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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Schnellverbinder,
die aus Stecker- und Buchsenkomponenten und einer Halterung zum
lösbaren
Zusammenstecken der Stecker- und Buchsenkomponenten gebildet werden,
mit den Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Schnellverbinder
finden weithin Einsatz in industriellen Anwendungen, um Fluid transportierende Leitungen
lösbar
und zusammensteckbar miteinander zu verbinden. Solche Verbinder
haben sich in vielen Anwendungen aufgrund ihrer geringen Kosten, ihrer
einfachen Montage und ihres hohen Widerstandes gegen Auseinanderziehen
usw. als zuverlässig erwiesen.
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Rückschlagventile
sind ebenfalls in Schnellverbindern eingesetzt worden, um den Fluidstrom
zu unterbrechen, wenn die Stecker- und die Buchsenkomponente getrennt
werden (US-A-5,478,046).
In solchen Schnellverbindern befindet sich ein Rückschlagventil oder eine Kugel
in einer Bohrung des Verbinders und kann sich zwischen zwei Stellungen bewegen,
einer, in welcher der Fluidstrom aus einem der Verbinderteile gesperrt
wird, und einer anderen, in welcher der Fluidstrom zwischen den
Verbinderteilen erlaubt wird.
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Wie
in 1 gezeigt und nachfolgend detaillierter beschrieben,
sind Rückschlagventile
in Schnellverbindern verwendet worden, um den Fluidstrom aus einer
Leitung, die an einem der Verbinderteile befestigt ist, zu sperren,
wenn der Stecker- und der Buchsenteil voneinander getrennt werden.
Jedoch setzt eine solche Schnellverbinderkonstruktion das mechanische
Einstecken der Steckerkomponente in die Buchsenkomponente voraus,
um das Rückschlagventil
in die geöffnete
Stellung zu bringen.
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US-A-4,071,045
legt die Ausführung
eines Rückschlagventils
offen, in der ein Gehäuseelement in
ein Rohr gesteckt wird. Das Gehäuseelement
ist mit dem Ventilsitz sowie mit einem Käfig für die Ventilkugel versehen.
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Es
wäre wünschenswert,
einen Schnellverbinder mit einem darin integrierten Einwegstrom- oder
Rückschlagventil
vorzusehen, das den Durchfluss in einer Richtung durch die zusammengefügten Verbinderteile
sperrt und gleichzeitig den Durchfluss in die Gegenrichtung erlaubt.
Es wäre
auch wünschenswert,
einen Schnellverbinder vorzusehen, der ein Einwegrückschlagventil
von einer robusten Konstruktion besitzt.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Schnellverbinder mit den Merkmalen
aus Anspruch 1.
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Unter
einem Gesichtspunkt der Erfindung besitzt der Schnellverbinder ineinanderpassende Stecker-
und Buchsenkomponenten und eine Halterung, die die Stecker- und
die Buchsenkomponente zusammenhält.
Die Buchsenkomponente besitzt eine Durchgangsbohrung. Ein Lagerkäfig befindet sich
in der Durchgangsbohrung und nimmt ein vorderes Ende der Steckerkomponente
auf. Ein Vorsprung erstreckt sich von einem ersten Ende des Lagerkäfigs. Eine
Strömungskugel
ist in der Bohrung des Gehäuses
montiert und kann sich zwischen einer ersten, den Durchfluss erlaubenden
oder geöffneten Stellung,
in der die Strömungskugel
sich in den vom ersten Ende des Lagerkäfigs verlaufenden Vorsprung
einfügt,
und einer zweiten, den Durchfluss sperrenden oder geschlossenen
Stellung, in der die Strömungskugel
sich abdichtend in einen in der Bohrung des Gehäuses gebildeten Ventilsitz
einfügt,
bewegen. Eine Vielheit von Halterippen wird in der Bohrung des Gehäuses zum
Unterstützen
der Rollbewegung der Strömungskugel
gebildet. Die Strömungskugel
und die Halterippen definieren Strömungspfade um die Strömungskugel
und zwischen den Rippen und in den Lagerkäfig.
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Der
Schnellverbinder gemäß der vorliegenden
Erfindung sieht eine Einwegstromventilbetätigung mit einer minimalen
Anzahl von Komponenten und ohne eine Feder vor, die bei langem Einsatz
verschleißanfällig ist.
Das Rückschlagventil
sperrt in einzigartiger Weise den Rückfluss des Fluids durch die mit
dem Schnellverbinder verbundenen Leitungen, wenn die Komponenten
des Schnellverbinders zusammengefügt werden.
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Die
verschiedenen Merkmale, Vorteile und sonstige Einsatzmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte
Beschreibung und die Zeichnungen klarer ersichtlich; es zeigen:
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1 eine
Ansicht im Längsschnitt
eines Schnellverbinders der bisherigen Bauweise mit einem inneren
Rückschlagventil;
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2 eine
Ansicht im Längsschnitt
eines Schnellverbinders mit einem Rückschlagventil, das gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, wobei das Rückschlagventil
in der geschlossenen, den Durchfluss sperrenden Stellung gezeigt
wird;
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3 eine
perspektivische, in Längsrichtung
gebrochene Ansicht des Schnellverbinders und des Rückschlagventils
in 2, wobei das Rückschlagventil
in der geöffneten,
den Durchfluss erlaubenden Stellung gezeigt wird;
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4 eine
vergrößerte, perspektivische Ansicht
des in 3 gezeigten Lagerkäfigs; und
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5 eine
teilweise gebrochene, perspektivische Ansicht mit der Darstellung
der Halterippen im Verbindergehäuse.
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Bevor
der Schnellverbinder gemäß der Erfindung
mit einem Einwegrückschlagventil
beschrieben wird, wird ein Schnellverbinder der bisherigen Ausführung mit
einem Rückschlagventil
gemäß US-A-5,478,046
beschrieben, um die Vorteile des vorliegenden Schnellverbinders
zu verdeutlichen.
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Wie
in 1 gezeigt, wird der Schnellverbinder 10 durch
eine Buchsenkomponente oder ein Gehäuse 12 gebildet, in
die eine Steckerkomponente oder Leitung 14 gesteckt werden
kann. Die Buchsenkomponente oder das Gehäuse 12 wird im Allgemeinen
aus Metall oder Kunststoff gebildet und ist nur als Beispiel mit
einem knieförmigen
Winkel von 90° dargestellt.
Eine gestufte Bohrung mit verschiedenen Durchmessern wird im Gehäuse 12 zwischen
einem ersten Ende 16 und einem gegenüberlegenden zweiten Ende 18 gebildet.
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Die
Steckerkomponente 14 hat im Allgemeinen die Form einer
hohlen Leitung mit einem erweiterten Flansch 20, der sich
in einem Abstand von einem vorderen Ende 22 befindet. Der
Flansch wirkt mit einer Halterung 24 zusammen, die lösbar im
Gehäuse 12 verriegelt
ist und die Leitung 14 in einer Stellung hält, in der
eine axiale Trennung vom Gehäuse 12 verhindert
wird, wie bisher üblich.
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Außerdem befinden
sich ein konventionelles, starres Element oder ein Zylinderhutteil 26,
ein Paar Dichtungselemente wie etwa O-Ringe 28, und ein Abstandsstück 30 axial
in der Bohrung im Gehäuse 12 zwischen
dem Flansch 20 und dem vorderen Ende 22 des Rohrs 14 und
stellen eine Dichtung zwischen dem Gehäuse 12 und der Steckerkomponente oder
Leitung 14 dar.
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Eine
rohrförmige
Hülse 36 ist
an einer Stelle in der Bohrung des Gehäuses 12 befestigt,
in der ein erstes Ende 38 der Hülse 36 eine Lagerfläche für das vordere
Ende 22 der Leitung 14 bildet. Eine Schulter 40 wird
in der Hülse 36 zwischen
den entgegengesetzten Enden der Hülse 36 gebildet und
dient als Anschlag für
einen Endteil eines Rückschlagventils 42.
Die Hülse 36 besitzt
außerdem
nahe dem einen Ende eine ringförmige
Vertiefung zum Aufnehmen einer Ventildichtung, zum Beispiel eines
O-Rings 44.
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Im
Schnellverbinder 10 hat das Rückschlagventil 42 die
Form eines elastischen Elements mit einem Schaft 46, der
ein im Allgemeinen ebenes erstes Ende 48 und ein umgekehrtes,
halbkugeliges, napfförmiges
zweites Ende 50 miteinander verbindet. Das erste Ende 48 wird
bei der axialen Bewegung zwischen dem einen Ende der Hülse 36 und
der Schulter 40 in der Hülse 36 begrenzt. Das
ebene erste Ende 48 erstreckt sich diametral über das
offene Ende der Bohrung in der Leitung 14, sodass das Fluid
durch die Leitung 14 und den übrigen Teil der Durchgangsbohrung
im Gehäuse 12 in
Richtung des zweiten Endes 18 des Gehäuses 12 fließen kann,
wie in 1 gezeigt.
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In
diesem Dokument US-A-5,478,046 hat das Rückschlagventil 42 die
Aufgaben, einen etwaigen Fluidstrom von einer Leitung 52,
die mittels scharfkantiger Haltewülste 54 am zweiten
Ende 18 des Gehäuses 12 befestigt
ist, zu sperren. Zu diesem Zweck wirkt beim Entfernen einer Leitung 14 aus dem
Gehäuse 12 eine
in der Bohrung des Gehäuses 12 montierte
Vorspannfeder 56 auf das zweite Ende 50 des Rückschlagventils 42,
um das Rückschlagventil 42 in
eine Stellung zu bringen, in der das zweite Ende 50 sich
in dichtendem Eingriff mit der Dichtung 44 des Rückschlagventils
befindet, wodurch der Durchfluss aus der Leitung 52 durch
das Gehäuse 12 und
aus dem ersten Ende des Gehäuses 12 gesperrt wird.
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Ebenfalls
wie in 1 gezeigt, werden mehrere am Umfang im Abstand
angeordnete Rippen 60, zum Beispiel vier Rippen im Abstand
von 90° zueinander,
im Gehäuse 12 gebildet
und ragen radial einwärts
in die Bohrung im Gehäuse 12.
Die Umfangskante des zweiten Endes 50 des Rückschlagventils 42 sitzt
entlang den Rippen 60 zwischen der geöffneten und der geschlossenen
Stellung, die oben beschrieben wurden. Öffnungen zwischen benachbarten
Rippen 60 und der Außenkante
des zweiten Endes 50 des Rückschlagventils 42 stellen
Durchflussöffnungen
für das
Fluid vorbei am zweiten Ende 50 des Rückschlagventils 42 dar,
wenn Letzteres sich in der in 1 gezeigten
geöffneten
Stellung befindet.
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Wird
die Leitung 14 durch das erste Ende 16 des Gehäuses 12 wieder
eingesteckt, so führt
das dazu, dass das Rückschlagventil 42 sich
entgegen der Vorspannkraft der Feder 56 in die in 1 gezeigte
Stellung bewegt, wodurch der Durchfluss zwischen der Leitung 14 und
der Leitung 52 um die Außenfläche des zweiten Endes 50,
den Schaft 46 und das erste Ende 48 des Rückschlagventils 42 wieder hergestellt
wird.
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In
den 2 bis 5 ist ein Schnellverbinder 70 gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt, der ein einzigartiges Rückschlagventil aufweist, das
den Fluidstrom in einer Richtung entgegen der normalen Durchflussrichtung
durch die an den Schnellverbinder 70 angeschlossenen Leitungen sperrt,
wenn die Komponenten des Verbinders abdichtend aneinander gefügt sind.
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Da,
wie im Folgenden beschrieben, das Schnellverbindergehäuse und
die Halterung in mehreren Formen ausgeführt werden können, wird
verständlich
sein, dass die folgende Beschreibung des Schnellverbinders 70 nur
beispielhaft ist.
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Der
Schnellverbinder 70 besitzt eine Buchsenkomponente 72 in
Form eines Gehäuses 74 von unregelmäßiger äußerer Gestalt.
Eine gestufte Bohrung 76 verläuft durch das Gehäuse 12 zwischen
einem ersten Ende 78 und einem gegenüberliegenden zweiten Ende 79.
Der eine Endteil der gestuften Bohrung 76 nimmt ein Ende
einer Steckerkomponente 80 in Form einer hohlen, rohrartigen
Leitung mit einem vorderen Ende 82 und einem erweiterten,
radial auswärts
gewandten, ringförmigen
Flansch 84, der in kurzem Abstand vom vorderen Ende 82 angeordnet ist,
auf. Das (nicht gezeigte) gegenüberliegende Ende
der Steckerkomponente oder Leitung 80 ist an einer Leitung
abdichtend befestigt. Ein Paar konventioneller Dichtungselemente,
zum Beispiel O-Ringe 85, ein Abstandsstück 86 und ein starrer
Zylinderhutteil 88 sind in der Bohrung des Gehäuses 74 zwischen
dem vorderen Ende 82 und dem erweiterten Flansch 84 auf
der steckbaren Leitung 84 montiert, um die steckbare Leitung 84 gegenüber dem
Gehäuse 74 abzudichten.
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Eine
Halterung 90 kann durch das offene erste Ende 78 des
Gehäuses 74 hindurch
montiert werden und weist Elemente auf, die den Flansch 84 der
Leitung 80 zwangsweise festhalten, sodass eine axiale Trennung
vom Gehäuse 74 verhindert
wird. Die in 2 gezeigte Halterung 90 ist
nur beispielhaft und weist einen ringförmigen Kragen 92 auf,
von dem ein Paar Schenkel 94 in einem Winkel vorspringt.
Die äußeren Enden 96 der
Schenkel 94 weisen Vertiefungen auf, die in Flansche, die
am ersten Ende 78 des Gehäuses 74 gebildet werden,
einrasten. Durch Einwärtsbiegen
der äußeren Enden 96 der Schenkel 94 werden
die sich radial einwärts
erstreckenden Finger 98 auf den Schenkeln 94 abgehoben,
um die Finger 98 radial auswärts bis zu einem Abstand zu
bewegen, der ausreicht, um den Flansch 84 auf der Leitung 80 freizugeben,
wodurch die Leitung 80 axial durch das erste Ende 78 des
Gehäuses 74 gezogen
werden kann.
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Es
wird verständlich
sein, dass die Halterung 90, die oben beschrieben wurde
und in 2 gezeigt wird, nur beispielhaft ist. Andere Halterungen, zum
Beispiel solche gemäß US-A-5,542,716, US-A-5,730,481,
US-A-5,782,502, US-A-5,863,077 und US-A-5,951,063 können ebenfalls
im Schnellverbinder 70 gemäß der Erfindung verwendet werden.
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Das
Endstück 100 des
Gehäuses 74 nahe dem
zweiten Ende 79 wird im Allgemeinen mit einer Vielheit
radial auswärts
verlaufender, winkelförmiger, scharfkantiger
Haltewülste 102 gebildet,
die zwangsweise in eine (nicht gezeigte) flexible Leitung, die abdichtend
darüber
befestigt ist, greifen.
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Wie
in den 2 bis 5 gezeigt, weist die gestufte
Bohrung 76 im Gehäuse 74 einen
mit der Kennnummer 104 bezeichneten Bohrungsteil mit einem
Durchmesser und einen benachbarten Bohrungsteil 106 mit
einem kleineren Durchmesser auf. Der Bohrungsteil 104 ist
so bemessen, dass er einen Lagerkäfig 110 aufnehmen
kann. Wie in 3 gezeigt, hat der Lagerkäfig 110 die
Form einer zylindrischen Hülse
mit einer Seitenwand 112 und einer Durchgangsbohrung 114,
die von einem ersten Ende 116 bis zu einem gegenüberliegenden
zweiten Ende 118 verläuft.
Ein Vorsprung 120 erstreckt sich allgemein axial vom zweiten
Ende 118 und wird am zweiten Ende 118 mittels
einer Vielheit radial verlaufender Arme 122 gehalten, die
mit der Seitenwand 114 eine Einheit bilden und sich von
der Seitenwand 114 radial einwärts erstrecken. Der Vorsprung 120 wird
in einem Stück
am Schnittpunkt der Arme 122 gehalten.
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Der
Lagerkäfig 110 wird
innerhalb der Bohrung 104 mittels des Zylinderhutteils 88,
der O-Ringe 84 und des Abstandsstücks 86 festgehalten,
die auf ein Ende 116 des Lagerkäfigs 110 und ein Ende
der Halterippen 130 wirken. Der Lagerkäfig 110 bildet eine
Lagerfläche
für das
vordere Ende der Leitung 80.
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Wenn
der Lagerkäfig 110 im
Bohrungsteil 104 des Gehäuses 74 montiert ist,
ragt der Vorsprung 120 in den benachbarten Bohrungsteil 106,
welcher seinerseits eine Rückschlagventilkammer
für eine Rückschlagkugel
oder Strömungskugel 126 definiert. Wie
im Folgenden beschrieben, ist die Strömungskugel 126 axial
frei beweglich innerhalb der Rückschlagventilkammer,
die im Bohrungsteil 106 zwischen einer ersten, geöffneten
Stellung, wie in 4 gezeigt, in der die Strömungskugel 126 sich an
das äußere Ende
des Vorsprungs 120 am Lagerkäfig 110 im Abstand
von zwischen den Armen 122 im Ende 118 des Lagerkäfigs 110 gebildeten Öffnungen
anlegt, und einer zweiten, geschlossenen Stellung, wie in 2 gezeigt,
in der die Strömungskugel 126 sich
in einen am Übergang
von einem Ende des Bohrungsteils 106 in einen Bohrungsteil 110,
der sich durch den Endteil 100 des Gehäuses 74 erstreckt,
gebildeten Ventilsitz 128 abdichtend einfügt, gebildet
wird.
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Die
Strömungskugel 126 wird
zwischen der ersten und der zweiten Stellung von mindestens einem
Ende, vorzugsweise einer Vielheit im Abstand am Umfang angeordneter,
axial verlaufender Rippen 130 geführt, die im Gehäuse 74 eine
Einheit bilden und in der Ventilkammer oder im Bohrungsteil 106 radial
einwärts
gerichtet sind, wie in den 2 und 5 gezeigt.
Die Umfangsfläche
der Strömungskugel 126 legt
sich rollend an die radial innere Fläche der Rippen 130 an,
die so bemessen sind, dass nur eine axiale Bewegung der Strömungskugel 126 zwischen
der ersten und der zweiten Stellung möglich ist. Jedoch wirken die
Rippen 130 mit der Außenfläche der
Strömungskugel 126 in
der Weise zusammen, dass eine Vielheit im Abstand am Umfang angeordneter
Durchflussöffnungen 132 zwischen
am Umfang benachbarten Flächen
der Rippen 130 und der Außenfläche der Strömungskugel 126 gebildet wird,
wie in 5 gezeigt. Somit kann Fluid um die Strömungskugel 126 fließen, wenn
diese sich in der ersten, geöffneten
Stellung befindet, die in 4 gezeigt
wird. In dieser Stellung hält
der Vorsprung 120 am Lagerkäfig 110 die Strömungskugel 126 auf Abstand
von den Öffnungen
zwischen den Armen 122 am ersten Ende 118 des
Lagerkäfigs 110,
wodurch das Fluid durch die Bohrungsteile 104 und 106, durch
die zwischen den Rippen 130 und der Kugel 126 gebildeten Öffnungen 132 und
die Öffnungen zwischen
den Armen 122 auf dem Lagerkäfig 110, durch die
Bohrung 114 im Lagerkäfig 110 und
in und durch die Bohrung in der Leitung 80 fließen kann.
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In
dieser Orientierung geschieht der normale Durchfluss durch den Schnellverbinder 70 beispielhaft
vom scharfkantigen Ende 100 des Gehäuses 72 durch die
Leitung 80. Ein etwaiger Rückfluss, zu dem es aufgrund
von Druckdifferenzen kommen kann, die auf das Fluid im Fluidleitungssystem,
in dem der Schnellverbinder 10 montiert ist, wirken, drückt die Strömungskugel 126 von
der geöffneten
Stellung in 4 in die geschlossene Stellung
gegen den Ventilsitz 126, wodurch der Fluidstrom in umgekehrter Richtung
von der Leitung 80 durch das scharfkantige Ende 100 des
Gehäuses 74 unterbrochen
wird.
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Zusammenfassend
gesagt wurde ein Schnellverbinder mit einem Einwegstromventil offengelegt,
das den Rückfluss
des Fluids durch die an den Schnellverbinder angeschlossenen Leitungen verhindert
und zugleich eine minimale Zahl von Komponenten ohne eine bewegliche
Feder für
die Betätigung
des Rückschlagventils
besitzt.