DE102009022312A1

DE102009022312A1 - Verbindungssystem für Leitungen, Armaturen oder Aggregate

Info

Publication number: DE102009022312A1
Application number: DE200910022312
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Ing. Goebel; Adrian Klehr; Martin Dr.-Ing. Lechner; Otfried Dipl.-Ing. Schwarzkopf
Original assignee: Voss Automotive GmbH
Current assignee: Voss Automotive GmbH
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2010-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungssystem für Leitungen, Armaturen oder Aggregate, die zur Führung eines mit einem gegenüber einem Vergleichsdruck (p) erhöhten Druck (p) beaufschlagten Fluids bestimmt ist, 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 Kupplungsteils (1) mit einem Schaft (5) einsteckbares zweites Kupplungsteil (2), wie ein Steckerteil, und mindestens zwei Umfangsdichtungen (31, 32), die in axialer Richtung (X-X) hintereinander in mindestens einer umfangsgemäß in einem der beiden Kupplungsteile (1, 2) ausgebildeten Nut (4) angeordnet sind und im Montage- und Betriebszustand einen Spalt (7) der Aufnahmeöffnung (6) verschließen und wobei eine Umfangsdichtung (31) ein auf der Seite des erhöhten Druckes (p) in einem ersten Nutbereich (41) angeordneter O-Ring (31) und die andere Umfangsdichtung (32) ein auf der Seite des Vergleichsdrucks (p) in einem zweiten Nutbereich (42) angeordneter Formring (32) ist. Um zu erreichen, dass bei Gewährleistung einer hohen Montagefreundlichkeit bei der Herstellung der Kupplungsverbindung und einer hohen Funktionssicherheit sowie einer geringen Leckage letztere auch unter Umwelteinflüssen, wie Temperatur und Druck sowie bevorzugt auch wechselndem chemisch-physikalischem Mediencharakter des Fluids, aufrechterhalten werden kann, wird vorgeschlagen, dass der Querschnitt (Q) des ...

Description

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 zwei Umfangsdichtungen, die in axialer Richtung hintereinander in mindestens einer umfangsgemäß in einem der beiden Kupplungsteile ausgebildeten Nut angeordnet sind und im Montage- und im Betriebszustand einen Spalt der Aufnahmeöffnung verschließen und wobei eine Umfangsdichtung ein auf der Seite des erhöhten Druckes in einem ersten Nutbereich angeordneter O-Ring und die andere Umfangsdichtung ein auf der Seite des Vergleichsdrucks in einem zweiten Nutbereich angeordneter Formring ist.
Ein derartiges Verbindungssystem ist aus dem europäischen Patent EP 1 052 443 B1 bzw. aus dessen deutscher Übersetzung DE 600 07 219 T2 bekannt. Diese Dokumente beschreiben eine Vorrichtung zur Begrenzung der Leckage für einen Kühlkreislauf, durch welchen ein Kältemittel fließt, wobei der Kühlkreislauf über ein in Luft angeordnetes Rohrverbindungsteil verfügt, an dem Rohre angeschlossen sind. Diese bekannte Vorrichtung zur Begrenzung der Leckage stellt eine technische Lösung vor, die den widersprüchlichen Dichtungsanforderungen bezüglich geringer Permeabilität und Verhinderung der explosiven Dekompression, die von einer in den Dokumenten als Blasenbildungsbeständigkeit bezeichneten Eigenschaft abhängt, gerecht wird.
Eine in derartigen Verbindungssystemen zunächst unter dem Gesichtspunkt einer geringen Leckage erstrebenswert geringe Permeabilität einer Dichtung führt nämlich zu einer unerwünscht hohen Neigung zur Bildung von Blasen und damit zu erhöhter Gefahr des Auftretens der explosiven Dekompression. Eine erstrebenswert hohe Blasenbildungsbeständigkeit der Dichtung, durch die dies vermieden werden kann, führt andererseits zu unerwünscht hoher Permeabilität und damit auch Leckage von Kühlmittel. Um die Leckage von Kühlmittel in die Luft zu beschränken, umfasst daher die bekannte Leckagebegrenzungsvorrichtung – anstelle einer, als Leckagebegrenzungselement bezeichneten, Dichtung mit jeweils mittlerer Gaspermeabilität und Blasenbildungsbeständigkeit – zwei als Dichtungen ausgebildete Leckagebegrenzungselemente: ein erstes Leckagebegrenzungselement, das luftseitig im Rohrverbindungsteil angeordnet ist, und ein zweites Leckagebegrenzungselement, das auf der Kühlmittelseite im Rohrverbindungsteil angeordnet ist. Das erste Element weist eine Gaspermeabilität und eine Blasenbildungsbeständigkeit auf, die jeweils geringer als die des zweiten Leckagebegrenzungselements sind. Gemäß einer Vielzahl von Ausführungsformen sind dabei als Leckagebegrenzungselemente O-Ringe vorgesehen, die jeweils in zwei hintereinander angeordneten Nuten angeordnet sind und unterschiedliche Schnurdurchmesser haben können. Hierbei soll durch eine starke Verpressung mindestens eines O-Rings, die allerdings nachteiligerweise mit erhöhten Steckkräften verbunden ist, eine große Permeationslänge erzeugt werden. Gemäß einer Ausführungsform der bekannten Vorrichtung zur Begrenzung der Leckage, die als gattungsgemäß angesehen wird, kann das erste Leckagebegrenzungselement ein auf der Seite des erhöhten Druckes angeordneter O-Ring und das zweite Leckagebegrenzungselement ein auf der Seite des Vergleichsdrucks angeordneter Formring mit rechteckigem Querschnitt sein. Dadurch soll erreicht werden, dass, wenn der Druck des Kühlmittels gesteigert wird, der O-Ring daran gehindert wird, sich örtlich in axialer Richtung zu verformen. Konkret ist dabei ein Formring mit quadratischem Querschnitt dargestellt, der aber nicht wie die anderen Ausführungsformen der Leckagebegrenzungselemente durch eine starke Verpressung eine vergrößerte Permeationslänge erzeugt.
Ein Problem besteht folglich bei diesem Verbindungssystem darin, dass entweder keine optimale Permeationslänge durch die Leckagebegrenzungselemente entsteht oder sich durch die Anwesenheit von zwei Umfangsdichtungen, von denen eine übermäßig verpresst ist, nachteiligerweise – wegen der Reibung einer jeden Umfangsdichtung an der Wand und wegen der Komprimation der Dichtungskörper beim Stecken – die bei einer Montage auftretenden Steckkräfte erhöhen. Das bekannte Verbindungssystem kann daher hinsichtlich eines Verhältnisses von Permeationslänge zu den für die Verpressung der Leckagebegrenzungselemente aufgewendeten Steckkräften nicht als optimal angesehen werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungssystem der eingangs genannten Art für Leitungen, Armaturen oder Aggregate derart zu verbessern, dass bei Gewährleistung einer hohen Montagefreundlichkeit bei der Herstellung der Kupplungsverbindung und einer hohen Funktionssicherheit sowie einer geringen Leckage letztere auch unter Umwelteinflüssen, wie Temperatur und Druck sowie bevorzugt auch wechselndem chemisch-physikalischem Mediencharakter des Fluids, aufrechterhalten werden kann und dabei die vorstehend genannten Nachteile zu überwinden.
Erfindungsgemäß wird dies für ein System der genannten Art dadurch erreicht, dass der Querschnitt des Formrings im unverpressten Zustand eine axiale Hauptabmessung aufweist, die länger als eine radiale Hauptabmessung ist.
Dadurch kann vorteilhafterweise ein optimales Verhältnis der senkrecht zur axialen Richtung X-X verlaufenden Querschnittsfläche der deformierten Umfangsdichtung zur Permeationslänge eingestellt werden. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn das Verhältnis der axialen Hauptabmessung zur radialen Hauptabmessung größer ist als 1,2, vorzugsweise größer als 2,0.
Des Weiteren gestattet es die Erfindung vorteilhafterweise, einen zur Erzielung einer optimalen Dichtungswirkung erforderlichen Nutfüllungsgrad, der als Quotient aus einem in der Nut liegenden Anteil des verpressten, radialen Querschnitts der Umfangsdichtungen und der Querschnittsfläche der Nut berechnet werden kann, optimal einzustellen, was in der bekannten Leckagebegrenzungsvorrichtung völlig unberücksichtigt bleibt. Dies kann erfindungsgemäß geschehen, ohne dass sich dabei durch die beiden Umfangsdichtungen die bei einer Montage auftretenden Steckkräfte erhöhen.
Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass ausschließlich der zweite Nutbereich durch eine geometrische Gestaltung seines Querschnitts in einen Sitzabschnitt und in einen Kompensationsabschnitt mit kleinerem Querschnitt als der Sitzabschnitt unterteilt ist, wobei sich der Formring in einem vormontierten Zustand vor dem Einstecken des zweiten Kupplungsteils in das erste Kupplungsteil ausschließlich in dem Sitzabschnitt befindet und im Montagezustand den Sitzbereich vollständig ausfüllt und in den Kompensationsabschnitt hineinragt.
Auf diese Weise können erfindungsgemäß die Nutgeometrie und die Geometrien der Umfangsdichtungen optimiert und aufeinander abgestimmt werden. Dabei wird es durch die Erfindung möglich, einerseits den widersprüchlichen Dichtungsanforderungen bezüglich geringer Permeabilität und Verhinderung der explosiven Dekompression gerecht zu werden und damit eine hohe Funktionalität des Systems unter den verschiedensten Betriebsbedingungen zu sichern.
Andererseits wird dadurch, dass nur der der Atmosphäre zugeordnete Nutbereich durch die erfindungsgemäße Formgebung in einen Sitzabschnitt und einen Expansionsabschnitt unterteilt ist, und der dem Kältemittel zugewandte Nutbereich allein durch Bemessung des Nutvolumens – also ohne einen zusätzlich geometrisch definierten Expansionsabschnitt, d. h. der Sitzbereich ist identisch mit dem Expansionsbereich – dimensioniert wird, sich der durch den Einsatz von zwei unterschiedlich ausgebildeten Dichtungen auftretende synergistische Effekt verstärkt, wobei gleichzeitig durch eine bei dieser Gestaltung mögliche Optimierung der Steckkräfte die Montagefreundlichkeit des Systems erhöht werden kann.
Die gesamte Permeationslänge des Fluids durch die Dichtung, die durch die axiale Längserstreckung der deformierten Dichtung zwischen den beiden Kupplungsteilen festgelegt wird, ist erfindungsgemäß in eine Permeationslänge durch den O-Ring und in eine Permeationslänge durch den Formring aufgeteilt, die aufeinander abgestimmt werden können. Innerhalb des Formrings besteht dabei des Weiteren die vorteilhafte Möglichkeit, die Permeationslänge durch die Gestaltung des Sitzabschnittes, des Kompensationsabschnittes und die Eigenschaften des Formrings selbst zu optimieren. Im Hinblick auf den bekannten Stand der Technik stehen folglich mit Vorteil weitere technisch-geometrische Grundgrößen als frei wählbare Gestaltungsgrößen des Systems zur Verfügung. Ausgehend von diesen Gegebenheiten können bei vorgegebenem Systemdruck und vorgegebener Betriebsdauer zur Erzielung einer geringen Leckmenge die Querschnittsfläche der Bestandteile der deformierten Umfangsdichtung klein und die mittlere Permeationslänge groß gehalten werden. Auch ein Ausgleich von Fertigungstoleranzen der zu verbindenden Teile kann erfolgen.
Insbesondere ist dabei das erfindungsgemäße Verbindungssystem für einen Einsatz von Kohlendioxid als Kältemittel in einer Klimaanlage prädestiniert, die im Vergleich mit den für halogenhaltige Kältemittel üblichen Drücken erhöhte Drücke und Temperaturen bei den Wärmeaustauschprozessen aufweisen. So ist für den im Betrieb einer CO₂-Klimaanlage auftretenden Druck ein oberes Niveau von etwa bei 160 bar und ein unteres Niveau von etwa 35 bar charakteristisch.
Ein Füllgrad, der als Quotient aus einem im jeweiligen Abschnitt bzw. in der ganzen Nut liegenden Anteil des verpressten, radialen Querschnitts und der Querschnittsfläche dieses Abschnitts bzw. der Nut berechnet werden kann, ist im Sitzabschnitt dabei im montierten Zustand gleich 1 bzw. 100 Prozent und vorzugsweise größer als der Füllgrad des Expansionsabschnittes. Diese bevorzugte Ausbildung kann vorteilhafterweise insbesondere darüber hinaus also auch bedeuten, dass im Montage- und Betriebszustand der unter Berücksichtigung der möglichen Wärmeausdehnung des Formrings als Quotient aus einem im Kompensationsabschnitt liegenden Anteil des verpressten, radialen Querschnitts und der Querschnittsfläche des Kompensationsabschnittes berechneter Füllgrad kleiner ist als 1 bzw. 100 Prozent.
Im zweiten Nutbereich ist durch die erfindungsgemäß aufeinander abgestimmte Dimensionierung von erstem Nutbereich und von Sitzabschnitt, Kompensationsabschnitt des zweiten Nutbereichs sowie vom Formring somit ein Raum für den Formring ausgebildet, der ihn derart aufnimmt, dass bei einer Volumenvergrößerung der Umfangsdichtung, wie sie im Betriebszustand bei einer gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Temperatur oder durch Quellung unter dem Einfluss des Fluids auftritt, oder bei einer Deformation der Umfangsdichtung, wie sie unter dem Einfluss der Vorpresskraft oder des erhöhten Drucks auftritt, eine Zerstörung der Dichtung und eine Extrusion in den abzudichtenden Spalt vermieden werden kann. Der Kompensationsraum kann somit einerseits die Funktion der Bildung eines Ausweichraums zur Aufnahme des deformierten Volumenteils der Umfangsdichtung erfüllen, andererseits aber auch die Funktion der Schaffung eines zusätzlichen Raumes zur Aufnahme eines vergrößerten Volumenteils der Umfangsdichtung.
Der O-Ring schützt dabei den Formring vor einem eventuell aggressiven Angriff durch Fluide, bei denen es sich beispielsweise um Kältemittel, wie R134a, CO₂ oder HFO1234yf, handeln kann, oder durch deren Bestandteile, wie ein Kältemaschinenöl. Der O-Ring kann also bevorzugt eine höhere Beständigkeit, insbesondere eine höhere thermische bzw. auch chemische Beständigkeit, gegen das Fluid, wie ein Öl oder ein Öl-Kältemittel-Gemisch, aufweisen als der Formring. Dadurch wird vorteilhafterweise die Alterung des Formrings verringert.
Durch die erfindungsgemäße Bemessung des Formrings und die geometrische Gestaltung des für ihn vorgesehenen Nutabschnitts kann mit Vorteil auch eine Kontaktfläche, die als Grenzfläche des O-Rings zum Fluid in Richtung auf das Fluid hin weist, im Betriebszustand optimal klein gehalten werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.
Anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele soll im Folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
1 im Längsschnitt, eine Darstellung eines Ausschnitts aus einem erfindungsgemäßen Verbindungssystem in einer ersten Ausführung,
2 und 3 im Längsschnitt, Darstellungen der Teile eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer zweiten Ausführung, wobei das in 2 gezeigte Kupplungsteil bereits mit Umfangsdichtungen vormontiert ist,
4 im Längsschnitt, eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verbindungssystems in der zweiten Ausführung, wobei die in 2 und 3 gezeigten Teile vollständig montiert sind,
5 im Längsschnitt, eine Darstellung der Teile eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer dritten Ausführung, wobei ein zweites Kupplungsteil, welches in ein erstes Kupplungsteil einsteckbar ist, bereits mit Umfangsdichtungen vormontiert ist,
6 im Längsschnitt, eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verbindungssystems in der dritten Ausführung, wobei die in 5 gezeigten Teile vollständig montiert sind,
7 eine qualitative diagrammatische Darstellung der Abhängigkeit der Steckkräfte, die beim Einstecken eines zweiten Kupplungsteils in ein erstes Kupplungsteil bei einem erfindungsgemäßen Verbindungssystem in Abhängigkeit vom Steckweg auftreten, im Vergleich zu den entsprechenden Verhältnissen bei zwei nicht erfindungsgemäßen Verbindungssystemen,
8 eine quantitative diagrammatische Darstellung der Abhängigkeit der Steckkräfte, die charakteristischerweise beim Einstecken eines zweiten Kupplungsteils in ein erstes Kupplungsteil bei verschiedenartigen Ausführungen eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems in Abhängigkeit vom Steckweg auftreten können,
9 in einem längsgeschnittenen Halbschnitt, eine Darstellung eines mit Umfangsdichtungen vormontierten Kupplungsteils des erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer vierten Ausführung,
10 in einem längsgeschnittenen Halbschnitt, eine Darstellung eines mit Umfangsdichtungen vormontierten Kupplungsteils des erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer fünften Ausführung,
11 in einem längsgeschnittenen Halbschnitt, eine Darstellung eines mit Umfangsdichtungen vormontierten Kupplungsteils des erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer sechsten Ausführung,
12 in einem längsgeschnittenen Halbschnitt, eine Darstellung des (End-)Montagezustands eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer siebten Ausführung,
13 in einem längsgeschnittenen Halbschnitt, eine Darstellung eines Zwischen-Montagezustands eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer achten Ausführung,
14 in einem längsgeschnittenen Halbschnitt, eine Darstellung des (End-)Montagezustands eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems der achten Ausführung,
15 in einem längsgeschnittenen Halbschnitt, eine Darstellung des Kupplungsteils des erfindungsgemäßen Verbindungssystems, in das das andere Kupplungsteil eingesteckt wird, in einer Ausführung, die 3 und 4 entspricht,
16 in einem längsgeschnittenen Halbschnitt, eine Darstellung des Montagezustands eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer neunten Ausführung,
17 in einem längsgeschnittenen Halbschnitt, eine Darstellung des Montagezustands eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer zehnten Ausführung,
18 in einem längsgeschnittenen Halbschnitt, eine Darstellung des Montagezustands eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer elften Ausführung,
19 in einem längsgeschnittenen Teilschnitt, eine Darstellung eines mit Umfangsdichtungen vormontierten Kupplungsteils des erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer zwölften Ausführung,
20 bestehend aus den Teilfiguren 20a bis 20c, jeweils in einem längsgeschnittenen Teilschnitt, verschiedene mögliche Formen des zweiten Nutbereichs eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems,
21 in einem längsgeschnittenen Teilschnitt, eine Darstellung eines mit Umfangsdichtungen versehenen Kupplungsteils des erfindungsgemäßen Verbindungssystems im Betriebszustand in einer weiteren Ausführung.
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. In den Ausführungen gemäß 9 bis 21 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle in 1 bis 6 bezeichneten Bezugszeichen dargestellt. Die Ausführungen gemäß 9 bis 21 weisen mit der jeweils für die spezifische Ausführungsform beschriebenen speziellen Ausbildung die jeweils gleiche erfindungsgemäße konstruktive Grundstruktur auf wie die Ausführungen gemäß 1 bis 6.
Ein wichtiger Unterschied der in 1 gezeigten ersten Ausführung der Erfindung gegenüber der in 2 bis 4 gezeigten zweiten und gegenüber der in 5 und 6 gezeigten dritten Ausführung besteht zunächst darin, dass der O-Ring und der Formring in der ersten Ausführung in Nutbereichen einer einzigen erfindungsgemäß ausgebildeten Nut sitzen, während gemäß der zweiten und dritten Ausführung jeweils vorgesehen ist, dass der erste Nutbereich und der zweite Nutbereich durch einen radial umlaufenden Steg voneinander getrennt sind und dadurch jeweils eine separate erste Nut und eine separate zweite Nut bilden.
Während in 1 eine spezielle Art des erfindungsgemäßen Verbindungssystems nicht spezifiziert ist, beziehen sich 2 bis 4 auf eine Leitungsverbindung und 5 und 6 auf einen Blockverbinder.
1 bis 6 veranschaulichen übereinstimmend folgenden grundlegenden konstruktiven Aufbau eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems für Leitungen, Armaturen oder Aggregate, insbesondere für Kohlendioxid führende Systeme, die zur Führung eines mit einem gegenüber einem Vergleichsdruck p₂ erhöhten Druck p₁ beaufschlagten Fluids bestimmt sind:
Ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem umfasst ein erstes Kupplungsteil 1, wie ein Gehäuseteil (für die zweite Ausführung als Einzelteil in 3 dargestellt), ein entlang einer Achse X-X in eine Aufnahmeöffnung 6 des ersten Kupplungsteils 1 mit einem Schaft 5 einsteckbares zweites Kupplungsteil 2, wie ein Steckerteil (für die zweite Ausführung als Einzelteil in 2 dargestellt), und zwei Umfangsdichtungen 31, 32, die in axialer Richtung X-X hintereinander in mindestens einer umfangsgemäß in einem der beiden Kupplungsteile 1, 2 ausgebildeten Nut 4 angeordnet sind. Dabei verschließen die Umfangsdichtungen 31, 32 unter Deformation und Erzeugung einer radialen Vorpresskraft FV im Montagezustand (4, 6) und im Betriebszustand (1) einen Spalt 7 der Aufnahmeöffnung 6. Eine Umfangsdichtung 31 ist ein auf der Seite des erhöhten Druckes p₁ in einem ersten Nutbereich 41 angeordneter O-Ring 31, und die andere Umfangsdichtung 32 ist ein auf der Seite des Vergleichsdrucks p₂ in einem zweiten Nutbereich 42 angeordneter Formring 32.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, wie dies zunächst aus den Darstellungen der unverpressten Umfangsdichtungen 31, 32 in 2 und 5 entnehmen ist, dass der Querschnitt Q₃₂ des Formrings 32 im unverpressten Zustand eine axiale Hauptabmessung B₃₂ aufweist, die länger als eine radiale Hauptabmessung s₃₂ ist. Insbesondere ist dabei ein Verhältnis der axialen Hauptabmessung B₃₂, bei der es sich in den dargestellten Fällen um eine Schnurbreite des Formrings 32 handelt, zur radialen Hauptabmessung s₃₂, bei der es sich um eine radial gemessene Schnurstärke handelt, größer als 1,2, und vorzugsweise auch größer als 2,0. Im Gegensatz zum oben beschriebenen Stand der Technik muss dadurch eine große Permeationslänge nicht erst durch ein starkes Verpressen beim Steckvorgang erzeugt werden, so dass sich ein optimal großes Verhältnis von Permeationslänge zu den für die Verpressung der Umfangsdichtungen 31, 32 aufzuwendenden Steckkräfte einstellt.
Hierbei ist vorgesehen, dass der zweite Nutbereich 42 – und bevorzugt nur dieser – in einen Sitzabschnitt S und in einen Kompensationsabschnitt K mit kleinerem Querschnitt Q_K als der Querschnitt Q_S des Sitzabschnittes S unterteilt ist, wobei sich der Formring 32 in einem vormontierten Zustand (2, 5) vor dem Einstecken des zweiten Kupplungsteils 2 in das erste Kupplungsteil 1 ausschließlich in dem Sitzabschnitt S befindet und im Montage- und Betriebszustand (1, 4, 6) den Sitzabschnitt S vollständig ausfüllt und in den Kompensationsabschnitt K hineinragt. Der Sitzabschnitt S hat dabei eine Länge L_S und der Kompensationsabschnitt K eine Länge L_K. Optional kann auch schon im vormontierten Zustand der Sitzabschnitt S vollständig ausgefüllt sein. Dadurch kann vorteilhafterweise der Formring 32 bei der Montage nicht verrutschen.
Das Vorhandensein des Kompensationsabschnitts K trägt der Ausführung des Formrings 32 Rechnung, die großvolumiger ist als die des O-Rings 31. Folglich sind somit auch Volumenvergrößerungen durch Quellung unter Druck und thermische Ausdehnung größer als beim O-Ring 31 und können durch Ausdehnung des Formrings 32 in den Kompensationsabschnitt K hinein ohne nennenswerten Anstieg der radial gerichteten Flächenpressung ausgeglichen werden.
Eine axiale Länge L₄₂ des zweiten Nutbereichs 42 kann dabei – wie in 1, 2 und 5 dargestellt – bevorzugt größer als eine axiale Länge L₄₁ des ersten Nutbereichs 41 sein (nur in 1 und 2 bezeichnet). Eine axiale Querschnittsfläche Q₄₁ des ersten Nutbereiches 41 kann bevorzugt kleiner als eine axiale Querschnittsfläche Q₄₂ des zweiten Nutbereiches 42 sein (in 1 und 4 bezeichnet). Eine maximale Tiefe T₄₁ des ersten Nutbereiches 41 kann bevorzugt kleiner als eine maximale Tiefe T₄₂ des zweiten Nutbereiches 42 sein (in 1 und 2 bezeichnet).
In der ersten bis dritten Ausführung ist dabei vorgesehen, dass der Formring 32 im vormontierten Zustand, im Montage- und im Betriebszustand mit einer ersten axial gerichteten Anlagefläche FA₃₂ an einer Nutflanke 42a anliegt, die axial gegenüber dem Kompensationsabschnitt K liegt und den Sitzabschnitt S begrenzt.
Der zweite Nutbereich 42 kann dabei – wie dargestellt – insbesondere derart geometrisch gestaltet sein, dass sich der Querschnitt Q_K des Kompensationsabschnittes K, zumindest über eine definierte axiale Länge L_Ka hinweg, in Richtung Z des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils 2 in die Aufnahmeöffnung 6 des anderen Kupplungsteiles 1 im Längsschnitt gesehen in radialer Richtung stetig und/oder sprungartig gegenüber dem Querschnitt Q_S des Sitzabschnittes S verringert. Dies führt vorteilhafterweise dazu, dass sich – schon bei der Montage bzw. auch später bei einem Quellen der Dichtung im Betriebszustand – die Permeationslänge durch die Dichtung sprunghaft und überproportional erhöht. Hierbei ist in den ersten drei Ausführungen im Kompensationsabschnitt K, zumindest über die definierte axiale Länge L_Ka hinweg, eine ebene oder gekrümmte, insbesondere konvex gekrümmte, in Richtung Z des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils 2 in die Aufnahmeöffnung 6 des anderen Kupplungsteiles radial nach außen verlaufende Schrägfläche 42b ausgebildet.
Eine Kompensation der Änderung der Geometrie des Formrings 32 kann dabei, wie in 1 mit dem zusätzlichen radialen Kompensationsvolumen V_R gezeigt ist, sowohl in axialer, als auch in radialer Richtung erfolgen, und der Kompensationsabschnitt K kann aus mehreren Teilkompensationsvolumina bestehen.
Im Hinblick auf eine optimale Abstimmung der Geometrien von Formring 32 und zweitem Nutbereich 42 aufeinander kann insbesondere vorgesehen sein, dass im Montage- und Betriebszustand ein, vorzugsweise unter Berücksichtigung der möglichen Wärmeausdehnung des Formrings 32, als Quotient aus einem im Kompensationsabschnitt K liegenden Anteil des verpressten, radialen Querschnitts AR_32K und der Querschnittsfläche Q_K des Kompensationsabschnittes K berechneter Füllgrad FG kleiner ist als 1 bzw. 100 Prozent. Dabei kann ein Füllgrad FG, der sich als Quotient aus einem im Sitzabschnitt S liegenden Anteil des verpressten, radialen Querschnitts AR_32S und der Querschnittsfläche Q_S des Sitzabschnittes K ergibt, gleich 1 bzw. 100 Prozent sein. Ein Füllgrad FG des gesamten zweiten Nutbereiches 42, der sich als Quotient aus dem gesamten, im zweiten Nutbereich 42 liegenden verpressten, radialen Querschnitt AR₃₂ des Formrings 32 und der gesamten Querschnittsfläche Q₄₂ (Summe aus Q_S und Q_K) des Nutbereichs 42 ergibt, kann bevorzugt kleiner sein als 1 bzw. 100 Prozent.
Wie der erste Nutbereich 41 bevorzugt einen ebenen Nutgrund 41a aufweisen kann, kann auch – zumindest bereichsweise – der Kompensationsabschnitt K des zweiten Nutbereiches 42 und/oder insbesondere – wie dargestellt – der Sitzabschnitt S des zweiten Nutbereiches 42 einen ebenen Nutgrund 42c aufweisen.
In der ersten Ausführung der Erfindung liegt der O-Ring 31 im vormontierten Zustand, im Montage- und im Betriebszustand mit einer ersten axial gerichteten Anlagefläche FA₃₁ an einer ihm zugewandten Anlagefläche FB₃₂ des Formrings 32 an. Anderseitig liegt der O-Ring 31 zumindest im Montagezustand mit einer zweiten axial gerichteten Anlagefläche FB₃₁ an einer in Einsteckrichtung Z liegenden Nutflanke 41b an.
Wie bereits erwähnt, ist gemäß der zweiten und dritten Ausführung der Erfindung jeweils vorgesehen, dass der erste Nutbereich 41 und der zweite Nutbereich 42 durch einen radial umlaufenden Steg 8 voneinander getrennt sind und dadurch jeweils eine separate erste Nut 41 und eine separate zweite Nut 42 bilden. Der O-Ring 31 liegt dort im vormontierten Zustand und im Montagezustand mit seiner ersten axial gerichteten Anlagefläche FA₃₁ an einer Nutflanke 41c der ersten Nut 41 an, die durch den radial umlaufenden Steg 8 gebildet ist. Anderseitig liegt der O-Ring 31 – wie in der ersten Ausführung – zumindest im Montagezustand mit seiner zweiten axial gerichteten Anlagefläche FB₃₁ an der in Einsteckrichtung Z liegenden Nutflanke 41b an.
Im Hinblick auf eine optimale Abstimmung der Geometrien der Nutbereiche 41, 42 bzw. der Nuten 41 für den O-Ring und den Formring 32 aufeinander kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis der Länge L₄₁ zur maximalen Tiefe T₄₁ des ersten Nutbereichs 41 bzw. der ersten Nut 41 größer ist als ein Verhältnis der Länge L₄₂ zur maximalen Tiefe T₄₂ des zweiten Nutbereichs 42 bzw. der zweiten Nut 42. Dabei kann das Verhältnis der Länge L₄₁ zur maximalen Tiefe T₄₁ des ersten Nutbereichs 41 bzw. der ersten Nut 41 im Bereich von 1 bis 5, und bevorzugt bei 3,5 liegen. Das Verhältnis der Länge L₄₂ zur maximalen Tiefe T₄₂ des zweiten Nutbereichs 42 bzw. der zweiten Nut 42 kann im Bereich von 0,3 bis 0,9, und bevorzugt bei 0,5 liegen.
Was die Bemessung der Umfangsdichtungen 31, 32 betrifft, so kann, wie in 2 und 5 mit Bezugszeichen bezeichnet, eine Schnurstärke s₃₁ des O-Rings 31 kleiner als eine radial gemessene Schnurstärke s₃₂ des Formrings 32 sein, während im verpressten Zustand (1, 4 und 6) eine axiale Länge L₃₁ des O-Rings 31 kleiner als eine axiale Länge L₃₂ des Formrings 32 ist. Im verpressten Zustand kann bevorzugt – bezogen auf die Achse X-X – ein mittlerer Ringdurchmesser DM₃₁ des O-Rings 31 kleiner als ein mittlerer Ringdurchmesser DM₃₂ des Formrings 32 sein. Diese mittleren Ringdurchmesser DM₃₁, DM₃₂ werden dabei jeweils als gegenseitiger Abstand der Mittelpunkte der Querschnitte Q₃₁, Q₃₂ der Umfangsdichtungen 31, 32 ermittelt. Derartige mittlere Ringdurchmesser DM₃₁, DM₃₂ sind exemplarisch in den Ausführungen in 9, 11, 12, 19, 20 und 21 dargestellt.
Im Montage- und im Betriebszustand sollte die radiale Vorpresskraft FV₃₁ des O-Rings 31 nicht größer als, bevorzugt genauso groß wie die radiale Vorpresskraft FV₃₂ des Formrings 32 sein.
Durch die Vorpresskräfte FV₃₁, FV₃₂ des O-Rings 31 und des Formrings 32, die unter anderem davon abhängen, wie stark jeweils eine Umfangsdichtung 31, 32 deformiert wird bzw. wieviel Raum entsprechend Größe und geometrischer Gestaltung für diese Deformation zur Verfügung steht, werden neben einer Kontaktlänge, über die die Umfangsdichtung 31, 32 jeweils an den Wandungen der Kupplungsteile 1, 2 anliegt, auch die Steckkräfte FS beeinflusst, die beim Einstecken des zweiten Kupplungsteils 2 in das erste Kupplungsteil 1 bei einem erfindungsgemäßen Verbindungssystem in Abhängigkeit vom Steckweg X auftreten. Das jeweilige Verhältnis der Steckkraft FS zu der orthogonal auf der Steckkraft FS stehenden Vorpresskraft FV ist dabei die Reibungszahl μ.
Die Steckkräfte FS sind auch vom Nenndurchmesser der Aufnahmeöffnung 6 abhängig. So rechnet man bei Nenndurchmessern von 12 mm mit geforderten Maximalsteckkräften M1, M2 im Bereich von 80 N bis 100 N. Für größere Nenndurchmesser oder auch für kleine Nenndurchmesser, aber bei dem für CO₂ relevanten Druckbereich (p₁ = 10 bar bis 180 bar), treten größere maximale Steckkräfte M1, M2 auf, die mehr als 100 N und 120 N erreichen können. Solche maximalen Steckkräfte M1, M2 können erfindungsgemäß vermieden werden, wie insbesondere nachfolgend unter Bezug auf 8 noch dargestellt werden wird.
Zunächst geht jedoch aus 7 hervor, wie durch die Erfindung die Steckkräfte FS qualitativ beeinflusst werden können. 7 zeigt dabei die Veränderungen der Steckkräfte FS in Abhängigkeit von einem Steckweg X beim Einstecken des zweiten Kupplungsteils 2 in das erste Kupplungsteil 1 im Vergleich zwischen einem erfindungsgemäßen Verbindungssystem (Kurve 31/32) und zwei nicht erfindungsgemäßen Verbindungssystemen (Kurven 31/31 und 32/32).
Die Kurvenbezeichnung 31/31 weist dabei darauf hin, dass in dem ersten nicht erfindungsgemäßen Verbindungssystem zwei O-Ring-Dichtungen 31 miteinander kombiniert sind, während die Kurvenbezeichnung 32/32 ausdrückt, dass in dem zwei ten nicht erfindungsgemäßen Verbindungssystem zwei Formring-Dichtungen 32 hintereinander angeordnet sind.
Alle Kurven zeigen zunächst grundsätzlich einen Anstieg der Steckkraft FS von einem Wert Null zu Beginn des Einsteckens auf einen von Null verschiedenen Endwert E. Beim Stecken werden jeweils zwei lokale Maxima durchlaufen, die mit M1 und M2 bezeichnet sind und in der Zeichnung zusätzlich – wie auch die Endwerte E – jeweils noch durch die Indizes 31/31, 31/32, 32/32 der entsprechenden Kurve gekennzeichnet sind. Die Maxima M1, M2 werden durch die Deformation der Umfangsdichtungen 31, 32 beim Eintritt in die Aufnahmeöffnung 6 verursacht, während ein sich jeweils hinter einem Maximum M1, M2 einstellender niedriger, bereichsweise etwa konstant bleibender Wert SW (ebenfalls jeweils entsprechend der Anordnung der Umfangsdichtungen 31, 32 indiziert) der Steckkraft FS insbesondere ausschließlich durch die Reibung an der Wand der Aufnahmeöffnung 6 verursacht wird.
Der Endwert E_31/31 der Kombination von zwei O-Ringen 31 liegt am niedrigsten und stellt sich über den Steckweg X am ehesten ein. Der Endwert E_32/32 der Kombination von zwei Formringen 32 liegt am höchsten und stellt sich über den Steckweg X zuletzt ein. Der Endwert E_31/32 der erfindungsgemäßen Kombination liegt dazwischen. Die Maxima M1_31/31 M1_31/32, M2_31/31, welche auf das jeweilige Stecken des O-Rings 31 zurückzuführen sind, zeigen sowohl einen steileren Anstieg der Steckkraft FS vor dem Maximum, als auch einen steileren Abfall nach dem Maximum als die Maxima M1_32/32, M2_31/32 und M2_32/32, welche auf das jeweilige Stecken des Formrings 32 zurückzuführen sind. Dies ist damit verbunden, dass im verpressten Zustand die axiale Länge L₃₁ des O-Rings 31 kleiner als eine axiale Länge L₃₂ des Formrings 32 ist.
Da sowohl bei der Kombination von zwei O-Ringen 31 als auch bei der erfindungsgemäßen Kombination, bei der auf dem Schaft 5 in Steckrichtung Z gesehen vorn ein O-Ring 31 sitzt, dieser zuerst in die Aufnahmeöffnung 6 gelangt, ist der Kurvenverlauf der beiden Kombinationen zunächst bei Durchlauf des ersten Maximums M1 bis zum Ein tritt der zweiten Umfangsdichtung – entweder dem zweiten O-Ring 31 oder erfindungsgemäß dem Formring 32 – kongruent. Bei Einstellung des zweiten Maximums M2 beginnen dann die Kurvenverläufe voneinander abzuweichen, wobei die jeweiligen Maxima M2_31/31 und M2_31/32 etwa den gleichen Spitzenwert erreichen, sich dieser aber bei der erfindungsgemäßen Kombination erst nach einem längeren Steckweg X einstellt.
Bei der Kombination von zwei Formringen 32 tritt schon das erste Maximum M1_32/32 erst bei einem längeren Steckweg X ein als das Maximum M1 bei den beiden anderen Kombinationen. Gleichartig verhält es sich mit dem zweiten Maximum M2_32/32. Dieses tritt erst bei einem längeren Steckweg X ein als bei einer erfindungsgemäßen Kombination.
Die verschiedenen in 8 für die Erfindung quantitativ dargestellten, qualitativ mit denen in 7 übereinstimmenden Kurvenverläufe der Abhängigkeit der Steckkraft FS vom Steckweg, veranschaulichen folgende bevorzugte technische Merkmale:

– Bei einem Einstecken des zweiten Kupplungsteils 2 in die Aufnahmeöffnung 6 des ersten Kupplungsteils 1 entlang der Achse X-X sollte die maximale Steckkraft M1_31/32 beim Stecken des O-Rings 31 nicht größer als, bevorzugt genauso groß wie die maximale Steckkraft M2_31/32 beim Stecken des Formrings 32 sein.
– Bei einem solchen Einstecken sollte die maximale Steckkraft M2_31/32 beim Stecken des Formrings 32 um maximal 20 Prozent von der maximalen Steckkraft M1_31/32 beim Stecken des O-Rings 31 abweichen.
– Bei einem solchen Einstecken kann die maximale Steckkraft M2_31/32 beim Stecken des Formrings 32 und die maximalen Steckkraft M1_31/32 beim Stecken des O-Rings 31 jeweils im Bereich von 40 bis 100 N liegen.
– Beim Einstecken entlang der Achse X-X sollte eine Stecklänge SL₃₁, über die die Steckkraft FS größer als die Hälfte der maximalen Steckkraft M1_31/32 ist, beim Stecken des O-Rings 31 im Bereich von 1 bis 2 mm liegen.
– Beim Einstecken entlang der Achse X-X sollte eine Stecklänge SL₃₂, über die die Steckkraft FS größer als die Hälfte der maximalen Steckkraft M2_31/32 ist, beim Stecken des Formrings 32 im Bereich von 3 bis 5 mm liegen.
– Beim Einstecken entlang der Achse X-X kann die Stecklänge SL₃₂, über die die Steckkraft FS größer als die Hälfte der maximalen Steckkraft M1, M2 ist, beim Stecken des Formrings 32 bevorzugt 2 bis 4 Mal so groß sein wie die entsprechende Stecklänge SL₃₁ beim Stecken des O-Rings 31.

Durch diese bevorzugten Merkmale, insbesondere dadurch, dass die maximalen Steckkräfte M1 und M2 etwa gleich groß sind, wird eine technische Lösung für den Zielkonflikt herbeigeführt, der sich daraus ergibt, dass die Umfangsdichtungen 31, 32 einerseits stark verpresst, also komprimiert, werden sollen, was mit hohen maximalen Steckkräften M1, M2 verbunden ist, anderseits aber die maximalen Steckkräfte M1, M2 klein sein sollen, damit die Montagefreundlichkeit gewährleistet ist.
So könnte z. B. für die in 8 dargestellten Kurvenverläufe ein bevorzugter Zielwert für beide Maxima M1_31/32, M2_31/32 der Steckkraft FS übereinstimmend bei etwa 90 N liegen. Wenn die Steckkraft FS für den O-Ring 31 bereits auf ein Maximum M1_31/32 von etwa 90 N eingestellt ist, ergäbe sich eine geringere Dichtheit, wenn der Formring 32 auf eine geringere maximale Steckkraft M2_31/32, z. B. auf 50 N, eingestellt würde. Eine solche Einstellung ist daher nicht anzustreben.
Wie bei der Erläuterung der Kurvenverläufe anhand der 7 ausgeführt wurde, stellt die erste Umfangsdichtung (8: O-Ring 31), die verpresst wird, einen Sockelwert SW bereit, welcher der erwähnte, jeweils hinter dem ersten Maximum M1 liegende niedrige, bereichsweise etwa konstant bleibender Wert der Steckkraft FS ist. Dieser Wert SW – bzw. SW_31/32 gemäß 8 – kann beispielsweise bevorzugt bei etwa 15 N liegen. Zu diesem Sockelwert addiert sich die Komponente der Steckkraft FS, die durch die zweite Umfangsdichtung (8: Formring 32) entsteht. Der Spitzenwert M2 sollte also den Spitzenwert M1 unter Berücksichtigung des Sockelwertes SW nicht übersteigen. Wenn die Maxima M1 und M2 etwa bei dem gleichen Wert, z. B. von 90 N, liegen sollen, so bedeutet dies, dass unter Berücksichtigung des Sockelwertes SW die Komponente der Steckkraft FS, die durch die zweite Umfangsdichtung (8: Formring 32) entsteht, um etwa 20% kleiner sein sollte, als der Wert der maximalen Steckkraft M1 der ersten Umfangsdichtung (8: O-Ring 31). Das ist, wie 7 zeigt, nur dann der Fall, sofern zuerst der O-Ring 31 montiert wird. Ein zuerst montierter Formring 32 schafft einen vergleichsweise höheren Sockelwert (vgl. 7: SW_32/32). Damit wäre bei gleicher Dimensionierung der Umfangsdichtungen 31, 32 und der ihnen zugeordneten Nutabschnitte 41, 42 eine umgekehrte Montagefolge – also zuerst der Formring 32, dann der O-Ring 31 – als technische Lösung für den o. g. Zielkonflikt nicht praktikabel.
Auch die Dimensionierung der Längen SL₃₁ und SL₃₂ dient dem Ziel, die maximalen Steckkräfte M1, M2 etwa in gleicher Größe einzustellen, wobei sich das o. g. Verhältnis der Längen SL₃₁ und SL₃₂ in Bezug auf beide Umfangsdichtungen 31, 32 als Optimum im Hinblick auf gleichzeitig möglichst hohe Dichtheit und möglichst geringe maximale Steckkraft M1, M2 ergibt. Die Dimensionierung trägt dabei der Tatsache Rechnung, dass sich aufgrund der erfindungsgemäßen Dimensionierung des Formrings 32 infolge der größeren verpressten Umfangsfläche ein höherer reibungsbedingter Sockelwert SW einstellt als beim O-Ring 31. Wird die Länge SL₃₁ vergrößert, so steigt der Sockelbetrag und der nachfolgende Formring 32 kann entweder nur weniger stark verpresst werden, oder es muss eine Verkürzung der Länge SL₃₂ erfolgen.
Bevorzugte Eigenschaften des O-Rings 31 und des Formrings 32 sind der nachstehenden Tabelle 1 zu entnehmen. Tabelle 1: Eigenschaften der Umfangsdichtungen 31, 32

Eigenschaft O-Ring 31 Formring 32

Werkstoff EPDM HNBR, EPDM, FKM

Shore-Härte 75–95 bevorzugt 85 75–85 bevorzugt 75
Entsprechend seinen Funktionen, Öl und Schmierstoffe vom Formring 32 fernzuhalten sowie letzteren vor explosiver Dekompression zu schützen, kann der O-Ring 31 bevorzugt ausgelegt werden und kann somit eine höhere Ölbeständigkeit und eine höhere Blasenbildungsbeständigkeit aufweisen als der Formring 32, wobei der Formring 32 stattdessen insbesondere eine geringere Permeabilität für das Fluid aufweisen kann als der O-Ring 31. Für den Formring 32 können also Permeation, Montagekraft, Volumenveränderung, Anlagefläche und Vermeidung einer Intrusion in den Spalt 7 zwischen den Kupplungsteilen 1, 2 als Auslegungskriterien im Vordergrund stehen.
Des Weiteren kann in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass mindestens eine der Umfangsdichtungen 31, 32, vorzugsweise der O-Ring 31, eine Gleitbeschichtung aufweist, wie eine als oberste Materialschicht der Umfangsdichtung 31, 32 ausgebildete Gleitschicht oder wie eine auf die Umfangsdichtung 31, 32 aufgetragene Fett- oder Ölschicht, die insbesondere aus einem Schmierstoff gebildet ist, der in dem Fluid enthalten ist. Dadurch werden jeweils Sockelwert SW, Endwert E und so auch die Werte der Maxima M1, M2 – also die gesamte Steckkraft-Kurve – gesenkt.
9 bis 11 zeigen, dass der Querschnitt Q₃₂ des Formrings 32 im unverpressten Zustand „knochenartig” nach der Art eines Quadrings ausgebildet (9) oder „bananenförmig” gekrümmt sein kann. Auch eine elliptische Ausbildung wäre möglich.
Bei der in 10 und 11 gezeigten, „bananenförmigen” Ausführung des Formrings 32 kann der Querschnitt Q₃₂ der unverpressten Umfangsdichtung 32 in der Grundgestalt als ein Rechteck aufgefasst werden, welches jedoch tonnenartig nach außen gewölbt ist. Dabei ist ein erster Krümmungsradius für die äußere, konvex gewölbte Längsseite und ein zweiter Krümmungsradius für die innere, konkav gewölbte Längsseite vorgesehen. Die konkave Verwölbung der inneren Längsseite führt im montierten Zustand der Umfangsdichtung auf dem zweiten Kupplungsteil 2 und auch später nach dem Stecken in das erste Kupplungsteil 1 sowie unter Betriebsbedingungen vorteilhafterweise zu einer Verringerung der Reibung zwischen dem Formring 32 und Nutgrund 42c, weil die durch die Deformation des solchermaßen geformten Formrings 32 entstehenden Eigenspannungen die Vorpresskraft F_V im mittleren Bereich der inneren Längsseite herabsetzen. Der erste Krümmungsradius für die äußere, konvex gewölbte Längsseite kann dabei mit Vorteil geringfügig – etwa 0,4 bis 1,6 mm – größer sein als der zweite Krümmungsradius 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 des Formrings 32 kann mit Vorteil über den jeweiligen Verlauf der Längsseiten eine variable vorherbestimmte Pressungsverteilung eingestellt werden. Für die Querseiten des Dichtungsquerschnitts Q₃₂ ist keine Wölbung, sondern ein ebener Verlauf vorgesehen. Die Übergänge von den Längs- zu den Querseiten sind jeweils verrundet.
Bei der in 9 gezeigten, „knochenartigen” Ausführung des Formrings 32 liegen die Verhältnisse ähnlich wie bei der „bananenförimgen” Ausführung. Auch hier kann der Querschnitt Q₃₂ der unverpressten Umfangsdichtung 32 in der Grundgestalt als ein Rechteck aufgefasst werden, welches gewölbt ist, wobei für die Wölbungen ein erster und ein zweiter Krümmungsradius vorgesehen sind. Allerdings ist hier die Wölbung sowohl für innere äußere Längsseite, als auch für die äußere Längsseite jeweils konkav.
Durch die Knochenform und Bananenform können Druckerhöhungen erzeugt werden, die sich in einer Erhöhung des Wertes des Maximums M2_31/32 bzw. insbesondere in einer zonenweisen Druckerhöhung idealerweise im Bereich der Gaskontaktfläche ausdrücken können. So kann beispielsweise eine Breite B_M2 des dem Maximum M2_31/32 zugehörigen Peaks der Verlaufskurve der Steckkraft FS verändert werden. In 7 ist diese Breite B_M2 eingezeichnet und ein auf die spezielle Formringgeometrie zurückzuführender Absatz in der Verlaufskurve mit dem Bezugszeichen A_M2 gekennzeichnet.
10 zeigt dabei eine Ausführung, bei der der erste Nutbereich 41 und der zweite Nutbereich 42 durch einen axial beweglichen Nutteiler 9 voneinander getrennt sind, auf dem sich der radial umlaufende Steg 8 befindet. Die Längen L₄₁, L₄₂ der beiden Nutbereiche 41, 42 sind dadurch mit Vorteil veränderlich gestaltet.
Bei der Ausführung gemäß 11 ist der Schaft 5 des einsteckbaren Kupplungsteils 2 aus einem äußeren spanlos umgeformten Rohr 5a und einer konzentrisch darin angeordneten an der Innenwand des Rohres 5a zumindest bereichsweise anliegenden Hülse 5b gebildet. Rohr 5a und Hülse 5b können – wie dargestellt – durch Verstemmungen ST miteinander verbunden sein. Das Rohr 5a bildet mit seiner verformten Wandung den ersten Nutbereich 41, den zweiten Nutbereich 42 und den dazwischen liegenden radial umlaufenden Steg 8 aus, der die Nutbereiche 41, 42 als separate Nuten 41, 42 voneinander trennt. Ebenso sind auch der im zweiten Nutbereich 42 bzw. der zweiten Nut 42 liegende Sitzabschnitt S und der Kompensationsabschnitt K durch die Wandkonturierung gebildet. Stattdessen besitzt die innere Hülse 5b einen rohrförmigen unverformten Querschnitt mit im gleichbleibendem Durchmesser und eine glatte Wand. Dadurch werden Strömungsverluste, die durch die Durchmessererweiterungen und -zusammenschnürungen des äußeren Rohres 5a auftreten könnten, vermieden. Die innere Hülse 5b kann, insbesondere im Sinne einer verbesserten thermischen Isola tion, aus Kunststoff bestehen, während das äußere Rohr 5a bevorzugt aus Metall gefertigt ist. Wie dargestellt kann die innere Hülse 5b an ihrem in Steckrichtung Z liegenden Ende das Ende des äußeren Rohres 5a umfassen und dabei die in Steckrichtung Z gerichtete Nutflanke 41b der Nut 41 für den O-Ring 31 ausbilden.
Auch bei der Ausführung gemäß 12 ist der Schaft 5 des einsteckbaren Kupplungsteils 2 zweiteilig ausgebildet, wobei ein Teil durch ein spanlos umgeformtes Rohr 5c gebildet ist. Im Gegensatz zu der Ausführung in 11 befindet sich hier jedoch das spanlos umgeformte Rohr 5c innen und wird außen von einem Mantelstück 5d umgeben, das wiederum außenseitig den zweiten Nutbereich 42 mit Sitzabschnitt S und Kompensationsabschnitt K sowie den zwischen den Nutbereichen 41, 42 liegenden radial umlaufenden Steg 8 ausbildet. Der Nutgrund 41a des ersten Nutbereiches 41 wird durch das Rohr 5c gebildet. Beide Teile 5c, 5d können miteinander verschweißt oder verlötet sein, wobei insbesondere auf eine gasdichte Ausführung geachtet werden muss. Das innere Rohr 5c ist nur in zwei Wandbereichen U1, U2 und an seinem Ende U3 umgeformt und ist glattwandig. Dadurch werden auch hier Strömungsverluste durch etwaige Turbulenzen im Wandbereich klein gehalten. Der radial nach außen aufgeweitete Umformbereich U3 am Rohrende kann zur Aufnahme eines ringförmigen Abschlusselementes 10, dienen, welches die in Steckrichtung Z gerichtete Nutflanke 41b der Nut 41 für den O-Ring 31 ausbildet.
13 und 14, die einen Zwischen-Montagezustand und den (End-)Montagezustand eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems in einer achten Ausführung darstellen, veranschaulichen, dass die Aufnahmeöffnung 6 des ersten Kupplungsteils 1 über einen Einsteckweg X₆ der auf dem Schaft 5 vormontierten Umfangsdichtungen 31, 32 zur Erleichterung des Einsteckens eine Durchmesserstufung D_6A, D_6B, D_6C aufweisen kann. Insbesondere ist dabei in der dargestellten Ausführung vorgesehen, dass die Aufnahmeöffnung 6 des ersten Kupplungsteils 1 – von ihrem Einsteckende für die auf dem Schaft 5 vormontierten Umfangsdichtungen 31, 32 ausgehend – hintereinander liegend einen ersten Abschnitt 6A mit einem ersten Durchmesser D_6A, einen zweiten Abschnitt 6B mit einem zweiten Durchmesser D_6B und einen dritten Abschnitt 6C mit einem dritten Durchmesser D_6C aufweist. Die Durchmesser sind über ihre Abschnitte jeweils konstant. Der erste Durchmesser D_6A ist größer als der zweite Durchmesser D_6B, und der zweite Durchmesser D_6B ist größer als der dritte Durchmesser D_6C. Zwischen dem ersten Abschnitt 6A und dem zweiten Abschnitt 6B sind dabei ein erster konischer Abschnitt 6K1 und zwischen dem zweiten Abschnitt 6B und dem dritten Abschnitt 6C ein zweiter konischer Abschnitt 6K2 angeordnet.
Aus 3 bis 5 ist bezüglich der Erleichterung des Einsteckens des Schaftes 5, auf dem die Umfangsdichtungen 31, 32 vormontiert sind, zu entnehmen, dass in vorteilhafter Weise die Aufnahmeöffnung 6 des ersten Kupplungsteils 1 auch einen konusförmig ausgebildeten Einführabschnitt 6E für die auf dem Schaft 5 vormontierten Umfangsdichtungen 31, 32 aufweisen kann.
Dieser konusförmig ausgebildete Einführabschnitt 6E in der Aufnahmeöffnung 6 des ersten Kupplungsteils 1 kann in bevorzugter Ausführung vom Einsteckende für die auf dem Schaft 5 vormontierten Umfangsdichtungen 31, 32 ausgehend hintereinander liegend mehrere, insbesondere drei, Teilabschnitte 6F, 6G, 6H aufweisen. Dabei kann – in Steckrichtung Z gesehen – ein aus Wandung W des Kupplungsteils 1 und der Achse X-X der Aufnahmeöffnung 6 gebildeter Spitzenwinkel μF des ersten Teilabschnitts 6F größer sein als ein entsprechender Spitzenwinkel μG des zweiten Teilabschnitts 6G und der Spitzenwinkel μG des zweiten Teilabschnitts 6G größer als der entsprechende Spitzenwinkel μH des dritten Konusabschnitts 6H.
Im Zusammenhang mit den Ausführungen zu 1 war bereits erwähnt worden, dass der zweite Nutbereich 42 derart geometrisch gestaltet sein kann, dass sich der Querschnitt Q_K des Kompensationsabschnittes K, zumindest über eine definierte axiale Länge hinweg, in Richtung Z des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils 2 in die Aufnahmeöffnung 6 des anderen Kupplungsteiles 1 im Längsschnitt gesehen in radialer Richtung stetig und/oder sprungartig gegenüber dem Querschnitt Q_S des Sitzab schnittes S verringern kann. Hierzu zeigen die Ausführungen in 16 bis 18 weitere mögliche Gestaltungsvarianten. Durch diese geometrischen Gestaltungsvarianten kann sowohl die Vorpresskraft FV₃₂, als auch der Verlauf der Steckkraft FS (X) (vgl. 7 und 8) unter jeweils unterschiedlichem Aspekt in optimaler Weise modifiziert werden.
16 zeigt dabei, dass – wie in der ersten Ausführung – im Kompensationsabschnitt K über eine definierte axiale Länge L_Ka hinweg, eine in Richtung Z des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils 2 in die Aufnahmeöffnung 6 des anderen Kupplungsteiles radial nach außen verlaufende Schrägfläche 42b ausgebildet ist. Zusätzlich ist bei dieser Ausführung jedoch auch in komplementärer Weise vorgesehen, dass über diese axiale Länge L_Ka hinweg, eine in Richtung Z des axialen Einsteckens Z radial nach innen verlaufende Schrägfläche 42d an dem Kupplungsteil 1 ausgebildet ist, in das der Schaft 5 eingesteckt wird. Dadurch wird mit Vorteil ein keilförmiges, beidseitiges, gegenüber der ersten Ausführung verstärktes Zusammendrücken des Formrings 32 mit Zunahme der lokalen Verpressung und Vorpresskraft FV₃₂ erreicht.
In der Ausführung gemäß 17 ist vorgesehen, dass der Kompensationsabschnitt K und der Sitzabschnitt S des zweiten Nutbereiches 42 einen gemeinsamen ebenen Nutgrund 42c aufweisen. Hierbei ist vorgesehen, dass sich der Querschnitt Q_K des Kompensationsabschnittes K in Richtung Z des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils 2 in die Aufnahmeöffnung 6 des anderen Kupplungsteiles 1 im Längsschnitt gesehen in radialer Richtung dadurch sprungartig gegenüber dem Querschnitt Q_S des Sitzabschnittes S verringert, dass an dem Kupplungsteil 1, in das der Schaft 5 eingesteckt wird, eine radial nach innen springende Stufe 42e vorgesehen ist.
Auch 18 zeigt eine solche Ausbildung im zweiten Nutbereich 42. Hierbei ist im Gegensatz zu der Ausbildung gemäß 17 vorgesehen, dass der radial umlaufende Steg 8, welcher den ersten Nutbereich 41 und den zweiten Nutbereich 42 voneinander trennt, so dass eine separate erste Nut 41 und eine separate zweite Nut 42 gebildet sind, sich ebenfalls an dem Kupplungsteil 1, in das der Schaft 5 eingesteckt wird, befindet. Damit befindet sich die gesamte Nut 4 faktisch in dem Kupplungsteil 1, in das der Schaft 5 eingesteckt wird, die jeweiligen Nutgründe 41a und 42c liegen radial außen, und der Schaft 5 ist gegenüber den Umfangsdichtungen 31, 32 axial beweglich.
In der Ausführung der Erfindung gemäß 19 ist der zweite Nutbereich 42 derart geometrisch gestaltet, dass sich der Querschnitt Q_K des Kompensationsabschnittes K in Richtung Z des axialen Einsteckens des dargestellten Kupplungsteils 2 in die Aufnahmeöffnung 6 des anderen Kupplungsteiles 1 im Längsschnitt gesehen in radialer Richtung über eine Stufe 42f zunächst sprungartig gegenüber dem Querschnitt Q_S des Sitzabschnittes S verringert. Danach schließt sich ein Bereich an, in dem über eine radial nach innen verlaufende Schrägfläche 42b eine stetige Vergrößerung des Querschnitts Q_K des Kompensationsabschnittes K in Richtung Z des axialen Einsteckens erfolgt.
Der Kompensationsabschnitt K ist in 19 mit einem größer dargestellten Pfeil markiert, weil sich die Darstellungen der 20 (20a bis 20c) jeweils auf diesen markierten Abschnitt beziehen. Aus diesen zeichnerischen Darstellungen geht hervor, dass die Erfindung nicht auf die vorhergehend dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen umfasst.
In der Ausführung gemäß 20a weist der Kompensationsabschnitt K über seine gesamte Länge L_K einen ebenen Nutgrund 42c auf, und sein Querschnitt Q_K ist – im Gegensatz zu den Ausführungen in 20b und 20c – über diese Länge L_K hinweg konstant. Zur Gewährleistung des notwendigen Kompensationsvolumens ist die Länge L_K dafür um einen Betrag ΔL_K größer als die Länge L_K gemäß den Ausführungen in 20b und 20c.
In der Ausführung gemäß 20b weist der Kompensationsabschnitt K über seine gesamte Länge L_K eine radial nach innen verlaufende Schrägfläche 42b auf, wodurch der Querschnitt Q_K des Kompensationsabschnittes K über seine gesamte Länge L_K hinweg in Einsteckrichtung Z stetig zunimmt. Die im Zusammenhang mit den Ausführungen in 1 und 16 erwähnte Länge L_Ka, über die sich die Schrägfläche 42b erstreckt, ist somit identisch mit der gesamten Länge L_K des Kompensationsabschnittes K.
In der Ausführung gemäß 20c ist – ähnlich wie in der ersten Ausführung – vorgesehen, dass im Kompensationsabschnitt K über eine Stufe 42g ein zusätzliches radiales Kompensationsvolumen V_R bereitgestellt wird.
Bei der in 21 dargestellten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems ist im verpressten Zustand der bereits oben erwähnte mittlere Ringdurchmesser DM₃₁ des O-Rings 31 – bezogen auf die Längsachse X-X des Kupplungsteils 2 – größer als der entsprechende mittlere Ringdurchmesser DM₃₂ des Formrings 32. Die Mittelpunkte der Querschnitte Q₃₁, Q₃₂, als deren gegenseitiger Abstand diese mittleren Ringdurchmesser DM₃₁, DM₃₂ ermittelt werden, sind dabei in den Figuren unbezeichnet. Die maximale Tiefe T₄₁ der Nut 41, in der sich der O-Ring 31 befindet, ist kleiner als die maximale Tiefe T₄₂ der Nut 42, in der sich der Formring 32 befindet. Auch hier ist vorgesehen, dass der zweite Nutbereich 42, der die Nut 4 für den Formring bildet, in einen Sitzabschnitt S und in einen Kompensationsabschnitt K mit kleinerem Querschnitt Q_K als der Querschnitt Q_S des Sitzabschnittes S unterteilt ist, wobei der Formring 32 im Montage- und Betriebszustand den Sitzabschnitt S vollständig ausfüllt und in den Kompensationsabschnitt K hineinragt. Hierbei kann mit Vorteil erreicht werden, dass eine Kontaktfläche, die als radiale Grenzfläche GF₃₂ dem Fluid (bei einem Zwischendruck p_Z mit p₂ < p_Z < p₁) zugewandt ist, im Bereich des Formrings 32 kleiner ist als eine Kontaktfläche, die als radiale Grenzfläche GF₃₁ dem Fluid im Bereich des O-Rings 31 beim Fluiddruck p₁ zugewandt ist.
Was insbesondere die Interpretation der 7 und 8 betrifft, so ist zu beachten, dass die Differenzierung des Verlaufs der Steckkräfte FS und die Ausbildung von deren Maxima im Hinblick auf ihre Abhängigkeit von O-Ring 31 und Formring 32 nicht derart misszuverstehen ist, dass die verschiedenen Kraftkomponenten völlig einzeln und unabhängig voneinander auftreten. Es ist so, dass, wenn z. B. erfindungsgemäß zunächst der O-Ring 31 verpresst wird, die bereits vorhandenen Kräfte anschließend als eine Art Grundlast den Steckvorgang des Formrings 32 überlagern. D. h., wenn der Formring 32 verpresst wird, so treten zwar primär Steckkraftkomponenten durch den Formring 32 auf, aber gleichzeitig auch Steckkraftkomponenten, vor allem Reibungskräfte, durch den O-Ring 31.
Die Erfindung ist bislang noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination 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 unabhängigen Anspruchs weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern sind die Ansprüche lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

1: erstes Kupplungsteil (Gehäuseteil)
2: zweites Kupplungsteil (Steckerteil)
31: Umfangsdichtung, O-Ring
32: Umfangsdichtung, Formring
4: Nut für 31, 32
41: Nutabschnitt für 31 von 4
41a: Nutgrund von 41
41b: Nutflanke von 41 (in Z gerichtet)
42c: Nutgrund von 42
42: Nutabschnitt für 32 von 4
42a: Nutflanke von 42 (gegenüber K)
42b: Schrägfläche von 42 in 2
42c: Nutgrund von 42
42e: Stufe von 42 in 1 (radial einwärts in Z)
42f: Stufe von 42 in 2 (radial einwärts in Z)
42g: Stufe von 42 in 2 (radial auswärts in Z)
5: Schaft von 2
5a: äußeres Rohr von 5 (11)
5b: innere Hülse von 5 in 5a (11)
5c: inneres Rohr von 5 (12)
5d: äußerer Mantel von 5 um 5c
6: Aufnahmeöffnung von 1
6A: Abschnitt in 6 mit erstem Durchmesser D_6A
6B: Abschnitt in 6 mit zweitem Durchmesser D_6B
6C: Abschnitt in 6 mit drittem Durchmesser D_6C
6E: konischer Einführabschnitt von 6 für 2
6F: erster Teilabschnitt von 6E
6G: zweiter Teilabschnitt von 6E
6H: dritter Teilabschnitt von 6E
6K1: erster konischer Abschnitt zwischen 6A und 6B
6K2: zweiter konischer Abschnitt zwischen 6B und 6C
7: Spalt zwischen 1 und 2
8: Steg zwischen 41 und 42
9: Nutteiler zwischen 41 und 42
10: Abschlusselement (12)
A_M2: Absatz in FS(X) im Peak von M2_31/32
AR₃₂: verpresster radialer Querschnitt von 32 in 42
AR_32K: verpresster radialer Querschnitt von 32 in K
AR_32S: verpresster radialer Querschnitt von 32 in S
B₃₂: Breite von 32 (unverpresst), axiale Hauptabmessung
B_M2: Breite des Peaks von M2_31/32 in FS(X)
DM₃₁: mittlerer Durchmesser von 31
DM₃₂: mittlerer Durchmesser von 32
D_6A: erster Durchmesser von 6, in 6A von X₆
D_6B: zweiter Durchmesser von 6, in 6B von X₆
D_6C: dritter Durchmesser von 6, in 6C von X₆
E: Endwert der Kurven FS(X) (allgemein)
E_31/31: Endwert von FS(X) – Kombination 31/31
E_31/32: Endwert von FS(X) – Kombination 31/31
E_32/32: Endwert von FS(X) – Kombination 31/31
FA₃₁: erste axiale Anlagefläche von 31
FA₃₂: erste axiale Anlagefläche von 32
FB₃₁: zweite axiale Anlagefläche von 31
FB₃₂: zweite axiale Anlagefläche von 32
FG: Füllgrad von 4, 41, 42 (allgemein)
FS: Steckkraft (allgemein)
FV: Vorpresskraft (allgemein)
FV₃₁: Vorpresskraft von 31
FV₃₂: Vorpresskraft von 32
GF₃₁: fluidseitige Grenzfläche von 31 (21)
GF₃₂: fluidseitige Grenzfläche von 32 (21)
K: Kompensationsabschnitt von 42
L₃₁: Länge von 31 (verpresst)
L₃₂: Länge von 32 (verpresst)
L₄₁: Länge von 41
L₄₂: Länge von 42
L_K: Länge von K
L_Ka: Länge von 42b
L_S: Länge von S
M1: erstes Maximum der Kurven FS(X) (allgemein)
M1_31/31: erstes Maximum von FS(X) – Kombination 31/31
M1_31/32: erstes Maximum von FS(X) – Kombination 31/32
M1_32/32: erstes Maximum von FS(X) – Kombination 32/32
M2: zweites Maximum der Kurven FS(X) (allgemein)
M2_31/31: zweites Maximum von FS(X) – Kombination 31/31
M2_31/32: zweites Maximum von FS(X) – Kombination 31/32
M2_32/32: zweites Maximum von FS(X) – Kombination 32/32
p₁: hoher Fluiddruck
p₂: niedriger Druck (Vergleichsdruck, Atmosphäre)
p_Z: Zwischendruck
Q₄₁: Querschnitt von 41
Q₄₂: Querschnitt von 42
Q_K: Querschnitt von K
Q_S: Querschnitt von S
S: Sitzabschnitt von 42
s₃₁: Schnurstärke von 31 (unverpresst), radiale Hauptabmessung
SL₃₁: Stecklänge von 31
SL₃₂: Stecklänge von 32
SW: Sockelwert der Kurven FS(X) zwischen M1 und M2 (allgemein)
SW_31/31: Sockelwert von FS(X) – Kombination 31/31
SW_31/32: Sockelwert von FS(X) – Kombination 31/32
SW_32/32: Sockelwert von FS(X) – Kombination 32/32
T₄₁: maximale Tiefe von 41
T₄₂: maximale Tiefe von 42
V_R: radiales Kompensationsvolumen in K
W: Wandung von 1 (15)
X: Steckweg von 2 (laufende Koordinate)
X₆: Einsteckweg von 2 in 1 bzw. 5 in 6
X-X: Längsachse von 1, 2
Z: Einsteckrichtung von 2 in 1
ΔL_K: Differenz von L_K gemäß 20b, 20c zu 20a
μ: Reibungszahl
μF: Winkel zwischen X-X und W in 6F
μG: Winkel zwischen X-X und W in 6G
μH: Winkel zwischen X-X und W in 6H

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1052443 B1 [0002]
- DE 60007219 T2 [0002]

Claims

Verbindungssystem für Leitungen, Armaturen oder Aggregate, die zur Führung eines mit einem gegenüber einem Vergleichsdruck (p₂) erhöhten Druck (p₁) 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 Kupplungsteils (1) mit einem Schaft (5) einsteckbares zweites Kupplungsteil (2), wie ein Steckerteil, und mindestens zwei Umfangsdichtungen (31, 32), die in axialer Richtung (X-X) hintereinander in mindestens einer umfangsgemäß in einem der beiden Kupplungsteile (1, 2) ausgebildeten Nut (4) angeordnet sind und im Montage- und Betriebszustand einen Spalt (7) der Aufnahmeöffnung (6) verschließen und wobei eine Umfangsdichtung (31) ein auf der Seite des erhöhten Druckes (p₁) in einem ersten Nutbereich (41) angeordneter O-Ring (31) und die andere Umfangsdichtung (32) ein auf der Seite des Vergleichsdrucks (p₂) in einem zweiten Nutbereich (42) angeordneter Formring (32) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (Q₃₂) des Formrings (32) im unverpressten Zustand eine axiale Hauptabmessung (B₃₂) aufweist, die länger als eine radiale Hauptabmessung (s₃₂) ist.
Verbindungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der axialen Hauptabmessung (B₃₂) zur radialen Hauptabmessung (s₃₂) größer ist als 1,2, vorzugsweise größer als 2,0.
Verbindungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der zweite Nutbereich (42) in einen Sitzabschnitt (S) und in einen Kompensationsabschnitt (K) mit kleinerem Querschnitt (Q_K) als der Querschnitt (Q_S) des Sitzabschnittes (S) unterteilt ist, wobei sich der Formring (32) in einem vormontierten Zustand vor dem Einstecken des zweiten Kupplungsteils (2) in das erste Kupplungsteil (1) ausschließlich in dem Sitzabschnitt (S) befindet und im Montage- und Betriebszustand den Sitzabschnitt (S) vollständig ausfüllt und in den Kompensationsabschnitt (K) hineinragt.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Montage- und Betriebszustand ein, vorzugsweise unter Berücksichtigung der möglichen Wärmeausdehnung des Formrings (32), als Quotient aus einem im Kompensationsabschnitt (K) liegenden Anteil des verpressten, radialen Querschnitts (AR_32K) und der Querschnittsfläche (AR_K) des Kompensationsabschnittes (K) berechneter Füllgrad (FG) kleiner ist als 1.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge (L₄₂) des zweiten Nutbereichs (42) größer als eine axiale Länge (L₄₁) des ersten Nutbereichs (41) ist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Nutbereich (42) derart geometrisch gestaltet ist, dass sich der Querschnitt (Q_K) des Kompensationsabschnittes (K), zumindest über eine definierte axiale Länge hinweg, in Richtung (Z) des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils (2) in die Aufnahmeöffnung (6) des anderen Kupplungsteiles (1) im Längsschnitt gesehen in radialer Richtung stetig und/oder sprungartig gegenüber dem Querschnitt (Q_S) des Sitzabschnittes (S) verringert oder erweitert.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Formring (32) im vormontierten Zustand, im Montage- und im Betriebszustand mit einer ersten axial gerichteten Anlagefläche (FA₄₂) an einer Nutflanke (42a) anliegt, die axial gegenüber dem Kompensationsabschnitt (K) liegt und den Sitzabschnitt (S) begrenzt.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Kompensationsabschnitt (K), zumindest über eine definierte axiale Länge (L_Ka) hinweg, eine ebene oder gekrümmte, insbesondere konvex gekrümmte, in Richtung (Z) des axialen Einsteckens des einen Kupplungsteils (2) in die Aufnahmeöffnung (6) des anderen Kupplungsteiles radial nach innen oder außen verlaufende Schrägfläche (42b) ausgebildet ist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nutbereich (41) und der zweite Nutbereich (42) durch einen radial umlaufenden Steg (8) voneinander getrennt sind und derart jeweils eine separate erste Nut (41) und eine separate zweite Nut (42) bilden.
Verbindungssystem nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Querschnittsfläche (Q₄₁) des ersten Nutbereiches (41), insbesondere der ersten Nut (41), kleiner als eine axiale Querschnittsfläche (Q₄₂) des zweiten Nutbereiches (42), insbesondere der zweiten Nut (42), ist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Tiefe (T₄₁) des ersten Nutbereiches (41), insbesondere der ersten Nut (41), kleiner als eine maximale Tiefe (T₄₂) des zweiten Nutbereiches (42), insbesondere der zweiten Nut (42), ist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer/der Länge (L₄₁) zu einer/der maximalen Tiefe (T₄₁) des ersten Nutbereichs (41) größer ist als ein Verhältnis einer/der Länge (L₄₂) zu einer/der maximalen Tiefe (T₄₂) des zweiten Nutbereichs (42).
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein/das Verhältnis einer/der Länge (L₄₁) zu einer/der maximalen Tiefe (T₄₁) des ersten Nutbereichs (41) im Bereich von 1 bis 5, und bevorzugt bei 3,5 liegt.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein/das Verhältnis einer/der Länge (L₄₂) zu einer/der maximalen Tiefe (T₄₂) des zweiten Nutbereichs (42) im Bereich von 0,3 bis 0,9, und bevorzugt bei 0,5 liegt.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnurstärke (s₃₁) des O-Rings (31) kleiner als eine radial gemessene Schnurstärke (s₃₂) des Formrings (32) ist und/oder dass im verpressten Zustand eine axiale Länge (L₃₁) des O-Rings (31) kleiner als eine axiale Länge (L₃₂) des Formrings (32) ist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im verpressten Zustand bezogen auf die Achse (X-X) ein mittlerer Durchmesser (DM₃₁) des O-Rings (31) kleiner als ein mittlerer Durchmesser (DM₃₂) des Formrings (32) ist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der O-Ring (31) aus EPDM besteht.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Formring (32) aus HNBR, EPDM oder FKM besteht.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der O-Ring (31) eine Shore-A-Härte im Bereich von 75 bis 95, vorzugsweise von 85, aufweist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Formring (32) eine Shore-A-Härte im Bereich von 75 bis 85, vorzugsweise von 75, aufweist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der O-Ring (31) eine höhere Ölbeständigkeit aufweist als der Formring (32).
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der O-Ring (31) eine höhere Blasenbildungsbeständigkeit aufweist als der Formring (32).
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Formring (32) eine geringere Permeabilität für das Fluid aufweist als der O-Ring (31).
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktfläche die jeweils als Grenzfläche (GF₃₁, GF₃₂), der Umfangsdichtung (31, 32) in Richtung auf das Fluid weist, insbesondere im Montage- und Betriebszustand, im Bereich des Formrings (32) kleiner ist als im Bereich des O-Rings (31), wobei – im verpressten oder nicht verpressten Zustand – der Formring (32) vorzugsweise dabei einen kleineren mittleren Durchmesser (DM₃₂) als der mittlere Durchmesser (DM₃₁) des O-Rings (31) aufweist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Umfangsdichtungen (31, 32), vorzugsweise der O-Ring (31), eine Gleitbeschichtung aufweist, wie eine als oberste Materialschicht der Umfangsdichtung (31, 32) ausgebildete Gleitschicht oder wie eine auf die Umfangsdichtung (31, 32) aufgetragene Fett- oder Ölschicht, die insbesondere aus einem Schmierstoff gebildet ist, der in dem Fluid enthalten ist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (Q₃₂) des Formrings (32) im unverpressten Zustand rechteckig, elliptisch, bananenförmig gekrümmt oder knochenartig nach der Art eines Quadrings ausgebildet ist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (6) des ersten Kupplungsteils (1) über einen Einsteckweg (X₆) der auf dem Schaft (5) vormontierten Umfangsdichtungen (31, 32) zur Erleichterung des Einsteckens eine Durchmesserstufung (D_6A, D_6B, D_6C) aufweist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (6) des ersten Kupplungsteils (1) – von ihrem Einsteckende für die auf dem Schaft (5) vormontierten Umfangsdichtungen (31, 32) ausgehend – hintereinander liegend einen ersten Abschnitt (6A) mit einem ersten Durchmesser (D_6A), einen zweiten Abschnitt (6B) mit einem zweiten Durchmesser (D_6B) und einen dritten Abschnitt (6C) mit einem dritten Durchmesser (D_6C) aufweist, wobei der erste Durchmesser (D_6A) größer ist als der zweite Durchmesser (D_6B) und der zweite Durchmesser (D_6B) größer ist als der dritte Durchmesser (D_6C).
Verbindungssystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Abschnitt (6A) und dem zweiten Abschnitt (6B) ein erster konischer Abschnitt (6K1) und zwischen dem zweiten Abschnitt (6B) und dem dritten Abschnitt (6C) ein zweiter konischer Abschnitt (6K2) angeordnet ist.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (6) des ersten Kupplungsteils (1) einen konusförmig ausgebildeten Einführabschnitt (6E) für die auf dem Schaft (5) vormontierten Umfangsdichtungen (31, 32) aufweist.
Verbindungssystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der konusförmig ausgebildete Einführabschnitt (6E) in der Aufnahmeöffnung (6) des ersten Kupplungsteils (1) vom Einsteckende für die auf dem Schaft (5) vormontierten Umfangsdichtungen (31, 32) ausgehend hintereinander liegend drei Teilabschnitte (6F, 6G, 6H) aufweist, wobei – in Steckrichtung (Z) gesehen – ein aus der Wandung (W) des Kupplungsteils (1) und der Achse (X-X) der Aufnahmeöffnung (6) gebildeter Spitzenwinkel (μF) des ersten Teilabschnitts (6F) größer ist als ein entsprechender Spitzenwinkel (μG) des zweiten Teilabschnitts (6G) und der Spitzenwinkel (μG) des zweiten Teilabschnitts (6G) größer ist als der entsprechende Spitzenwinkel (μH) des dritten Konusabschnitts (6H).