Baxter Travenol Laboratories, Inc.
Deerfield, 111., V. St-. A. 3· April 1979
Schlauch-Steckkupplung
Die Erfindung betrifft eine Schlauch-Steckkupplung, bestehend aus einem äußeren Muffenelement und
einem inneren Steckelement, von denen letzteres mit einer umlaufenden Außennut versehen und unter Herstellung
einer Abdichtung teleskopartig in eine Bohrung des äußeren Muffenelements einsteckbar ist, das seinerseits
Arretiermittel aufweist, die zurückziehbar in die umlaufende Außennut einzutreten und die beiden
Kupplungselemente in ihrem teleskopartig zusammengesetzten Abdichtzustand festzuhalten vermögen.
Steckkupplungen für Flüssigkeitsleitungen und dgl. sind an sich bekannt; ein bekanntes Beispiel für solche
Kupplungen ist der sog. "Hansen-Connector". Beispiele für derartige Kupplungen finden sich auch in den US-PSen
2 518 542, 2 761 469, 3 245 423 und 3 351 362.
Eine typische Ausführungsform einer solchen Steckkupplung
umfaßt ein inneres Steckelement und ein äußeres Muffenelement, von denen ersteres zur Herstellung der
gewünschten Leitungsverbindung unter Abdichtung teleskopartig in eine Bohrung des äußeren Muffenelements
einsteckbar ist. Die Verbindung wird dabei durch eine Anzahl von auf Abstände verteilten Metallkugeln aufrecht-
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erhalten, welche durch die Wand der Bohrung des Muffenelements hindurchragen und in eine außenseitige, umlaufende
Nut des inneren Steckelements einrasten. Die Kugeln werden dabei in ihrer nach innen vorstehenden
Stellung durch eine äußere Hülse oder Manschette festgehalten, die am Muffenelement angeordnet ist und die
Kugeln nach innen drängt. Zum Verbinden und Trennen der Kupplung wird die Außenhülse axial verschoben, so daß
sie die Kugeln freigibt und diese sich in Auswärtsrichtung zurückziehen können; in dieser Stellung der Kugeln
kann dann das Innenelement in das Außenelement eingeschoben oder aus ihm herausgezogen werden.
Steckkupplungen dieser Art eignen sich für viele Anwendungsgebiete, einschließlich medizinischer, einmal
benutzbarer Vorrichtungen, wie Dialysatoren oder Oxygenatoren für Blut. Während derartige Steckkupplungen
bisher aus Metall, wie Messing, rostfreier Stahl o.dgl., hergestellt wurden, erweist es sich im Fall von einmal
benutzbaren Vorrichtungen der erwähnten Art als wünschenswert, eine Steckkupplung vorzusehen, bei welcher
mindestens eines der Kupplungselemente, typischerweise das innere Steckelement, aus einem kostensparenden
Kunststoff geformt ist, damit das Steckelement nach Benutzung der wegwerfbaren Vorrichtung nicht ausgebaut
und erneut gebrauchsbereit gemacht zu werden braucht.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich beim Formen eines solchen Steckelements einige Schwierigkeiten ergeben.
Beispielsweise ist es häufig schwierig, das innere Steckelement maßhaltig zu formen, weil der vergleichsweise
dicke Kunststoffabschnitt zwischen seiner umlaufenden Außennut und seinem Vorderende, der genau
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eingehaltene Abmessungen besitzen sollte, beim Abkühlen des Materials einem Werfen, Verziehen und
Schrumpfen unterliegt. Infolgedessen ergeben sich bei der Fertigung zahlreiche Teile, die infolge einer möglichen
Undichtigkeit den Fertigungsanforderungen nicht genügen.
Wenn man nun Kunststoff vom Außenbereich des dicken Abschnitts entfernt, kann eine zweite umlaufende Nut
ausgebildet werden, die eine ähnliche Funktion besitzt wie die erste umlaufende Nut zur Aufnahme der Arretierkugeln
des äußeren Muffenelements. Wenn die Kugeln in diese zweite Nut eintreten, kann die Kupplung scheinbar
verriegelt sein, ohne jedoch tatsächlich die nötige Abdichtung herzustellen, so daß Undichtigkeit auftritt.
Die Erfindung sieht die Schaffung eines Innen-Steckelements
für eine Steckkupplung vor, bei welchem der dicke Kunststoffabschnitt im Bereich des Vorderendes
dünner ausgebildet sein kann, so daß Kunststoff eingespart wird und die nachteiligen Maßabweichungen,
die häufig bei dicken geformten Kunststoffteilen auftreten, vermieden werden, während gleichzeitig die Möglichkeit
für einen fehlerhaft verriegelten Kupplungszustand, in welchem keine Abdichtung hergestellt ist,
weil die Halte- oder Arretierkugeln in den falschen Bereich des Innenelements vorstehen, vermieden wird.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines
verbesserten, wegwerfbaren Schlauch-Teleskop- oder -Steckkupplungselement, das vorteilhaft betriebssicher
und so kostengünstig ist, daß es nach einmaliger Benutzung ohne weiteres weggeworfen werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einer Steckkupplung der angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
das innere Steckelement zwischen der umlaufenden Außennut und seinem dem äußeren Muffenelement zugewandten
Vorderende einen vertieften bzw. ausgesparten Abschnitt sowie in diesem vorgesehene Rippen in einer
solchen Lage aufweist, daß sie einen Eintritt der Arretiermittel in den ausgesparten Abschnitt zu verhindern
vermögen.
Der gewünschte ausgesparte (recessed) Bereich kann somit am inneren Steckelement vorgesehen werden, wodurch
bei diesem Gewicht und Material eingespart und zudem die vorher geschilderten Probleme beim Formen vermieden
werden, so daß das Steckkupplungskonzept auf kostensparende Kunststoff-Formteile übertragbar ist, ohne daß
damit die Gefahr eines fehlerhaft verriegelten und zu Undichtigkeit führenden Kupplungszustands verbunden
wäre.
Vorzugsweise bestehen die Arretiermittel aus mehreren radial angeordneten, in einer entsprechenden
Anzahl von Bohrungen im Außenelement angeordneten Kugeln, die mittels einer vom Muffenelement getragenen Schiebehülse
oder -manschette nach innen in Sperreingriff mit der umlaufenden Außennut des Innen-Steckelements gedrückt
werden können. Die Schiebehülse ist in die Kugelsperrstellung durch Feder vorbelastet, kann jedoch in
Axialrichtung von den Kugeln weggezogen werden, so daß sich diese nach außen verlagern können und das Einstecken
des Steckelements in das Muffenelement bzw. das Herausziehen
aus letzterem zulassen.
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Die vorzugsweise in Längsrichtung über das Steckelement verlaufenden Rippen sind insbesondere in einer
der Zahl der Kugeln nicht entsprechenden Zahl vorhanden, damit die Steckkupplung typischerweise nicht geschlossen
werden kann, wenn auch nur eine Kugel durch eine Rippe aus ihrer Einraststellung herausgedrängt
ist. Vorzugsweise sind die Rippen so angeordnet, daß in jeder Winkellage zwischen Außen- und Innenelement
mindestens zwei Kugeln radial nach außen verlagert sind. In diesem Zustand kann sich die äußere Sperr- oder
Schiebehülse für die Kugeln nicht in die Schließstellung verschieben, wodurch dem Benutzer eine deutliche Anzeige
dafür geboten wird, daß die Steckkupplung nicht geschlossen bzw. eingerastet ist.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Steckkupplung in ihrem geschlossenen
und eingerasteten Zustand,
Fig. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung, in welcher Außen- und Innen-Steckelement
zwar teleskopartig zusammengesteckt, aber nicht verriegelt sind,
Fig. 3 einen in etwas vergrößertem Maßstab gehaltenen Längsschnitt durch die
Steckkupplung im Zustand gemäß Fig. 1,
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Fig. 4 eine teilweise im Schnitt gehaltene
Seitenansicht der voneinander getrennten Kupplungselemente kurz vor dem Zusammenstecken,
Fig. 5 eine Fig. 4 ähnelnde Darstellung der
Kupplungselemente im Zustand gemäß Fig. 2 und
Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig.
Die in der Zeichnung dargestellte Steckkupplung umfaßt ein Außensteck- bzw. Muffenelement 10 und ein
Innen-Steckelement 12, die jeweils mit einer Bohrung
14, 16 versehen sind, welche von einem Strömungsmittel
durchströmbar ist, wenn die Kupplungselemente im Zustand nach Fig. 1 zusammengesteckt und unter Herstellung
einer Abdichtung arretiert sind.
Die Enden 20, 18 der beiden Elemente 10 bzw. 12
sind mit passenden Schläuchen oder einer Vorrichtung, etwa einem Dialysator oder Oxygenator, verbindbar.
Beispielsweise kann das Muffenelement 10 mit einer Leitung zur Lieferung von Dialyselösung von einem passenden
Vorrat verbunden sein, während das Steckelement an seinem Ende 18 mit einer flexiblen Schlauchleitung
in Verbindung steht, die z.B. zu einem Dialysator geeigneter bekannter Bauart führt. Wahlweise können die
Elemente 10, 12 an Leitungen angeschlossen sein, die einmal zu einem Blutoxygenator oder einer künstlichen Niere
und zum anderen zu einer Arterie oder Vene eines Patienten führen. In weiterer Abwandlung können ein oder beide
Kupplungselemente 10, 12 an der Außenwand einer Vorrich-
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tung, etwa eines Dialysators oder Oxygenators, angeformt sein.
Das innere Steckelement 12 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff-Formteil mit einer umlaufenden
Außennut 20, die in Längsrichtung abgewinkelte Seitenflanken 22, 2 4 aufweist. Zwischen der Nut 20 und dem
Vorderende 26 des Steckelements 12 ist ein vertiefter bzw. ausgesparter Abschnitt 28 vorgesehen, der von
Rippen 30 überspannt wird, die eine im wesentlichen den in Radialrichtungen äußersten Abschnitten der
Nutflanke 24 entsprechende Höhe besitzen.
Die parallel zueinander verlaufenden Rippen 30 erstrecken sich in Längsrichtung über den ausgesparten
Abschnitt 28, wobei sie bei der dargestellten Ausführungsform gemäß Fig. 6 in Winkelabständen von 90° um
das Steckelement 12 herum verteilt sind, so daß vier Rippen 30 vorhanden sind. Andere Zahlen und Formen
der Rippen, etwa kreisförmige, um das Steckelement umlaufende Rippen, liegen jedoch ebenfalls innerhalb
des Rahmens der Erfindung.
In der Nähe des Vorderendes 26 des inneren Steckelements 12 ist eine abgewinkelte, kreisförmige Dichtfläche
32 vorgesehen.
Gemäß Fig. 3 ist das Steckelement 12 teleskopartig in die Bohrung 34 des Außen- bzw. Muffenelements 1O
einsteckbar. Im Abdichtzustand gemäß Fig. 3 liegt die
Dichtfläche 32 an einem in die Bohrung 34 eingesetzten O-Ring 36 an, wenn der Dichtzustand hergestellt ist.
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Das Muffenelement 10 enthält eine Reihe von Kugeln 38, die in Taschen 40 sitzen, welche nach außen hin offen
und so dimensioniert sind, daß die Kugeln 38 bei einwandfrei eingesetztem Steckelement 12 teilweise in die Bohrung
34 hinein verlagerbar sind, um unter Verriegelung des Steckelements in die umlaufende Außennut 20 einzugreifen.
Die Kugeln 38 werden in ihrer Arretierstellung durch eine Schiebehülse 44 festgehalten, die durch eine Feder
41 in eine Stellung vorbelastet ist,in welcher ihre Innenfläche 42 an den Außenabschnitten der Kugeln 38
angreift und diese in ihrer radial nach innen verschobenen Stellung hält, in welcher sie zur Aufrechterhaltung des
dichtenden Arretierzustands in die Außennut 20 hineinragen.
Wenn das innere Steckelement 12 in das äußere Muffenelement 1O eingesteckt oder aus ihm herausgezogen werden
soll, wird die Schiebehülse 44 lediglich gegen die Kraft der Schraubenfeder 41 axial verschoben, bis die Kugeln
38 von der Schiebehülse 44 freigegeben werden. Beim Herausziehen des Steckelements 12 werden die Kugeln 38 somit
durch die Schrägflanke 24 oder beim Einstecken des Steckelements 12 in das Muffenelement 10 durch die Flanke 32
nach außen verdrängt, worauf die Schiebehülse 44 freigegeben werden kann, so daß sie durch die Feder 41 in ihre
Ausgangsstellung zurückgeführt wird, wobei die Kugeln 38 durch eine schräge Ringfläche 46 nach innen verdrängt
werden. Wenn das Steckelement 12 einwandfrei in das Muffenelement 10 eingesetzt ist, greifen die Kugeln wieder
in die umlaufende Nut 20 ein, so daß die beiden Kupplungselemente in ihrem abgedichteten Arretierzustand
festgehalten werden.
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Ein Sicherungsring 48 dient zur Halterung der Schiebehülse 46 auf dem Muffenelement 10.
Aufgrund des Vorhandenseins der in ihrer bevorzugten
Anordnung dargestellten Rippen 30 können nicht alle Kugeln 38 gleichzeitig in den ausgesparten Abschnitt 28
eintreten, wenn versucht wird, die Steckkupplung bei über diesem Abschnitt liegenden Kugeln 28 zu arretieren.
Infolgedessen kann auch die Schiebehülse 44 in diesem Fall nicht durch die Feder 41 in ihre Schließstellung
über den Kugeln 38 verschoben werden. Aus diesem Grund wird auch die Möglichkeit für einen fehlerhaft arretierten
Zustand ausgeschaltet, da die teilweise zurückgezogene Schiebehülse 44 gemäß Fig. 2 eine Sichtanzeige für
einen nicht arretierten Zustand der Steckkupplung bietet. Wenn dann die Schiebehülse 44 weiter zurückgezogen wird
und die beiden Kupplungselemente 10, 12 weiter zusammengedrückt werden, wird im Normalfall der einwandfrei
abgedichtete Arretierzustand gemäß Fig. 1 und 3 erreicht.
Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen die erfindungsgemäße
Steckkupplung in ihrem zusammengesteckten, aber unverriegelten Zustand, in welchem die Rippen 38 die
Schiebehülse 44 daran hindern, die Arretierstellung einzunehmen. In diesem speziellen Fall werden einige
Kugeln 38 durch die Rippen 30 an einer EinwärtsVerlagerung
gehindert, während sich einige Kugeln 38 nach innen bewegen können. Die nicht nach innen verschobenen Kugeln
verhindern jedoch einwandfrei eine Verschiebung der Schiebehülse 44 in ihre Arretierstellung über den
Kugeln 38.
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Als Ergebnis der beschriebenen Erfindung wird es möglich, für die Kupplungselemente, insbesondere aber
für das innere Steckelement 12, das an einmal benutzbare Bauteile einer medizinischen Vorrichtung der
vorher genannten Art angeschlossen sein kann, kostensparende Kunststoff-Formteile zu benutzen. Beispielsweise
kann das Steckelement 12 an eine künstliche Niere, an einen Oxygenator oder einen Kardiotomiebehälter o.dgl. angeschlossen
sein, wobei große Kosteneinsparungen für die Steckkupplung ohne Beeinträchtigung der Betriebszuverlässigkeit
der erfindungsgemäßen Dichtungs-Steckkupplung
erzielt werden.
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