im Oberbegriff des Palentanspruchs 1 beschrieben ist.

Es sind zahlreiche Arten von Kupplungen für Strömungsmittelleitungen bekannt, bei denen eine relative Drehung zwischen den beiden Leitungsenden möglich ist. Die bekannten Ausführungen sind jedoch in ihrem Aufbau größtenteils kompliziert, indem sie aus einer großen Anzahl einzelner Teile zusammengesetzt sind. Andere bekannte Kupplungen dieser Art enthalten ent- «prechend ihrer besonderen Bauart Materialien, die für gestimmte Strömungsmittel, z. B. aggressive Gase oder Flüssigkeiten einerseits bzw. hochempfindliche oder ■terile Gase oder Flüssigkeiten andererseits, nicht geeignet sind.

Eine bekannte Drehkupplung ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 24 59 201 veröffentlicht und bezieht sich auf einen Hochfrequenz-Übertragungskanal mit einer eine relative Drehung ermöglichenden Verbindung zweier Rohrenden in der einfachsten Ausführung. Für spezielle Anwendungen eignet sich jedoch eine derartige Drehkupplung nicht, wie z. B. 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 ausgesetzt werden darf.

Eine Drehkupplung für Strömungsmittelleitungen gemäß der eingangs beschriebenen Gattung ist aus der USA.-Patentschrift 23 48 907 bekannt. Der Aufbau dieser Kupplung ist jedoch äußerst aufwendig und kompliziert, wobei einzelne Bauelemente, wie insbesondere die aufetnandergleitenden Kupplungsteile, auf Grund des konstruktiven Aufbaus der Kupplung eine notwendigerweise sehr teure Gestaltung aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkupplung für Strömungsmittelleitungen zu schaffen, welche die oben erörterten Anforderungen erfüllt sowie hohen Ansprüchen an die relative Bewegbarkeit der Leitungsenden genüg¹., jedoch aus einfachen Teilen und mit geringen Kosten herstellbar ist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs J gelöst. Die erfindungsgemäße Drehkupplung ermöglicht relativ hohe Drehzahlen der einen Leitung gegenüber der anderen, mit ihr zu kuppelnden Leitung und hat durch die Verwendung von preisgünstigen und leicht zu beschaffenden Bauteilen den besonderen Vorteil, daß die betreffenden Tei'e gegebenenfalls nach Gebrauch für ein bestimmtes Medium weggeworfen werden können.

Besondere Vorteile bringt erfindungsgemäß die Verwendung eines im Kupplungsgehäuse axial gestaucht gehaltenen Schlauchstückes, da die Beschaffungskosten für ein derartiges Element äußerst gering sind und dieses gleichzeitig eine Abdichtungs- und eine Federfunktion erfüllt. Denn unter der Wirkung des gestauchten Schlauchstückes wird der Dichtungsdruck zwischen den beiden Dichtungsringen über eine lange Lebensdauer aufrechterhalten.

Eine Anzahl bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist ^;n den Unteransprüchen enthalten. Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Drehkupplung in der Anwendung bei einer Blutreinigungsanlage mit einer Zentrifuge,

F i g. 2 eine Vorderansicht der Einrichtung nach Fig.l.

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 1. und

F i g. 4 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Darstellung gemäß F i g. 1 zur Verdeutlichung der Einzelteile.

Die in F i g. I dargestellte Zentrifuge 3 dient zur Aufnahme eines beutelartigen flexiblen Blutbehälters mit einem zentralen Bund 5 und einen 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 Kupplungsgehäuses 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

<r

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 Flüssigkei^behälters ermöglicht. Wenn sich die Deckplatte 19 in der geschlossenen Lage befindet, kann das Kupplungsgehäuse 9 durch den Biock 11 belastet werden, der es in seiner Lage festhält.

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

Aus F i g. 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 F i g. 4 in Einzelheiten erkennbar. Der Schlauch J7 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 dienend 1 Beutels 33. Das untere Ende des Ein'.ißstutzens 7 ist, wie aus F i g. 4 erkennbar, am Umfang mit Ausnehmungen 35 versehen, welche den Eintritt bzw. die Entnähme 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 aufrechtzuerhalten, weleher 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, wobei es sich im vorliegenden Beispiel insbesondere um Blut und Reinigungslösungen sowie an der Oberfläche schwimmende Bestandteile handelt. Solche waren entweder ursprünglich entweder in dem Blut vorhanden, wie beispielsweise <*> Blutplasma, oder es handelt sich um Beimengungen, die vordem Einfrieren zum Zwecke der Konservierung zugesetzt werden. Die Zufuhr derartiger Zusätze zu dem in dem Beutel 33 in der Zentrifuge 3 befindlichen Blut erfolgt nicht nur bei stillstehender Zentrifuge, sondern ⁶S auch bei umlaufender Zentrifuge, wobei diese Drehzahlen von über 3000 Umdrehungen pro Minute erreichen kann. Auch unter diesen Betriebsbedingungen muß die Abdichtung ohne besondere Schmierung zuverlässig arbeiten und einen Anpreßdruck der Dichtflächen von mindestens 0,5 bar gewährleisten, ohne daß die Temperatur der umlaufenden Teile die Umgebungstemperatur um mehr als 20⁰C übersteigt

Eine weitere Anforderung an die dargestellte Drehkupplung ist, daß keine Undichtigkeiten entstehen dürfen, durch weiche die Flüssigkeit unsteril werden könnte. Dies gilt sowohl für die Zeiten des Betriebes der Zentrifuge 3 als auch für Ruhezeiten. Dabei ist ais erschwerend zu berücksichtigen, daß die Fertigungstoleranzen für den Flüssigkeitsbehälter, im vorliegenden Fall den Beutel 33, sehr groß sind, so daß die Dichtung der Drehkupplung auch dann einwandfrei arbeiten muß, wenn der Bund 5 und der Einlaßstutzen 7 nicht genau mit der Achse des Kupplungsgehäuses 9 fluchten. Zur Erfüllung dieser Erfordernisse sind die Dichtungsringe 25 und 27 an ihren aufeinander gleitenden Stirnflächen optisch glatt geläppt und gegebenenfalls mit einer Silikonverbindung behandelt, so daß sie flüssigkeitsabstoßend sind.

Das Zusammensetzen der Kupplung mit den beiden Dichtungsringen 25 und 27 erfolgt in der folgenden Weise: Zuerst werden der untere Dichtungsring 27 und das mittlere Schlauchstück 29 gegeneinander gedrückt und zusammengesetzt. Dann wird das Dichtungslager 37 in das Kupplungsgehäuse 9 gedrückt. Das Dichtungslager 37 enthält einen Filzring in einem Käfig aus 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, vie in Fig.4 dargestellt, etwas zusammengedrückt wir J, 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 Dichtungsstutzen 21 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 27 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 aufweisen, damit der obere Dich-

tungsring 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 Exzentizitäten des Beutels 33 und 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 Dichtungsflächen 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 Block 11 aufgeschoben oder eine andere, z. B. Federkraft, aufgebracht um den oberen Teil des Kupplungsgehäuses 9 mit einer Kraft von 5 bis 10 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

ίο eine dafür vorgesehene Mulde im Boden des Zentrifugengefäßes nach unten gedrückt wird. Die Ausnehmungen 35 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 Schlauchstückes 23 der untere Dichtungsring 27 auf das

jo 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

2j 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Drehkupplung für Strömungsmittelleitungen, von denen eine Leitung an den rotierenden Teil angeschlossen und in einem Kupplungsgehäuse drehbar und axial festgelegt geführt ist, während die andere, nicht rotierende Leitung stirnseitig an der rotierenden Leitung anliegend angeordnet ist, und wobei zur Abdichtung der aufeinander gleitenden Kupplungsflächen ein unter axialer Federkraft stehendes Dichtelement vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsgehäuse (9) als zylindrisches Rohrstück ausgebildet ist, in dem zwei an Stelle der Leitungen stirnseitig eir.ander anliegende Dichtungsringe (25, 27) geführt und mit ihren voneinander abgewandten zylindrischen Enden mit den beiden Leitungen (29, 3i, 7; 23, 2i, 17) verbunden sind, daß die Verbindung zwischen der nicht rotierenden Leitung (21) und dem zugeordneten Dichtungsring (25) durch ein ständig gestauchtes, die axiale Dichtkraft erzeugendes Schlauchstück (23) gebildet ist und daß der andere Dichtungsring (27) mittels eines Dichtungslagers (37) axial und radial im Kupplungsgehäuse (9) drehbar geführt ist.

2. Drehkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsringe (25,27) als zylindrische Hülsen mit einseitig angeordnetem Bund 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 den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den rotierenden Dichtungsringen (27) ein starres Schlai'chstück (29) aufgezogen ist.