DE4041337C2 - Kupplung für Fluide - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung für Fluide gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere eine Kupp­ lung für Flüssiggase.

Es sind bereits Kupplungen für Flüssiggase bekannt, bei denen die beim Kupplungsvorgang eingeschlossene Luft bzw. das Umgebungsmedium durch mehrmaliges Evakuieren und Spü­ len des gesamten Leitungssystems mit einem geeigneten Spülmedium entfernt werden muß, damit das Arbeitsmedium nicht verschmutzt wird. Ist das Arbeitsmedium bei­ spielsweise Wasserstoff, dann muß das Leitungssystem mit Helium ausgespült werden, um die Bildung eines zündfähi­ gen Gemisches und ein Einfrieren von Luftbestandteilen inklusive der Luftfeuchtigkeit an kalten Ventilen oder Leitungsbestandteilen zu vermeiden. Durch das Festfrieren der Luftfeuchtigkeit an kalten Tankventilen wird deren Funktion beeinträchtigt. Die Verwendung von Helium als Spülgas, wenn das Arbeitsmedium Wasserstoff ist, ergibt sich aus der Tatsache, daß Helium das einzige Gas ist, dessen Siedepunkt unter dem Siedepunkt des Wasserstoffs liegt. Durch den Spülvorgang ergeben sich hohe Spülver­ luste, die zum Beispiel bei einer Fahrzeugbetankung bei ca. 200 bis 500 Liter Heliumgas pro Betankung liegen. Ferner er­ fordert der Spülvorgang eine längere Tankzeit.

Aus der DE-OS 22 18 877 ist eine gattungsbildende Tieftemperatur- Schnellkupplung für flüssige oder gasförmige Medien mit einem Stecker- und einem Muffenteil bekannt, bei der eine Kupplungs- und Gasverbindung thermisch voneinander weitgehend isoliert und die Medienführungsleitungen innerhalb des Stecker- und Muffenteiles vakuumisoliert sind. Bei dieser Kupplung ist ein Einhandbetrieb für den Kupplungs- und Entkupplungsvorgang möglich, 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.

Von Nachteil ist bei dieser bekannten Kupplung, daß der Spülvorgang durch eine Lamellendichtung behindert wird, die in dem Zwischenraum zwischen einem Hüllrohr des Steckers und einem Innenrohr der Muffe angeordnet ist. Bei einem nicht vollständigen Ausspülen dieses Zwischenraumes kann es zu einem Ausfrieren der in dem Zwischenraum befindlichen Luftfeuchtigkeit kommen, so daß die miteinander verbundenen Kupplungsteile beim Entkupplungsvorgang aneinander kleben bleiben oder daß es zu einem Klemmen zwischen den beiden Kupplungsteilen kommt.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß an dem Ende des Muffenteils, das dem Steckerteil zugewandt ist, ein relativ großer Totraum aufgrund einer muldenförmigen Vertiefung vorhanden ist. Zum gründlichen Ausspülen des Totraumes wird beim Spülvorgang eine größere Menge eines Spülfluids benötigt und ferner ist durch den Totraum die Gefahr einer Restansammlung des Umgebungsmediums gegeben. Dadurch kann es zu einem Ausfrieren von Feuchtigkeit kommen, die ebenfalls den Entkupplungsvorgang behindern kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupplung für Fluide zu schaffen, mit der das Ankuppeln und insbesondere das Abkuppeln unter Vermeidung der beim Stand der Technik auftretenden Nachteile sowie der Spülvorgang vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Kupplung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeich­ nenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Durch den Aufbau der erfindungsgemäßen Kupplung kann beim Kupplungsvorgang kein Umgebungsmedium in das zu verbin­ dende Tanksystem eindringen. Ferner ist das Totvolumen zwischen einem aufnehmenden Kupplungsteil und einem ein­ dringenden Kupplungsteil aufgrund konstruktiver Maßnahmen auf ein Minimum reduziert. Das in dem Totvolumen einge­ schlossene Umgebungsmedium wird vor dem eigentlichen Be­ tankungsvorgang durch eine entsprechende Schaltung eines Ventils, das entweder in dem aufnehmenden oder in dem eindringenden Kupplungsteil enthalten sein kann, über ein Spülmedium, beispielsweise ein Inertgas oder das Arbeits­ medium selbst, in die Umgebung oder eine Rückgewinnungs­ anlage verdrängt. In einer Ausführungsform erfolgt das An- und Abkuppeln über eine am eindringenden Kupplungs­ teil verdrehbar angeordnete Überwurfmutter, die über ein Gewinde oder mindestens einem Zapfen in Eingriff mit einem am aufnehmenden Kupplungsteil ausgebildeten Gewinde steht. Über diese Verbindung ist eine definierte Ver­ schiebung der zu verkuppelnden Teile möglich. Während des An- oder Abkuppelns wird die Überwurfmutter manuell oder automatisch gedreht. Über die Steigung des Gewindes, die so ausgelegt ist, daß noch Selbsthemmung zwischen den zu verbindenden Teilen besteht, erfolgt die axiale Ver­ schiebung der zu verkuppelnden Teile zueinander. In einer anderen Ausführungsform kann die Überwurfmutter an dem aufnehmenden Kupplungsteil angeordnet sein und das Ge­ winde entsprechend am eindringenden Teil ausgebildet sein.

Der erfindungsgemäße Aufbau der Kupplung hat ferner den Vorteil, daß der Kupplungsvorgang kontinuierlich erfolgt. Während des Aufeinanderzubewegens der beiden miteinander zu verbindenden Kupplungsteile erfolgt zunächst der Spül­ vorgang, der sich in einem kurzen Zischen des austre­ tenden Gases äußert und eine kurze Zeitspanne von maximal einer Sekunde dauert. Ist der Spülvorgang beendet, liegt bereits das eindringende Kupplungsteil dichtend am auf­ nehmenden Kupplungsteil an. Bei der kontinuierlich erfol­ genden Weiterbewegung, beispielsweise des eindringenden Kupplungsteiles, erfolgt schließlich das Öffnen eines zweiten Ventils, so daß der Kupplungsvorgang beendet und das Arbeitsmedium durch die Kupplungsteile hindurch­ strömen kann.

Auch beim Entkupplungsvorgang kann keine Luft bzw. ein Umgebungsmedium in das zu befüllende Tanksystem eindrin­ gen, da das Ventil des zu befüllenden Tanksystems bereits geschlossen ist, wenn ein Umgebungsmedium in den zwischen den beiden Kupplungsteilen vorhandenen Zwischenraum ein­ dringen kann. Auch in das Tanksystem, aus dem das Ar­ beitsmedium entnommen wird, kann kein Umgebungsmedium eindringen, da das Ventil am Kupplungsteil dieses Tank­ systems sofort durch das Arbeitsmedium und gegebenenfalls durch eine Feder verschlossen wird und das eventuell noch aus­ strömende Arbeitsmedium ein Eindringen des Umgebungsme­ diums verhindert.

Besonders vorteilhaft für den Entkupplungsvorgang ist der Einsatz von Heizvorrichtungen, die an den sich im gekuppelten Zustand gegenüberliegenden Kupplungsteilen angeordnet sind. Durch die Wärme der Heizvorrichtungen können gezielt feuchtigkeitsgefährdete Bereiche erwärmt werden, so daß ein Festfrieren der gegenüberliegenden Kupplungsteile vermieden wird. Die Heizvorrichtungen kön­ nen Widerstandsdrähte und/oder Folien sein. Zum Schutz der Bedienungsperson ist das mit einer Heizvorrichtung versehene Kupplungsteil mit einer elektrischen Isolierung versehen. Zur maximalen Ausbeutung der Wärme ist eine Wärmeisolierung, beispielsweise eine Aluminiumfolie, auf der zur Isolierung des Kupplungsteiles zugewandten Ober­ fläche der Heizvorrichtung angeordnet. Die Heizvorrich­ tung kann eine Heizwendel sein, die in der von Infrarot­ strahlern mit Quarzglasheizstäben bekannten Weise ange­ ordnet und isoliert sind. Durch die erfindungsgemäße An­ ordnung der Heizvorrichtungen werden nur die gefährdeten Bereiche erwärmt, während die Innenleitungen und beson­ ders die an die Kupplung angeschlossenen Leitungen kalt bleiben. Ferner ist über die Heizvorrichtungen eine große Heizleistung installierbar und damit eine ausreichende Erwärmung innerhalb von Sekunden möglich, so daß die mit­ einander verbundenen Kupplungsteile rasch gelöst werden können.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zei­ gen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Kupplung, bei der die beiden äußeren Enden der zu verbindenden Kupp­ lungsteile verschlossen sind,

Fig. 2 eine Abwicklung des Bajonett-Verschlusses am äußeren Ende des aufnehmenden Kupplungsteiles, die das Steilgewinde zur axialen Verschiebung der Kupplungsteile zeigt,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Kupplungsteile längs der Linie I-I in der Fig. 1,

Fig. 4 eine Teilansicht des in der Fig. 1 gezeigten Längsschnittes, bei der die Kupplungsteile so­ weit aufeinanderzubewegt sind, daß sich eine Austrittsöffnung im eindringenden Kupplungsteil für den Spülvorgang geöffnet hat,

Fig. 5 eine weitere Teilansicht des in der Fig. 1 ge­ zeigten Längsschnittes, bei der sich die Kupp­ lungsteile soweit aufeinanderzubewegt haben, daß die Austrittsöffnung zur Umgebung hin verschlossen ist,

Fig. 6 eine weitere Teilansicht des in der Fig. 1 ge­ zeigten Längsschnittes, die die Endlagen der in den Kupplungsteilen angeordneten Ventilen zeigt, bei denen das Arbeitsfluid durch die Kupplungsleitungen hindurchströmen kann,

Fig. 7 eine geschnittene Teilansicht entsprechend der Fig. 1, die die dichtende Anlage des äußeren Endes des aufnehmenden Kupplungsteils an eine am eindringenden Kupplungsteil ausgebildete Dichtfläche zeigt und

Fig. 8 eine Teilansicht eines Längsschnittes einer weiteren Ausführungsform einer Kupplung für Fluide, wobei die Kupplungsteile jeweils mit Heizvorrichtungen versehen sind.

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Kupplung 1, bei der ein eindringendes Kupplungsteil 2 in ein aufnehmendes Kupplungsteil 3 eingeführt wird. Die beiden Kupplungs­ teile sind an ihren Außenflächen 4, 5 über eine Überwurf­ mutter 6 miteinander verbunden. Die Fig. 1 zeigt den Moment des Kupplungsvorganges, bei dem sich die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen 32 und 50b der Kupplungsteile 2, 3 gerade berühren. In diesem Zustand besteht noch eine Ver­ bindung mit der Umgebung über den zwischen den Kupplungs­ teilen 2 und 3 ausgebildeten Zwischenraum 9.

Das eindringende Kupplungsteil 2 besteht aus einem Außen­ rohr 10, das in bezug auf die Fig. 1 an seinem oberen Ende mit einem Ringkörper 11 luftdicht verbunden ist, der eine konisch geformte Dichtfläche 12 aufweist. Ferner ist an diesem Ringkörper 11 ein Absatz bzw. eine Schulter 13 ausgebildet, die zur Halterung der Überwurfmutter 6 dient. Zur Lagesicherung der Überwurfmutter 6 kann ober­ halb der Überwurfmutter 6 ein Seegerring 14 oder dergleichen im Ringkörper 11 befestigt sein. Am zum Ringkörper 11 gegen­ überliegenden Ende des Außenrohres 10 ist ein weiterer Ringkörper 15 luftdicht mit dem Außenrohr 10 verbunden. Sowohl der obere als auch der untere Ringkörper 11, 15 sind an einem Innenrohr 16 luftdicht befestigt. Ein zwi­ schen dem Außenrohr 10 und dem Innenrohr 16 sich erge­ bender Zwischenraum 17 ist wärmeisoliert, indem beispielsweise im Zwischenraum 17 ein Vakuum erzeugt wird. Innerhalb des Innenrohres 16 ist axial verschieblich ein Ventil 18 angeordnet, das aus einem Kolben 19 und einem Ventilkegel 20 besteht. Das obere Ende 21 des Ventilkolbens 19 ist in einer Bohrung 22 eines Ringes 23 geführt, der mit Durchgangsöffnungen 24 versehen ist. Der Ring 23 liegt an einem im Innenrohr 16 ausgebildeten Absatz 25 an. An der Unterseite 26 des Ringes 23 liegt eine Druckfeder 27 an, die über den Kolben 19 des Ventils 18 geführt wird und sich auf der Oberseite 28 des Ventilkegels 20 abstützt. Der Ventilkegel 20 weist eine in Richtung auf das äußere Ende des aufnehmenden Kupplungsteiles konisch zulaufende Dichtfläche 29 auf. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, kommt die Dichtfläche 29 in dichtende Anlage mit einer im unteren Ringkörper 15 entsprechend geformten, konischen Dichtfläche 30 einer Durchgangsöffnung 31. Die kreisförmige Außenoberfläche bzw. Stirnfläche 32 des Ventilkegels 20 bildet eine Ebene mit der Außenoberfläche 33 bzw. Stirnfläche des unteren Ringkörpers 15.

Das aufnehmende Kupplungsteil 3 besteht ebenfalls aus einem Außenrohr 34 und einem Innenrohr 35, die durch einen evakuierten Zwischenraum 36 voneinander beabstandet sind. An ihrem in bezug auf die Fig. 1 oberen Ende 37 sind die beiden Rohre 34 und 35 über einen Kreisring 38 luftdicht miteinander verbunden.

Der Ringkörper oder Kreisring 38 weist an seiner Außenoberfläche 5 ein Steilgewinde 39 für einen Schraub- bzw. Bajonettverschluß 40 auf, wie dies in der Fig. 2 gezeigt ist. Der Bajonettverschluß 40 kann aus einem oder mehreren Zapfen 41 bestehen, die an der Innenseite der Überwurfmutter 6 angeformt sind. Diese Zapfen 41 stehen beim An- oder Abkupplungsvorgang in Eingriff mit dem Steilgewinde 39. Der Kreisring 38 weist ferner an seiner Innenfläche 42 zwei unterschiedlich geneigte Abschrägungen 43 und 44 auf, die an ihrer Schnittlinie eine Dichtkante 45 bilden.

Das innere Ende des aufnehmenden Kupplungsteiles 3 ist ca. 15 bis 20 cm vom oberen Ende 37 beabstandet, um den Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium und dem Umgebungsmedium geringzuhalten. Das innere oder untere Ende des aufnehmenden Kupplungsteiles 3 besteht aus einem zylindrischen Ringkörper 46, dessen Außenfläche durch mindestens eine Gleitdichtung 47 gegenüber dem Innenrohr 35 abgedichtet ist. Die Gleitdichtung 47 ist in der Regel eine PTFE-Dichtung.

Der Ringkörper 46 weist eine Durchgangsöffnung 48 mit einer konischen Dichtfläche 49 auf. In der Durchgangsöffnung 48 liegt im ungekoppelten Zustand ein ortsfester Ventilkegel 50 eines Ventils 51 über eine entsprechend konisch ausgebildete Dichtfläche 52 an der Dichtfläche 49 des Ringkörpers 46 an. Die konische Dichtfläche 52 des Ventilkegels 50 endet ungefähr in der Höhe der Außenoberfläche 46a des Ringkörpers 46. An die konische Dichtfläche 52 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt 50a an, dessen Durchmesser mit dem Durchmesser der Stirnfläche 32 des Ventilkegels 20 übereinstimmt. Auf diese Weise werden bei Anlage der Stirnfläche 32 an einer Stirnfläche 50b des Ventilkegels 50 Überschneidungen vermieden, die einen ungünstigen Strömungswiderstand und Totraum bewirken. Ferner steht der zylindrische Abschnitt 50a in Richtung der senkrechten x-Achse über die Außenoberfläche 46a um einen bestimmten Betrag über, so daß sich bei der Anlage der beiden Stirnflächen 32 und 50b aneinander ein Abstand "z (x)" zwischen der Außenoberfläche 33 des Ringkörpers 15 und der Außenoberfläche 46a des Ringkörpers 46 ergibt.

Der Abstand "z (x)" ist so bemessen, daß beim Spülvorgang in der Durch­ gangsöffnung 31 ein ausreichend großer Spalt "s (x)" zwischen den Dichtflächen 29 und 30 lange genug geöffnet ist, um das Umgebungsmedium aus dem Zwischenraum 9 zu verdrängen. Die Größe des Spaltes "s (x)" ist abhängig von der Menge des auszuspülenden Mediums und der Verschiebegeschwindigkeit der sich aufeinanderzu bewegenden Kupplungsteile 2 und 3. In der Regel beträgt der Abstand "z (x)" ungefähr 1 bis 2 mm. Während des Spülvorganges öffnet sich das Ventil 18 bis auf einen maximalen Spalt "s (x)" von ungefähr 1 mm. Gleichzeitig verringert sich beim Spülvorgang ein Spalt "d (x)" zwischen einer am Ringkörper 46 ausgebildeten Dichtfläche 60a und einer am Ringkörper 15 ausgebildeten Dichtfläche 33a.

Bei Ausbildung der Dichtflächen 60a und 33a in einer in bezug auf die Fig. 1 waagrechten Ebene entspricht die Verringerung des Spaltes "d (x)" der Vergrößerung des Spaltes "s (x)", wobei die Summe dieser beiden Spaltbeträge eine Konstante ist, nämlich der Anfangswert des Spaltes "d_o", der in der vorliegenden Ausführungsform bei ungefähr 1 bis 2 mm liegt.

Bei Ausbildung der Dichtflächen 60a und 33a als jeweils ein unter einem Winkel α geneigter Konus entspricht die Vergrößerung des Spaltes "s (x)" der entsprechenden Verringerung des Betrages d (x) · cos α.

Der Anfangswert des Spaltes "d_o" liegt vor, wenn die Stirnfläche 50b des ortsfesten Ventilkegels 50 die gegenüberliegende Stirnfläche 32 des Ventilkegels 20 berührt. In dieser Stellung hat der Bajonett-Verschluß 40 gerade gefaßt, wie dies aus dem Abschnitt 39b der Fig. 2 hervorgeht. Der Spülvorgang ist abgeschlossen, wenn der Spalt "d (x)" geschlossen ist.

Der axial verschiebbare zylindrische Ringkörper 46 wird durch eine Druckfeder 53 in seiner Lage gehalten. Die Druckfeder 53 stützt sich an der Unterseite 54 des Ringkörpers 46 ab und wird durch die sich nach unten erstreckende zylindrische Innenwand 55 geführt. Das gegenüberliegende Ende 56 der Druckfeder 53 liegt an einem mit Durchgangsöffnungen 57 versehenen Teil 58 des Innenrohres 35 an, das sich über den Querschnitt des Innenrohres 35 erstreckt. An dem Teil 58 ist ein am Ventilkegel 50 angeformter Kolben 59 des Ventils 51 befestigt.

In der Fig. 2 ist das an der Außenoberfläche des Kreisringes 38 ausgebildete Steilgewinde 39 gezeigt. Die Steigung des Steilgewindes 39 ist so groß wie möglich gewählt, um einen raschen An- oder Abkupplungsvorgang zu erreichen. Jedoch sollte die Steigung maximal so groß sein, daß noch eine Selbsthemmung der Verbindung zwischen der Überwurfmutter 6 und dem Steilgewinde 39 gewährleistet ist. In dem in der Fig. 2 gezeigten ersten Abschnitt 39a, bestehend aus dem Übergang von einem senkrechten in einen waagrechten Verlauf, erfolgt das Einfädeln oder Einrücken des jeweiligen Zapfens 41. Während des zweiten Abschnittes 39b, der aus einem Übergang aus dem waagrechten Verlauf in einen schrägen Verlauf besteht, faßt der Bajonett-Verschluß und ferner liegen die Stirnflächen 32 und 50b gerade an. Die jeweilige Position, in der das Fassen des Bajonett- Verschlusses 40 bzw. die Anlage der Stirnflächen 32 und 50b erfolgt, hängt von den gegebenen Toleranzen der einzelnen Kupplungsteile ab. In dem sich anschließenden, schräg verlaufenden Abschnitt 39c, der sich maximal über 1/3 bis 1/4 der verbleibenden Länge des Steilgewindes 39 erstreckt, erfolgt der Spülvorgang. Während des Restabschnittes 39d bis zur Verriegelungsstellung 39e wird beim Verdrehen der Überwurfmutter 6 das Ventil 51 betätigt, so daß ein Spalt "s′(x)" zwischen der Dichtfläche 49 des Ringkörpers 46 und der Dichtfläche 52 des Ventilkegels 50 entsteht.

Die Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie I-I in der Fig. 1. Aus der Querschnittsansicht der Fig. 3 geht insbesondere die Ausbildung des Ringes 23 mit seinen Durchgangsöffnungen 24 und der in der Mitte befindlichen Bohrung 22 zur Führung des Kolbens 19 hervor. Ferner ist aus der Fig. 3 der geringe Abstand a zwischen dem Außenrohr 10 des eindringenden Kupplungsteiles 2 und dem Innenrohr 35 des aufnehmenden Kupplungsteiles 3 ersichtlich. Der Abstand a ist so klein wie möglich und liegt in der Regel bei weniger als 0,5 mm.

Die Fig. 4 zeigt den Spülvorgang. Durch Drehen der Überwurfmutter 6 werden beide Kupplungsteile 2 und 3 ineinandergeschoben. Der Ventilkegel 20 des Ventils 18 im eindringenden Kupplungsteil 2 wird durch den ortsfesten Kegel 50 im aufnehmenden Kupplungsteil 3 von seinem Sitz gehoben, so daß der ringförmige Spalt "s (x)" zwischen der Dichtfläche 29 des Ventilkegels 20 und der Dichtfläche 30 des Ringkörpers 15 entsteht. Wie aus der Fig. 4 ferner ersichtlich ist, ist die Durchgangsöffnung 48 des Ringkörpers 46 durch den Ventilkegel 50 noch verschlossen. Durch Pfeile ist die Durchflußrichtung des Spülmediums angedeutet, das ein Inertgas oder ein sonstiges Fluid, beispielsweise das Arbeitsfluid, sein kann.

Die Fig. 5 zeigt das Ende des Spülvorganges beim Kupplungsvorgang, bei dem die konische Dichtfläche 33a des Ringkörpers 15 und die entsprechend angepaßte konische Dichtfläche 60a des Ringkörpers 46 dichtend aneinanderliegen. Ein Durchfluß des Arbeitsmediums ist noch nicht möglich, da die Durchgangsöffnung 48 im zylindrischen Ringkörper 46 noch verschlossen ist.

In einer anderen Ausführungsform sind die Dichtflächen 33a und 60a eben ausgebildet und können jeweils mit einem geeigneten Tieftemperaturdichtelement ausgestattet sein.

Wie in der Fig. 6 dargestellt ist, öffnet sich bei einer weiteren Verschiebung der Kupplungsteile 2, 3 die Durchgangsöffnung 48, indem der zylindrische Ringkörper 46 über den Ringkörper 15 in bezug auf die Fig. 6 nach unten geschoben wird. Der dadurch entstehende Spalt weist an seiner engsten Stelle einen Abstand "s′(x)" von ca. 2 bis 5 mm auf.

In der Fig. 7 ist entsprechend der in der Fig. 6 dargestellten Endlage der beiden Ventile 18, 51 die Endlage der Überwurfmutter 6 bzw. der dichtend aneinanderliegenden Dichtfläche 12 und Dichtkante 45 gezeigt.

Die Fig. 8 zeigt eine Kupplung 1′, die sich von der Kupplung 1 der Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß die Kupplungsteile 2 und 3 mit Heizungsvorrichtungen 62 und 63 versehen sind. Im Prinzip ist jede Heizvorrichtung anwendbar, die in den beengten Raumverhältnissen unterbringbar ist. Im vorliegenden Fall ist eine elektrische Heizung gewählt, deren Aufbau aus Widerstandsdrähten besteht, die von einer elektrischen Isolation 64, 65 umgeben sind, an die sich in Richtung des jeweiligen Zwischenraumes 17, 36 eine Wärmeisolierung 68, 69 anschließt. Durch die Wärmeisolation 68, 69 wird die durch die Widerstandsdrähte erzeugte Wärme in Richtung auf das zu erwärmende Teil reflektiert. Wie aus der Fig. 8 hervorgeht, liegt die elektrische Isolation 64, 65 direkt an dem zu isolierenden Rohrteil an. Die Heizvorrichtungen 62 und 63 überdecken die für den Entkupplungsvorgang problematischen Bereiche, das sind insbesondere die Bereiche, die durch das Eindringen von Feuchtigkeit miteinander festfrieren.

In einer besonderen Ausführungsform ist die Heizungsvorrichtung 62 auf der Innenseite des Außenrohres 10 des eindringenden Kupplungsteils 2 angeordnet, wobei die Heizungsvorrichtung 62 in der Höhe des oberen Endes des Ringkörpers 11 beginnt und oberhalb des Ringkörpers 15 endet. Die Dicke der Heizungsvorrichtung 62 ist so bemessen, daß in dem Zwischenraum 17 zwischen dem Außenrohr 10 und dem Innenrohr 16 durch das Vakuum noch eine ausreichend gute Isolierung gewährleistet ist. Die Heizungsvorrichtung 63 ist am Innenrohr 35 des aufnehmenden Kupplungsteiles 3 so angeordnet, daß die zylindrische Heizungsvorrichtung 63 an der Unterseite des Kreisringes 38 beginnt und in Höhe des zylindrischen Ringkörpers 46 endet. Die Dicke der Heizungsvorrichtung 63 ist so bemessen, daß noch eine genügend gute Isolierung durch das Vakuum in dem Zwischenraum 36 zwischen dem Außenrohr 34 und dem Innenrohr 35 gewährleistet ist. Bei der Leitung brennbarer Gase sind die Heizungsvorrichtungen 62, 63 entsprechend so isoliert, daß keine Explosionsgefahr besteht.

Die Minimierung des Totvolumens in dem Zwischenraum 9 wird durch enge Toleranzen sowie durch eine hohe Anpassung der gegenüberliegenden Außenkonturen der beiden Kupplungsteile 2 und 3 erreicht.

Zwar sind in den Fig. 1 bis 8 die Kupplungsteile 2 und 3 senkrecht übereinander dargestellt, mit den Kupplungen 1 und 1′ ist jedoch ein Tankvorgang in allen möglichen Richtungen durchführbar. Dies steht im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem eine senkrechte oder zumindest nach unten geneigte Anordnung notwendig ist, damit kein Arbeitsmedium beim Kupplungsvorgang aus dem Zwischenraum 9 zur Dichtkante 45 laufen, dort verdampfen und als Gas wieder in das innenliegende Leitungssystem zurückgedrückt werden kann, wodurch ein ständiger Wärmeaustausch gegeben ist.

Claims (28)

1. Kupplung für Fluide, mit einem aufnehmenden Kupplungsteil (3) und einem eindringenden Kupplungsteil (2), mit Ventilen, die an den einander zugewandten Enden der beiden Kupplungsteile (2, 3) angeordnet sind, wobei im abgekuppelten Zustand die Durchgangsöffnungen (31, 48) der Ventile verschlossen sind und beim Ankupplungsvorgang das eine Ventil (18) die eine Durchgangsöffnung (31) für einen Spülvorgang öffnet, während die andere Durchgangsöffnung (48) des zweiten Ventils (51) geschlossen bleibt, mit einer Dichtung, die am oberen Ende (37) des aufnehmenden Kupplungsteils (3) ausgebildet ist, die nach dem Spülvorgang den Zwischenraum (9) zwischen dem aufnehmenden Kupplungsteil (3) und dem eindringenden Kupplungsteil (2) zur Umgebung hin verschließt, wobei sich nach dem Schließvorgang bei einer weiteren axialen Annäherung der beiden zu kuppelnden Kupplungsteile (2, 3) die Durchgangsöffnung (48) des zweiten Ventils (51) öffnet, so daß das Arbeitsfluid durch die Kupplung hindurchströmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (18, 51) jeweils einen Ringkörper (15, 46) aufweisen, wobei an den sich gegenüberstehenden Außenoberflächen (33, 60) der Ringkörper (15, 46) Dichtflächen (33a und 60a) ausgebildet sind, die am Ende des Spülvorganges dichtend aneinanderliegen, daß das Totvolumen in dem Zwischenraum (9) zwischen den einander gegenüberliegenden Wänden (10, 35) der Kupplungsteile (2, 3) einschließlich des Zwischenraums zwischen den Außenoberflächen (33, 60) der Ringkörper (15, 46) durch enge Toleranzen und eine weitestgehende Anpassung der gegenüberliegenden Außenkonturen minimiert ist und daß in den Kupplungsteilen (2, 3) Heizungsvorrichtungen (62, 63) in Zwischenräumen (17, 36) der Kupplungsteile (2, 3) angeordnet sind, die sich nach dem Betankungsvorgang einschalten, wobei die Heizungsvorrichtungen (62, 63) mindestens die gegenüberliegenden, feuchtigkeitsgefährdeten Oberflächen der Wände der Kupplungsteile (2, 3) erwärmen, um ein leichteres Lösen zu ermöglichen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen der Durchgangsöffnungen (48, 31) in umgekehrter Reihenfolge erfolgt, wobei der Schließvorgang durch Druckfedern (27, 53) beschleunigt ist.

3. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Verschiebung der Kupplungsteile (2, 3) beim Kupplungsvorgang über eine Überwurfmutter (6) erfolgt, die sich an dem einen Kupplungsteil (2) abstützt und mit dem anderen Kupplungsteil (3) über eine Schraub- oder Bajonettverbindung in Eingriff steht.

4. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schraub- oder Bajonettverschluß (40) in ein Steilgewinde (39) eingreift, dessen Steigung möglichst groß ist, wobei die Selbsthemmungsgrenze nicht überschritten ist.

5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eindringende Kupplungsteil (2) sowie das aufnehmende Kupplungsteil (3) jeweils aus einem Außenrohr (10, 34) und einem Innenrohr (16, 35) bestehen, wobei die Außenrohre von den Innenrohren jeweils durch einen Zwischenraum (17, 36) voneinander beabstandet sind und die Zwischenräume (17, 36) evakuiert sind.

6. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aufnehmende Kupplungsteil (3) an seinem oberen Ende (37) einen Kreisring (38) aufweist, der den Zwischenraum (36) zwischen dem Außenrohr (34) und dem Innenrohr (35) verschließt und daß auf der dem eindringenden Kupplungsteil (2) zugewandten Innenfläche (42) des Kreisringes (38) eine flächenförmige oder linienförmige Dichtung ausgebildet ist.

7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die linienförmige Dichtung eine Dichtungskante (45) ist, die durch unterschiedliche Abschrägungen (43, 44) der Innenfläche (42) gebildet ist.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der Dichtungskante (45) eine geeignete Dichtfläche (12) am anderen Kupplungsteil (2) vorgesehen ist.

9. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem aufnehmenden Kupplungsteil (3) ein als Ventil wirkender zylindrischer Ringkörper (46) über eine Druckfeder (53) an ein ortsfestes Ventil (51) im ungekoppelten Zustand gedrückt ist, wobei sich ein Ventilkegel (50) des ortsfesten Ventils (51) dichtend an eine Dichtfläche (49) einer in dem zylindrischen Ringkörper (46) ausgebildeten Durchgangsöffnung (48) anlegt.

10. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ortsfeste Ventilkegel (50) des Ventils (51) um einen bestimmten Betrag über die Außenoberfläche (46a) des Ringkörpers (46) vorsteht, wobei der überstehende Teil des Ventilkegels (50) bei Anlage der Stirnflächen (32 und 50b) der Ventilkegel (20, 50) einen Ab­ stand "z (x)" zwischen der Außenoberfläche (46a) des Ringkörpers (46) und der Außenoberfläche (33) des Ringkörpers (15) bewirkt, daß der Abstand "z (x)" so bemessen ist, daß beim Spülvorgang ein ausreichend großer Spalt "s (x)" zwischen den Dichtflächen (29 und 30) entsteht.

11. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spalt "d (x)" zwischen einer äußeren, am Ringkörper (15) ausgebildeten Dichtfläche (33a) und einer am Ringkörper (46) ausgebildeten Dichtfläche (60a) beim Beginn des Spülvorganges einen Anfangswert "d_o" aufweist, der sich während der Annäherung der zu verbindenden Kupplungsteile (2, 3) entsprechend verringert, wobei die Summe der jeweiligen Ist-Werte der Spalte d(x)·cos x+s(x)=d_o den Anfangswert "d_o" ergibt.

12. Kupplung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschiebbare, zylindrische Ringkörper (46) über mindestens eine Gleitdichtung (47) gegenüber dem Innenrohr (35) abgedichtet ist.

13. Kupplung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckfeder (53) an ihrem, dem zylindrischen Ringkörper (46) gegenüberliegenden Ende (56) an einem sich über den Querschnitt des Innenrohres (35) erstreckenden Teil (58) abstützt, an dem ferner das Ventil (51) über einen Kolben (59) ortsfest befestigt ist.

14. Kupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (58) Durchgangsöffnungen (57) aufweist, damit das Arbeitsmedium durchströmen kann.

15. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Ringkörper (46) an seinem dem eindringenden Kupplungsteil (2) zugewandten Ende eine konische oder ebene Dichtfläche (60a) aufweist.

16. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eindringende Kupplungsteil (2) an seinem dem zylindrischen Ringkörper (46) gegenüberliegenden Ende den Ringkörper (15) aufweist, der den Zwischenraum (17) zwischen dem Außenrohr (10) und dem Innenrohr (16) luftdicht verschließt und der gegenüber der Dichtfläche (60a) des zylindrischen Ringkörpers (46) die entsprechend geformte Dichtfläche (33a) aufweist.

17. Kupplung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringkörper (15) eine Durchgangsöffnung (31) ausgebildet ist, an der eine konische Dichtfläche (30) angeformt ist, in der das Ventil (18) im ungekoppelten Zustand dichtend in Anlage steht.

18. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (18) an seiner der Dichtfläche (30) des Ringkörpers (15) gegenüberliegenden Umfangsfläche eine entspre­ chend konisch geformte Dichtfläche (29) aufweist.

19. Kupplung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (29) an einem Ventilkegel (20) ausgebildet ist, dessen Stirnfläche (32) mit der Außenoberfläche (33) des Ringkörpers (15) eine Ebene bildet.

20. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (18) einen Kolben (19) aufweist, der durch einen im Innenrohr (16) gehalterten Ring (23) geführt ist und daß zwischen dem Ring (23) und dem Ventilkegel (20) eine Druckfeder (27) angeordnet ist, die zum einen die dichtende Anlage des Ventils (18) an der Durchgangsöffnung (31) des Ringkörpers (15) gewährleistet und zum anderen den Schließvorgang beim Entkuppeln beschleunigt.

21. Kupplung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (23) Durchgangsöffnungen (24) für das Durchströmen des Arbeitsmediums bzw. Spülmediums aufweist.

22. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsteile aus einem mediumbeständigen Werkstoff bestehen.

23. Kupplung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsteile aus rostfreiem Stahl sind.

24. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizungsvorrichtungen (62, 63) elektrisch betrieben sind.

25. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizungsvorrichtungen (62, 63) im Fall der Leitung brennbarer Gase explosionsgeschützt ausgeführt sind.

26. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Heizungsvorrichtung (62, 63), bestehend aus einer elektrischen Heizung, die von einer elektrischen Isolation (64, 65) umgeben ist, und einer Wärmeisolation (68, 69) zur Reflexion der von der Heizung erzeugten Wärme, wobei die Wärmeisolation (68, 69) zum evakuierten Zwischenraum (17, 36) hin ausgebildet ist.

27. Kupplung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizung Widerstandsdrähte aufweist.

28. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eindringende Kupplungsteil (2) eine Länge von ca. 15 bis 20 cm aufweist.