WO2006051071A1 - Verbindungssystem - Google Patents

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WO2006051071A1
WO2006051071A1 PCT/EP2005/055819 EP2005055819W WO2006051071A1 WO 2006051071 A1 WO2006051071 A1 WO 2006051071A1 EP 2005055819 W EP2005055819 W EP 2005055819W WO 2006051071 A1 WO2006051071 A1 WO 2006051071A1
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WO
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groove
connection system
peripheral seal
seal
cross
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/055819
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Westmeier
Norbert Terlau
Reiner Mitterer
Harald Hagen
Original Assignee
Voss Automotive Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Voss Automotive Gmbh filed Critical Voss Automotive Gmbh
Priority to AT05807960T priority Critical patent/ATE521840T1/de
Priority to EP05807960A priority patent/EP1687557B1/de
Priority to CN2005800462762A priority patent/CN101099062B/zh
Priority to JP2007540639A priority patent/JP4733708B2/ja
Priority to DE202006007408U priority patent/DE202006007408U1/de
Publication of WO2006051071A1 publication Critical patent/WO2006051071A1/de
Priority to CN200680050184.6A priority patent/CN101351666B/zh
Priority to EP06829957A priority patent/EP1945985B1/de
Priority to AT06829957T priority patent/ATE513157T1/de
Priority to PCT/EP2006/068227 priority patent/WO2007054510A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/062—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces characterised by the geometry of the seat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L37/00—Couplings of the quick-acting type
    • F16L37/08—Couplings of the quick-acting type in which the connection between abutting or axially overlapping ends is maintained by locking members
    • F16L37/084—Couplings of the quick-acting type in which the connection between abutting or axially overlapping ends is maintained by locking members combined with automatic locking
    • F16L37/088—Couplings of the quick-acting type in which the connection between abutting or axially overlapping ends is maintained by locking members combined with automatic locking by means of a split elastic ring

Definitions

  • the present invention relates to a connection system for lines, fittings or aggregates intended to guide a fluid subjected to a higher pressure compared to a reference pressure, in particular for carbon dioxide-carrying systems, comprising a first coupling part, such as a housing part, along an axis into one Receiving opening of the first coupling part with a shaft insertable second coupling part, such as a plug part, and at least one existing elastomeric peripheral seal, which is arranged in a groove which is circumferentially formed in one of the two coupling parts and a groove bottom and two groove flanks, wherein the Peripheral seal in the operating state in the groove occupies a position in which the circumferential seal closes a gap of theachi ⁇ opening under deformation and generation of a radial Vorpresskaft and thereby over a running in the axial direction contact length of the coupling share is present.
  • An amount of fluid passing through the peripheral seal as a result of permeation is determined by the permeation constant of the sealing material, the time taken for the sealing operation, eg one year, the pressure to be sealed, and a ratio of the cross-sectional area of the deformed peripheral seal to a permeation length through the seal. the latter being determined by the axial longitudinal extent of the deformed seal between the two coupling parts. Based on these circumstances, given a given system pressure and given operating time, the cross-sectional area of the deformed peripheral seal should be as small as possible and the average permeation length should be as large as possible in order to achieve a small amount of leakage.
  • European Patent Application EP 1 469 247 A9 describes a connection system of the type mentioned at the outset in order to solve the problem indicated above, in which the cross-section of the unpressed circumferential seal, a depth of the groove and the gap width are coordinated with one another in such a way that a ratio of perpendicular to the axial direction extending cross-sectional area of the deformed Um ⁇ catching seal to the contact length in a range in which an amount of enforced as a result of permeation through the peripheral seal fluid in a fluid-saturated state of the peripheral seal shows a non-linear dependence on this ratio.
  • the coupling parts are pushed apart again until the holding element comes to rest.
  • the circumferential seal should also move with this movement.
  • peripheral seal can then no longer be displaced and brought into abutment even at a later loading with a system pressure which would be suitable from its axial direction of action ago to push the seal against the groove flank.
  • the time interval between the actual plugging in until the application of peak pressure is to be regarded as a decisive period. This period can range from several hours to a few days.
  • the present invention is based on the object to provide a connection system of the type mentioned, which has a high reliability and in the production of the coupling connection an increased ease of installation while ensuring a small amount of enforced by the peripheral seal fluid in the operating state.
  • this is achieved in that in the groove means for mechanically inhibiting an axial movement of the peripheral seal are arranged, which are designed such that the circumferential seal - both when the one coupling part is inserted with the shaft in the receiving opening of the other coupling part, as is held to each other in the position in which the circumferential seal in the operating state closes the gap of the receiving opening and rests with an axially directed contact surface on a side lying on the side of the gap to be sealed groove edge even with an oppositely acting relative return movement of the coupling parts.
  • the means for the mechanical inhibition of the axial movement of the peripheral seal can preferably be arranged in a region on the groove base or in the vicinity of the groove base.
  • these means are designed in the radial direction to have a sudden and / or radial direction in the direction of the axial insertion of one coupling part into the receiving opening of the other coupling part effect continuous reduction of the cross section of the groove.
  • This can be achieved, for example, by the fact that the means for mechanically inhibiting the axial movement of the circumferential seal comprise a circumferentially extending point of discontinuity arranged in the groove base, such as a crease line or an edge.
  • connection system in which the invention is preferably used
  • FIG. 1a partially cut, on a scale of 1: 1, a second coupling part of a connecting system in which the invention is preferably used,
  • FIG. 2 shows a longitudinal section, a partial view of a Ver ⁇ connection system according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 3 is a diagrammatic representation of the dependence of the coefficient of static friction in a friction pair formed from a circumferential seal and a coupling part over time
  • FIG. 5 shows a longitudinal section, a partial view of a Ver ⁇ connection system according to the invention in a second embodiment
  • FIG. 6 shows a longitudinal section, a partial view of a Ver ⁇ connection system according to the invention in a third embodiment
  • FIG. 7 in longitudinal section, greatly enlarged, a partial view of a second
  • FIG. 8 is a sectional perspective illustration, a preferred embodiment of a circumferential seal for a connection system according to the invention, FIG.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional view of another preferred embodiment of a peripheral seal for a connection system according to the invention.
  • FIG. 10 shows a longitudinal section, a third preferred embodiment of a circumferential seal for a connection system according to the invention
  • FIG. 11 shows a longitudinal section, a partial view of a Ver ⁇ connection system according to the invention in a fourth embodiment
  • Fig. 12 is a diagram of a device for determining the amount of fluid permeated as a result of permeation through a peripheral seal of a connection system according to the invention.
  • a connection system for fluidic systems in particular for CO2-carrying systems, in the case illustrated comprises a plug-in coupling in which the invention can preferably be used, a first coupling part 1 in the form of a housing along a axis XX in the first coupling part 1 insertable second coupling part 2 in the form of a plug part, and at least one, in the illustrated embodiment two, consisting of an elastomer existing peripheral seals 3.
  • the circumferential seals 3 are each in a groove depth T and a groove length NL having groove 4, which order according to the catch in one of the two coupling parts 1, 2 - in the illustrated embodiment in the second coupling part 2, the plug part - is formed.
  • the second coupling part 2 has a round in cross section in its basic shape shank 5 and is thus in a basic shape in cross-section round receiving opening 6 of the first coupling part 1 inserted.
  • the plugging direction is indicated by the arrow with the reference symbol S.
  • the grooves 4 extend in the shell of the shaft 5 circumferentially and parallel to each other.
  • the broken-out part in FIG. 1a shows that with advantage in the shaft 5, a, in particular milled, ventilation groove 5a can be present.
  • the circumferential seals 3 close after insertion, in particular in the Be ⁇ operating state, under deformation and generation of a radial Vorpresskaft F v each have a gap 7 with a gap width s, not well to recognize in Fig. 1 and therefore there only with a brackets Reference symbol "(s)" is indicated.
  • a clearer illustration is shown in FIG. 11 where it is also shown that the gap 7 is located between the outer radius RS A of the shaft 5 and the inner radius Roi of the receiving opening 6.
  • the respective circumferential seal 3 closes the gap 7 and lies at least over a perpendicular to the respective radius RS A , RO I the Kupp ⁇ treatment parts 1, 2 in the axial direction XX extending - also from Fig. 1 resulting - contact length KL to the coupling parts 1, 2 on.
  • a width B of the cross-sectional area A v of the deformed circumferential seal 3 perpendicular to the axial direction XX results from the sum of the groove depth T and the gap width s or from the difference between the inner radius Roi Receiving opening 6 and the radius RS N of the second coupling part 2 in the region of the bottom 4a of its groove. 4
  • the radial cross-sectional area of the compressed peripheral seal 3 is instead denoted by the reference symbol A R.
  • a surface permeation length ratio A E / KL which determines the permeation through the circumferential seal 3 is formed by a permeation-effective partial peripheral surface A E of the circumferential seal 3 to the contact length KL.
  • the partial peripheral surface A E is arranged in the vicinity of the gap 7 and is characterized by the in Fig. 2, 5, 6 and 11 in bold, especially not applied to the coupling parts 1, 2, sheet line BL of the compressed, radial cross-sectional area A R the deformed empowers ⁇ seal 3 determines.
  • the permeation-determining partial circumferential area A E remains small-in particular, it should not be greater than half the value, preferably not greater than a fifth of the cross-sectional area A v of the deformed peripheral seal 3 perpendicular to the axial direction XX, it is necessary for the circumferential seal 3 in the operating state in the groove 4 occupies a position in which the circumferential seal 3 rests with an axially directed contact surface FA on a lying on the side of the gap to be sealed groove edge 4b.
  • a distance E may or should exist for an opposite groove flank 4c, so that the circumferential seal 3 is arranged asymmetrically in the groove 4.
  • the length of the arc line BL assumes the value of the gap width s in the minimum case in the case of vanishing arc curvature in this position.
  • the Quer ⁇ are cut of the uncompressed circumferential seal 3, the groove depth T and the slot width s so ⁇ as the groove length NL coordinated such that the permeations capablee partial circumferential area A E 3 is independent of a cord thickness of the unpressed ergonomics ⁇ seal.
  • the arc line BL should not be longer than half the value, preferably a quarter of the value, the width B, ie the sum of gap width s and groove depth T.
  • the plug part is lockable in the receiving opening 6 by means of a locking device (not shown in detail as a whole) in the inserted state against loosening.
  • the locking device consists of at least one holding or Locking element - in the illustrated embodiment of two axially successively arranged on the plug part holding or locking elements 8, 9 - and from a respective latching element 8, 9 cooperating locking shoulder 10.
  • the locking elements 8, 9 are each by one in each case an annular groove 11, 12 of the plug part held snap ring formed.
  • the housing part is designed in two parts, in that it consists of an inner housing part 1a, which forms the main part of the receiving opening 6, and of an outer housing part 1b which can be detachably connected to the inner housing part 1a and substantially encloses the inner housing part 1a.
  • the Rast ⁇ shoulder 10 is formed at one end in the entrance region of the receiving opening 6 on the outer housing part 1 b.
  • the outer housing part 1b is formed as screwed with the inner housing part 1a union nut.
  • the second coupling part 2, ie the plug, as well as both the inner housing part 1a, and the outer housing part 1b of the first coupling part 1 may preferably consist of metallic materials, in particular of aluminum or high-alloy stainless steel alloys.
  • the peripheral seals 3 can consist, for example, of a polymeric fluorocarbon compound, of synthetic rubber, such as silicone rubber, NBR or H-NBR, PUR, EPDM, SBR, or the like, and in particular have a high proportion of fillers.
  • the Shore A hardness may preferably be in the range of 70 to 90.
  • a proportion of the compressed, radial cross-section A R of the circumferential seal 3 and of the half cross-sectional area lies as a quotient of a portion of the groove 4 arranged on the side of the gap 7 to be sealed A N / 2 of the groove 4 calculated filling level - that this should be in the range of up to 98 percent, or in particular 100 percent.
  • a - as shown - asymmetric position of the peripheral seal 3 can thereby adjust with appropriate dimensioning of the peripheral seal and the groove 4 characterized in that the circumferential seal 3 by the difference .DELTA.p between the increased pressure pi and the reference pressure p 2 in the axial direction XX against the groove flank 4b is pressed on the side of the lower pressure p 2 , while on the other side of the groove 4, the already mentioned distance E between the groove flank 4c and the peripheral seal 3 is still. Since the system is still depressurized until it is put into operation, by applying a pressure surge on the side of the increased pressure pi, such an asymmetric position can be set in a targeted manner, wherein in particular an adhesive frictional force F H occurring over the contact length KL must be overcome.
  • the means for mechanically inhibiting the axial movement of the circumferential seal 3 are arranged in the groove base 4a , circumferentially extending discontinuity 4d, in particular in the course or in the increase of the longitudinal section contour, such as a crease line or an edge include.
  • these means each comprise an inclined surface 4e formed in the groove base 4a. This inclined surface 4e is flat in the first embodiment (FIG. 2) and curved in the second (FIG. 5) and third (FIG. 6, FIG. 7) embodiment, in particular convexly curved, and extends in the direction S of axial insertion of the one coupling part 2 in the receiving opening 6 of the other Kupp ⁇ ment part 1 radially outward.
  • the coefficient of static friction ⁇ H rises from a value of less than 0.4 already after a few seconds and after one week can reach about twice to about three times its original value.
  • values of the static friction coefficient ⁇ H of greater than 1 are achieved, which means that the oppositely acting static friction force F H to be overcome, for example, after overrunning the shaft 5 exceeds the value of the normal force, ie the value of the pre-pressing force F v ,
  • the means for mechanically inhibiting the axial movement of the circumferential seal 3 comprise a step which originates in the radial direction from the groove base 4 a, in particular formed by a convex curvature, as shown in FIG 5 and more clearly in FIGS. 6 and 7.
  • this step is characterized by the indication of its height HS and its length LS, wherein it is to be regarded as particularly advantageous with regard to an optimal residual stress distribution in the circumferential seal 3 if the step originating from the groove base 4a has a height HS, which corresponds approximately to one fifth to one third of a maximum groove depth T or a maximum radial main dimension Y of the cross section of the circumferential seal 3 in the unpressed state and if the step running out from the groove base 4a has a length LS which is approximately one fifth to one fourth corresponds to a maximum axial main dimension GL of the cross section of the peripheral seal 3 in the unpressed state.
  • FIG. 6 shows only the values of the characteristic main dimensions X and Y in the compressed state.
  • Said main dimensions X, Y in FIGS. 8 to 10 which show circumferential seals 3 in the unpressed state, correspond to the variables GL (X) and 2 * R S0 (Y) in FIGS. 8, 2 * HA (X) and 2 * HB in FIG. 9 and GL (X) and 2 * HB in FIG. 10.
  • Fig. 7 which - as already mentioned - in longitudinal section and even greater magnification reproduces a partial view of a second coupling part 2 of Ver ⁇ connection system according to the third embodiment shows, with respect to FIG. 6 some geometric detail changes. Thus, it is initially apparent that all existing circumferentially extending edges in and on the groove 4 by over gangsradien RL) are rounded.
  • transition radii RÜ at the transition from the contact groove flank 4b to the groove base 4a which has a length NLG, from the groove bottom 4a to the inclined surface 4e, and from the surface 4f of the step to the groove flank 4c on the side of the higher pressure pi to the shape of the circumferential seal 3, for example to the radii R 3 described below with reference to FIGS. 9 and 10, so that there is an almost positive interlocking at these points.
  • transition radii RÜ at the transition from the contact groove flank 4b to the groove base 4a and from the surface 4f of the step to the groove flank 4c on the side of the higher pressure pi, as well as the transition radius RÜ from the inclined surface 4e to the surface 4f of the step are selected to be about the same size as the radii R 3 with which the edges of the respective circumferential seal 3 are rounded.
  • the transition radius RÜ from the groove bottom 4a to the inclined surface 4e may be made smaller, so that the desired inhibition of the axial movement assumes a more erratic character.
  • the transition radii RÜ on the groove flanks 4b, 4c can also be in the region of the gap 7.
  • Both the inclined surface 4e and the groove flank 4c on the side of the higher pressure pi can each have an inclination, which can be quantitatively described by the angle denoted by the reference symbols ⁇ and ⁇ in FIG. 7 to a respective beam extending in the radial direction.
  • the angle ⁇ can advantageously lie in a range up to 25 °, preferably up to 10 °, and the angle ⁇ between 5 ° and 60 °, preferably between 15 ° and 30 °.
  • the groove length NL and the length NLG (distance between 4d and 4b) of the groove bottom 4a can be dimensioned with advantage in view of the maximum axial main dimension GL of the cross section of the peripheral seal 3 in the unpressed state or on the corresponding characteristic main dimensions X in the compressed state.
  • the main dimensions X mentioned should not be smaller at room temperature, but also not significantly greater than the length NLG of the groove bottom 4a.
  • the axial main dimension of the mounted on the second coupling part 2, but not yet compressed peripheral seal 3 should not be great that the peripheral seal 3 is pushed when it rests against the particular groove flank 4b over the inclined surface 4e or the step in the direction of the groove flank 4c on the side of the higher pressure pi addition.
  • the friction during insertion under the action of the biasing force F v it must be noted that the size of the biasing force F v at Ein ⁇ stick the shaft 5 with the arranged already in the groove 4 circumferential seal 3, the necessarily applied insertion force Fs influenced in the same direction and therefore - but in a corresponding according to the diameter of the seal gradation - should not exceed a predetermined value.
  • the insertion force Fs counteracts the later-forming static friction force F H , ie in the plugging direction S. It is reckoned with nominal diameters of 12 mm with required maximum insertion forces Fs of less than 50 N, preferably even less than 10 N.
  • the cross section AU of the peripheral seal 3 used in the system according to the invention it is possible for the cross section AU of the peripheral seal 3 used in the system according to the invention to have a circular or elliptical shape in the unpressed state.
  • the circumferential seal 3 has a cross-sectional shape which is formed such that the cross section A v of the peripheral seal 3 in the intended installation state of the peripheral seal 3 in the direction S of the axial insertion of a coupling part 2 in the receiving opening 6 of the other coupling part 1 seen in longitudinal section in the radial direction at least partially reduced.
  • the groove base 4a itself thus also represents a means for mechanically inhibiting an axial movement of the peripheral seal 3 in this embodiment.
  • FIGS. 8 and 9 Two particularly preferred embodiments of a circumferential seal 3 for a connection system according to the invention are shown in FIGS. 8 and 9.
  • the cross-section AU in FIG. 8 and AU opt in FIG. 9 are the non-compressed Circumferential seal 3, the groove depth T, the groove length NL and the gap width s specially matched, so that only slight insertion forces Fs occur during assembly and that at a small amount Q of enforced by the peripheral seal 3 of a connection system according to the invention fluid under high system pressure differences ⁇ p, in particular under system pressures pi of up to more than 150 bar or 180 bar, a reliable compensation of the manufacturing tolerances of the coupling parts 1, 2 takes place.
  • a value of the amount Q of the fluid passing through the circumferential seal 3 as a result of permeation is not larger than about 2.5 g per year and compound, preferably not larger than 1 g per year and compound.
  • the cross section AU of the unpressed circumferential seal 3 symmetrically to a central axis YY of two equal semi-circular surfaces KF1, KF2 - it could also be circular segment surfaces - and a rectangular surface therebetween RF composed.
  • an O-ring is twice inscribed into the cross-sectional shape. The O-ring determines with the radius Rso a radial Main extension HB of the section AU of the cord and the curvature in the axial direction XX.
  • the axial main extension HA results as a side length SL of the half surface of the cross section AU, which has the total axial length GL.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a circumferential seal 3 for a connection system according to the invention which is distinguished by the fact that the cross section AU opt of the unpressed circumferential seal 3 in the basic configuration consists of a rectangle, the two having a first radius of curvature Ri convexly curved longitudinal sides, two with a second radius of curvature R2 convex curved transverse sides and four with a third radius of curvature R 3 convex ver ⁇ rounded corners.
  • the third curvature radius R 3 determining the arc length BL and influencing the degree of filling FG is smaller than the first curvature radius Ri determining the contact length KL, and the first radius of curvature Ri is again smaller than the second radius of curvature R2, also arc length BL and Fül ⁇ lung degree FG -jedoch to a lesser extent than the third radius R 3 - influenced.
  • a short arc length BL and thus a smaller permeation-effective partial circumferential area A E which is smaller in comparison with an O-ring or a ring with an elliptical cross section, can be achieved with a high degree of filling FG of the groove 4 and low pre-pressing force F v .
  • FIG. 10 shows a third embodiment of a circumferential seal 3, which is also considered to be optimal, for a connection system according to the invention.
  • the cross-section AU SU p the unpressed peripheral seal 3 in the basic shape can be considered as a rectangle, which, however - in contrast to the embodiments described above - barrel-like arched outward.
  • a first radius of curvature Ri for the outer, convexly curved longitudinal side is provided, however-in contrast to the embodiment in FIG. 9, a second radius of curvature R 4 is provided for the inner, concavely curved longitudinal side.
  • This concave curvature of the inner longitudinal side leads in the assembled state of the circumferential seal 3 on the second coupling part 2 and also later after insertion into the first coupling part 1 and under operating conditions advantageously to a reduction in the friction between the peripheral seal 3 and groove bottom 4a, because the through the deformation of the thus formed circumferential seal 3 resulting internal stresses reduce the pre-pressing force F v in the central region of the inner longitudinal side.
  • the first radius of curvature Ri for the outer, convexly arched longitudinal side can advantageously be slightly larger, for example 0.4 to 1.6 mm, than the second radius of curvature R 4 for the inner, concavely curved longitudinal side, so that the convex curvature flatter than the concave curvature.
  • FIG. 10 shows - in turn, in accordance with FIG. 9 - four corners rounded convexly with a third radius of curvature R 3 for the circumferential seal 3.
  • the third in particular during the compression of the circumferential seal determines the arc length BL and
  • the radius of curvature R 3 influencing the degree of filling FG is smaller than the first radius of curvature RI determining the contact length KL, and also smaller than the second, denoted by R 4 in this embodiment Radius of curvature is.
  • a value of the amount Q of the fluid passed through the circumferential seal 3 as a result of permeation is not greater than about 1.0 g per year and compound, preferably no greater than 0.5 g per year and connection.
  • the cross section of the circumferential seal 3 in the unpressed state has a preform in which the quotient FZu consists of a axial main extension HA and a radial main extension HB of the sealing cross section has a value of less than 1, preferably less than 0.5.
  • the means for mechanically inhibiting the movement of the peripheral seal 3 extend over an entire depth T of the groove 4.
  • the means for mecha ⁇ African inhibition of the axial movement of the peripheral seal 3 comprise a support ring 13 with higher strength than that of the peripheral seal 3 and are formed by such a support ring 13.
  • This support ring 13 is arranged on the side of the peripheral seal 3, which is the side of the gap to be closed by the peripheral seal 7 of the receiving opening 6 opposite.
  • the support ring 13 must be fitted with the smallest possible gaps - on the one hand between it and the groove bottom 4a and on the other hand between it and the outer housing part 1. As a result of this fitting, a pressure difference builds up a pressure difference in such a way that the circumferential seal 3 is pressed against the groove flank 4b at which its intended bearing surface FA is located. If the support ring 13 is vulcanized to the peripheral seal 3, even at pressures that - as opposed to a pressure surge - as static pressures ver hold, the peripheral seal 3 are pressed. The scorching causes inter alia that the peripheral seal 3 does not bulge and thus the groove flank 4b touched, but does not slide on the wall.
  • FIG. 12 schematically shows a device 100 for determining the amount of fluid which has permeated as a result of permeation through a circumferential seal 3 of a connection system according to the invention.
  • reference numerals 101 designate a microprocessor control, 102 a vacuum gauge, 103 gas lines to a vacuum pump, 104 a thermostat, 105 a permeation chamber, 106 the test pieces, and 107 a sample gas supply line.
  • the test specimens 106 are tested in the permeation chamber 105 under defined conditions which can be set and recorded by the microprocessor control 101 with the aid of the vacuum pump, the vacuum test tube 102 and the thermostat 104.
  • the measuring gas 107 is endeavored to diffuse through the test body 106 due to the built-pressure gradient in the permeation chamber 105.
  • the measurement of the correspondingly enforced (leakage) gas quantity takes place under realistic conditions, in particular with carbon dioxide as the measurement gas 107.
  • An integral measurement of several, in particular five, test bodies 106 takes place simultaneously, in each case separately values for specific operating points of a system, eg , B. a CO 2 air conditioning system of a motor vehicle, are detected, in which an inventive connection system is to be used. According to a professional Given uniform criteria predetermined weighting of the leakage gas quantities at the individual operating points then a resulting value of the amount Q of the enforced in consequence of permeation through the peripheral seal 3 fluid in g per year and compound is determined.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments, but also includes all the same in the context of the invention embodiments. So it is z. B. possible that only the first coupling part 1 has the groove 4 instead of the second coupling part 2.
  • the circumferential seal 3 is provided with a gas barrier coating, which allows the axial main dimension (total length) to be increased in addition to the main radial dimension (width B) of the cord without increasing the amount of leakage GL) with respect to the values described above as being optimally described.
  • the friction coefficient ⁇ H it is also possible, in addition to a lubrication, for example, by a lubricious coating, such as a lubricating varnish or a dry lubricant, the friction coefficient ⁇ H , to act on the stiction in the sense of minimization. It can be assumed for a sustainable lubricating film of a time-independent effect. However, it is to be demanded that the permeation resistance in the lubricating film is at least so great that no excessive increase (for example more than 10 percent) of the leakage quantity Q occurs.
  • FIG. 7 shows by reference numeral 200 an element arranged on the side of the lower pressure P2 on the second coupling part 2 on the outer radius RS A of the shank 5, which element, at an elevated temperature, reduces the gap width s of the gap 7 between the coupling parts 1, 2 of the invention Verbin ⁇ system used.
  • This element 200 is - in addition to the means for mechanically inhibiting the axial movement of the peripheral seal 3 in the groove 4 - attributed an independent inventive significance, inasmuch as the element 200 - with high ease of assembly and reliability in both the production of Kupp ⁇ lungsthetic, as well in the operating state of the system according to the invention - ensures that a reduced amount of the fluid is enforced by the peripheral seal 3.
  • first coupling part 1 and the second coupling part 2 may preferably consist of metallic materials, in particular of aluminum or high-alloyed stainless steel alloys.
  • various materials which are fundamentally suitable for an application also have different properties.
  • the associated thermalforcenausdehnungskoef ⁇ fizient (indicated at 10 "6 K" 1) Characteristic: Magnesium - 24.5; Aluminum, general - 23.8; AIMgSiI - 23.3; Bronze - 17.3; Copper - 16.2; X12CrNi 18.8 - 16.0; Nickel - 13.3; Beryllium 12.3 and steel, general - 11, 1.
  • the element 200 may differ in geometric form from the illustrated, in cross section in the basic shape substantially triangular shape, however, the illustrated shape has the advantage that on the groove 4 side facing the element 200, wherein a triangle side of a part forms the groove flank 4b, with the largest radial thermal expansion is expected, since this is proportional to the respective output length dimension behaves.
  • the element 200 should be firmly connected to the base body of the second coupling part 2 in a force-locking, positive and / or material-locking manner.
  • the invention has hitherto not been limited to the combination of features defined in claim 1, but may also be limited by any other Be defined combination of certain characteristics of all the individual features disclosed. This means that in principle virtually every individual feature of claim 1 can be omitted or replaced by at least one individual feature disclosed elsewhere in the application. In this respect, the claim 1 is to be understood only as a first formulation attempt for an invention.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungssystem für Leitungen, Armaturen oder Aggregate, die zur Führung eines mit einem gegenüber einem Vergleichsdruck (p2) erhöhten Druck (p1) beaufschlagten Fluids bestimmt sind. Das System weist ein erstes und ein zweites Kupplungsteil (1, 2) sowie eine Umfangsdichtung (3) auf, die in einer Nut (4) angeordnet ist, welche umfangsgemäß in einem der beiden Kupplungsteile (1, 2) ausgebildet ist und einen Nutgrund (4a) sowie zwei Nutflanken (4b, 4c) aufweist. Die Dichtung (3) nimmt dabei im Betriebszustand in der Nut (4) eine Position ein, in der sie unter Deformation und Erzeugung einer radialen Vorpresskaft (FV) einen Spalt (7) der Aufnahmeöffnung (6) verschließt und dabei über eine in axialer Richtung (X-X) ver- laufende Kontaktlänge (KL) an den Kupplungsteilen (1, 2) anliegt. Um bei Gewährleistung einer geringen Menge des durch die Dichtung (3) durchgesetzten Fluids im Betriebszustand eine hohe Funktionssicherheit sowie bei der Herstellung der Kupplungsverbindung eine erhöhte Montagefreundlichkeit zu erzielen, wird vorge- schlagen, in der Nut (4) Mittel (4a, 4d, 4e, 13) zur mechanischen Hemmung einer axialen Bewegung der Umfangsdichtung (3) anzuordnen, die derart ausgeführt sind, dass die Dichtung (3) - wenn das eine Kupplungsteil (2) in das andere Kupplungsteil (1) eingesteckt wird und auch wenn eine entgegengesetzte Rückbewegung erfolgt, in der Position gehalten ist, in der die Dichtung (3) den Spalt (7) der Aufnahmeöffnung (6) verschließt.

Description

Verbindungssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungssystem für Leitungen, Armaturen oder Aggregate, die zur Führung eines mit einem gegenüber einem Vergleichsdruck erhöhten Druck beaufschlagten Fluids bestimmt sind, insbesondere für Kohlendioxid führende Systeme, umfassend ein erstes Kupplungsteil, wie ein Gehäuseteil, ein entlang einer Achse in eine Aufnahmeöffnung des ersten Kupplungsteils mit einem Schaft einsteckbares zweites Kupplungsteil, wie ein Steckerteil, und mindestens eine aus einem Elastomer bestehende Umfangsdichtung, die in einer Nut angeordnet ist, welche umfangsgemäß in einem der beiden Kupplungsteile ausgebildet ist und einen Nutgrund sowie zwei Nutflanken aufweist, wobei die Umfangsdichtung im Betriebszustand in der Nut eine Position einnimmt, in der die Umfangsdichtung unter Deformation und Erzeugung einer radialen Vorpresskaft einen Spalt der Aufnahme¬ öffnung verschließt und dabei über eine in axialer Richtung verlaufende Kontaktlänge an den Kupplungsteilen anliegt.
Das Erfordernis einer Abdichtung entsteht überall dort, wo Räume mit unterschied¬ lichen Drücken voneinander getrennt werden müssen. Durch die Druckdifferenz ent¬ steht bei einem Verbindungssystem der vorstehend beschriebenen Art in dem Spalt zwischen den Kupplungsteilen eine Strömung, die durch die Verwendung der Um¬ fangsdichtung unterbunden werden soll. Für solche Dichtungen werden in der Fluid- technik überwiegend elastomere Werkstoffe, z. B. in Form von O-Ringen, eingesetzt. Voraussetzung für die Erzielung der Dichtwirkung ist dabei das Vorhandensein einer Vorpresskraft bzw. Vorspannung gegen die abzudichtenden Flächen, die unter Ausnutzung der Formelastizität der Dichtung bei ihrem Einbau erzeugt wird. Ein System, das zur Führung eines mit einem Druck beaufschlagten Fluids bestimmt ist, stellt in Kraftfahrzeugen beispielsweise der Kühlkreislauf von Klimaanlagen dar. In einem solchen System werden bisher verschiedene Halogen-Kohlenwasserstoff- Verbindungen, wie ein unter dem Namen R134a bekanntes, hauptsächlich aus Tetrafluoräthan bestehendes Kältemittel, eingesetzt. Da alle organischen Stoffe gas¬ durchlässig sind, kommt es trotz Einsatz der Dichtungen - hauptsächlich infolge von Permeation durch die Umfangsdichtung - zu einem unvermeidbaren Fluidstrom des Kältemittels vom Raum des höheren in den Raum des niedrigeren Drucks. Die Leckmenge aufgrund von Permeation wird dabei durch die Betriebsbedingungen, wie Druck und Temperatur, die Permeabilität der eingesetzten Elastomerdichtungen und die Dichtungsgeometrie bestimmt.
Eine Menge des infolge von Permeation durch die Umfangsdichtung durchgesetzten Fluids wird dabei von der Permeationskonstante des Dichtungsmaterials, der dem Dichtungsvorgang zu Grunde gelegten Zeit, z.B. einem Jahr, dem abzudichtenden Druck und einem Verhältnis der Querschnittsfläche der deformierten Umfangsdichtung zu einer Permeationslänge durch die Dichtung bestimmt, wobei letztere durch die axiale Längserstreckung der deformierten Dichtung zwischen den beiden Kupplungs¬ teilen festgelegt wird. Ausgehend von diesen Gegebenheiten ergibt sich bei vorgegebenem Systemdruck und vorgegebener Betriebsdauer, dass zur Erzielung einer geringen Leckmenge die Querschnittsfläche der deformierten Umfangsdichtung möglichst klein und die mittlere Permeationslänge möglichst groß gewählt werden sollte. In der Praxis sind einer derartigen Dimensionierung jedoch Grenzen gesetzt, da die genannten Forderungen im Gegensatz zu Forderungen stehen, die sich daraus ergeben, dass eine Dichtung zur Gewährleistung der grundsätzlichen Funktions¬ tauglichkeit eines Verbindungssystems auch einem Ausgleich von Fertigungstole¬ ranzen der zu verbindenden Teile dienen muss. Bei einem Einsatz von Kohlendioxid als Kältemittel in einer Klimaanlage ist ein Übergang zu, im Vergleich mit den für halogenhaltigen Kältemittel üblichen Drücken, erhöhten Drücken und Temperaturen bei den Wärmeaustauschprozessen erforderlich. So ist für den im Betrieb einer CO2- Klimaanlage auftretenden Druck ein oberes Niveau von etwa 160 bar und ein unteres Niveau von etwa 35 bar charakteristisch, wodurch sich die aufgezeigte Problematik der Abdichtung noch verschärft. In der europäischen Patentanmeldung EP 1 469 247 A9 ist zur Lösung der vorstehend aufgezeigten Problematik ein Verbindungssystem der eingangs genannten Art be¬ schrieben, bei der der Querschnitt der unverpressten Umfangsdichtung, eine Tiefe der Nut und die Spaltweite derart aufeinander abgestimmt sind, dass ein Verhältnis einer senkrecht zur axialen Richtung verlaufenden Querschnittsfläche der deformierten Um¬ fangsdichtung zu der Kontaktlänge in einem Bereich liegt, in dem eine Menge des infolge von Permeation durch die Umfangsdichtung durchgesetzten Fluids in einem mit Fluid gesättigten Zustand der Umfangsdichtung eine nichtlineare Abhängigkeit von diesem Verhältnis zeigt.
Dieses Verbindungssystem hat sich in der Praxis bewährt, so dass eine auf Dauer permeationsarme Kupplungs-Verbindung, z. B. für Cθ2-führende Systeme, geschaffen werden konnte. Für die aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 469 247 A9 be¬ kannte konstruktive Gestaltung der Steckkupplung ist dabei in besonders permea- tionsminimierender Weise ein kleines Verhältnis der senkrecht zur axialen Richtung verlaufenden Querschnittsfläche der deformierten Umfangsdichtung zu der Kontakt¬ länge und eine bevorzugte Verpressung der Dichtung von mehr als 30 Prozent, insbesondere von mehr als 50 Prozent, charakteristisch.
Aus dieser Merkmalskombination, die bei herkömmlich dimensionierten Verbindungs¬ systemen nicht vorliegt, entsteht neben der vorteilhaft geringen Permeation aber ein mit dem viskoelastischen Verhalten der Umfangsdichtung verbundenes Problem. So ist als eine nachteilig auf das Verbindungssystem wirkende Begleiterscheinung festzu¬ stellen, dass Faktoren, wie eine durch Aufbringen einer starken Anpresskraft große Verpressung und die Ausbildung einer großen Kontaktlänge, über die Zeit zu einem Ansteigen des Reibwiderstandes führen können. Insbesondere die Kombination der genannten Parameter kann zu einem übermäßig starken Anstieg der Haftreibungskraft bis hin zu einem "Verkleben" der Umfangsdichtung, insbesondere an ihrem Außendurchmesser, führen. Durch dieses "Verkleben" wird bewirkt, dass sogar ein hoher Systemdruck die Umfangsdichtung nicht mehr axial in der Nut verschieben kann, so dass sie nach der Montage durch den bei Aufnahme der Betriebsbedingungen eintretenden Fluiddruck nicht mehr an einer Flanke der Nut zur Anlage gebracht werden kann. Dies hat wiederum nachteiligerweise zur Folge, dass eine unbeabsichtigt große Permeationsaustrittsfläche entsteht und die Permeation anwächst. Im Detail besteht dabei folgende Problematik: Beim Zusammenstecken der Kupp¬ lungsteile eines Systems der eingangs genannten Art muss aus Toleranzgründen ein an einem der beiden Kupplungsteile befindliches Halteelement mit Spiel in eine am anderen Kupplungsteil befindliche korrespondierende Kontur einrasten. Dadurch hat das Stecksystem üblicherweise ein axiales Spiel und wird beim Stecken des Stecker¬ teils minimal übersteckt. Durch ein anschließendes Zurückziehen bzw. -schieben eines der beiden Kupplungsteile zur Steckkontrolle oder bei einer späteren Beaufschlagung mit Systemdruck werden die Kupplungsteile wieder auseinander gedrückt, bis das Halteelement zur Anlage kommt. Wünschenswerterweise sollte sich bei dieser Bewegung auch die Umfangsdichtung mitbewegen. In besonderem Maße dann, wenn die Umfangsdichtung wegen einer jeweils großen Anpresskraft und Kontaktlänge nach relativ kurzer Zeit mit den Anlageflächen der Kupplungsteile, insbesondere an ihrem Außenumfang mit einem Innenumfang des als Gehäuseteils ausgebildeten Kupp¬ lungsteils, aufgrund eines Anstiegs der Haftreibungszahl "verklebt", geschieht dies je¬ doch nicht und die auf der permeationsbestimmenden Seite befindliche Anlagefläche der Umfangsdichtung wird von der Nutflanke, an der sie im Betriebszustand anliegen sollte, in axialer Richtung weggedrängt, wodurch - wie erwähnt - im Zwischenraum zwi¬ schen Anlagefläche der Umfangsdichtung und korrespondierender Nutflanke eine un¬ erwünscht große Permeationsaustrittsfläche entsteht. Die Umfangsdichtung kann dann selbst bei einer späteren Beaufschlagung mit einem Systemdruck, der von seiner axialen Wirkungsrichtung her geeignet wäre, die Dichtung an die Nutflanke zu drücken, nicht mehr verschoben und zur Anlage gebracht werden. Dabei ist für ein Verbin¬ dungssystem der eingangs genannten Art die Zeitspanne zwischen dem eigentlichen Stecken bis zur Beaufschlagung mit Spitzendruck als entscheidender Zeitraum anzusehen. Dieser Zeitraum kann sich von mehreren Stunden bis zu wenigen Tagen erstrecken.
Es sind grundsätzlich verschiedene, auf bei Umfangsdichtungen, z.B. bei O-Ringen, wirkende Faktoren bekannt, durch die Einfluß auf die tribologischen Verhältnisse, wie sie im vorliegenden Fall auftreten, genommen werden kann. Bei genauerer Betrach¬ tung dieser Faktoren zeigt sich jedoch, dass - insbesondere, wenn die permeationsar- me Verbindung der Kupplungsteile als unabdingbare Voraussetzung gewährleistet werden muß - diese die Reibung beeinflussenden Faktoren gar nicht oder nur so gering veränderbar sind, dass dem vorstehend geschilderten Problem nicht abgeholfen werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verbindungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei Gewährleistung einer geringen Menge des durch die Umfangsdichtung durchgesetzten Fluids im Betriebszustand eine hohe Funktionssicherheit sowie bei der Herstellung der Kupplungsverbindung eine erhöhte Montagefreundlichkeit besitzt.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass in der Nut Mittel zur mechanischen Hemmung einer axialen Bewegung der Umfangsdichtung angeordnet sind, die derart ausgeführt sind, dass die Umfangsdichtung - sowohl, wenn das eine Kupplungsteil mit dem Schaft in die Aufnahmeöffnung des anderen Kupplungsteiles eingesteckt wird, als auch bei einer entgegengesetzt wirkenden relativen Rückbewegung der Kupplungsteile zueinander in der Position gehalten ist, in der die Umfangsdichtung im Betriebszustand den Spalt der Aufnahmeöffnung verschließt und dabei mit einer axial gerichteten Anlagefläche an einer auf der Seite des abzudichtenden Spaltes liegenden Nutflanke anliegt.
Erfindungsgemäß können durch diese mechanische Fixierung vorteilhafterweise die Eigenspannungen, die durch die Deformation beim Einstecken und die Erzeugung der radialen Vorpresskaft in der Umfangsdichtung entstanden sind, derart erhöht werden, dass sie zu einer dauerhaften Anlage der Umfangsdichtung an der Nutflanke auf der abzudichtenden Seite des Spaltes führen.
Beim Zusammenstecken der Kupplungsteile eines erfindungsgemäßen Systems kann also - wie eingangs beschrieben - eine Verrastung der beiden Kupplungsteile erfolgen, bei der das Stecksystem das üblicherweise erforderliche axiale Spiel hat, wobei auch beim Stecken des Steckerteils dieses minimal übersteckt werden kann. Wenn dann bei einem anschließenden Zurückziehen bzw. -schieben eines der beiden Kupplungsteile zur Steckkontrolle oder bei einer späteren Beaufschlagung mit Systemdruck die Kupplungsteile wieder auseinander gedrückt werden, wird bei dieser Bewegung auch die Umfangsdichtung mitbewegt. Durch das Vorhandensein der in der Nut vor¬ gesehenen Mittel zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangs dichtung wird dabei - auch dann, wenn die Umfangsdichtung mit großer Anpresskraft und Kontaktlänge insbesondere am Innenumfang des als Gehäuseteils ausgebildeten Kupplungsteils anliegt - die Umfangsdichtung nicht von der Nutflanke, an der sie im Betriebszustand bestimmungsgemäß anliegen soll, weggedrängt. Dadurch kann vorteilhafterweise keine unerwünscht vergrößerte Permeationsfläche entstehen. Die Rückbewegung nach dem Stecken kann dabei problemlos in der eingangs erwähnten kritischen Zeit von mehreren Stunden bis zu wenigen Tagen erfolgen. Die Mittel zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung müssen dabei nicht derart ausgelegt sein, dass sie die Umfangsdichtung im Sinne einer starren Halterung an ihrem Platz fixieren. Es genügt, wenn die die Axialbewegung der Um¬ fangsdichtung hemmende Kraft größer ist als die sich nach dem Aufbringen der Anpresskraft aufgrund der viskoelastischen Eigenschaften der Umfangsdichtung im kritischen Zeitraum einstellende Resultierende der Haftreibungskraft, insbesondere die Differenz der Haftreibungskräfte am Innen- und am Außendurchmesser.
Die Mittel zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung können dabei bevorzugt in einem Bereich am Nutgrund oder in der Nähe des Nut¬ grundes angeordnet sein. So ist es zum Beispiel in konstruktiv wenig aufwändiger Wei¬ se möglich, dass diese Mittel derart ausgebildet sind, dass sie in Richtung des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils in die Aufnahmeöffnung des anderen Kupp¬ lungsteiles im Längsschnitt gesehen in radialer Richtung eine sprungartige und/oder stetige Verringerung des Querschnitts der Nut bewirken. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Mittel zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung eine im Nutgrund angeordnete umfangsgemäß verlaufende Unstetigkeitsstelle, wie eine Knicklinie oder eine Kante, umfassen. Es kann auch - sich entweder an die Unstetigkeitsstelle anschließend oder ohne Unstetigkeits¬ stelle - bevorzugt eine im Nutgrund ausgebildete ebene oder gekrümmte, insbesondere konvex gekrümmte, in Richtung des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils in die Aufnahmeöffnung des anderen Kupplungsteiles radial nach außen verlaufende Schrägfläche als Mittel zur Hemmung der Relativbewegung zwischen Umfangs¬ dichtung und Nutflanke vorgesehen sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteran¬ sprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten. Anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele soll im Folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
Fig. 1 im Längsschnitt, vergrößert, eine Darstellung eines Verbindungssystems, in dem die Erfindung bevorzugt zur Anwendung gelangt,
Fig. 1a teilgeschnitten, im Maßstab 1 : 1 , ein zweites Kupplungsteil eines Verbin¬ dungssystems, in dem die Erfindung bevorzugt zur Anwendung gelangt,
Fig. 2 im Längsschnitt, eine Teildarstellung eines erfindungsgemäßen Ver¬ bindungssystems in einer ersten Ausführung,
Fig. 3 eine diagrammatische Darstellung der Abhängigkeit der Haftreibungszahl in einer aus einer Umfangsdichtung und einem Kupplungsteil gebildeten Reibpaarung von der Zeit,
Fig. 4a im Längsschnitt, eine Teildarstellung eines erfindungsgemäßen Ver¬ bindungssystems zur Veranschaulichung des Nutfüllungsgrades bei Raumtemperatur,
Fig. 4b im Längsschnitt, eine Teildarstellung eines erfindungsgemäßen Ver¬ bindungssystems zur Veranschaulichung des Nutfüllungsgrades bei ge¬ genüber der Raumtemperatur erhöhter Temperatur,
Fig. 5 im Längsschnitt, eine Teildarstellung eines erfindungsgemäßen Ver¬ bindungssystems in einer zweiten Ausführung,
Fig. 6 im Längsschnitt, eine Teildarstellung eines erfindungsgemäßen Ver¬ bindungssystems in einer dritten Ausführung,
Fig. 7 im Längsschnitt, stark vergrößert, eine Teildarstellung eines zweiten
Kupplungsteiles eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems gemäß der dritten Ausführung, mit einigen geometrischen Detailveränderungen gegenüber Fig. 6,
Fig. 8 in geschnittener perspektivischer Darstellung, eine bevorzugte Ausfüh¬ rungsform einer Umfangsdichtung für ein erfindungsgemäßes Ver¬ bindungssystem,
Fig. 9 in Querschnittsdarstellung, eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Umfangsdichtung für ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem,
Fig. 10 im Längsschnitt, eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer Umfangs¬ dichtung für ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem,
Fig. 11 im Längsschnitt, eine Teildarstellung eines erfindungsgemäßen Ver¬ bindungssystems in einer vierten Ausführung,
Fig. 12 ein Schema einer Vorrichtung zur Bestimmung der Menge von infolge von Permeation durch eine Umfangsdichtung eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems durchgesetzten Fluids.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche und einander entsprechende Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher im Folgenden in der Regel jeweils nur einmal beschrieben.
Wie sich zunächst aus Fig. 1 ergibt, umfasst ein Verbindungssystem für fluidische Systeme, insbesondere für CO2 führende Systeme, im dargestellten Fall eine Steck¬ kupplung, in dem die Erfindung bevorzugt zur Anwendung gelangen kann, ein erstes Kupplungsteil 1 in Form eines Gehäuses, ein entlang einer Achse X-X in das erste Kupplungsteil 1 einführbares zweites Kupplungsteil 2 in Form eines Steckerteiles, und mindestens eine, in der dargestellten Ausführung zwei, aus einem Elastomer beste¬ hende Umfangsdichtungen 3. Die Umfangsdichtungen 3 sind jeweils in einer eine Nuttiefe T und eine Nutlänge NL aufweisenden Nut 4 angeordnet, welche um fangsgemäß in einem der beiden Kupplungsteile 1 , 2 - in der dargestellten Ausführung im zweiten Kupplungsteil 2, dem Steckerteil - ausgebildet ist.
Wie auch die in natürlichem Maßstab gezeigte Darstellung in Fig. 1a zeigt, weist das zweite Kupplungsteil 2 einen in seiner Grundgestalt im Querschnitt runden Schaft 5 auf und ist damit in eine in ihrer Grundgestalt im Querschnitt runde Aufnahmeöffnung 6 des ersten Kupplungsteiles 1 einsteckbar. Die Steckrichtung wird durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen S bezeichnet. Die Nuten 4 verlaufen im Mantel des Schaftes 5 umfangsgemäß und parallel zueinander. Der ausgebrochene Teil in Fig. 1a zeigt dabei, dass mit Vorteil in dem Schaft 5 eine, insbesondere eingefräste, Belüftungsnut 5a vorhanden sein kann.
Die Umfangsdichtungen 3 verschließen nach dem Einstecken, insbesondere im Be¬ triebszustand, unter Deformation und Erzeugung einer radialen Vorpresskaft Fv jeweils einen Spalt 7 mit einer Spaltweite s, die in Fig. 1 nicht gut zu erkennen und daher dort nur mit einem in Klammern gesetzten Bezugszeichen "(s)" angedeutet ist. Eine deutlichere Darstellung zeigt Fig. 11. wo auch dargestellt ist, dass sich der Spalt 7 zwischen dem Außenradius RSA des Schaftes 5 und dem Innenradius Roi der Auf¬ nahmeöffnung 6 befindet. Die jeweilige Umfangsdichtung 3 verschließt den Spalt 7 und liegt dabei zumindest über eine senkrecht zum jeweiligen Radius RSA, ROI der Kupp¬ lungsteile 1 , 2 in axialer Richtung X-X verlaufende - auch aus Fig. 1 hervorgehende - Kontaktlänge KL an den Kupplungsteilen 1 , 2 an.
Wie wiederum durch Fig. 11 veranschaulicht ist, ergibt sich eine Breite B der senkrecht zur axialen Richtung X-X verlaufenden Querschnittsfläche Av der deformierten Um¬ fangsdichtung 3 dabei aus der Summe aus Nuttiefe T und Spaltweite s bzw. aus der Differenz aus dem Innenradius Roi der Aufnahmeöffnung 6 und dem Radius RSN des zweiten Kupplungsteiles 2 im Bereich des Grundes 4a seiner Nut 4.
Die Querschnittsfläche Av selbst ergibt sich für einen zwischen den Kupplungsteilen 1 , 2 ausgebildeten Kreisring zu AV=TT*(R2OI-R2SN) und ist daher in Fig. 11 mit einem in Klammern gesetzten Bezugszeichen "(Av)" unter dem Bezugszeichen für die Breite B veranschaulicht. Die radiale Querschnittsfläche der verpressten Umfangsdichtung 3 ist statt dessen mit dem Bezugszeichen AR gekennzeichnet.
Ein die Permeation durch die Umfangsdichtung 3 bestimmendes Flächen-Permea- tionslängen-Verhältnis AE/KL wird durch eine permeationswirksame Teilumfangsfläche AE der Umfangsdichtung 3 zu der Kontaktlänge KL gebildet. Die Teilumfangsfläche AE ist in der Nähe des Spaltes 7 angeordnet und wird durch die in Fig. 2, 5, 6 und 11 fett hervorgehobene, insbesondere nicht an den Kupplungsteilen 1 , 2 anliegende, Bogen- linie BL der verpressten, radialen Querschnittsfläche AR der deformierten Umfangs¬ dichtung 3 bestimmt.
Damit die permeationsbestimmende Teilumfangsfläche AE klein bleibt - insbesondere sollte sie nicht größer sein als der halbe Wert, vorzugsweise nicht größer als ein Fünf¬ tel der senkrecht zur axialen Richtung X-X verlaufenden Querschnittsfläche Av der deformierten Umfangsdichtung 3 - ist es notwendig, dass die Umfangsdichtung 3 im Betriebszustand in der Nut 4 eine Position einnimmt, in der die Umfangsdichtung 3 mit einer axial gerichteten Anlagefläche FA an einer auf der Seite des abzudichtenden Spaltes liegenden Nutflanke 4b anliegt. Zu einer gegenüber liegenden Nutflanke 4c kann bzw. sollte dabei ein Abstand E bestehen, so dass die Umfangsdichtung 3 asym¬ metrisch in der Nut 4 angeordnet ist.
Die Länge der Bogenlinie BL nimmt in dieser Position bei verschwindender Bogen- krümmung im Minimalfall den Wert der Spaltweite s an. In diesem Fall sind der Quer¬ schnitt der unverpressten Umfangsdichtung 3, die Nuttiefe T und die Spaltweite s so¬ wie die Nutlänge NL derart aufeinander abgestimmt, dass die permeationswirksame Teilumfangsfläche AE unabhängig von einer Schnurstärke der unverpressten Umfangs¬ dichtung 3 ist. Im Maximalfall sollte die Bogenlinie BL nicht länger sein als der halbe Wert, vorzugsweise ein Viertel des Wertes, der Breite B, d.h. der Summe aus Spaltweite s und Nuttiefe T.
Das Steckerteil ist in der in Fig. 1 dargestellten speziellen Ausführung des Verbin¬ dungssystems in der Aufnahmeöffnung 6 mittels einer (als Ganzes nicht näher be¬ zeichneten) Verriegelungseinrichtung im eingesteckten Zustand gegen Lösen arretier¬ bar. Die Verriegelungseinrichtung besteht dabei aus mindestens einem Halte- bzw. Rastelement - in der dargestellten Ausführung aus zwei axial hintereinander auf dem Steckerteil angeordneten Halte- bzw. Rastelementen 8, 9 - und aus einer jeweils mit einem Rastelement 8, 9 zusammenwirkenden Rastschulter 10. Die Rastelemente 8, 9 sind jeweils durch einen in jeweils einer Ringnut 11 , 12 des Steckerteiles gehaltenen Sprengring gebildet. Das Gehäuseteil ist zweiteilig ausgeführt, indem es aus einem inneren Gehäuseteil 1a, das den Hauptteil der Aufnahmeöffnung 6 bildet, und aus einem mit dem inneren Gehäuseteil 1a lösbar verbindbaren und das innere Gehäu¬ seteil 1a im Wesentlichen umfassenden äußeren Gehäuseteil 1b besteht. Die Rast¬ schulter 10 ist einendig im Eingangsbereich der Aufnahmeöffnung 6 an dem äußeren Gehäuseteil 1 b ausgebildet. Wie dargestellt, ist das äußere Gehäuseteil 1b als mit dem inneren Gehäuseteil 1a verschraubbare Überwurfmutter ausgebildet.
Das zweite Kupplungsteil 2, also der Stecker, sowie sowohl das innere Gehäuseteil 1a, als auch das äußere Gehäuseteil 1b des ersten Kupplungsteiles 1 können bevorzugt aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Aluminium- oder hochlegierten Edelstahllegierungen, bestehen. Die Umfangsdichtungen 3 können beispielsweise aus einer polymeren Fluor-Kohlenstoffverbindung, aus synthetischem Kautschuk, wie Silikonkautschuk, NBR oder H-NBR, PUR, EPDM, SBR, o.a., bestehen und ins¬ besondere einen hohen Anteil an Füllstoffen aufweisen. Die Shore-A-Härte kann bevorzugt im Bereich von 70 bis 90 liegen.
Hinsichtlich eines - als Quotient aus einem in der Nut 4 liegenden Anteil des verpress- ten, radialen Querschnitts AR der Umfangsdichtung 3 und der Querschnittsfläche AN der Nut 4 (gleich T*NL für rechteckigen Nutquerschnitt) berechneten - Füllgrades FG der Nut 4 ist es zur Erzielung einer hohen Dichtungswirkung und damit Minimierung der Leckmenge Q von Vorteil, wenn dieser Füllgrad FG im Bereich von mehr als 58,0 Prozent, vorzugsweise von mehr als 78,0 Prozent liegt. Unter Beachtung der mög¬ lichen Wärmeausdehnung der Umfangsdichtung 3 sollte dabei eine Extrusion in den Spalt 7 möglichst vermieden werden. Dies wird insbesondere durch die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 10 beschriebenen Ausführungsformen von Um¬ fangsdichtungen 3 gewährleistet.
Aus Fig. 4a und 4b, die der Veranschaulichung des Nutfüllungsgrades bei Raumtem¬ peratur, d. h. insbesondere bei 23 0C, und bei gegenüber der Raumtemperatur erhöh ter Temperatur, d. h. insbesondere bei einer etwa Betriebsbedingungen entsprechen¬ den Temperatur von 150 0C, dienen, wird deutlich, dass bei asymmetrischer An¬ ordnung der Umfangsdichtung in der Nut 4, der Nutfüllungsgrad kleiner als 100 Prozent bleibt. Dies gilt sowohl bei Raumtemperatur, als auch bei der für den Betrieb charak¬ teristischen Temperatur, bei der es zu einer Wärmeausdehnung der Umfangsdichtung 3 in Steckrichtung S und damit vorteilhafterweise auch zu einer Vergrößerung der Kontaktlänge KL gekommen ist. Charakteristisch für die unvollständige Nutfüllung ist dabei das Maß E, welches den Abstand der Umfangsdichtung 3 von der Nutflanke 4c auf der Seite des höheren Druckes pi veranschaulicht und immer größer ist als Null.
Bei der bevorzugten asymmetrischen Lage der Umfangsdichtung 3 in der Nut 4 gilt für einen als Quotienten aus einem, in der auf der Seite des abzudichtenden Spaltes 7 angeordneten Hälfte der Nut 4 liegenden Anteil des verpressten, radialen Querschnitts AR der Umfangsdichtung 3 und der halben Querschnittsfläche AN/2 der Nut 4 berech¬ neten Füllgrad - dass dieser im Bereich von bis zu 98 Prozent, bzw. insbesondere 100 Prozent, liegen sollte.
Eine - wie dargestellt - asymmetrische Lage der Umfangsdichtung 3 kann sich dabei bei entsprechender Dimensionierung der Umfangsdichtung und der Nut 4 dadurch einstellen, dass die Umfangsdichtung 3 durch die Differenz Δp zwischen dem erhöhten Druck pi und dem Vergleichsdruck p2 in axialer Richtung X-X gegen die Nutflanke 4b auf der Seite des niedrigeren Druckes p2 gedrückt wird, während auf der anderen Seite der Nut 4 noch der bereits erwähnte Abstand E zwischen der Nutflanke 4c und der Umfangsdichtung 3 besteht. Da das System bis zur Inbetriebnahme noch drucklos ist, kann durch Aufbringen eines Druckstoßes auf der Seite des erhöhten Druckes pi eine solche asymmetrische Lage gezielt eingestellt werden, wobei insbesondere eine über die Kontaktlänge KL auftretende Haftreibungskraft FH zu überwinden ist.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass in der Nut 4 Mittel zur mechanischen Hemmung einer axialen Bewegung der Umfangsdichtung 3 angeordnet sind, die derart ausgeführt sind, dass die Umfangsdichtung 3 - sowohl, wenn das eine Kupplungsteil 2 mit dem Schaft 5 in die Aufnahmeöffnung 6 des anderen Kupplungsteiles 1 eingesteckt wird (Einsteckrichtung - Pfeil S), als auch bei einer entgegengesetzt wirkenden relativen Rückbewegung der Kupplungsteile 1 , 2 zueinander in der Position gehalten ist, in der die Umfangsdichtung 3 den Spalt 7 der Aufnahmeöffnung 6 verschließt und dabei mit der axial gerichteten Anlagefläche FA an einer auf der Seite des abzudichtenden Spaltes 7 liegenden Nutflanke 4b anliegt.
Bei der in Fig. 2 (sowie auch Fig. 5 bis 7) gezeigten ersten (bzw. zweiten und dritten) Ausführung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Mittel zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung 3 eine im Nutgrund 4a an¬ geordnete, umfangsgemäß verlaufende Unstetigkeitsstelle 4d, insbesondere im Verlauf oder im Anstieg der Längsschnittkontur, wie eine Knicklinie oder eine Kante, umfassen. Außerdem umfassen diese Mittel in den genannten Ausführungen jeweils eine im Nutgrund 4a ausgebildete Schrägfläche 4e. Diese Schrägfläche 4e ist in der ersten Ausführung (Fig. 2) eben und in der zweiten (Fig. 5) und dritten (Fig. 6, 7) Ausführung gekrümmt, insbesondere konvex gekrümmt, und verläuft in Richtung S des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils 2 in die Aufnahmeöffnung 6 des anderen Kupp¬ lungsteiles 1 radial nach außen.
Dadurch wird erreicht, dass die Mittel zur Bewegungshemmmung der Umfangs¬ dichtung 3 in Richtung S des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils 2 in die Aufnahmeöffnung 6 des anderen Kupplungsteiles 1 im Längsschnitt gesehen in radialer Richtung jeweils - sofern vorhanden - an der Unstetigkeitsstelle 4d eine sprungartige und/oder - sofern vorhanden - an der Schrägfläche 4e eine stetige Ver¬ ringerung des Querschnitts der Nut 4 bewirken. Dabei kann durch die konvexe Krümmung und/oder eine Stufe mit Vorteil bei fortschreitendem Einstecken - zumin¬ dest abschnittsweise - eine überproportionale Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung 3 erzielt werden.
Diese Mittel zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung 3 können dabei insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie - vorzugsweise in axialer Richtung - eine Erhöhung der durch die Deformation beim Einstecken und die Erzeugung der radialen Vorpresskaft Fv in der Umfangsdichtung 3 schon vorhandenen Eigenspannungen bewirken. Durch eine entsprechende Dimensionierung der Mittel wird es dadurch möglich, die eingangs beschriebene - und in Fig. 3 in quantitativer Form für eine Umfangsdichtung 3 aus Polyurethan (Kurve a)) und eine Umfangsdichtung 3 aus NBR (Kurve b)) wiedergegebene - Erscheinung des Anstiegs der Haftreibungszahl μH mit der Zeit t zu kompensieren. Aus der Grafik ist dabei ersichtlich, dass die Haftreibungszahl μH ausgehend von einem Wert von kleiner als 0,4 schon nach wenigen Sekunden ansteigt und nach einer Woche etwa das Doppelte bis etwa Dreifache ihres Ursprungswertes erreichen kann. Dabei werden Werte der Haftreibungszahl μH von größer 1 erreicht, was bedeutet, dass die beispielsweise nach einem Überstecken bei einer Rückbewegung des Schaftes 5 zu überwindende, entgegengesetzt wirkende Haftreibungskraft FH über den Wert der Normalkraft, d.h. den Wert der Vorpresskraft Fv, hinausgeht.
Die genannte Erhöhung der Eigenspannungen kann insbesondere dadurch erzielt wer¬ den, dass die Mittel zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangs- dichtung 3 eine in radialer Richtung vom Nutgrund 4a ausgehende, insbesondere durch eine konvexe Wölbung gebildete, Stufe umfassen, wie dies in Fig. 5 und noch deutlicher ausgeprägt in Fig. 6 und 7 dargestellt ist. In Fig. 6 ist dabei diese Stufe durch die Angabe ihrer Höhe HS und ihrer Länge LS gekennzeichnet, wobei es als besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine optimale Eigenspannungsverteilung in der Umfangsdichtung 3 anzusehen ist, wenn die vom Nutgrund 4a ausgehende Stufe eine Höhe HS aufweist, die etwa einem Fünftel bis einem Drittel einer maximalen Nuttiefe T oder einer maximalen radialen Hauptabmessung Y des Querschnitts der Umfangsdich¬ tung 3 im unverpressten Zustand entspricht und wenn die vom Nutgrund 4a ausgehen¬ de Stufe eine Länge LS aufweist, die etwa einem Fünftel bis einem Viertel einer maximalen axialen Hauptabmessung GL des Querschnitts der Umfangsdichtung 3 im unverpressten Zustand entspricht. Fig. 6 sind jedoch im Gegensatz zu diesen Forderungen nur die Werte der charakteristischen Hauptabmessungen X und Y im ver- pressten Zustand zu entnehmen. Die genannten Hauptabmessungen X, Y entsprechen in Fig. 8 bis 10, die Umfangsdichtungen 3 im unverpressten Zustand zeigen, den Größen, GL (X) und 2*RS0 (Y) in Fig. 8, 2*HA (X) und 2*HB in Fig. 9 und GL (X) und 2*HB in Fig. 10.
Fig. 7, die - wie bereits erwähnt - im Längsschnitt und noch stärkerer Vergrößerung eine Teildarstellung eines zweiten Kupplungsteiles 2 eines erfindungsgemäßen Ver¬ bindungssystems gemäß der dritten Ausführung wiedergibt, zeigt gegenüber Fig. 6 einige geometrischen Detailveränderungen. So ist zunächst ersichtlich, dass alle vorhandenen, umfangsgemäß verlaufenden Kanten in und an der Nut 4 durch Über gangsradien RL) verrundet sind. Dadurch kommt es zunächst zu einer besonders schonenden Aufnahme der Umfangsdichtung 3 in der Nut 4. Des Weiteren können insbesondere die Übergangsradien RÜ am Übergang von der Anlage-Nutflanke 4b zum Nutgrund 4a, der eine Länge NLG aufweist, vom Nutgrund 4a zur Schrägfläche 4e, und von der Oberfläche 4f der Stufe zu der Nutflanke 4c auf der Seite des höheren Druckes pi an die Form der Umfangsdichtung 3 - beispielsweise an die noch nach¬ stehend unter Bezugnahme auf Fig. 9 und 10 beschriebenen Radien R3 - derart an- gepasst werden, so dass an diesen Stellen ein nahezu formschlüssiges Ineinander¬ greifen vorliegt. Das bedeutet, dass insbesondere die Übergangsradien RÜ am Über¬ gang von der Anlage-Nutflanke 4b zum Nutgrund 4a und von der Oberfläche 4f der Stufe zu der Nutflanke 4c auf der Seite des höheren Druckes pi, wie auch der Über¬ gangsradius RÜ von der Schrägfläche 4e zur Oberfläche 4f der Stufe etwa genauso groß gewählt werden, wie die Radien R3, mit denen die Kanten der jeweiligen Um¬ fangsdichtung 3 verrundet sind. Der Übergangsradius RÜ vom Nutgrund 4a zur Schrägfläche 4e kann dagegen kleiner ausgebildet sein, damit die gewünschte Hemmung der Axialbewegung einen stärker sprunghaften Charakter annimmt. In der gleichen, kleineren Größenordnung können auch die Übergangsradien RÜ an den Nutflanken 4b, 4c im Bereich des Spaltes 7 liegen.
Sowohl die Schrägfläche 4e als auch die Nutflanke 4c auf der Seite des höheren Druckes pi können jeweils eine Neigung aufweisen, die durch die in Fig. 7 mit den Bezugszeichen α und ß bezeichneten Winkel zu einem jeweils in radialer Richtung verlaufenden Strahl quantitativ beschrieben werden können. Der Winkel α kann dabei mit Vorteil in einem Bereich bis zu 25°, vorzugsweise bis zu 10°, und der Winkel ß zwischen 5° und 60°, vorzugsweise zwischen 15° und 30°, liegen.
Die Nutlänge NL und die Länge NLG (Abstand zwischen 4d und 4b) des Nutgrundes 4a können mit Vorteil im Hinblick auf die maximale axiale Hauptabmessung GL des Querschnitts der Umfangsdichtung 3 im unverpressten Zustand bzw. auf die entsprechenden charakteristischen Hauptabmessungen X im verpressten Zustand dimensioniert sein. Die genannten Hauptabmessungen X sollten bei Raumtemperatur nicht kleiner, aber auch nicht wesentlich größer als die Länge NLG des Nutgrundes 4a sein. Insbesondere sollte die axiale Hauptabmessung der auf dem zweiten Kupplungsteil 2 montierten, aber noch nicht verpreßten Umfangsdichtung 3 nicht so groß sein, dass die Umfangsdichtung 3 bei Anlage an der zur Anlage bestimmten Nutflanke 4b über die Schrägfläche 4e bzw. die Stufe in Richtung auf die Nutflanke 4c auf der Seite des höheren Druckes pi hinaus geschoben wird. In dieser Position besteht in jedem Fall zwischen Umfangsdichtung 3 und Nutflanke 4c der bereits erläuterte Abstand E, der auch als Expansionsraum bezeichnet werden könnte. Wenn das zweite Kupplungsteil 2 mit der darauf montierten Umfangsdichtung 3 in das erste Kupplungsteil gesteckt ist, sollte nach Deformation der Umfangsdichtung 3 der Abstand E immer noch vorhanden sein, ebenso im Betriebszustand bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, wie dies auch in Fig. 4b dargestellt ist. Danach ist die Gesamtlänge NL der Nut 4 zu bemessen. Bestenfalls unter als extrem anzunehmen¬ den Temperatur- und Druckbedingungen (T - maximal, pi - minimal) sollte der Ab¬ stand E den Wert Null annehmen können, woraus sich dann ein Füllgrad der Nut 4 von 100 Prozent ergeben kann.
Was die Reibung beim Einstecken unter der Wirkung der Vorspannkraft Fv betrifft, so muss dazu bemerkt werden, dass die Größe der Vorspannkraft Fv bei einem Ein¬ stecken des Schaftes 5 mit der bereits in der Nut 4 angeordneten Umfangsdichtung 3 die notwendigerweise aufzubringende Steckkraft Fs gleichsinnig beeinflußt und daher - allerdings in einer gemäß dem Durchmesser der Dichtung entsprechenden Abstufung - einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten sollte. Die Steckkraft Fs wirkt dabei entgegen der sich später ausbildenden Haftreibungskraft FH, also in Steckrichtung S. Man rechnet bekanntermaßen bei Nenndurchmessern von 12 mm mit geforderten Maximalsteckkräften Fs von unter 50 N, vorzugsweise sogar von unter 10 N. Für größere Nenndurchmesser oder auch für kleine Nenndurchmesser, aber bei dem für CO2 relevanten Druckbereich (pi = 10 bar bis 180 bar), treten größere Steckkräfte Fs auf, die mehr als 100 N und 120 N erreichen können. Solche Steckkräfte Fs können erfindungsgemäß vermieden und vorteilhafterweise für Innenradien Roi des ersten Kupplungsteiles 1 im Bereich von etwa 6 mm bis 13 mm Steckkräfte Fs von weniger als 100 N, vorzugsweise weniger als 50 N und sogar von weniger als 30 N, erreicht werden.
Es ist grundsätzlich möglich, dass der Querschnitt AU der in dem erfindungsgemäßen System zum Einsatz gelangenden Umfangsdichtung 3 im unverpressten Zustand eine kreisrunde oder elliptische Form aufweist. Bevorzugt ist es jedoch, dass - wie für die zweite Ausführung in Fig. 5 gezeigt - die Umfangsdichtung 3 eine Querschnittsform aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sich der Querschnitt Av der Umfangsdichtung 3 im bestimmungsgemäßen Einbauzustand der Umfangsdichtung 3 in Richtung S des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils 2 in die Aufnahmeöffnung 6 des anderen Kupplungsteiles 1 im Längsschnitt gesehen in radialer Richtung zumindest abschnitts¬ weise verringert. Dem entspricht in der zeichnerischen Darstellung von Fig. 5 eine konusartige Abnahme der Breite B in der Steckrichtung S, wobei auch der Nutgrund 4a konusartig verläuft - und dies nicht nur im Bereich der bereits erwähnten Schrägfläche 4e, sondern auch in einer der Schrägung der Innenseite der Umfangsdichtung 3 kom¬ plementären Weise, mit in Steckrichtung S zunehmendem Radius RSN des Schaftes 5 auf dem Grund 4a der Nut 4. Der Nutgrund 4a selbst stellt somit in dieser Ausführung ebenfalls ein Mittel zur mechanischen Hemmung einer axialen Bewegung der Umfangsdichtung 3 dar.
Zwei besonders bevorzugte Ausführungsformen einer Umfangsdichtung 3 für ein erfin¬ dungsgemäßes Verbindungssystem zeigen - wie bereits erwähnt - Fig. 8 und 9. Für diese Ausführungen sind der Querschnitt - AU in Fig. 8 bzw. AUopt in Fig. 9 - der unver- pressten Umfangsdichtung 3, die Nuttiefe T, die Nutlänge NL und die Spaltweite s speziell aufeinander abgestimmt, so dass bei der Montage nur geringe Steckkräfte Fs auftreten und dass bei einer geringen Menge Q des durch die Umfangsdichtung 3 eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems durchgesetzten Fluids unter hohen Systemdruckdifferenzen Δp, insbesondere unter Systemdrücken pi von bis zu mehr als 150 bar bzw. 180 bar, ein zuverlässiger Ausgleich der Fertigungstoleranzen der Kupplungsteile 1 , 2 erfolgt. Dadurch ist es möglich, dass ein Wert der Menge Q des in Folge von Permeation durch die Umfangsdichtung 3 durchgesetzten Fluids nicht größer ist als etwa 2,5 g pro Jahr und Verbindung, vorzugsweise nicht größer als 1 g pro Jahr und Verbindung.
Für die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform ist es charakteristisch, dass sich der Querschnitt AU der unverpressten Umfangsdichtung 3 in symmetrischer Weise zu einer Mittenachse Y-Y aus zwei gleich großen Halbkreisflächen KF1 , KF2 - es könnten auch Kreissegment-Flächen sein - und einer dazwischen liegenden Rechteckfläche RF zusammensetzt. In der Darstellung gemäß Fig. 8 ist zweimal ein O-Ring in die Quer¬ schnittsform einbeschrieben. Der O-Ring bestimmt mit dem Radius Rso eine radiale Haupterstreckung HB des Querschnitts AU der Schnur und die Krümmung in axialer Richtung X-X. Die axiale Haupterstreckung HA ergibt sich als Seitenlänge SL der Halbfläche des Querschnitts AU, der die axiale Gesamtlänge GL aufweist. Die Wahl dieser Gesamtlänge GL - beispielsweise im Verhältnis zu einer vorgegebenen Nutlän¬ ge NL - stellt neben der Größe der radialen Deformation der Umfangsdichtung 3 bei der Montage eine Möglichkeit dar, um im verpressten Zustand den Füllungsgrad FG der Nut 4 zu variieren.
Fig. 9 zeigt eine weitere, als optimal zu betrachtende Ausführung einer Umfangs¬ dichtung 3 für ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem, die sich dadurch auszeich¬ net, dass der Querschnitt AUopt der unverpressten Umfangsdichtung 3 in der Grundge¬ stalt aus einem Rechteck besteht, das zwei mit einem ersten Krümmungsradius Ri konvex gewölbte Längsseiten, zwei mit einem zweiten Krümmungsradius R2 konvex gewölbte Querseiten und vier mit einem dritten Krümmungsradius R3 konvex ver¬ rundete Ecken aufweist. Der dritte, insbesondere bei der Verpressung der Umfangs¬ dichtung die Bogenlänge BL bestimmende und den Füllungsgrad FG beeinflussende, Krümmungsradius R3 ist dabei kleiner als der erste, insbesondere die Kontaktlänge KL bestimmende, Krümmungsradius Ri und der erste Krümmungsradius Ri ist wiederum kleiner als der zweite Krümmungsradius R2, der ebenfalls Bogenlänge BL und Fül¬ lungsgrad FG -jedoch in geringerem Maß als der dritte Radius R3 - mitbestimmt. Durch eine solche Querschnittsform kann bei einem hohen Füllgrad FG der Nut 4 und niedriger Vorpresskraft Fv eine kurze Bogenlänge BL und damit eine im Vergleich mit einem O-Ring oder einem Ring mit elliptischem Querschnitt kleinere permeations- wirksame Teilumfangsfläche AE erzielt werden.
Sowohl zur Erzielung eines günstigen Verhältnisses AV/KL der senkrecht zur axialen Richtung X-X verlaufenden Querschnittsfläche Av der deformierten Umfangsdichtung 3 zur Kontaktlänge KL, als auch zur Erzielung eines günstigen Verhältnisses AE/KL der permeationsbestimmenden Teilumfangsfläche AE zur Kontaktlänge KL - ist es von Vorteil, wenn der Querschnitt AU bzw. AUopt der Umfangsdichtung 3 im unverpressten Zustand bereits eine Vorform aufweist, bei der eine Formzahl, ein Quotient FZu = HA/HB aus einer axialen Haupterstreckung des Dichtungsquerschnitts AU bzw. AUopt, im in Fig. 9 dargestellten Fall der großen Halbachse HA, und einer radialen Haupter Streckung, im in Fig. 9 dargestellten Fall der kleinen Halbachse HB, einen Wert von größer 1 , vorzugsweise von größer 2, aufweist.
Fig. 10 zeigt eine dritte, ebenfalls als optimal zu betrachtende Ausführung einer Um- fangsdichtung 3 für ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem. Auch bei dieser Ausführung kann der Querschnitt AUSUp der unverpressten Umfangsdichtung 3 in der Grundgestalt als ein Rechteck aufgefaßt werden, welches jedoch - im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ausführungen - tonnenartig nach außen gewölbt ist. Wie bei der Ausführung in Fig. 9 ist dabei ein erster Krümmungsradius Ri für die äußere, konvex gewölbte Längsseite, jedoch - im Gegensatz zur Ausführung in Fig. 9 ein zweiter Krümmungsradius R4 für die innere, konkav gewölbte Längsseite vorge¬ sehen. Diese konkave Verwölbung der inneren Längsseite führt im montierten Zustand der Umfangsdichtung 3 auf dem zweiten Kupplungsteil 2 und auch später nach dem Stecken in das erste Kupplungsteil 1 sowie unter Betriebsbedingungen vorteilhafterwei¬ se zu einer Verringerung der Reibung zwischen Umfangsdichtung 3 und Nutgrund 4a, weil die durch die Deformation der solchermaßen geformten Umfangsdichtung 3 entstehenden Eigenspannungen die Vorpresskraft Fv im mittleren Bereich der inneren Längsseite herabsetzen. Der erste Krümmungsradius Ri für die äußere, konvex ge¬ wölbte Längsseite kann dabei mit Vorteil geringfügig - etwa 0,4 bis 1 ,6 mm - größer sein als der zweite Krümmungsradius R4 für die innere, konkav gewölbte Längsseite, so dass die konvexe Krümmung flacher verläuft als die konkave Krümmung. Durch die Wahl der Krümmungen der Längsseiten des Querschnitts der Umfangsdichtung 3 kann über den jeweiligen Verlauf der Längsseiten eine variable vorherbestimmte Pressungs¬ verteilung eingestellt werden.
Als weiterer Unterschied zu der Ausführung in Fig. 9 ist bei der Ausführung der Umfangsdichtung 3 in Fig. 10 für die Querseiten des Dichtungsquerschnitts keine Wölbung, sondern ein ebener Verlauf vorgesehen. Allerdings zeigt Fig. 10 - wie¬ derum in Übereinstimmung mit Fig. 9 - vier mit einem dritten Krümmungsradius R3 konvex verrundete Ecken für die Umfangsdichtung 3. Auch hier gilt, dass der dritte, insbesondere bei der Verpressung der Umfangsdichtung die Bogenlänge BL bestimmende und den Füllungsgrad FG beeinflussende, Krümmungsradius R3 klei¬ ner als der erste, insbesondere die Kontaktlänge KL bestimmende, Krümmungs¬ radius R-I, und auch kleiner als der zweite, in dieser Ausführung mit R4 bezeichnete Krümmungsradius ist. Mit dieser Ausführung der Umfangsdichtung ist es möglich, dass ein Wert der Menge Q des in Folge von Permeation durch die Umfangsdichtung 3 durchgesetzten Fluids nicht größer ist als etwa 1 ,0 g pro Jahr und Verbindung, vorzugsweise nicht größer als 0,5 g pro Jahr und Verbindung.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Umfangsdichtung 3 durch einen O-Ring mit im unverpressten Zustand kreisförmigem Querschnitt gebildet ist, bei dem das Verhältnis von Innendurchmesser Ri zur Stärke seiner Schnur 2*Rso> kleiner oder gleich 6, vorzugsweise kleiner ist als 3, und bei dem eine minimale Verpressung V = 100% * (1 - B / (2 * Rso)) in einem Bereich von mehr als 15 Prozent, vorzugsweise von mehr als 25 Prozent bis zu maximal 40 Prozent, liegt.
Im Gegensatz zu der letzteren und auch zu den in Fig. 8 bis 10 dargestellten Aus¬ führungen kann es aber im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Umfangsdichtung 3 im unverpressten Zustand eine Vorform aufweist, bei der der Quotient FZu aus einer axialen Haupterstreckung HA und einer radialen Haupterstreckung HB des Dichtungsquerschnitts einen Wert von kleiner 1 , vorzugs¬ weise von kleiner 0,5, aufweist. Dies ist beispielsweise bei der Ausführung der Erfindung gemäß Fig. 11 gegeben. In dieser Ausführung ist vorgesehen, dass sich die Mittel zur mechanischen Hemmung der Bewegung der Umfangsdichtung 3 über eine gesamte Tiefe T der Nut 4 erstrecken. Insbesondere umfassen die Mittel zur mecha¬ nischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung 3 einen Stützring 13 mit höherer Festigkeit als die der Umfangsdichtung 3 bzw. sind durch einen solchen Stützring 13 gebildet. Dieser Stützring 13 ist auf der Seite der Umfangsdichtung 3 angeordnet, die der Seite des durch die Umfangsdichtung zu verschließenden Spalts 7 der Aufnahmeöffnung 6 gegenüber liegt.
Der Stützring 13 muss mit möglichst kleinen Spalten - einerseits zwischen ihm und dem Nutgrund 4a und andererseits zwischen ihm und dem äußeren Gehäuseteil 1 - eingepasst sein. Durch diese Einpassung wird erreicht, dass bei einem Druckstoß sich eine Druckdifferenz derart aufbaut, dass die Umfangsdichtung 3 gegen die Nutflanke 4b gedrückt wird, an der sich ihre bestimmungsgemäße Anlagefläche FA befindet. Wenn der Stützring 13 an die Umfangsdichtung 3 anvulkanisiert ist, kann auch bei Drücken, die sich - im Gegensatz zu einem Druckstoß - wie statische Drücke ver halten, die Umfangsdichtung 3 angedrückt werden. Das Anvulkanisieren bewirkt unter anderem, dass sich die Umfangsdichtung 3 nicht durchwölbt und somit die Nutflanke 4b berührt, aber nicht an der Wandung gleitet.
Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführung wird der Tatsache Rechnung getragen, dass durch das Verhältnis FZu der axialen und radialen Hauptabmessungen in der Schnur der Umfangsdichtung 3 auch auf das Haftreibungsverhalten der Umfangs¬ dichtung 3 Einfluß genommen werden kann. Dabei darf aber die axiale Hauptab¬ messung der Schnur nicht maßgeblich verändert werden, da die Kontaktlänge KL sonst zu klein wird. Durch die - wie dargestellt - vergleichsweise große radiale Haupt¬ abmessung (Breite B) der Schnur wird die druckbelastete Fläche AV vergrößert, wobei die resultierende Druckkraft der Haftreibungskraft FH entgegenwirkt. Diese kompen¬ sierende Wirkung ist vorteilhafterweise zeitunabhängig, erfordert jedoch bei gleicher Nennweite wie bei den drei vorhergehenden Ausführungen einen größeren radialen Bauraum.
Fig. 12 zeigt schematisch eine Vorrichtung 100 zur Bestimmung der Menge von infolge von Permeation durch eine Umfangsdichtung 3 eines erfindungsgemäßen Ver¬ bindungssystems durchgesetzten Fluids. Darin bezeichnen die Bezugszeichen 101 eine Mikroprozessorsteuerung, 102 eine Vakuummessröhre, 103 jeweils Gasleitungen zu einer Vakuumpumpe, 104 einen Thermostaten, 105 eine Permeationskammer, 106 die Prüfkörper und 107 eine Messgaszuleitung.
Die Prüfkörper 106 werden in der Permeationskammer 105 unter definierten, mit Hilfe der Vakuumpumpe, der Vakuummessröhre 102 und des Thermostaten 104 durch die Mikroprozessorsteuerung 101 einstellbaren und protokollierbaren Bedingungen ge¬ testet. Das Messgas 107 ist dabei infolge des aufgebauten Druckgefälles in der Permeationskammer 105 bestrebt, durch die Prüfkörper 106 zu diffundieren. Die Messung der entsprechend durchgesetzten (Leckage-)Gasmenge erfolgt unter reali¬ tätsnahen Bedingungen, insbesondere mit Kohlendioxid als Messgas 107. Es erfolgt eine integrale Messung von mehreren, insbesondere fünf, Prüfkörpern 106 gleichzeitig, wobei jeweils gesondert Werte für bestimmte Betriebspunkte einer Anlage, z. B. einer Cθ2-Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, erfasst werden, in der ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem zum Einsatz kommen soll. Entsprechend einer nach fachüber greifend einheitlichen Kriterien vorgegebenen Wichtung der Leckagegasmengen an den einzelnen Betriebspunkten wird dann ein resultierender Wert der Menge Q des in Folge von Permeation durch die Umfangsdichtung 3 durchgesetzten Fluids in g pro Jahr und Verbindung bestimmt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. So ist es z. B. möglich, dass nur das erste Kupplungsteil 1 anstelle des zweiten Kupplungsteiles 2 die Nut 4 aufweist. Ergänzend zu den bisher dargestellten technischen Maßnahmen kann mit Vorteil auch vorgesehen werden, dass die Umfangsdichtung 3 mit einer Gasbarrieren-Beschichtung versehen ist, was es gestattet, ohne Zunahme der Leckmenge neben der radialen Hauptabmessung (Breite B) der Schnur auch die axiale Hauptabmessung (Gesamtlänge GL) gegenüber den als vorstehend als optimal be¬ schriebenen Werten noch zu verringern.
Des Weiteren ist es auch möglich, zusätzlich über eine Schmierung, die beispielsweise durch eine Gleitbeschichtung, wie einem Gleitlack oder einem Trockenschmiermittel, die Reibungszahl μH verringert, auf die Haftreibung im Sinne einer Minimierung einzuwirken. Dabei kann für einen tragfähigen Schmierfilm von einer zeitunabhängigen Wirkung ausgegangen werden. Es ist jedoch zu fordern, dass der Permeationwiderstand im Schmierfilm zumindest derart groß ist, dass kein über¬ mäßiger Anstieg (beispielsweise mehr als 10 Prozent) der Leckmenge Q auftritt.
Schließlich zeigt Fig. 7 mit dem Bezugszeichen 200 ein auf der Seite des niedrigeren Druckes P2 am zweiten Kupplungsteil 2 am Außenradius RSA des Schaftes 5 ange¬ ordnetes Element, welches bei erhöhter Temperatur der Verringerung der Spaltweite s des Spaltes 7 zwischen den Kupplungsteilen 1 , 2 des erfindungsgemäßen Verbin¬ dungssystems dient. Diesem Element 200 wird - neben den Mitteln zur mechanischen Hemmung der Axialbewegung der Umfangsdichtung 3 in der Nut 4 - eine eigen¬ ständige erfinderische Bedeutung zugemessen, insofern das Element 200 - bei hoher Montagefreundlichkeit und Funktionssicherheit sowohl bei der Herstellung der Kupp¬ lungsverbindung, als auch im Betriebszustand des erfindungsgemäßen Systems - gewährleistet, dass eine verringerte Menge des Fluids durch die Umfangsdichtung 3 durchgesetzt wird. Dies ist ursächlich darauf zurückzuführen, dass - wie oben ausge führt wurde - die Länge der permeationsbestimmenden Bogenlinie BL der Umfangs- dichtung 3 bei Anlage der Umfangsdichtung 3 an der dafür vorgesehenen Nutflanke 4b bei verschwindender Bogenkrümmung im Minimalfall den Wert der Spaltweite s an¬ nimmt. Wird nun die Spaltweite s verringert, so kommt es zu einer Abnahme der Menge des durch Permeation durch die Umfangsdichtung 3 durchgesetzten Fluids.
Es war oben festgestellt worden, dass das erste Kupplungsteil 1 und das zweite Kupplungsteil 2 bevorzugt aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Alumi¬ nium- oder hochlegierten Edelstahllegierungen, bestehen können. Hierbei weisen die verschiedenen, grundsätzlich für eine Anwendung geeigneten Werkstoffe natur¬ gemäß auch unterschiedliche Eigenschaften auf. So ist für die nachfolgend angege¬ benen Werkstoffe jeweils der zugeordnete thermische Längenausdehnungskoef¬ fizient (angegeben in 10"6 K"1) charakteristisch: Magnesium - 24,5; Aluminium, allgemein - 23,8; AIMgSiI - 23,3; Bronze - 17,3; Kupfer - 16,2; X12CrNi 18.8 - 16,0; Nickel - 13,3; Beryllium 12,3 und Stahl, allgemein - 11 ,1. Wenn beispielsweise für das erste Kupplungsteil 1 und das zweite Kupplungsteil 2 jeweils ein Stahl¬ werkstoff eingesetzt, jedoch in Abweichung dazu das Element 200 aus Aluminium gefertigt wird, so liegt für die Längenausdehnungskoeffizienten eine Differenz von 2,7 * 10"6 K"1 vor. Diese Differenz wird bei Erhöhung der Temperatur von Raum- auf Betriebstemperatur im Sinne einer Verringerung der Spaltweite s wirksam. Zwar ist beispielsweise bei Zugrundelegung der Werte 12,1 + 0,05 mm für Roi und 12,0 - 0,10 mm für RSA nicht mit einem vollständigen Verschluss des Spaltes 7 zu rechnen, jedoch mit einer durchaus permeationswirksamen Verringerung seiner Spaltweite s. Das Element 200 kann in der geometrischen Form von der dargestellten, im Quer¬ schnitt in der Grundgestalt im Wesentlichen dreieckigen Form abweichen, jedoch besitzt die dargestellte Form den Vorteil, dass auf der der Nut 4 zugewandten Seite des Elements 200, wobei eine Dreieckseite einen Teil der Nutflanke 4b bildet, mit der größten radialen Wärmeausdehnung zu rechnen ist, da diese sich proportional zur jeweiligen Ausgangs-Längenabmessung verhält. Das Element 200 sollte dabei fest - kraft-, form- und/oder stoffschlüssig, mit dem Grundkörper des zweiten Kupplungsteiles 2 verbunden sein.
Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merk¬ malskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.
Bezugszeichen
1 erstes Kupplungsteil (Gehäuseteil)
1a inneres Gehäuseteil
1b äußeres Gehäuseteil
2 zweites Kupplungsteil (Steckerteil)
3 Umfangsdichtung
4 Nut für 3 in 5
4a Nutgrund von 4
4b Nutflanken von 4 bei 7
4c Nutflanke von 4
4d Unstetigkeitsstelle in 4/4a
4e Schrägfläche von 4
5 Schaft von 2
5a Belüftungsnut in 5
6 Aufnahmeöffnung von 1
7 Spalt zwischen 1 und 2
8, 9 Rastelemente
10 Rastschulter
11 , 12 Ringnuten für 8,9
13 Stützring
100 Permeationsmesseinrichtung
101 Mikroprozessorsteuerung von 100
102 Vakuummessröhre
103 Gasleitung zur Vakuumpumpe
104 Thermostat
105 Permeationskammer
106 Prüfkörper
107 Messgaszuleitung
200 Element zur Verringerung von s AE permeationsbestimmende Teilumfangsfläche von Av
AN Querschnitt von 4
AR radialer Querschnitt von 3, deformiert
Av Querschnitt von 3, deformiert, senkrecht zur axialen Richtung
AU radialer Querschnitt von 3 (Ausführung in Fig. 8), unverpresst
AUopt radialer Querschnitt von 3 (Ausführung in Fig. 9), unverpresst
AUsup radialer Querschnitt von 3 (Ausführung in Fig. 10), unverpresst
B (radiale) Breite von Av
BL Bogenlänge von Av
E Abstand zwischen 3 und 4c
FH Haftreibungskraft
Fv Vorpresskraft von 3
Fs Steckkraft von 2 mit 3
FA Anlagefläche von 3 an 4b
FG Füllgrad von 4
FZu Formzahl Quotient aus HA und HB
GL axiale Gesamtlänge von AU
HA axiale Haupterstreckung von 3, lange Halbachse
HB radiale Haupterstreckung von 3, kurze Halbachse
KF1 , KF2 Halbkreisflächen von AU
KL Kontaktlänge von 3 mit 1 oder 2
NL Nutlänge von 4 (in Richtung X-X)
Pi hoher Fluiddruck p2 niedriger Fluiddruck
Q Fluidmenge, Leckmenge
Ri, R2, R3, R4 Radien in AUopt / AUsup (Fig. 9, 10)
RA Außenradius von 3, unverpresst
R3 mittlerer Rauheitswert von 1 , 2
Ri Innenradius von 3, unverpresst
Rmax maximaler Rauheitswert von 1 , 2
RSA Außenradius von 5
RSN Radius von 5 auf dem Grund von 4
Rso Wert für RRS bei Kreisquerschnitt Roi Innenradius von 6
RF Rechteckfläche von AU
RÜ Übergangsradius
S Steckrichtung von 2 in 1
S Spaltweite von 7
SL Seiten länge der Halbfläche von AU
T Tiefe von 4 t Zeit
V Verpressung
X charakteristische axiale Hauptabmessung
X-X Längsachse von 1 , 2
Y charakteristische radiale Hauptabmessung
Y-Y radial gerichtete Mittenachse von AU
α Anstiegswinkel von 4e ß Anstiegswinkel von 4c
Δp Druckdifferenz
MH Haftreibungszahl

Claims

Ansprüche
1. Verbindungssystem für Leitungen, Armaturen oder Aggregate, die zur Führung eines mit einem gegenüber einem Vergleichsdruck (p2) erhöhten Druck (p-i) beaufschlagten Fluids bestimmt sind, insbesondere für Kohlendioxid führende Systeme, umfassend ein erstes Kupplungsteil (1 ), wie ein Gehäuseteil, ein entlang einer Achse (X-X) in eine Aufnahmeöffnung (6) des ersten Kupplungs¬ teils (1) mit einem Schaft (5) einsteckbares zweites Kupplungsteil (2), wie ein Steckerteil, und mindestens eine aus einem Elastomer bestehende Umfangs- dichtung (3), die in einer Nut (4) angeordnet ist, welche umfangsgemäß in einem der beiden Kupplungsteile (1 , 2) ausgebildet ist und einen Nutgrund (4a) sowie zwei Nutflanken (4b, 4c) aufweist, wobei die Umfangsdichtung (3) im Betriebszustand in der Nut (4) eine Position einnimmt, in der die Umfangs¬ dichtung (3) unter Deformation und Erzeugung einer radialen Vorpresskaft (Fv) einen Spalt (7) der Aufnahmeöffnung (6) verschließt und dabei über eine in axialer Richtung (X-X) verlaufende Kontaktlänge (KL) an den Kupplungsteilen (1 , 2) anliegt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der Nut (4) Mittel (4a, 4d, 4e, 13) zur mechanischen Hemmung einer axialen Bewegung der Umfangsdichtung (3) angeordnet sind, die derart ausgeführt sind, dass die Umfangsdichtung (3) - sowohl, wenn das eine Kupplungsteil (2) mit dem Schaft (5) in die Aufnahmeöff¬ nung (6) des anderen Kupplungsteiles (1) eingesteckt wird, als auch bei einer entgegengesetzt wirkenden relativen Rückbewegung der Kupplungsteile (1 , 2) zueinander in der Position gehalten ist, in der die Umfangsdichtung (3) im Betriebszustand den Spalt (7) der Aufnahmeöffnung (6) verschließt und dabei mit einer axial gerichteten Anlagefläche (FA) an einer auf der Seite des abzudichtenden Spaltes (7) liegenden Nutflanke (4b) anliegt.
2. Verbindungssystem nach Anspruch 1 , dad urch geken nzeich net, dass die Mittel (4a, 4d, 4e, 13) zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung (3) in einem Bereich am Nutgrund (4a) oder in der Nähe des Nutgrundes (4a) angeordnet sind oder durch den Nutgrund (4a) gebildet werden.
3. Verbindungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dad urch geken nzeich net, dass die Mittel (4a, 4d, 4e, 13) zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung (3) derart ausgebildet sind, dass die Mittel (4a, 4d, 4e, 13) in Richtung des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils (2) in die Aufnahmeöffnung (6) des anderen Kupplungsteiles (1) im Längsschnitt gesehen in radialer Richtung eine sprungartige und/oder stetige Verringerung des Querschnitts (AN) der Nut (4) bewirken.
4. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dad urch geken nzeich net, dass die Mittel (4a, 4d, 4e, 13) zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung (3) derart ausgebildet sind, dass die Mittel (4a, 4d, 4e, 13), insbesondere in axialer Richtung, eine Erhöhung der durch die Deformation beim Einstecken und die Erzeugung der radialen Vorpresskaft (Fv) in der Umfangsdichtung (3) vorhande¬ nen Eigenspannungen bewirken.
5. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dad urch geken nzeich net, dass die Mittel (4a, 4d, 4e, 13) zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung (3) eine im Nutgrund (4a) angeordnete umfangsgemäß verlaufende Unstetigkeitsstelle (4d), wie eine Knicklinie oder eine Kante, umfassen.
6. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dad urch geken nzeich net, dass die Mittel (4a, 4d, 4e, 13) zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung (3) eine im Nutgrund (4a) ausgebildete ebene oder gekrümmte, insbesondere konvex gekrümmte, in Richtung (S) des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils (2) in die Aufnahmeöffnung (6) des anderen Kupplungsteiles radial nach außen verlaufende Schrägfläche (4e) umfassen.
7. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dad urch geken nzeich net, dass die Mittel (4a, 4d, 4e, 13) zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung (3) eine in radialer Richtung vom Nutgrund (4a) ausgehende, insbesondere durch eine konvexe Wölbung gebildete, Stufe umfassen.
8. Verbindungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Nutgrund (4a) ausgehen¬ de Stufe eine Höhe (HS) aufweist, die etwa einem Fünftel bis einem Drittel einer maximalen Nuttiefe (T) oder einer maximalen radialen Hauptabmessung (2*Rso> 2*HB) des Querschnitts (AU, AUopt) der Umfangsdichtung (3) im unverpressten Zustand entspricht.
9. Verbindungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Nutgrund (4a) ausgehen¬ de Stufe eine Länge (LS) aufweist, die etwa einem Fünftel bis einem Viertel einer maximalen axialen Hauptabmessung (GL, 2*HA) des Querschnitts (AU, AUopt) der Umfangsdichtung (3) im unverpressten Zustand entspricht.
10. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadu rch gekennzeichnet, dass die Umfangsdichtung (3) eine Querschnittsform aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sich der Querschnitt (Av) der Umfangsdichtung (3) im bestimmungsgemäßen Einbauzustand der Umfangsdichtung (3) in Richtung (S) des axialen Einsteckens des einen Kupp¬ lungsteils (2) in die Aufnahmeöffnung (6) des anderen Kupplungsteiles (1) im Längsschnitt gesehen in radialer Richtung zumindest abschnittsweise verringert.
11. Verbindungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (13) zur mechanischen Hemmung der Bewegung der Umfangsdichtung (3) sich über eine gesamte Tiefe (T) der Nut (4) erstrecken.
12. Verbindungssystem nach Anspruch 1 , 2 oder 11 , dad urch geken nzeich net, dass die Mittel (4a, 4d, 4e, 13) zur mechanischen Hemmung der axialen Bewegung der Umfangsdichtung (3) einen Stützring (13) mit höherer Festigkeit als die der Umfangsdichtung (3) umfassen, wobei der Stützring (13) auf der Seite der Umfangsdichtung (3) angeordnet ist, die der Seite des durch die Umfangsdichtung (3) zu verschlie¬ ßenden Spalts (7) der Aufnahmeöffnung (6) gegenüber liegt.
13. Verbindungssystem nach Anspruch 12, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et , dass der Stützring (13) an die Umfangsdichtung (3) anvulkanisiert ist.
14. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (AU, AUopt) der unverpressten Umfangsdichtung (3), eine Nuttiefe (T) und eine Nutlänge (NL) der Nut sowie eine Spaltweite (s) des Spaltes (7) derart aufeinander abgestimmt sind, dass in einem, eine Permeation durch die Umfangsdichtung (3) bestimmenden Verhältnis (AE/KL) einer permeationswirksamen Teilumfangs- fläche (AE) der Umfangsdichtung (3) zu der Kontaktlänge (KL) die Teilumfangs- fläche (AE) nicht größer ist als der halbe Wert, vorzugsweise nicht größer ist als ein Fünftel des Wertes, einer senkrecht zur axialen Richtung (X-X) verlaufenden Querschnittsfläche (Av) der deformierten Umfangsdichtung (3).
15. Verbindungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilumfangsfläche (AE) in der Nähe des Spaltes (7) angeordnet und durch eine Bogenlinie (BL) einer ver- pressten, radialen Querschnittsfläche (AR) der deformierten Umfangsdichtung (3) bestimmt ist.
16. Verbindungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge der Bogenlinie (BL) bei verschwindender Bogenkrümmung minimal den Wert der Spaltweite (s) annimmt und maximal nicht größer ist als der halbe Wert, vorzugsweise ein Viertel des Wertes der Summe aus Spaltweite (s) und Nuttiefe (T).
17. Verbindungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , insbesondere nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein vorzugsweise am ersten Kupplungsteil befestigtes, insbesondere metallisches Element (200), welches unter Berück¬ sichtigung seiner Wärmeausdehnung sowie der Wärmeausdehnung der Kupplungsteile (1, 2) den Wert der Spaltweite bei gegenüber der Raumtem¬ peratur erhöhter Temperatur verringert.
18. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dad u rch ge ken nze ich net, dass die Umfangsdichtung (3) im Betriebszustand in asymmetrischer Lage in der Nut (4) angeordnet ist, wobei die Umfangsdichtung an der Nutflanke auf der Seite des abzudichtenden Spaltes (7) anliegt und von der gegenüberliegenden Nutflanke (4c) beabstandet ist (Abstand E).
19. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (AU, AUopt, AUsup) der Umfangsdichtung (3) im unverpressten Zustand eine Vorform aufweist, bei der ein Quotient (FZu) aus einer axialen Haupterstreckung (HA) und einer radialen Haupterstreckung (HB) des Dichtungsquerschnitts einen Wert von größer 1 , vorzugsweise von größer 2, aufweist.
20. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, insbesondere nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Querschnitt der Umfangsdichtung (3) im unverpressten Zustand eine Vorform aufweist, bei der ein Quotient (FZu) aus einer axialen Haupterstreckung (HA) und einer radialen Haupterstreckung (HB) des Dichtungsquerschnitts einen Wert von kleiner 1 , vor¬ zugsweise von kleiner 0,5, aufweist.
21. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dad u rch ge ke n nze i ch net , dass der Querschnitt (AUopt) der unverpressten Umfangsdichtung (3) in der Grundgestalt aus einem Rechteck besteht, das zwei mit einem ersten Krümmungsradius (Ri) konvex gewölbte Längsseiten, zwei mit einem zweiten Krümmungsradius (R2) konvex gewölbte Querseiten und vier mit einem dritten Krümmungsradius (R3) konvex verrundete Ecken aufweist.
22. Verbindungssystem nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Krümmungsradius (R3) kleiner ist als der erste Krümmungsradius (Ri), wobei der erste Krümmungs¬ radius (Ri) kleiner ist als der zweite Krümmungsradius (R2) oder - wenn ein/der Quotient (FZu) aus einer/der axialen Haupterstreckung (HA) und einer/der radialen Haupterstreckung (HB) des Dichtungsquerschnitts einen Wert von größer 2 aufweist - der erste Krümmungsradius (Ri) größer ist als der zweite Krümmungsradius (R2).
23. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, d ad u rc h g e ke n nze i ch n et , dass der Querschnitt (AUSUp) im unverpressten Zustand der ringförmigen Umfangsdichtung (3) in der Grundge¬ stalt ein Rechteck ist, welches tonnenartig radial nach außen gewölbt ist.
24. Verbindungssystem nach Anspruch 23, dad urch geken nzeich net, dass der Querschnitt (AUSUp) einen ersten Krümmungsradius (Ri) für eine radial äußere, konvex gewölbte Längs¬ seite und einen zweiten Krümmungsradius (R4) für eine radial innere, konkav gewölbte Längsseite aufweist.
25. Verbindungssystem nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Krümmungsradius (Ri) für die äußere, konvex gewölbte Längsseite größer ist als der zweite Krüm¬ mungsradius (R4) für die innere, konkav gewölbte Längsseite.
26. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (AUSUp) Querseiten mit ebenem, ungewölbten Verlauf aufweist
27. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (AUSUp) mit einem dritten Krümmungsradius (R3) konvex verrundete Ecken aufweist.
28. Verbindungssystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Krümmungsradius (R3) kleiner als der erste Krümmungsradius (Ri) der konvexen Längsseite und kleiner als der zweite Krümmungsradius (R4) der konkaven Längsseite des Querschnitts (AUSUp) ist.
29. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dad u rch geken nzeich net, dass ein Wert der Menge (Q) des infolge von Permeation durch die Umfangsdichtung (3) durchgesetzten Fluids nicht größer ist als etwa 2,5 g pro Jahr und Verbindung, vorzugsweise nicht größer als 1 g pro Jahr und Verbindung, besonders bevorzugt nicht größer als 0,5 g pro Jahr und Verbindung.
30. Umfangsdichtung für ein Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 29, gekennzeichnet d urch die Merkmale des kennzeichnenden Teils eines oder mehrerer der Ansprüche 21 bis 28.
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