Roman Seliger GmbH, An'&eegr; Slagboom 20, 22848 Norderstedt
Kupp1ungsVorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung für eine Schlauch- bzw. Rohrleitung, umfassend zwei in dichtendem Sitz
zusammenfügbare Kupplungshälften, von denen eine Kupplungshälfte einen federbelastet gegen einen am kupplungseitigen
Ende des Gehäuses vorgesehenen Ventilsitz angeordneten Ventilteller umfaßt und die andere Kupplungshälfte einen mit
einem am Gehäuse vorgesehenen Ventilstößelsitz ein Verschlußventil bildenden Ventilstößel umfaßt, wobei die Kupplungsvorrichtung
über mindestens ein Kurvengetriebe infolge einer Drehbewegung zwischen den Gehäusen der beiden Kupplungshalften
in Ventil-Öffnungsstellung verlagerbar ist.
Kupplungen dieser Art sind in der Praxis allgemein bekannt und werden insbesondere in der Mineralöl- und chemischen
Industrie eingesetzt. Es ist z.B. eine gatt ungs gemäße Kupplung marktbekannt (Prospekt der Firma Todo), bei der die
Kupplungshälften, bestehend aus einem Matrixteil und einem Patrixteil, durch Aufsetzen des Matrixteils auf das Patrixteil
so, daß auf dem Matrixteil angebrachte Rollen durch Löcher in einer im Patrixteil vorgesehenen Schulter hindurchtreten,
und durch Drehen des Matrixteils, bis die Rollen hinter der Schulter einrasten, miteinander gekuppelt werden.
Das Öffnen des Ventils wird ebenfalls durch eine Drehbewegung des Matrixteils erreicht, wobei der in dem Matrixteil angeordnete
axial verlagerbare Ventilstößel über an der Innenseite
des Matrixteilgehauses angeordnete Steuerkurven mittels an der Achse des Ventilstößels befestigte Rollen infolge der
Drehbewegung aus seinem Ventilstößelsitz bewegt wird und den im Patrixteil vorgesehenen Ventilteller ebenfalls gegen Federkraft
aus seinem Ventilsitz drückt.
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Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist, da/3 die zum
öffnen des Ventils verwendeten, gegeneinander beweglichen Teile in der Strömung liegen. Dies kann mit der Zeit zur Ablagerung
von Materialien an der Steuerkurve bzw. an den RoI-len
führen, was das Steuern verschlechtert, zum Verschleißen führt und eventuell jegliche Bewegung unterbinden kann. Zudem
bedingen solche komplexen Bauteile entsprechend hohe Material- und Herstellungskosten, und zwar auch allein deswegen,
weil sie gegen einen Angriff der verschiedensten Fluide, einschließlich Chemikalien widerstandsfähig sein müssen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Kupplungsvorrichtung
der eingangs beschriebenen Gattung durch einfache und kostengünstige Bauweise und leichte Handhabbarkeit
zu verbessern sowie die Funktion, insbesondere hinsichtlich eines sicheren und verläßlichen sowie Materialienunempfindlichen
öffnens des Ventils sicherer zu machen.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, da/3 der Ventilstößel
gehäusefest angeordnet und der Ventilstößelsitz, infolge der Drehbewegung, mit dem Ventilsitz wirkverbunden und
axial verlagerbar ausgebildet ist. Mit der erfindungsgemäßen
Anordnung wird statt einer Relativbewegung zwischen dem Ventilstößel und seinem Sitz eine Bewegung zwischen Gehäuse und
Ventilstößsitz erzeugt. Damit wird die Kurvengetriebefunktion weitestgehend vor Beeinträchtigungen infolge der Durchflußmaterialien
geschützt, wobei wirbelerzeugende Störungen in dem innerhalb der Kupplung zur Verfügung stehenden Strömungsraum
entfallen. Das Kurvengetriebe kann dabei entweder am Außengehäuse oder, um die Beschädigung einer solchen Anordnung
zu vermeiden, in einem Zwischenraum angeordnet sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilstößelsitz
durch Federkraft gegen den Ventilstößel vorbelastet angeordnet. Damit wird ein zügiges und sicheres Schließen der
Kupplungshälften gewährleistet. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, da/3 ein eventuell nach Entkupplung
der beiden Kupplungshälften in der Leitung entstehender Unterdruck durch Zurückziehen des Ventilstößelsitzes beim
Öffnen des Ventils automatisch ausgeglichen wird. Damit wird das Entleeren der Leitung vereinfacht und der Aufbau eines
für eine Schlauchleitung schädlichen Vakuums verhindert.
Eine sehr zweckmäßige und vor allem in der Montage vorteilhafte
erfindungsgemä/3e Ausgestaltung besteht darin, daß die
Kupplungshälfte als Patrix- und Matrixteile ausgebildet sind, wobei das Kurvengetriebe mindestens ein an der Außenwand des
Patrixteils vorgesehenes, zumindest bereichsweise von der Kupplungsseite her ansteigendes, schraubenförmig ausgebildetes,
Führungselement z.B. eine radiale Nut bzw. Kurvenleiste, sowie mindestens ein an den Führungselement bewegbares
geführtes Element umfassen und dieses an einem muffenartigen Kragen vorgesehen ist, der am kupplungsseitigen Ende
des Matrixteils angeordnet ist und das Patrixteil übergreift.
Nach Aufsetzen des Matrixteils auf das Patrixteil wird das geführte Element in bzw. an der Nut (auf die im folgenden
hauptsächlich Bezug genommen wird) oder Steuerkurve geführt, und beim fortschreitenden Drehen, wird das Matrixteil über
das Patrixteil gezogen, bis infolge des Drückens des Ventilsitzes gegen den federbelasteten Ventilstößelsitz und des
Ventilstößels gegen den federbelasteten Ventilteller das Ventil geöffnet wird. Durch das Verlegen des Kurvengetriebes
außerhalb des Patrixteils kann der Innenraum der beiden Kupplungshälften größer ausgebildet sein. Das erlaubt eine entsprechend
höhere Durchflußmenge. Da das Öffnen des Ventils infolge der zunehmenden Überdeckung des Patrixteils mit dem
Matrixteil erfolgt, wird auch eine erheblich verbesserte Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegen eventuelles Abknikken
der Kupplung erreicht.
Es ist besonders zweckmäßig, die Nut in einem ersten Abschnitt parallel zum kupplungsseitigen Rand und zu diesem
offen verlaufend auszubilden. Das Einführen des geführten Elements in die Steuerkurve ist damit besonders einfach, weil
es bereits in diesem ersten Nutabschnitt zwangsgeführt wird.
Das unbeabsichtigte Schließen des Ventils wird bei einer besonders
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch verhindert, wenn die Nut einen sich in Richtung des Auseinanderziehens
der Kupplungshälften schraubenförmig geneigt erstreckenden Endabschnitt umfaßt. Da der bei offenem Ventil
vorhandenen Druck bewirkt, da/3 die Kupplungshälften dann neigen, sich auseinanderzuziehen, bleibt das bis zum Ende der
Nut geführte Element an diesem Endteil anliegend. Erst beim Zurückdrehen des Matrixteils bis zu dem Augenblick, da das
Element sich in dem vom kupplungsseitigen Rand aufsteigenden
Nutabschnitt befindet, wirkt der Innendruck zusammen mit der Drehbewegung, um das Ventil zu schließen und die Kupplung zu
lösen. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung gegenüber herkömmlichen
Kupplungen liegt darin, daß der Steuerkurvenwinke1
im Hinblick auf die Momentübertragung optimiert, d.h. individuell ausgewählt werden kann, weil das Gehäuse des Patrixteils
eine entsprechend größere Fläche als der Ventilsitz anbietet.
Eine hinsichtlich leichter Bedienung besonders günstige Ausführung
wird erreicht, wenn der Abstand zwischen den ersten Abschnitten benachbarter Nuten im Vergleich zur Länge der
ersten Abschnitte klein gehalten wird. Damit ist der maximal erforderliche Drehwinkel zwischen den beiden Kupplungshälften
minimiert, bis die geführten Elemente in die Nuten fallen und zwangsgeführt werden. Das Aufsetzen des Matrixteils auf das
Patrixteil wird damit im Vergleich zu herkömmlichen Trockenkupplungen erheblich erleichtert.
E,s wurde gefunden, da/3 man optimale Verbindungs verhältnis se
infolge großen Nutanteils am Überdeckungsbereich ohne Beeinträchtigung der Stabilität des Patrixteils erreichen kann,
wenn man drei voneinander gleichbeabstandete Nuten am Gehäuse des Patrixteils vorsieht.
In einer hinsichtlich verbesserter Handhabung besonders vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung können die Nut und das geführte Element derart miteinander wirkverbunden ausgebildet
sein, da/3 die Kupplungshälften infolge der Drehbewegung zwischen
ihren Gehäusen zunächst in dichtenden Sitz aneinander und danach in Ventil-Öffnungsstellung gebracht werden. Damit
werden sowohl das Zusammenfügen der beiden Kupplungshälften als auch das öffnen des Ventils mittels des Kurvengetriebes
über eine einzige, einfache Drehbewegung bewirkt, was zu einer besonders leicht und zügig erreichbaren Kupplung und
Entkupplung der Leitungen führt.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
gehen aus übrigen Unteransprüchen hervor.
Besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausbildungsformen oder -möglichkeiten der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung
der in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 auseinanderliegende Matrix- und Patrixteile einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung
jeweils im Halbschnitt, 30
Fig. 2 in Abwicklungsdarstellung das Patrixteilgehäuse mit Steuerkurve, der Ausführungsform
gemäß Fig. 1
Fig. 3 die Kupplungsvorrichtung der Fig. 1 im
M- »Si,*
und 4 Halbschnitt in gekupppeltem Zustand bei
geschlossenem bzw. bei geöffnetem Ventil.
Die Kupplungsvorrichtung in Fig. 1 umfaßt ein Patrixteil 1 und ein Matrixteil 2, das mit einem hochstehenden, das Gehäuse
1.1 des Patrixteils übergreifenden Kragen 9 versehenen ist.
Das Patrixteil 1 umfaßt einen im wesentlichen kegelförmigen,
axial verschiebbaren Ventilteller 3, der im Dichtsitz gegen eine entsprechend geneigte Fläche eines am Gehäuse 1.1 des
Patrixteils angebrachten Ventilsitzes 4 setzbar ist. Zu diesem Zwecke ist der Rand des Ventiltellers 3 in bekannter
Weise mit einem Dichtungsring versehen. Der Ventilteller 3 ist gegen den Ventilsitz mittels einer Feder 1.3 vorbelastet
gehalten, die sich zwischen dem Rücken des Ventiltellers 3 und einer mit dem Gehäuse 1.1 verbundenen Spinne 1.2 abstützt.
Die Spinne 1.2 dient auch zur Lagerung des nach hinten verschiebbaren Dorns des Ventiltellers 3. Der untere Teil
der Feder 1.3 ist in einer Kammer untergebracht, die die beim offenen Ventil zusammengedrückte Feder 1.3 teilweise von der
Strömung abschirmt. Die Spinne 1.2 ist in bekannter Weise mit mehreren Durchflu/3öffnungen zum Gewährleisten der Strömung
versehen.
Das Matrixteil 2 umfaßt einen Ventilstößel 5, der über eine Spinne 2.3 am Gehäuse 2.1 befestigt ist. Die Spinne 2.3 ist
ebenfalls mit Durchflußöffnungen versehen. Das Gehäuse 2.1
selbst umfaßt zwei Teile, von denen ein erstes Teil 2.2 drehfest mit der Leitung verbindbar ausgebildet ist und das
zweite, kupplungsseitige Teil 2.1 zum Erzielen eines Drehgelenkes über ein Kugellager 10 am ersten Teil gelagert ist.
Der Durchmesser des Ventilstößels 5 ist so gewählt, daß er durch den Ventilsitz 4 des Patrixteils frei hindurchtreten
kann. Der Ventilstößelkopf verjüngt sich kegelförmig, wobei
er dichtend mit seinen Flanken an der entsprechend schräggeformten
Fläche eines Ventilstößelsitzes 6 sitzt. Letzterer ist verschiebbar geführt ausgebildet und wird unter Federbelastung
gegen die Flanken des Ventilstößels 5 gehalten. Zu diesem Zwecke ist eine Feder 6.1 in einer zwischen den zwei
Gehäuseteilen 2.1, 2.2 und dem Ventilstößelsitz gebildeten Kammer vorgesehen, die sich zwischen einer hinteren Fläche
des Ventilstößelsitzes 6 und einer Schulter des Innengehäuses 2.2 abstützt.
Eine sich nach hinten erstreckende Flanke des Ventilstößelsitzes 6 gleitet an der Innenseite des Innengehäuses 2.2 und
wird dort mittels eines Runddichtrings 6.2 gegen Hindurchtreten des Stömungsmediums abgesichert. Das kupplungsseitige
Ende des Ventilstößelsitzes liegt hingegen an der Innenseite des Außengehäuseteils 2.1 an und ist zur Erzielung seiner
ungehinderten Verlagerung mit einem Gleitlager 6.3 versehen.
Wenn die Bauelemente der Kupplungsvorrichtung aus Edelstahl bestehen, z.B. zur Verwendung in der chemischen Industrie,
wird die freie Bewegung von zwei aneinandergleitenden Teilen problematisch, da Reibung und Verschleiß auftreten. In diesem
Fall wird bevorzugt Teflon für die Gleitlager 6.3 und den Runddichtring 6.2 verwendet, da dieses Material gleichzeitig
eine lecksichere Dichtung und eine nahezu reibungsfreie Gleitfläche gewährleistet. Die Federkammer ist damit gegen
Eintritt des Strömungsmediums gesichert, während der Druckausgleich der Federkammer bei Verschiebung des Ventilstößelsitzes
6 in einfacher und praktischer Weise über das Kugellager 10 erfolgt.
Die kupplungsseitige Fläche des Ventilstößelsitzes 6 ist
stirnseitig mit zurückspringendem Umfangsrand ausgeschnitten und weist eine im wesentlichen axiale Flanke auf, die mit
einem weiteren Runddichtring 6.4 versehen ist. Die Stirnfläche des Ventilsitzes 4 ist in entsprechender Weise nach
innen hin ausgeschnitten, so daß bei Zusammenfügen der beiden
Kupplungshälften die Flächen in dichter Verbindung aufeinander liegen.
Zum Erreichen der Kupplung der beiden Kupplungshälften sind Kurvengetriebe zwischen den Kupplungshälften vorgesehen. Zu
diesem Zwecke ist das Patrixteil 1 an seiner äußeren Wand mit vorzugsweise eingefrästen Steuerkurven in Form von S-förmigen
Nuten 7 und das Matrixteil 2 mit an der Innenseite seines Kragens 9 fest angebrachten, in die Nuten einführbaren Rollen
8 versehen. Die Nuten 7 können auch als Ausnehmungen eines Mantelteils, das an dem Gehäuse 1.1 befestigt ist gebildet
werden. Die Form der Nuten 7 ist in der abgewickelten Darstellung der äußeren Gehäusewand 1.1 in Fig. 2 deutlich zu
erkennen. Die Nuten 7 sind in drei Abschnitte geteilt, von denen der erste Abschnitt 7.1 parallel zum unteren Rand des
Patrixteils 1 verläuft und in kupplungsseitiger Richtung offen ist, so da/8 eine gegenüber diesem Abschnitt befindliche
Rolle 8 unmittelbar in die Nut eingeführt und damit sofort zwangsgeführt werden kann.
Der zweite Abschnitt 7.2 ist vom kupplungsseitigen Ende des
Patrixteils 1 aus schraubenförmig steigend ausgebildet, so daß das drehbar gelagerte Matrixteilaußengehäuse 2.1 beim
Drehen mittels der Rollen 8 über das Patrixteil 1 gezogen wird, und zwar bis die Stirnflächen des Ventilsitzes 4 des
Patrixteils 1 und des Ventilstößelsitzes 6 des Matrixteils in dichtendem Sitz aufeinander liegen. Beim Weiterdrehen des
Matrixteils 2 drückt der Ventilsitz 4 den Ventilstößelsitz nach hinten aus seinem Sitz mit dem Ventilstößel 5, und
gleichzeitig drückt der Ventilstößel 5 den federbelasteten
Ventilteller 3 aus dem Ventilsitz 4, und das Ventil wird geöffnet. Der Neigungswinkel des zweiten Abschnittes 7.2 wird
dabei so ausgewählt, daß man eine einfache Bedienung und eine optimale Momentübertragung erreicht.
Im letzten Abschnitt 7.3 ist die Nut zur Kupplungsseite hin leicht geneigt ausgebildet und dient zum Verriegeln der Kupplung.
Da der innerhalb der Kupplung bei geöffnetem Ventil auftretende Druck zum Auseinanderbringen der beiden Kupplungshälften
neigt, liegen die Rollen 8 bei bis zum Anschlag gedrehtem Matrixteil 2 am Ende des letzen Abschnittes 7.3 an.
Diese Arretierungsposition kann erst verlassen werden, wenn das Matrixteil 2 zurückgedreht wird.
Die Nutenden 7.3 werden so angeordnet, da/3 das Patrixteil 1
das Matrixteil 2 zum Erhöhen der axialen Stabilität der Kupplung optimal übergreift. Dabei sind die Rollen 8 über Zapfen
am unteren Ende des Kragens 9 angeordnet, so da/3 die Kupplung bereits ohne vollständige Drehung des Matrixteils 2 gegen radiale
Bewegung ausgezeichnet abgesichert ist. Statt Rollen 8 können auch Kugeln oder ähnliche, zum Gleiten geeignete Elemente
verwendet werden.
Hinsichtlich sowohl leichter Handhabbarkeit als auch einfaeher
Herstellung sind im Ausführungsbeispiel drei parallel verlaufende Nuten 7 und drei in diese einführbaren Rollen 8
an dem Patrix- 1 bzw Matrixteil 2 angebracht, wobei der Abstand zwischen den benachbarten radial verlaufenden ersten
Abschnitten 7.1 lediglich einen Bruchteil des gesamten Randes bildet, so da/3 im ungünstigsten Fall nur eine kurze Drehung
des Matrixteils erforderlich ist, bis die Rollen in ihren zwangsgeführten Sitz in den Nuten 7 gelangen. Es ist jedoch
ersichtlich, da/3, je nach Einsatzgebiet und Durchmesser der Kupplung, in Rahmen der Erfindung mehr oder wenige Nuten 7
und Rollen 8 verwendet werden können.
Aufgrund der Nuten 7 wird die axiale Bewegung der Rollen 8 oder ähnlicher geführten Elemente im Rahmen der Toleranzen
durch die gegenüberstehenden Nutflächen auf beiden Seiten begrenzt, was eine zusätzliche axiale Stabilität bewirkt. Bei
eine weiteren Ausführungsform kann jedoch lediglich eine als
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Steuerkurve ausgebildete Führungsfläche vorgesehen sein, die
vorzugsweise in Form mindestens eines aus dem Patrixteilgehäuse herausragenden schraubenförmigen Randes oder Leistenelements
ausgebildet ist. Eine solche Kurvenleiste wird auch mit einem zum kupplungsseitigen Ende des Gehäuses geneigten
Endabschnitt versehen, wobei am Ende dieses Abschnitts ein Anschlag für die Rollen 8 ausgebildet ist. Da eine solche
Kurvenleiste ohne spanabhebende Bearbeitung und z.B. als gegossenes Teil des Patrixteilgehäuses 1.1 ausgebildet sein
kann, zeichnet sich diese Ausführungsform durch einfache und
kostengüstige Herstellung aus. Dabei wird eine ausreichende axiale Stabilität durch den übergreifenden Kragen 9 gewährleistet.
Der Funktionsablauf der Kupplung ist wie folgt. Die Kupplungshälften
werden so zusammengefügt, da/3 der Kragen 9 des Matrixteils 2 das Patrixteil übergreift. Ggf. wird das Matrixteil
2 etwas gedreht, bis die Rollen in die ersten Nutabschnitte 7.1 fallen. Bei Weiterdrehung des Matrixteilaußengehäuses
2.1 werden die Rollen 8 in die zweiten Nutabschnitte 7.2 geführt und die Kupplungshälften aneinandergezogen bis
die Flächen der Ventilsitze 4, 6 dichtend aufeinander liegen wie in Fig. 3 gezeigt. Danach werden beim Weiterdrehen des
Matrixteils 2.1 Ventilteller 3 und Ventilstößel 5 aus dem
Ventilsitz 4, 6 gedrückt. Das Matrixteil 2 wird dann solange weitergedreht, bis die Rollen 8 in die Endabschnitte 7.3
einrasten und hier unter dem in der Kupplung auftretenden Druck bleibend gehalten werden. Dieser geöffnete Zustand ist
in Fig. 4 gezeigt.
Zum Schließen des Ventils wird das Matrixteil 2 nach Überwindung eines kleines Widerstands in die anderen Richtung
gedreht, bis die Rollen 8 aus den Endabschnitten 7.3 gelangen und den zweiten Abschnitten 7.2 entlang geführt werden. Beim
Zurückbewegen des Matrixteils 2 verschieben sich der Ventilteller 3 und der Ventilstößelsitz 6 unter Federdruck, bis sie
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sich wieder mit ihren entsprechenden Gegenflächen in der in Fig. 3 gezeigten Schließposition befinden. Während die Rollen
8 in das letzte Teil des schraubenförmigen Nutabschnittes 7.2 geführt werden, werden schließlich die Flächen des Ventilsitzes
4 und Ventilstö/3elsitzes 6 voneinander getrennt.
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Bezugszeichenliste
1 Patrixteil
1.1 Patrixteilgehäuse
1.2 Spinne
2 Matrixteil
2.1 Matrixteilaußengehäuse
2.2 Matrixtelinnengehäuse 2.3 Spinne
3 Ventilteller
3.1 Ventilfeder
4 Ventilsitz
5 Ventilstößel
6 Ventilstößelsitz
6.1 VentilstöjSelsitzfeder
6.2 Runddichtung
6.3 Gleitlager
6.4 Runddichtring
7 Nut/Steuerkurve
7.1 erster Nutabschnitt
7.2 zweiter Nutabschnitt
7.3 Nut-Endabschnitt
8 Rollen
9 Kragen
10 Kugellager