DE3632967A1 - Verschluss- und kupplungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verschluß- und Kupplungsvorrichtung für unter dem Druck eines Mediums stehende Leitungen mit zwei dicht gegeneinander bringbaren Kupplungshälften. Die Leitungen sind an den voneinander abgewandten Seiten der Kupplungs­ hälften, zum Beispiel über Muffen, Nippel oder dergleichen, anschließbar. Jede Kupplungshälfte ist mit einem Ventil versehen, damit die Leitungsenden während des entkuppelten Zustandes verschlossen bleiben. Die Ventile sind jeweils in einem zylindrischen Gehäuse untergebracht und stehen mit einer Hülse bzw. einem Stößel, die bzw. der koaxial in dem betreffenden Gehäuse geführt ist, über eine Öffnung in der Stirnseite des Gehäuses vor, die der Stirnseite des Gehäuses der jeweils anderen Kupplungshälfte gegenüberliegt.

Eine derartige aus der europäischen Patentschrift 00 34 312 bekannte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei ineinandersteckbaren Kupplungshälften in Form eines Stecker- und eines Muffenventils mit je einem durch eine Schließfeder in Schließrichtung belasteten und in entkuppelter Stellung der Kupplungshälften in Schließstellung gehaltenen Ventilkörper. Eine Kupplungshälfte ist mit einem festen, den Hub des Ventil­ körpers in seiner Offenstellung begrenzenden Anschlag versehen. Der Ventilkörper der anderen Kupplungshälfte kann einen Hub ausführen, der dem doppelten Ventilhub des anderen Ventil­ körpers entspricht. Am Ende des einfachen Ventilhubes ist ein aus- und einrückbarer Anschlag zur Freigabe des doppelten Ventilhubes beim Kuppeln bzw. zur Verriegelung des Ventil­ körpers vorgesehen. Ein Sternkörper der den doppelten Ventilhub besitzenden Kupplungshälfte ist in einer zum Kupplungskörper koaxialen Hülse festgelegt und mit dieser in dem Kupplungs­ körper mindestens entsprechend dem einfachen Ventilhub axial verschiebbar gelagert. Schließlich ist zum Aus- und Einrücken des Anschlages zudem außerhalb des Strömungsquerschnittes eine von außen betätigbare Sperrkugelverriegelung zwischen der Hülse und dem Kupplungskörper vorgesehen.

Eine weitere derartige Vorrichtung ist aus der europäischen Patentanmeldung 00 82 922 bekannt und besteht im wesentlichen gleichfalls aus zwei in dichtenden Sitz zueinander bringbaren Kupplungshälften. Eine dieser Kupplungshälften weist einen gegen die Sitzfläche eines Kupplungsgehäuses federbelasteten Ventilteller auf, der von einem Stößel der anderen Kupplungs­ hälfte in die Ventil-Offenstellung verlagerbar ist. Dieser Stößel bildet an einer rückwärtigen Flanke die Ventilsitzfläche für das Verschlußventil der anderen Kupplungshälfte. Dazu tritt eine in Ventilschließstellung belastete und im Außengehäuse dieser Kupplungshälfte federbelastete verschiebbare Ventil­ büchse mit ihrem Stirnrand gegen die rückwärts gerichtete Flanke. Die Büchse weist eine Schulter auf, gegen die der Stirnrand des Außengehäuses der einen Kupplungshälfte tritt, und besitzt einen im Dichtsitz in das Außengehäuse der einen Kupplungshälfte eintretenden, über die Steuerschulter vorstehenden Kragen.

Diese beiden bekannten Vorrichtungen sind nicht nur verhältnis­ mäßig aufwendig in ihrem Aufbau und dadurch störanfällig in ihrer Wirkungsweise sondern erfordern insbesondere eine absolut koaxiale Anordnung der Kupplungshälften zueinander, um eine Kupplung der Leitungen überhaupt bewerkstelligen zu können. Das Erfordernis der koaxialen Anordnung der Kupplungshälften ergibt sich bei den bekannten Vorrichtungen aus dem Umstand, daß patrizenförmige Teile der einen Kupplungshälfte in matrizen­ förmigen Teilen der anderen Kupplungshälfte eindringen müssen, um eine Kupplung herbeizufügen.

In der Praxis treten jedoch häufig Anwendungsfälle für derartige Vorrichtungen auf, bei denen eine stets koaxiale Anordnung der Kupplungshälften zueinander nur mit einem erheblichen zusätzlichen Aufwand zu gewährleisten ist. Wenn beispielsweise die Leitungen nicht flexibel sind sondern starr und zudem fest in Bauteilen einer Anlage angeordnet sind, bei der einzelne, mit Leitungssträngen versehene Bauteile an die gleichfalls mit Leitungssträngen versehene Gesamtanlage häufig zu kuppeln und entkuppeln sind, erfordert die Fertigung der Bauteile sowie die Plazierung der Leitungsstränge äußerst enge Toleranzen, um mit den bekannten Vorrichtungen die Leitungs­ stränge kuppeln zu können. So lassen sich beispielsweise die Leitungssysteme bei Wärmetauschern, deren mit Leitungen versehene Einsätze schubladenartig in die stationären, gleich­ falls mit Leitungen ausgestatteten Wärmetauscheranlagen eingeschoben werden, nur dann mit den bekannten Vorrichtungen kuppeln, wenn die Einsätze spielfrei in den Anlagen passen und die diversen Leitungsenden positionsgenau sowohl in dem stationären Anlagenteil wie spiegelbildlich in den einzuschiebenden Einsätzen angeordnet sind. Durch dieses Erfordernis verteuert sich der Fertigungsaufwand für derartige Anlagen bei Verwendung der bekannten Verschluß- und Kupplungs­ vorrichtungen insgesamt erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verschluß- und Kupplungsvorrichtung zu schaffen, die sich nicht nur durch einen einfachen funktionssicheren Aufbau auszeichnet sondern es darüber hinaus auch ermöglicht, Leitungen dicht miteinander zu kuppeln, ohne daß dazu die an starren Leitungen angeschlossenen Kupplungshälften koaxial zueinander angeordnet sein müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten gattungsgemäßen Art ausgegangen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil desselben angegebenen Merkmale aufweist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine Kupplung von Leitungen, die unter dem Druck eines Mediums stehen, indem lediglich die beiden Kupplungshälften mit ihren einander zuge­ wandten Stirnseiten ihrer Gehäuse ausreichend fest gegenein­ andergepreßt werden, ohne daß dabei Teile der einen Kupplungs­ hälfte formschlüssig in Teile der anderen Kupplungshälfte einge­ fügt werden müssen. Statt dessen genügt es, die Hülse der ersten Kupplungshälfte mit ihrer der zweiten Kupplungshälfte zuge­ wandten Stirnseite und der dieser zugeordneten Ringdichtung gegen den Flansch des Gehäuses der zweiten Kupplungshälfte zu pressen. Dabei dringt zwar der über die betreffende Stirnseite der zweiten Kupplungshälfte vorstehende Stößel in die Hülse der ersten Kupplungshälfte ein, wobei jedoch der Freiraum zwischen dem Innendurchmesser der Hülse und dem Außendurchmesser des Stößels bereits aus strömungstechnischen Gründen sehr groß bemessen ist und dementsprechend auch eine absolute koaxiale Anordnung der Kupplungshälften nicht erforderlich ist. Mit zunehmender Annäherung der beiden Kupplungshälften wird die Hülse der ersten Kupplungshälfte durch den Flansch der zweiten Kupplungshälfte gegen die Wirkung der Feder in das Gehäuse weiter hineingedrängt. Dabei hebt sich der radial nach innen gerichtete Kragen der Hülse von dem Teller ab, so daß zwischen dem Kragen und dem Teller ein freier Ringspalt entsteht. Über diesen kann sodann aus der an der ersten Kupplungshälfte angeschlossenen Leitung in den Stutzen und über dessen radiale Durchbrüche bereits in das Gehäuse eingeströmtes Medium in den übrigen Hohlraum der Hülse einströmen. Unterdessen ist das Ventil der zweiten Kupplungshälfte noch verschlossen. Erst wenn die Annäherung der Kupplungshälften weiter fortgesetzt wird, trifft der Stößel auf den starr im Gehäuse der ersten Kupplungshälfte innerhalb der Hülse angeordneten Teller und hält den Kolben davon ab, sich weiter zusammen mit dem Gehäuse der zweiten Kupplungshälfte der ersten Kupplungshälfte zu nähern. Der Kolben gelangt dadurch bei fortgesetzter Annäherung der beiden Kupplungshälften tiefer in sein Gehäuse hinein, wodurch seine axialen Öffnungen freigegeben werden. Über die Flanschbohrung in das Gehäuse der zweiten Kupplungshälfte eingeströmtes Medium gelangt sodann über die freigegebenen axialen Öffnungen im Kolben in den rückwärtigen Raum des Gehäuses und von dort aus in die daran angeschlossene Leitung.

Bei einer Entkupplung der Vorrichtung verläuft die Bewegung von Kolben und Hülse in Relation zu den beiden Kupplungshälften in umgekehrter Reihenfolge, so daß bei der Trennung der beiden Kupplungshälften voneinander die Ventile verschlossen sind, bevor sich ein Trennungsspalt zwischen den beiden Kupplungs­ hälften bildet. Lediglich die sich im dann offenen Teil des Hülseninnenraums noch befindliche Menge des Mediums kann sodann ausströmen.

Um hinreichend sicher zu gewährleisten, daß der Kolben der zweiten Kupplungshälfte erst dann in eine Ventiloffenstellung überführbar ist, wenn die Hülse der ersten Kupplungshälfte dicht am Flansch der zweiten Kupplungshälfte anliegt, so daß beim Kupplungsvorgang kein Strömungsmedium verlorengeht, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß in Schließstellung der Ventile der Betrag, um den die Stirnseite der Hülse der ersten Kupplungshälfte über die freie Fläche des Tellers axial vorsteht, größer ist als der Betrag, um den der Stößel über die durch den Flansch gebildete Außenfläche der zweiten Kupplungs­ hälfte axial vorsteht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der freie Innenquerschnitt der Hülse der ersten Kupplungshälfte wesentlich größer als der freie Innendurchmesser des Flansches der zweiten Kupplungshälfte. Je größer dieser Durchmesserunter­ schied gewählt wird, um so größer ist das Maß, um das die beiden Kupplungshälften abweichend von einer koaxialen Anordnung positioniert werden können, ohne eine ordnungsgemäße Kupplung zu gefährden.

Um selbst dann eine ordnungsgemäße Kupplung herbeiführen zu können, wenn die Mittelachsen der Kupplungshälften weder axial noch achsparallel, sondern in einem Winkel zueinander verlaufen, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Hülse im Bereich der mit einem Querschnittsteil in eine Ringnut eingelassenen Ringdichtung ihren maximalen Außendurchmesser aufweist, wogegen ihr Außendurchmesser zu den Hülsenenden hin linear oder bogenförmig abnimmt. Die Hülse erhält somit eine etwa tonnenförmige Außenkontur und läßt sich im Gehäuse des ersten Kupplungsteils leicht axial verschwenken, wodurch sich ihre Achsrichtung zumindest parallel der Achsrichtung der zweiten Kupplungshälfte so anpassen läßt, daß die beiden Achsen parallel verlaufen, was für eine Abdichtung der beiden Kupplungshälften gegeneinander völlig ausreicht.

Begünstigen läßt sich die begrenzte Verschwenkbarkeit der Hülse im Gehäuse der ersten Kupplungshälfte noch dadurch, daß nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses der ersten Kupplungshälfte im Randbereich der der zweiten Kupplungshälfte zugewandten Stirnseite zu dieser hin kegelförmig aufgeweitet ist. Somit wird auch durch diesen Randbereich die begrenzte Verschwenkbar­ keit der Hülse erleichtert.

Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, daß das zylindrische Gehäuse der ersten Kupplungshälfte auf der der zweiten Kupplungshälfte zugewandten Stirnseite mit einem Flansch versehen ist, der im Außendurchmesser dem Flansch der zweiten Kupplungshälfte angepaßt ist. Die einander angepaßten Flansche der Kupplungshälften ermöglichen es, die Kupplungs­ hälften im Bedarfsfall auch unmittelbar kraftschlüssig miteinander zu verbinden, obschon in vielen Anwendungsfällen der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine unmittelbare formschlüssige Verbindung ausreicht, zumal der Kraftschluß der Verbindung in der Regel über Anlagenteile erfolgen kann, in denen die miteinander zu verbindenden Leitungen installiert sind, wie beispielsweise bei Wärmetauschern und deren Ansätzen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verschluß- und Kupplungsvorrichtung in einem Längsschnitt der beiden Kupplungshälften dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die Kupplungshälften mit jeweils verschlossenem Ventil in berührungs­ freier Position;

Fig. 2 die Kupplungshälften mit gleichfalls jeweils noch verschlossenem Ventil, jedoch bereits in gegeneinander abgedichteter Position;

Fig. 3 die Kupplungshälften mit bereits geöffnetem Ventil der links darge­ stellten ersten Kupplungshälfte und noch verschlossenem Ventil der rechts dargestellten zweiten Kupplungshälfte;

Fig. 4 die Kupplungshälften mit beiden Ventilen in der jeweils geöffneten Stellung.

Die Vorrichtung besteht aus einer ersten Kupplungshälfte 1 und einer zweiten Kupplungshälfte 2, die je ein zylindrisches Gehäuse 3 bzw. 4 aufweisen und mit Stirnseiten 5 bzw. 6 einander gegenüberliegend anzuordnen sind, ohne daß dabei die Achsen der Gehäuse 3 und 4 fluchten müssen.

Im Gehäuse 3 ist verschiebbar gegen die Wirkung einer Feder 7 eine Hülse 8 angeordnet, deren Außenwand gegen die Innenwand des Gehäuses 3 über eine Ringdichtung 9 abgedichtet ist, die mit einem Querschnittsteil in eine Ringnut 10 der Hülse 8 eingelassen ist.

Die Hülse 8, die teilweise über die Ebene der offenen Stirn­ seite 5 des Gehäuses 3 vorsteht, weist einen radial nach innen gerichteten Kragen 11 auf, gegen den sich ein Ende der Feder 7 abstützt und die Hülse 8 mit dem Kragen 11 über einen Dichtungsring 12 gegen einen Teller 13 preßt. Dieser ist über einen Gewindezapfen 14 auf einen mit radialen Durchbrüchen 15 versehenen Stutzen 16 geschraubt, der an seinem dem Teller 13 abgewandten Ende eine flanschförmige Erweiterung 17 aufweist, worauf sich das andere Ende der Feder 7 abstützt. Die flansch­ förmige Erweiterung 17 ist über einen Dichtungsring 18 gegen einen Boden 19 des Gehäuses 3 abgedichtet, den ein mit Außengewinde 20 versehenes Stutzenteil 21 nach außen durchdringt. Eine auf das Stutzenteil 21 aufgeschraubte Mutter 22 fixiert den Stutzen 16 im Gehäuse 3, während an den nach außen vorstehenden Stutzenteil in konventioneller Weise eine nicht dargestellte Leitung anschließbar ist.

Die Hülse 8 ist über einen Dichtungsring 23, der mit einem Querschnittsteil in eine Ringnut 24 in der der zweiten Kupplungshälfte 2 zugewandten Stirnseite 6 der Hülse 8 eingelassen ist, gegen die Stirnseite 6 abdichtbar.

Im Gehäuse 4 der zweiten Kupplungshälfte 2 ist gleichfalls verschiebbar gegen die Wirkung einer Feder 25 ein Kolben 26 angeordnet, dessen der ersten Kupplungshälfte 1 zugewandte Stirnseite mit einer Ringdichtung 27 gegen einen Flansch 28 des Gehäuses 4 abgedichtet ist. Die Ringdichtung 27 ist mit einem Querschnittsteil in eine Ringnut 29 auf der Stirnseite des Kolbens 26 eingelassen. An dieser Stirnseite ist der Kolben 26 mit einem koaxialen Stößel 30 versehen, der den Flansch 28 durchdringt und um einen bestimmten Betrag über die durch den Flansch 28 definierte Stirnseite 6 des Gehäuses 4 vorsteht.

Über axiale Bohrungen 31 im Kolben 26, die auf einem größeren Durchmesser angeordnet sind als der Durchmesser der Ring­ dichtung 27, sind durch den Kolben 26 im übrigen voneinander getrennte Hohlräume des Gehäuses 4 miteinander verbunden, sobald der Kolben 26 mit der Ringdichtung 27 vom Flansch 28 abgeschoben ist.

Ein Boden 32, befestigt mit Schrauben 33, verschließt das Gehäuse 4 auf der der ersten Kupplungshälfte 1 abgewandten Seite. Ein am Boden 32 angeformtes, mit Außengewinde 33 versehenes Stutzenteil 34 ermöglicht wiederum den konventionellen Anschluß einer gleichfalls nicht dargestellten Leitung.

In der Reihenfolge der Fig. 1 bis 4 vollzieht sich der Kupplungsvorgang durch zunehmende Annäherung der Kupplungshälften 1 und 2. Dabei kommt zunächst gemäß Fig. 2 die Hülse 8 der ersten Kupplungshälfte 1 über die Ringdichtung 23 zur Anlage gegen die durch den Flansch 28 definierte Stirn­ seite 6 des Gehäuses 4 der zweiten Kupplungshälfte 2. Bei fortgesetzter Annäherung der Kupplungshälften 1 und 2 ergibt sich zunächst gemäß Fig. 3 zwischen dem Kragen 11 der Hülse 8 und dem Teller 13 ein freier Ringspalt, der bei weiterer Annäherung der Kupplungshälften 1 und 2 gemäß Fig. 4 noch vergrößert wird. Unterdessen ist aber auch der Stößel 30 mit dem Teller 13 in Kontakt gekommen und hat, wie Fig. 4 gleichfalls zeigt, den Kolben 26 der zweiten Kupplungshälfte tiefer in das Gehäuse 4 hineinbewegt. Dadurch sind die Bohrungen 31 im Kolben 26 frei, um das nunmehr durch die Kupplungsvorrichtung strömende Medium von einer Leitung verlustfrei zur anderen Leitung gelangen zu lassen.

Claims (6)

1. Verschluß- und Kupplungsvorrichtung aus zwei dicht gegen­ einander bringbaren Kupplungshälften, an deren voneinander abgewandten Seiten unter dem Druck eines Mediums stehende Leitungen anschließbar sind, wobei jede Kupplungshälfte ein Ventil aufweist, das koaxial in einem zylindrischen Gehäuse geführt und mit einer Hülse bzw. einem Stößel über eine Öffnung in einer Stirnseite des Gehäuses teilweise vorsteht, die der Stirnseite des Gehäuses der jeweils anderen Kupplungshälfte gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die auf ihrer der zweiten Kupplungshälfte (2) zugewandten Stirnseite mit einer Ringdichtung (23) versehene Hülse (8) des Ventils der ersten Kupplungshälfte (1) durch eine auf ihrer Außenwandung ange­ ordnete Ringdichtung (9) gegen die Innenwandung des Gehäuses (3) abgedichtet und gegen die Wirkung einer Feder (7) zunehmend in das Gehäuse (3) hineinbewegbar ist, wobei sich ein radial nach innen gerichteter Kragen (11) der Hülse (8) von einem Teller (13) abhebt, der von einem mit radialen Durchbrüchen (15) versehenen Stutzen (16) gehalten ist, welcher mit einer der Leitungen in Verbindung steht, und daß der der ersten Kupplungs­ hälfte (1) zugewandte Stößel (30) des Ventils der zweiten Kupplungshälfte (2) axial über einen Kolben (26) vorsteht, der durch eine Ringdichtung (27) auf seiner der ersten Kupplungshälfte (1) zugewandten Stirnseite gegen einen Flansch (28) des Gehäuses (4) abdichtbar und über den den Flansch (28) durchdringenden Stößel (30) gegen die Wirkung einer Feder (25) tiefer in das gleichfalls mit einer der Leitungen verbundene Gehäuse (4) hineinbewegbar ist, wobei sich der Kolben (26) vom Flansch (28) abhebt, der dadurch außerhalb der Ringdichtung (27) angeordnete axiale Durchbrüche (31) im Kolben (26) freigibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schließstellung der Ventile der Betrag, um den die Stirnseite der Hülse (8) der ersten Kupplungshälfte (1) über die freie Fläche des Tellers (13) axial vorsteht, größer ist als der Betrag, um den der Stößel (30) über die durch den Flansch (28) gebildete Stirnseite (6) der zweiten Kupplungshälfte (2) axial vorsteht.

3. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Innendurchmesser der Hülse (8) der ersten Kupplungshälfte (1) wesentlich größer ist als der freie Innendurchmesser des Flansches (28) der zweiten Kupplungshälfte (2).

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) im Bereich der mit einem Querschnittsteil in einer Ringnut (10) eingelassenen Ringdichtung (9) ihren maximalen Außendurchmesser aufweist, wogegen ihr Außendurchmesser zu den Enden der Hülse (8) hin linear oder bogenförmig abnimmt.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses (3) der ersten Kupplungshälfte (1) im Randbereich der der zweiten Kupplungshälfte (2) zugewandten Stirnseite (5) zu dieser hin kegelförmig aufgeweitet ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Gehäuse (3) der ersten Kupplungshälfte (1) auf der der zweiten Kupplungshälfte (2) zugewandten Stirnseite (6) mit einem Flansch versehen ist, der im Außendurchmesser dem Flansch (28) der zweiten Kupplungshälfte (2) angepaßt ist.