DE60018811T2

DE60018811T2 - Kupplung mit Ventilen

Info

Publication number: DE60018811T2
Application number: DE2000618811
Authority: DE
Inventors: Gerrit Klaas Bunschoten; Brian David Haworth; Lambertus Gerardus Van Der Heijden
Original assignee: JohnsonDiversey Inc
Current assignee: Diversey Inc
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2020-05-27
Also published as: DE60007866T2; JP2003502227A; EP1318100A1; US6325099B1; DE60007866D1; WO2000076905A2; BR0011408A; EP1192101A2; EP1318100B1; CA2373864A1; TR200103559T2; AU5073500A; CA2373864C; DE60018811D1; WO2000076905A3; ES2236434T3; ATE290997T1; ATE258146T1; AU758635B2; EP1192101B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung zum Verbinden zweier Hohlkörper wie bspw. eines Behälters mit einem Rohr.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine solche Kupplung ist bspw. aus der EP 0 270 302 bekannt, die eine Kupplung für eine Verpackungs- und Ausgabeanordnung für flüssige Produkte beschreibt, bei der eine Flüssigkeit aus einem Behälter über die Kupplung und durch ein Rohr zum Einsatzpunkt gepumpt wird. Die Kupplung hat ein erstes verbindbares Element mit einem hohlen Pfosten und eine vorgespannte Hülse, die Öffnungen im hohlen Pfosten schließt, sowie ein zweites verbindbares Element mit einer hohlen Umhüllung und einem vorgespannten Kolben, der eine Öffnung am Ende der Umhüllung schließt. Die Teile sind so gestaltet, dass beim Herstellen der Verbindung der Pfosten den Kolben und die Umhüllung die Hülse so verschieben, dass Flüssigkeit fließen kann.
In einer Form kann der Behälter zusammenleg- bzw. -faltbar sein; er befindet sich vorzugsweise in einem Lager- und Versandkarton bzw. einer solchen Kiste. Die EP 0 270 302 erwähnt ein bei solchen Behältern auftretendes Problem dahingehend, dass beim Abnehmen des Behälters vom Rohr Reste der Flüssigkeit, die durch die Kupplung zwischen ihnen geflossen ist, austreten können und vergossen werden. Dies kann gefährlich sein, wenn die Flüssigkeit schädlich ist – bspw. ein stark alkalisches Produkt wie ein Reiniger für Indtustrie-Geschirrspülmaschinen.
Die Kupplung nach der EP 0 270 302 hat den Vorteil, dass nach dem Trennen beide Hohlkörper dicht verschlossen sind; außerdem reduziert sie das Verschütten. Jedoch hat sich ergeben, dass nach dem Trennen der Kupplung oft Flüssigkeit auf dem Ende des hohlen Pfostens und/oder dem Kolbenkopf zurück bleibt Diese Reste können natürlich für mit der Kupplung arbeitende Personen schädlich sein. Weiterhin verfestigen sich diese Reste und bilden mit der Zeit auf dem Kolbenkopf eine Kruste, die den dichten Verschluss der Dichtung zwischen dem Kolbenkopf und seinem Sitz beeinträchtigt.
Die US 5 211 197 offenbart eine Kupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung zielt auf eine Kupplung der genannten Art, die die erwähnten Nachteile im wesentlichen überwindet.
ANGABE DER ERFINDUNG
Hierzu zeigt die erfindungsgemäße Kupplung, dass beim Herstellen der Verbindung der mittige Bereich der Oberfläche des Kolbenkopfes anfänglich nur den mittigen Bereich der Oberfläche des geschlossenen Endes des Pfostens berührt und dass der so entstandene Kontaktbereich sich danach von der Mitte weg ausweitet und so alle Flüssigkeit zwischen den Oberflächen verdrängt.
HAUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Vorzugsweise sind die Oberfläche des Kolbenkopfes konvex und die des geschlossenen Pfostenendes konkav, wobei der Krümmungsradius des Kolbenkopfes kleiner ist als der des geschlossenen Pfostenendes. Weiterhin besteht vorzugsweise der Kolbenkopf und/oder das geschlossene Pfostenende aus einem flexiblen Material.
Ist der Kolben für Gas durchlässig und für Flüssigkeit undurchlässig, werden ein wesentlicher Unterdruck im Behälter und dadurch verursachte Funktionsfehler – bspw. ein Strömungsabriss – vermieden.
Generell ist wünschenswert, dass die verschiedenen Teile – also die Umhüllung und der Kolben sowie die Hülse und der Pfosten – koaxial sind und alle vier im gekuppelten Zustand auf einer gemeinsamen Achse liegen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen weiter erläutert, die schauildlich eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplung zeigen.
1 zeigt schaubildlich eine erfindungsgemäße Kupplung in einem ersten Stadium des Herstellens einer Verbindung;
2 und 3 zeigen einen schaubildlichen Schnitt durch die Kupplung der 1 im zweiten bzw. dritten Stadium des Herstellens einer Verbindung.
Die 1 zeigt eine Kupplung zum Verbinden zweier hohler Körper wie bspw. einen zusammenlegbaren oder starren Behälter mit einem Rohr oder Schlauch. Die Kupplung weist ein erstes verbindbares Element 10 mit einem Gehäuse 11 und in diesem einem hohlen Pfosten 12 auf, dessen Inneres mit dem Inneren des Körpers in Strömungsverbindung steht, an den das erste Element angesetzt ist. Der Pfosten 12 hat ein geschlossenes Ende 13 sowie hinter diesem vier Öffnungen 14. Der Pfosten 12 ist von einer Verschlusshülse 15 umgeben, die von einer Feder 16 in eine Lage vorgespannt ist, in der sie de Öffnungen 14 abdeckt, um eine Strömung aus dem Inneren des Pfostens 12 hinaus zu verhindern. Das Gehäuse 11 ist mit einem zylindrischen Schlüssel 17 versehen, der auf der Innenseite mit Spiralnuten versehen ist und vorzugsweise einen Innendurchmesser in einem Bereich von 40 bis 90 mm hat.
Weiterhin zeigt die 1 ein zweites verbindbares Element 20 miteiner Kappe 21 mit einem zylindrischen Teil bzw. einer solchen Wandung 22, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Schlüssels 17 und die außen mit zwei Nasen bzw. Vorsprüngen 23 versehen ist. Die Vorsprünge 23 liegen jeweils in einem Abstand vom Ende der zylindrischen Wandung 22, so dass das zweite Element 20 in das erste Element eine gewisse Strecke L von bspw. 13 mm weit eingesetzt werden muss, bevor die Vorsprünge 23 am Anfang der entsprechenden Nuten 18 ankommen. Die Strecke L sollte vorzugsweise größer als 10 mm (aus praktischen Gründen vorzugsweise kleiner als 25 mm) sein.
Umgekehrt lassen sich Nuten außer auf der Kappe 21 vorsehen. In diesem Fall sind Vorsprünge auf der Innenseite einer zylindrischen Wandung im ersten Element in einer gewissen Entfernung vom Ende diese Wandung vorzusehen.
Die Steigung der Nuten 18 ist vorzugsweise größer als der Innenradius des Schlüssels 17, so dass sich eine Verbindung durch eine begrenzte Drehung der Elemente 10, 20 herstellen lässt.
Ein Korb 24 ist unten in die Kappe 21 eingesetzt und weist einen Kolben 25 mit einem Kolbenkopf 26 auf. Der Kolben 25, 26 ist mittels einer Feder 27 in eine Lage vorgespannt, in der er eine Öffnung 28 in der Kappe 21 verschließt. Die Kappe 21 weist eine ringförmig umlaufende vorstehend Kante 29 auf, deren Innendurchmesser im wesentlichen gleich der oder geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Verschlusshülse 15 des ersten Elements 10. In die umlaufende Kante 29 ist ein Gummiring 30 eingepasst, dessen Höhe geringer ist als die der Kante 29 und dessen Innendurchmesser im wesentlichen gleich der oder geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Pfostens 12 des ersten Elements 10. Der Ring 30 ist innen mit drei ringförmig umlaufenden Leisten 31 versehen, die den engen Passsitz verbessern und beim Trennen der Elemente 10, 20 den Pfosten 12 abwischen, während er durch den Ring 30 gezogen wird.
Der Kolbenkopf 26 ist aus einem flexiblen Material wie bspw. einem Elastomer hergestellt und hat eine konvexe Oberfläche. Weiterhin ist die Oberfläche des geschlossenen Endes 13 des Pfostens 12 konkav, wobei der Krümmungsradius des Kolbenkopfes 26 kleiner gewählt wird als der des geschlossenen Endes 13 des Pfostens 12. Beim Verbinden der Elemente 10, 20 wird also zwischen den beiden Oberflächen vorliegende Flüssigkeit verdrängt und werden Ansammlungen von Flüssigkeit oder Einschlüsse zwischen den Oberflächen verhindert.
Weiterhin lässt sich der Kolben 25 mit einer für Gas durchlässigen und für Flüssigkeit undurchlässigen Membran 41 versehen, um im Behälter den Unterdruck zu verhindern, wie er bspw. bei der Entnahme von Flüssigkeit aus dem Behälter entsteht. Wird eine solche Membran 41 verwendet, sollte der Kolbenkopf 26 gasdurchlässig sein. Dies lässt sich erreichen, indem man im Kolbenkopf einfach eine Perforation oder ein Loch 42 vorsieht. Um den Gasdurchgang zwischen der Membran und dem Behälterinneren zu verbessern, lassen sich eine oder mehr Öffnungen 43 in der Wand des Kolbens 25 vorsehen.
Alternativ kann man die Membran in der Kappe 21 anordnen, so dass eine Verringerung des Unterdrucks sich auch bei verbundenen Elementen 10, 20 erreichen lässt.
Die Membran wird vorzugsweise aus einer mikroporösen Polymerisatfolie hergestellt – bspw. (biaxial) gerecktem PTFE.
Die 1 zeigt das erste Stadium des Herstellens der Verbindung zwischen den Elementen 10, 20. Das Spiel T zwischen der Wandung 22 und dem Schlüssel 17 (d.h. die halbe Differenz zwischen dem Innendurchmesser des Schlüssels 17 und dem Außendurchemsser der Wandung 22) beträgt 0,5 mm und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 mm bis 1,0 mm oder allgemeiner in einem Bereich von 0,5 % bis 2 % des Innendurchmessers des Schlüssels 17. In Folge dieses Spiels lässt die Kappe sich problemlos in den Schlüssel 18 einführen. Ist das Verhältnis dieses Spiels T und der Strecke L, bis zu der das zweite in das erste Element eingeführt werden muss (also T/L), kleiner als 0,10, erfolgt die Zentrierung der Elemente relativ zueinander wirkungsvoll und selbsttätig und wird das Risiko vermieden, dass einer der Vorsprünge 23 den Anfang der Nuten 18 verpasst. Auch erfolgt im nächsten Stadium des Herstellens der Verbindung ein selbsttätiges Zentrieren des Pfostens 12 und des Kolbens 24.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Kupplung zwei oder mehr der Vorsprünge und entsprechende Nuten aufweisen kann, wobei mindestens zwei der Vorsprünge sich in der Gestalt und/oder Breite unterscheiden und die entsprechenden Nuten ihnen angepasst sind. In einer Umgebung, in der mehrere Behälter mit unterschiedlichen Inhalten angewandt werden, lässt sich ein Verwechseln von verbindbaren Elementen vermeiden, indem man solche unterschiedlichen Vorsprünge unterschiedlich kombiniert einsetzt. Die Vorteile eines Einsatzes von Kupplungen mit einem T/L-Verhältnis im vorerwähnten Bereich sind mit wachsender Anzahl (unterschiedlicher Vorsprünge in einer bestimmten Kupplung um so bemerkbarer.
Nach dem Einsetzen und Zentrieren werden die Elemente 10, 20, wie in den 2 und 3 gezeigt, relativ zueinander gedreht, so dass ein Kontakt zwischen der Verschlusshülse 15 und dem Gummiring 30 stattfindet. Bei weiterer Drehung beginnt der Pfosten 12, sich relativ zur vorgespannten Verschlusshülse 15 zu bewegen, da letztere vom Ring 30 im Stillstand gehalten wird.
Der Pfosten 12 ist nun in den Ring 30 eingesetzt und wird von ihm umschlossen; der Ring 30 wird von der Verschlusshülse 15 in Axialrichtung (geringfügig) komprimiert, so dass der Ring 30 sich radial zum Pfosten hin (geringfügig) aufzuweiten beginnt. In diesem Stadium ist die Reibung zwischen dem Pfosten 12 und dem Ring 30 noch verhältnismäßig gering, so dass der Anwender die Elemente problemlos drehen kann. Weiterhin steht der mittige Bereich der Oberfläche des Kolbenkopfes 26 nun in Berührung mit dem mittigen Bereich der Oberfläche des geschlossenen Endes 13 des Pfostens 12. Der so hergestellte Kontaktbereich erweitet sich danach von der Mitte weg, so dass nach dem Trennen der Kupplung zwischen den Oberflächen vorliegende Flüssigkeit und von ihr verursachte Verschmutzungen oder Verkrustungen vermieden werden.
Die 3 zeigt das abschließende Stadium des Herstellens der Verbindung. Die Elemente 10, 20 sind um einen Gesamtwinkel von etwa 45° gedreht und der Ring 30 ist so weit komprimiert worden, dass er den Pfosten 12 vollständig dicht abschließt. Die Gestalt der Innenseite des Ringes 30 hat sich nun der des Pfostens 12 angepasst und ein eng anliegender Passsitz ist erreicht, auch wenn der Pfosten 12 nach mehrjährigem Einsatzes erheblich abgenutzt ist.
Eines der Elemente lässt sich mit einer Steuerkurve 32 versehen, dass andere mit einem dünnen Kunststofffinger 33. Die Steuerkurve 32 und der Finger 33 sind so angeordnet, dass beim Drehen der Elemente 10, 20 die Steuerkurve 32 am Finger 33 vorbei läuft, so dass er sich ausbiegt und im wesentlichen gleichzeitig mit dem Erreichen einer ausreichenden Verbindung in seine Ausgangslage zurückrastet und dabei ein hörbares Geräusch – bspw. ein deutliches Klicken – abgibt, das dem Anwender mitteilt, dass kein weiteres Drehen mehr erforderlich ist.
Alternativ lässt sich ein Finger im Schlüssel 17 am Ende mindestens einer der Nuten 18 vorsehen. Sobald die Vorsprünge 23 das Ende ihrer Nuten erreichen und die Elemente 10, 20 geringfügig weiter gedreht werden, läuft der bzw. die Vorsprünge 23 an dem/den Finger(n) vorbei. Der/die Finger wird/werden gebogen und rastet/n zurück, wie oben beschrieben; im Fall eines starren Fingers wird der Vorsprung festgehalten, bis er durchrutscht und auf einen Anschlag hinter dem Finger (in der Bewegungsrichtung des Vorsprungs gesehen) aufschlägt.
Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung hat eines der beiden Elemente eine Kammer (oder ist es mit einer solchen verbunden), die Mittel zum Erfassen von Flüssigkeit in ihr enthält. Vorzugsweise handelt es sich dabei um das Element, das mit einem Rohr oder Schlauch verbunden ist. Dieses bevorzugte Merkmal ist nützlich in Systemen zur Handhabung eines flüssigen Produkts, wo es erforderlich oder wünschenswert ist, zu ermitteln, ob bzw. dass der Behälter leer ist, um dann eine Pumpe abzuschalten und/oder ein Alarmsignal auszulösen, das zum Auswechseln des Behälters auffordert. Zum Erfassen einer Flüssigkeit im der Kammer kann diese ein Reed-Elementkontakt oder beabstandete Elektroden aufweisen derart, dass etwa vorliegende Flüssigkeit einen Stromflussweg zwischen den Elektroden herstellt. Unabhängig von den zum Erfassen von Flüssigkeit eingesetzten Mitteln kann es wünschenswert sein, die Kammer mit einem Ventil zu versehen, das in den Schließzustand vorgespannt ist, aber öffnet und Luft in die Kammer einlässt, falls in ihr ein vorbestimmter Unterdruck herrscht – wenn bspw. die aus der Kammer auspumpende Pumpe bei leerem Behälter weiterläuft.
Obgleich die erfindungsgemäße Kupplungsform insbesondere für die oben ausgeführte Anwendung beschrieben wurde, lässt sie sich auch in anderen Fällen anwenden, wo eine Kupplung vorteilhaft ist, die Leckverluste aus zwei Hohlkörpern sowie ein Verschütten von Flüssigkeit beim Trennen derselben verhindert.
Die Erfindung ist daher nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt; vielmehr lässt letztere sich auf verschiedene Art und Weise im Rahmen der Ansprüche abändern.

Claims

Kupplung zum Verbinden zweier hohler Körper miteinander, die einen Kolben (25, 26) sowie ein erstes und ein zweites Element (10, 20) aufweist, die miteinander verbindbar und jeweils an eine Öffnung eines zugehörigen Körpers ansetzbar sind, um, wenn diese von der Kupplung miteinander verbunden sind, eine Flüssigkeitsströmung zwischen den Innenräumen der Körper zuzulassen und die Öffnungen im getrennten Zustand dicht zu verschließen, wobei das erste Element (10) einen hohlen Pfosten (12) aufweist, dessen Inneres mit dem Inneren des Körpers in Strömungsverbindung steht, an den das erste Element (10) angesetzt ist, und der ein geschlossenes Ende (13) und hinter letzterem mindestens eine Öffnung (14) hat, und wobei das erste Element (10) weiterhin eine Hülse (15) aufweist, die den Pfosten (12) umgibt und in eine Lage vorgespannt ist, in der sie die Öffnung (14) dicht verschließt, wobei das zweite Element (20) den Kolben (25, 26) in einer hohlen Umhüllung (21, 24) aufweist, deren Inneres in Strömungsverbindung mit dem des Körpers steht, an den das zweite Element (20) angesetzt ist, und der Kolben (25, 26) in eine Lage vorgespannt ist, in der er eine Öffnung (26) verschließt, und wobei der Pfosten (12), die Hülse (15), der Kolben (25, 26) und die Umhüllung (21, 24) so gestaltet sind, dass beim Verbinden der Elemente (10, 20) das geschlossene Ende (13) des Pfostens (12) sich durch die Öffnung (26) in der Umhüllung (21, 24) erstreckt und dabei den Kolben (25, 26) berührt und gegen seine Vorspannung verschiebt und die Hülse (15) gegen ihre Vorspannung in eine Lage verschiebt, in der sie die Öffnung (14) freilegt, so dass eine Strömung zwischen den hohlen Innenräumen der Umhüllung (21, 24) und des Pfostens (12) möglich wird, und beim Verbinden der Elemente (10, 20) der mittige Bereich der Oberfläche des Kolbenkopfes (26) zunächst nur den mittigen Bereich der Oberfläche des geschlossenen Endes (13) des Pfostens (12) berührt, welcher so ent standene Kontaktbereich sich danach von der Mitte weg erweitert, so dass zwischen den Oberflächen vorhandene Flüssigkeit verdrängt wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (25, 26) für Gas durchlässig und für Flüssigkeit undurchlässig ist.
Kupplung nach Anspruch 1, bei der die Oberfläche des Kolbenkopfes (26) konvex und die Oberfläche des geschlossenen Endes (13) des Pfostens (12) konkav und der Krümmungsradius des Kolbenkopfes (26) kleiner ist als der des geschlossenen Endes (13) des Pfostens (12).
Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Kolbenkopf (26) und/oder das geschlossene Ende (13) des Pfostens (12) aus einem flexiblen Material hergestellt ist.
Kupplung nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei der der Kolbenkopf (26) – vorzugsweise in Folge eines kleinen Lochs (42) – gasdurchlässig ist und unter dem Kolbenkopf (26) eine für Gas durchlässige und für Flüssigkeit undurchlässige Membran (41) vorgesehen ist.
Kupplung nach Anspruch 4, bei der die Membran (41) aus einem mikroporösen Polymerisat hergestellt ist.