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Die Erfindung betrifft ein Einsteck- oder Aufnahmeelement für eine Schnellkupplung unter anderem ein solches Element enthaltend.
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Auf dem Gebiet der Förderung von unter Druck stehenden Fluiden ist es beispielsweise aus der
EP 0 969 239 A1 bekannt, jedes der Einsteck- und Aufnahmeelemente einer Schnellkupplung mit einem Verschlussventil auszurüsten, das durch das andere Element der Kupplung betätigbar ist, derart, dass das Zusammenführen der Elemente der Kupplung ineinander eine Betätigung der Ventile in die Öffnungsrichtung induziert. Diese Art von Kupplung ist in den meisten Fällen zufrieden stellend und begrenzt in einem großen Maße die Leckverluste bei den aufeinander folgenden Öffnungs-/ Schließvorgängen der Kupplung. Allerdings, wenn die Einsteck- und Aufnahmeelemente der Kupplung nicht verbunden sind, ist das Ventil mit dem Stößel, den es umgibt, bündig, und eine zufällig auf die exponierte Fläche des Ventils eines dieser Elemente ausgeübte Kraft kann dazu führen, den Ventilkörper von seinem Sitz anzuheben, derart, dass eine Leckgefahr nicht ausgeschlossen werden kann.
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Es gleichfalls aus der
GB 732 186 A bekannt, das Ventil eines Aufnahmeelements einer Schnellkupplung mit einem Stab zu versehen, auf dem eine eine Dichtung tragende Scheibe befestigt ist, die in Abstützung das Ende des Einsteckelements aufnimmt. Ein zufälliger oder missbräuchlicher Druck auf das Ende des Stabes kann in einer unzeitgemäßen Öffnung des Ventils resultieren, wenn die Dichtung nur wenig in Bezug das vordere Ende des Stabes zurückgezogen ist, derart, dass sie bei einer anderen Operation als die Instellungbringung des Einsteckelements beschädigt oder verschoben werden kann.
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Es ist gleichfalls aus der
GB 979 821 A bekannt, ein Ventil zu benutzen, dessen vordere Fläche bündig mit der eines Stößels ist, den diese Vorderfläche umgibt. Diese Vorderfläche ist einfach zugänglich, derart, dass die Gefahr der zufälligen oder missbräuchlichen Betätigung des Ventils zur Öffnung nicht ausgeschlossen werden kann.
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Darüber hinaus können in bestimmten Anwendungen gefährliche Fluide in einer Kupplung zirkulieren. Es handelt sich beispielsweise um Wasserstoff im Fall eines Niederdrucksystems der Versorgung von Brennstoffelementen aus einem Behälter. In diesem Fall ist es wesentlich, das zufällige Öffnen eines Ventils einer der Elemente der Kupplung zu vermeiden, wenn diese Elemente entkuppelt sind.
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DE 79 03 329 U1 offenbart eine Kupplung, die einen Korbmantel beinhaltet, der einige Schlitze zum Führen eines Mitnehmers umfasst. Ein Kupplungsstecker, der im eingesteckten Zustand einen Ventildichtkörper in eine Offenstellung drückt, wirkt dabei mit dem Mitnehmer zusammen. Die Form des Ventildichtkörpers hängt von der Verwendung des Mitnehmers ab, d.h. der Korbmantel mit Führungsschlitzen muss für den Mitnehmer ausgebildet sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Kupplungselement zu schaffen, dessen Ventil in der entkuppelten Stellung nicht der Gefahr unterliegt, zufällig geöffnet zu werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
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Diese Erfindung betrifft ein Einsteck- oder Aufnahmeelement einer Sicherheitsschnellkupplung, die für die lösbare Verbindung von Leitungen und/oder von Behältern für unter Druck stehende Fluide dient, wobei das Element mit einem Verschlussventil ausgerüstet ist, das von dem anderen Element der Kupplung für eine Öffnung betätigbar ist, wobei, wenn das Ventil in Abstützung auf seinem Sitz ist, mindestens eine Abstützfläche des Ventils, die zur abstützenden Aufnahme eines Teils des anderen Elements dient, in Bezug auf einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt für den Durchgang des Teils des anderen Elements für den Öffnungsvorgang des Ventils zurückgesetzt ist. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der mittleren Breite des Querschnitts, genommen entsprechend einer radialen Richtung in Bezug auf die Einführachse der Elemente und der Tiefe der Versetzung der Fläche kleiner als 1, vorzugsweise kleiner als 0,3 ist. Der im Wesentlichen ringförmige Querschnitt ist zumindest teilweise von einem Organ begrenzt, das einen im Wesentlichen ringförmigen Bereich, der geeignet ist, in Abstützung gegen eine Innenfläche des Körpers des Elements zu kommen, und einen Stift, der auf der Einsteckachse der Einsteck- und Aufnahmeelemente durch die Tatsache der Instellungbringung dieses Organs in diesen Kanal zentriert werden kann, wobei dieser Stift und dieser ringförmige Bereich durch mindestens einen Zentrieransatz verbunden sind.
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Im Sinne der Erfindung ist ein im Wesentlichen ringförmiger Querschnitt oder ein im Wesentlichen ringförmiges Volumen ein Querschnitt oder ein zylindrisches Volumen mit kreisförmiger, quasi kreisförmiger oder polygonaler Basis, die sich nicht bis zu seiner Mittelachse erstreckt.
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Dank der Erfindung begrenzt der im Wesentlichen ringförmige Querschnitt den Zugang zu dem Volumen, indem das zweite Element der Kupplung mit dem Ventil interagiert. Der Wert des Verhältnisses zwischen der mittleren Breite des ringförmigen Querschnitts und der Tiefe der Zurückversetzung der Abstützfläche(n) des Ventils ist so, dass diese Flächen als tief eingetaucht in Bezug auf die Breite der Fläche, durch die man darauf Zugriff hat, betrachtet werden können. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein üblicher Gegenstand sich an der oder den Flächen des Ventils abstützen kann, die zurückgezogen sind, ist somit sehr reduziert in Bezug auf die bekannten Vorrichtungen.
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Nach vorteilhaften aber nicht notwendigen Aspekten kann ein Element der Schnellkupplung eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen:
- - das Teil des Ventils, das die Abstützfläche(n) bildet, besteht aus mindestens zwei Bereichen, die voneinander getrennt sind, derart, dass sie eine diskontinuierliche Abstützfläche bilden. Die Segmentierung der Abstützfläche begrenzt die Möglichkeiten der Betätigung in dem Maße, in dem das Einführen eines Objekts in das im Wesentlichen ringförmige Volumen wenig Chancen hat, eine Verschiebungskraft auf das Ventil aufzubringen.
- - Wenn das Ventil in Abstützung auf seinem Sitz ist, sind die Abstützfläche(n) des Ventils in einem im Wesentlichen ringförmigen Volumen innerhalb des in Frage stehenden Elements angeordnet und wobei dessen zuvor erwähnter Querschnitt eine Eingangszone bildet.
- - Der Querschnitt und das im Wesentlichen ringförmige Volumen sind zwischen einem Mittelstift, dessen Mittelachse im Wesentlichen parallel zur Einführungsrichtung der Elemente der Kupplung ist, und einer im Wesentlichen zylindrischen Fläche definiert. Dieser Mittelstift kann über die Abstützflächen hinaus in Richtung der Mündungsöffnung des Elements und ins Innere des Körpers desselben herausragen.
- - Das Verhältnis des Flächeninhalts der Abstützfläche oder die Summe der Flächeninhalte der Abstützflächen des Ventils und des Flächeninhalts des Querschnitts ist streng kleiner als 1, vorzugsweise kleiner als 0,3.
- - Der ringförmige Querschnitt ist in dem Körper des Elements im Abstand von seiner Mündungsöffnung ausgebildet.
- - Das Organ ist in einen Kanal zwischen dem Ventil und der Mündungsöffnung dieses Elements angeordnet. Als Variante erstreckt sich das zuvor erwähnte Organ sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts zum Ventil, wobei das Ventil eine Öffnung aufweist, in die ein Teil dieses Organs eingeführt ist, was dem Ventil ermöglicht, um dieses Teil zu gleiten.
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Die Erfindung betrifft gleichfalls eine Schnellkupplung für eine Anlage zur Förderung von Fluiden unter Druck, der zwei Elemente, Aufnahme- und Einsteckelement umfasst und von denen mindestens eines ausgebildet ist, wie zuvor beschrieben. Eine solche Kupplung ist zuverlässig als diejenigen aus dem Stand der Technik.
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Die Erfindung wird besser verstanden und andere Vorteile derselben werden klarer im Lichte der folgenden Beschreibung von zwei Ausführungsformen einer Kupplung entsprechend ihrem Prinzip erscheinen, die lediglich beispielhaft ist und Bezug nimmt auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
- - die 1 ein Längsschnitt in Explosionsdarstellung des Prinzips eines Aufnahmeelementes einer Schnellkupplung entsprechend der Erfindung;
- - die 1A eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils I der 1 ist;
- - die 2 eine perspektivische Explosionsansicht mit Teilschnitt des Elementes der 1 ist;
- - die 2A eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils II der 2 eines Ventils ist, das in den 1 und 2 dargestellt ist;
- - die 3 ein Prinzipschnitt des Aufnahmeelements der 1 und 2 in einer Darstellung der Verwendung ist, bei dem das entsprechende Einsteckelement der Kupplung entkuppelt ist;
- - die 4 ein Schnitt analog zur 3 ist, bei dem das Einsteckelement in das Aufnahmeelement eingesteckt ist; und
- - die 5 ein prinzipieller Teilschnitt eines Aufnahmeelementes der Kupplung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist, das sich in der Ausführung der 3 befindet.
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Das weibliche oder Aufnahmeelement A der Kupplung, das in den 1 bis 4 dargestellt ist, dient zur Aufnahme in Einsteckung entsprechend der Richtung einer Achse X-X' eines männlichen oder Einsteckelementes B, das teilweise in der 4 dargestellt ist.
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Das Element A umfasst einen Körper 1, in dem ein Kanal 11 für die Zirkulation eines unter Druck stehenden Fluids vorgesehen ist. Der Körper 1 ist mit einem Innenflansch 12 versehen, der den Kanal 11 in drei Teile 11a, 11b und 11c teilt, die sich aufeinander folgend vom hinteren Teil 13 des Körpers 11, der zum Anschluss an eine Leitung C1 dient, bis zum vorderen Teil 14 erstrecken, in dem die Mündung 11d des Kanals 11 definiert ist, durch die ein Rohrstück 101 des Einsteckelements B eingeführt werden kann.
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In der Praxis kann jedes der Elemente A und B an eine Leitung oder einen Behälter für unter Druck stehendes Fluid angeschlossen werden.
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Der Kragen 12 ist mit einer Schräge oder Fase 12a versehen, die einen dichten Abstützsitz für ein Ventil bzw. Ventilkörper 2 bildet, dessen Außenfläche ein kegelstumpfförmiges Teil 21 mit einer Geometrie, die komplementär zu der der Phase 12a ist, aufweist.
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In der Praxis füllt das Fluid die Teile 11a und 11b des Kanals 11, wenn das Ventil 2 vom Sitz 12a abgehoben ist, wodurch es in das Teil 101 des Einsteckelements im Bereich des Teils 11c strömt.
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Entsprechend einem nicht dargestellten Aspekt der Erfindung kann das Ventil 2 der Wirkung von elastischen Rückstellmitteln, wie einer Feder, im geschlossenen Zustand des Elementes A unterworfen sein, d.h., dem Zustand, in dem das Teil 21 gegen die Fase 12a drückt. In dem dargestellten Beispiel wird angenommen, dass die Leitung C1 an eine unter Druck stehende Fluidquelle angeschlossen ist, wobei der Druck P1, der in dem Teil 11a des Kanals 11 herrscht, ausreichend ist, um das Ventil in Abwesenheit gegen den Sitz oder die Fase 12a zu drücken.
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Eine nicht dargestellte Dichtung ist vorteilhafterweise in der Abstützzone zwischen dem Ventilkörper und dem Sitz angeordnet, wobei diese Dichtung von dem Sitz oder dem Ventilkörper getragen werden kann.
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Der Ventilkörper 2 ist mit zwei Verlängerungen 22 und 23 versehen, die dazu dienen, das Teil 11b des Kanals zu durchqueren und sich bis zum Teil 11c zu erstrecken, wie es sich aus den folgenden Erläuterungen ergibt.
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In dem Teil 11c des Kanals ist ein Organ 3 angeordnet, das die Funktion hat, ein zufälliges Betätigen des Ventils 2 in eine Öffnungsrichtung des Elements A zu verhindern. Das Organ 3 wird aus zwei Teilen 3A und 3B gebildet, zwischen denen eine torische Dichtung 4 angeordnet ist. Das Teil 3A umfasst eine ringförmige Schürze 31 deren Außenfläche 32 eine Geometrie entsprechend der Innenfläche 15 des Körpers 11 im Bereich des Teils 11c des Kanals 11 aufweist, derart, dass dieses Teil 3A durch Zusammenarbeit der Formen im Inneren des Bereichs 11c festgelegt werden kann. Das Teil 3A umfasst gleichfalls einen Stift 33, der mit der Schürze 31 über einen Zentrieransatz 34 verbunden ist, der sich diametral in Bezug auf die Schürze 31 erstreckt. Die Geometrie des Teils 3A ist derart, dass, wenn es in dem Kanal 11 in Stellung ist, der Stift 33 in Bezug auf die Achse X-X' zentriert ist.
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Das Teil 3B weist die Form einer ringförmigen Hülse mit kreisförmiger Basis 35 auf, deren Innen- und Außendurchmesser identisch zu denen der Schürze 31 ist. Die Hülse ist mit einer Eintrittsfase 35a versehen, die in Richtung des Teils 3A konvergiert.
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Wenn das Element A sich in dem Zustand der 3 befindet, erstrecken sich die Verlängerungen 22 und 23 beidseitig des Ansatzes 34 bis in ein durch das Organ 3 definierte Ringvolumen V3 zwischen der radialen Innenfläche 36 der Schürze 31 der Dichtung 4 und der radialen Innenfläche 36' der Hülse 35 einerseits und der radialen Außenfläche 37 des Stiftes 33 andererseits, wobei diese Flächen zylindrisch und von kreisförmiger Basis sind.
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Das Volumen V3 ist in den 1 und 3 grau dargestellt. Es ist an seiner linken Seite in der 1 durch einen ringförmigen Querschnitt S3 begrenzt, der sich zwischen den Flächen 36' und 37 erstreckt.
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In der Praxis können der Querschnitt S3 und das Volumen V3 gleichfalls von einer näherungsweise kreisförmigen oder polygonalen, insbesondere hexagonalen oder oktagonalen Basis sein. Es ist gleichfalls möglich, dass der Stift 33 keinen kreisförmigen Querschnitt hat, d.h. nicht zylindrisch ist. In diesen Fällen sind der Querschnitt S3 und das Volumen V3 gleichfalls im Wesentlichen ringförmig.
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Mit l3 ist die radiale Breite des Querschnitts S3 bezeichnet, die dem Abstand zwischen den Flächen 36' und 37 entspricht.
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In dem Fall, in dem der Querschnitt S3 nicht absolut ringförmig ist, ist l3 die mittlere radiale Breite dieses Querschnitts.
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Bei der Einführung des Einsteckelementes B in das Aufnahmeelement A kann der Rohrkörper 101 des Kopfstückes B mit dem Körper 1 über seine Mündungsöffnung 13, die in der Vorderfläche 17 eingearbeitet ist, in Eingriff treten, bis dieses in das Volumen V3 durch den Querschnitt S3 eindringt, wie in der 4 dargestellt ist, in welchem Falle es auf die Endflächen 22a, 23a der Verlängerungen 22 und 23 eine Kraft F1 zur Verschiebung des Ventilkörpers 2 in Bezug auf seinen Sitz 12a ausüben kann. Dies erlaubt ein Strömen des unter Druck stehenden Fluids durch das Teil 11b des Kanals 11, dann in das Innere des Körpers 101, wie durch die Pfeile E in der 4 dargestellt ist.
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Das Einsteckelement B ist mit einem nicht dargestellten Schließventil ausgerüstet, dessen Stößel 102 dann in Abstützung gegen die Stirnfläche 33a des Stiftes 33 kommt, der auf diesen Stößel eine Kraft F2 zum Öffnen dieses Ventils ausübt.
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In diesem Zustand liegt die radiale Außenfläche des Teils 101 an der Dichtung 4 an.
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Zurückkommend auf den Zustand der 3 ist zu erkennen, dass, wenn die Spitze TA eines Werkzeugs, wie eines Schraubendrehers T in das Teil 11c des Kanals 1 eingeführt wird, dieses mit großer Wahrscheinlichkeit auf den Stift 33 trifft. Der Querschnitt S3 bildet tatsächliche eine verringerte Zugangszone zu den Flächen 22a und 23a. Darüber hinaus hat die Spitze TA starke Chancen, zwischen die Verlängerungen 22 und 23 einzugreifen, ohne mit den Flächen 22a und 23a in Kontakt zu kommen.
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Die Flächen 22a und 23a sind die einzigen Flächen, auf die eine Kraft der Art der Kraft F1, die dazu neigt, den Ventilkörper 2 von seinem Sitz 12a zu entfernen, ausüben kann. Mit anderen Worten gesagt, wird ein Anlagedruck auf den Stift 33, der im Zentrum des Elements A angeordnet ist, nicht die Gefahr mit sich bringen, das Ventil 2 in seinen Öffnungszustand zu drücken, selbst wenn der Stift 33 näher an der Mündungsöffnung 16 des Kanals 11 ist als die Flächen 22a und 23a.
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Die Fläche S3 ist in Bezug auf die Mündungsöffnung 16 des Elements A um einen Abstand d1 zurückgesetzt, der ausreichend ist, um eine zufällige Einführung eines Standardwerkzeuges bis in das Volumen V3 zu verhindern, d.h. um die Sichtbarkeit durch eine Person zu behindern, die unberechtigterweise versucht, das Ventil 2 zu betätigen.
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Wenn der Ventilkörper 2 sich auf seinem Sitz 12a abstützt, sind die Flächen 22a, 23a im Volumen V3 eingebettet, d.h. in Bezug auf den Querschnitt S3 gegenüberliegend zur Mündungsöffnung 16 um einen Abstand d2, der nicht null ist, zurückgesetzt.
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Das Teil 3B des Organs 3 ist nicht unbedingt notwendig und man kann ein solches Organ vorsehen, das aus einem einzigen Teil 3A gebildet wird, wobei dieses Teil und/oder die Dichtung 4 dann ausgebildet sind, um das Teil 101 bei seiner Einführung in das Element A zu führen. In einer anderen Ausführungsform können die Teile 3A und 3B einstückig sein, wobei die Dichtung in einer Innennut des Organs 3 aufgenommen ist.
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Das Verhältnis R1 = l3/d2 der Breite l3 in Bezug auf den Abstand d2 ist kleiner als 1, vorzugsweise kleiner als 0,3, sogar 0,25. So sind die Flächen 22a und 23a tief in das Volumen V3 in Bezug auf den Querschnitt S3 eingetaucht, durch den sie zugänglich sind. Die Gefahren der zufälligen oder missbräuchlichen Betätigung des Ventils 2 für seine Öffnung werden somit stark verringert.
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Mit A3 ist der Flächeninhalt des Querschnitts S3 bezeichnet. A2 bezeichnet die Summe der Flächeninhalte der Flächen 22a und 23a. Das Verhältnis R2 = A2/A3 ist unbedingt kleiner als 1, vorzugsweise kleiner als 0,3. So hat die Spitze TA wenige Chancen mit den Flächen 22a und 23a in Eingriff zu kommen, selbst wenn sie bis zum Volumen V3 vordringt.
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Wie es insbesondere aus der 2A hervorgeht, sind die Verlängerungen 22 und 23 im Bereich ihrer jeweiligen Enden abgeschrägt, was die Verringerung des Verhältnisses R2 ermöglicht.
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Aufgrund der Trennung der Verlängerungen 22 und 23, die beidseitig des Ansatzes 34 vorbeigehen müssen, ist die Fläche des Ventilkörpers 2, die zur Aufnahme der Kraft F1 dient und die aus der Verbindung der Flächen 22a und 23a gebildet ist, außerdem geteilt, was die Fläche vor zufälligen Interaktionen mit einem Gegenstand begrenzt.
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Nach einer nicht dargestellten Variante der Erfindung kann der Ventilkörper 2 eine einzige Verlängerung 22 aufweisen, wodurch das Verhältnis R2 als Folge verringert wird.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der 5 dargestellt ist, tragen die Elemente, analog zu denen des ersten Ausführungsbeispiels identische Bezugszeichen. Der Körper 1 des Aufnahmeelements A definiert einen Kanal 11 zur Zirkulation des unter Druck stehenden Fluids, in dem ein Ventilkörper 2 angeordnet ist, der mit zwei torischen Dichtungen 24 und 25 zum jeweiligen Abstützen auf einer gewölbten Übergangszone 12a, die den Sitz bildet, und auf einem mittleren Zylinderkern 33 mit gekrümmter Mantellinie versehen ist. Dieser Kern gehört zu einem Organ 3, auf dem sich eine Rückstellfeder 5 des Ventilkörpers in geschlossener Stellung abstützt. Der Ventilkörper 2 ist mit einer Mittelöffnung 26 versehen, der sein Gleiten um den Stift 33 ermöglicht.
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Eine Dichtung 4 zur Abdichtung ist in einer Nut 18 angeordnet, die in der radialen Innenfläche 15b des stromabwärts liegenden Teils 11b des Kanals 11 eingearbeitet ist. Diese Dichtung dient dazu, sich gegen ein Teil abzustützen, das analog zu dem in der 4 dargestellten Teil 101 ist.
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Das Organ 3 umfasst eine Schürze 31, die durch Zusammenarbeit der Formen gegen die Fläche 15a des stromaufwärts liegenden Teils 11a des Kanals 11 immobilisiert ist. Nicht dargestellte Zentrieransätze verbinden die Teile 31 und 33. Der Stift 33 definiert mit der Fläche 15b ein Volumen V3, in das sich mehrere Verlängerungen 22 des Ventilkörpers 2 erstrecken, wobei diese Verlängerungen gleichmäßig um die Mittelachse X-X' des Elements A herum verteilt sind und durch Zwischenräume getrennt sind.
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Wie zuvor dient jede Stirnfläche 22a jeder Verlängerung 22 dazu, eine Kraft F1 der Art der Verschiebungskraft des Ventilkörpers 2 in Richtung seiner Öffnung aufzunehmen, die das Strömen des unter Druck stehenden Ventils durch den Kanal 11 erlaubt.
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Die Flächen 22a der Verlängerungen 22 sind in dem Ringvolumen V3 angeordnet, das durch einen ringförmigen Querschnitt S3 zugänglich ist, der um das Ende 33a des Stiftes 33 herum definiert ist. Dieses Ende ist konisch erweitert, so dass die radiale Breite l3 des Querschnitts S3 kleiner als die Breite des Volumens V3 in der Höhe der Enden 22a ist und dies umso mehr, als die Fläche 15b mit einer radialen Nut 15c versehen ist, die lokal die Breite des Volumens V3 vergrößert. Ein durch den Querschnitt S3 eingeführter Gegenstand hat somit umso weniger die Chancen eines der Enden 22a zu treffen.
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Wie zuvor sind die Verhältnisse R1 und R2 kleiner als 1, vorzugsweise kleiner als 0,3.
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Die Erfindung wurde anhand einer Schnellkupplung beschrieben, deren Einsteck- und Aufnahmeelement jeweils ein Verschlussventil umfassen. Es ist jedoch auch bei einer Schnellkupplung anwendbar, bei der nur das Aufnahmeelement mit einem solchen Ventil versehen ist.
