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Rohr-Steckkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohr-Steckkupplung
mit Sperrkugelverriegelung und einer als Differentialringkolben wirkenden Dichtungs-Schiebehülse,
die an der Innenfläche des einen Rohres dichtend axial geführt und durch Innendruck
an eine Ringschulter des anderen Rohres andruckbar ist, deren Dichtungsdurchmesser
kleiner ist als der Durchmesser der Innenfläche des einen Rohres.
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Eine Steckkupplung dieser Art, bei der jedoch statt der Sperrkugelverriegelung
eine Bajonettverriegelung vorgesehen ist, und Steckkupplungen mit Sperrkugelverriegelung
sind bekannt. Allen diesen bekannten Steckkupplungen ist jedoch ein schwerer Mangel
gemeinsam; es besteht bei ihnen nämlich die Möglichkeit, daß sie bei einem nur flüchtigen
Zusammenstecken beim Aufbringen .eines Innendruckes zunächst dicht erscheinen und
erst bei stärkerem Anstieg des Innendruckes plötzlich mit großer Kraft auseinandergerissen.
werden, wodurch erhebliche Gefahren sowohl für benachbarte Bauteile als auch und
vor allem für Bedienungspersonal entstehen können. Diese Gefahr tritt bei der Bajonettkupplung
dann auf, wenn die Bajonettverbindung nicht bis zum vollen Einrasten der als Sicherung
wirkenden Kupplungsstifte in eine rückwärts gerichtete Ausnehmung eines Führungseinschnittes
gedreht wird, während sie sich bei den Steckkupplungen mit Kugelverriegelung dann
einstellt, wenn eine äußere gefederte Haltehülse nicht in ihre volle Verriegelungsstellung
gelangt.
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Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt dementsprechend
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rohr-Steckkupplung zu schaffen, mit deren
Hilfe sich zwei Rohre selbst bei nicht genauer Koaxialität zueinander durch eine
rein axiale Steckbewegung in der Weise miteinander kuppeln lassen, daß eine Abdichtung
erst nach Sicherung der gegenseitigen Verbindung der beiden Rohre zustande kommt,
dann aber auch bei großen Innendrücken in den Rohren unbedingt aufrechterhalten
bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein die Sperrkugeln
querbeweglich haltender, an dem einen Rohr axial geführter Kugelkäfig, der sich
beim Kuppeln der Rohre mit den Sperrkugeln in einen Ringzwischenraum zwischen den
bis zu einem gegenseitigen Anschlag ineinanderschiebbaren, mit einander zugewandten
konischen Innen- bzw. Außenstützschultern versehenen Rohrenden einfügt und die Sperrkugeln
zwischen die beiden Stützschultern bringt, über ein um einen geringen Betrag axial
nachgiebiges Verbindungselement mit der Dichtungs-Schiebehülse verbunden ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Rohrkupplung kommt also die Verbindung der
beiden Rohre durch ein bloßes Ineinanderstecken von einzelnen Bauteilen zustande,
wobei eine Dichtung durch axiales Andrükken der Dichtungshülse an die Ringschulter
des einen Rohres erst dann erzielt wird, wenn die Sperrkugeln in ihrer Eingriffslage
zwischen den beiden Stützschultern der Rohre gelangt sind. Es kann daher nicht vorkommen,
daß bei geringen Innendrücken eine Dichtigkeit vorgetäuscht wird, die dann größeren
Innendrücken nicht standzuhalten vermag.
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Eine günstige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Anschlagfläche
zwischen den beiden Rohren, an die sich auch die Dichtungs-Schiebehülse mit einer
Dichtungsfläche anlegt, eine kugelig gekrümmte Fläche ist. Andere Weiterbildungen
der Erfindung bestehen darin, daß entweder der Kugelkäfig auf der Außenseite des
einen eine konische Außenschulter aufweisenden Rohres angeordnet ist, an dessen
Innenseite die Dichtungs-Schiebehülse geführt ist, die über einen durch die Rohrwand
hindurchragenden Verbindungsteil mit einem äußeren Ringkörper in fester Verbindung
steht, der seinerseits mit dem Kugelkäfig über eine elastische Kupplung verbunden
ist, oder daß das eine Rohr eine konische Innenschulter aufweist, der Kugelkäfig
und die Dichtungs-Schiebehülse an der Innenseite dieses Rohres geführt sind und
das andere Rohr mit einem kragenartigen Ansatz von kleinerem Durchmesser als das
erste Rohr versehen ist, der eine konische Außenschulter und die Dichtungsanlagefläche
trägt, während
der Anschlag am anderen Rohr an einem äußeren Ringteil
dieses Rohres vorgesehen ist.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sollen nunmehr zunächst eine
Kupplung bisher bekannter Bauart und anschließend verschiedene Ausführungsformen
von erfindungsgemäßen Kupplungen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben
werden, wobei F i g. 1 die bekannte Kupplung veranschaulicht, während F i g. 2 bis
5 Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kupplungen darstellen.
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In F i g. 1 ist eine bekannte Kupplung im Längsschnitt gezeigt.
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Das obere Rohr 1 ist an seinem unteren Rand mit einer schräg verlaufenden
Lagerfläche 2 versehen und weist an seiner Außenseite eine Ausnehmung mit einer
Schrägfläche 3 auf. Das untere Rohr 4 ist mit einer gleichfalls schrägen Lagerfläche
5, die parallel zur Fläche 2 des Rohres 1 verläuft und Dichtungselemente 10 und
11 enthält, sowie mit Ausnehmungen 6 versehen, in denen je eine Sperrkugel 7 angeordnet
ist.
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Koaxial zu den Rohren 1, 4 ist eine äußere Büchse 8 vorgesehen, welche
die Sperrkugeln 7 in der dargestellten Lage hält und sie an einem Herausfallen aus
den Ausnehmungen 6 hindert. Wenn nun im Innern der Rohre 1 und 4 ein Druck herrscht,
der die beiden Rohre auseinanderzudrücken sucht, so werden die Sperrkugeln 7 einerseits
an die Schrägfläche 3 des Rohres 1 und andererseits an die Wand 9 der Ausnehmung
6 angedrückt. Man erkennt, daß die Betriebsverhältnisse für die Sperrkugeln angesichts
der Lage der Angriffspunkte der Kräfte äußerst schlecht sind. Hinzu kommt, daß beim
Auftreten eines inneren Druckes die Flächen 2 und 5 das Bestreben haben, sich voneinander
abzuheben; durch die Dichtungen 10 und 11 wird infolgedessen nur eine sehr.schlechte
Abdichtung des Innenraumes der Röhre 1 und 4 erzielt.
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Um die Kupplungsverbindung zwischen den Rohren 1, 4 zu lösen, genügt
es bei dem in F i g. 1 dargestellten bekannten Ausführungsbeispiel, die Buchse 8
so weit hochzuschieben, daß sich die Ausnehmung 12 gegenüber den Sperrkugeln 7 befindet.
In dieser Lage können die Sperrkugeln 7 in radialer Richtung nach außen ausweichen,
so daß sich die beiden Rohre 1 und 4 voneinander lösen lassen.
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Die bekannte Kupplung weist somit den wesentlichen Nachteil auf, daß
bei einer erhöhten Zug-Belastung zwischen den beiden gekuppelten Rohren nur eine
ungenügende Abdichtung vorhanden ist und daß keine besondere Sicherung gegen ein
ungewolltes Lösen der Kupplungsverbindung beim Auftreten eines hohen Druckes in
den Rohren 1 und 4 vor- ; gesehen ist.
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Bei der Darstellung der Ausführungsbeispiele für die Erfindung zeigt
F i g. 2 einen in radialer Richtung geführten Teillängsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Rohr-Steckkupplung, F i g. 3 einen Teillängsschnitt durch die Kupplung gemäß F i
g. 2 im entkuppelten Zustand, F i g. 4 einen Querschnitt längs der Linie
A -B der F i g. 2 (mit teilweise weggelassenen Sperrkugeln) i und F i g.
5 einen Teillängsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 2 und 3 ist ein oberes Rohr 13 vorhanden,
dessen unteres Ende 14 zwei koaxiale Rohrteile 15 und 16 aufweist. Der Durchmesser
dieser Rohrteile 15, 16 ist so gewählt, daß zwischen ihnen ein Ringraum 14a verbleibt.
Der innere Rohrteil 15 ist mit einer kugelförmigen Fläche 17 versehen, die
mit ihrem unteren Teil als Lager und mit ihrem oberen Teil als Anschlag wirkt. Der
äußere Rohrteil 16 weist eine kugelförmig oder konisch ausgebildete Stützschulter
18 auf. Wenn die Flächen 17 und 18 Kugelflächen sind, so liegen sie konzentrisch
zueinander; falls die Fläche 18 konisch ausgebildet ist, so ist der Konus einer
konzentrisch zur Fläche 17 liegenden Kugelbestmöglich angenähert.
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Das untere Rohr 19 ist mit Ausnehmungen 20 versehen, und zwar sind
ebenso viele Ausnehmungen 20 vorgesehen, wie Sperrkugeln 21 vorhanden sind.
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Das. als Anschlag ausgebildete obere Ende 22 des Rohres 19 weist eine
Stützschulter in Form einer die Ausnehmung 20 begrenzenden Schrägfläche 23 und einen
Anschlag 22 a auf. Die Fläche 23 ist eine Kugelfläche, deren Radius dem der Fläche
18, vermindert um den Kugeldurchmesser, entspricht; falls die Fläche 18 konisch
ausgebildet ist, stellt auch die Fläche 23 eine Konusfläche mit dem gleichen Scheitelwinkel
dar.
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Weiterhin ist eine Dichtungs-Schiebehülse 24 vorhanden, die sich aus
zwei koaxialen Rohren 25, 26 zusammensetzt. Das Rohr 25 ist mit einer Dichtungsfläche
27 versehen. Die Flächen 27 und 17 sind so ausgebildet, daß sich der Rohrteil 15
und das Rohr 25 vorzugsweise längs Kugelflächen des gleichen Durchmessers aufeinander
abstützen.
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Die Fläche 27 ist weiterhin mit zwei. Dichtungselementen 28a, 28b
versehen, die in ringförmige Nuten fest eingelegt sind und die Abdichtung zwischen
dem Rohrteil 15 und dem Rohr 25 herstellen. Um zwischen dem Rohr 25 und dem Rohr
19 abzudichten, ist ein gleitendes Dichtungselement 29 vorgesehen, dessen Durchmesser
größer als der der Dichtungselemente 28 a und 28 b ist.
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Das Rohr 26 der Dichtungs-Schiebehülse 24 setzt sich aus einem äußeren
Ringkörper 26a und einem ebenfalls ringförmigen Kugelkäfig 26 b zusammen, die durch
ein elastisches Verbindungselement 35 verbunden sind. Die Rohre 25, 26 sind durch
Stifte 30 verbunden, die das Rohr 19 in den Ausnehmungen 20 durchsetzen. Der Kugelkäfig
26 b ist mit Ausnehmungen 31 versehen, in denen sich die Kugeln 21 befinden, wenn
die Rohre 13 und 19 miteinander gekuppelt sind.
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Das Lösen der Kupplungsverbindung zwischen den Rohren 13, 19 geschieht
folgendermaßen: Der Anschlag 22 a am oberen Ende 22 des Rohres 19 wird zum Anliegen
an der Fläche 17 am Rohrteil 15 gebracht, so daß die Schrägfläche 23 nicht mehr
an den Sperrkugeln 21 anliegt. Die Dichtungs-Schiebehülse 24 wird dann nach unten
zurückgezogen, so daß die Sperrkugeln 21 in den durch die Ausnehmungen 20 und 31
gebildeten Raum gelangen.
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Die Kupplung ist im entkuppelten Zustand in F i g. 3 im einzelnen
veranschaulicht.
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Da der Durchmesser der Sperrkugeln 21 kleiner ist als die Größe der
Ausnehmungen 20 urld 31, kann die aus den Sperrkugeln 21, der Dichtungs-Schiebehülse
24 und dem Rohr 19 bestehende Baueinheit: zwecks Lösens der Kupplungsverbindung
aus dem
zwischen den Rohrteilen 15 und 16 am unteren Ende des Rohres
13 vorhandenen Ringraum 14 a einfach zurückgezogen werden (vgl. F i g. 3).
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Zur Herstellung der Kupplungsverbindung zwischen den Rohren 13 und
19 wird die aus dem Rohr 19, der Dichtungs-Schiebehülse 24 und den Sperrkugeln 21
bestehende Baueinheit zunächst in den Ringraum 14 a zwischen den Rohrteilen 15 und
16 eingeführt. Hierbei wird darauf geachtet, daß die Sperrkugeln 21 in dem durch
die Ausnehmungen 20, 31 gebildeten Raum bleiben und nicht in .radialer Richtung
herausfallen. Dann wird der Anschlag 22a zur Anlage an der Fläche 17 des Rohrteiles
15 gebracht. Damit sich nun die Sperrkugeln 21 an der Fläche 18 des Rohrteiles 16
abstützen, genügt es, die Dichtungs-Schiebehülse 24 so weit vorzuschieben, daß die
Flächen 27 und 17 in Berührung kommen. Die Sperrkugeln 21 befinden sich dann zwischen
der Schrägfläche 23 am oberen Ende 22 des Rohres 19 und der Fläche 18 an dem Rohrteil
16, so daß die Kupplungsverbindung hergestellt ist.
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Wenn im Innern der Rohre 13, 19 kein Druck herrscht, so wird die Abdichtung
zwischen den Flächen 17 und 27 selbsttätig durch die Dichtungselemente 28 a, 28
b unter der Wirkung der Feder 32 hergestellt. Diese Feder 32 stützt sich einerseits
an einem mit dem Rohr 19 fest verbundenen Flansch 33 und andererseits an einem Flansch
34 der Dichtungs-Schiebehülse 24 ab und sucht infolgedessen die Dichtungs-Schiebehülse
24 an das obere Rohr 13 anzudrücken.
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Die Feder 32 drückt ferner die Schrägfläche 23 am oberen Ende 22 des
Rohres 19 an die Sperrkugeln 21 an. Infolgedessen stehen die Sperrkugeln 21 stets
mit der Fläche 18 des Rohrteiles 16 in Berührung.
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Wenn im Innern der Rohre 13, 19 ein Druck herrscht, wird die Abdichtung
zwischen den Flächen 17 und 27 gleichfalls mittels der Dichtungselemente 28 a und
28 b bewirkt, und zwar einerseits durch die Feder 32 und andererseits durch die
Autoklavwirkung, die sich daraus ergibt, daß das Dichtungselement 29 auf einem größeren
Durchmesser als das Dichtungselement 28a angeordnet ist. Außer dieser guten Abdichtung
zwischen den Flächen 17 und 27 weist die erfindungsgemäße Steckkupplung den weiteren
Vorteil auf, daß ein ungewolltes Lösen der Kupplungsverbindung auch dann unmöglich
ist, wenn im Innern der beiden Rohre ein gewisser Druck herrscht.
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Damit sich die Fläche 27 einwandfrei an der Fläche 17 abstützen kann,
ohne daß die Gefahr besteht, daß die Sperrkugeln 21 zwischen den Flächen 18 und
23 verklemmt werden, ist zwischen dem Ringkörper 26 a und dem Kugelkäfig 26 b des
Rohres 26 ein elastisches Verbindungselement 35 vorgesehen.
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In F i g. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Die Dichtungs-Schiebehülse 24 wird hier nicht durch zwei koaxial zueinander liegende
Rohre 25 und 26 von unterschiedlichem Durchmesser gebildet, sondern durch ein Rohrstück
45. Das Rohrstück 45 setzt sich aus zwei Teilen 45 a und 45 b zusammen, die
durch ein elastisches Verbindungselement 35 der vorstehend beschriebenen Art miteinander
verbunden sind. Das Rohr 13 weist an seinem unteren Ende eine Stützfläche 18 für
die Sperrkugeln 21, eine Dichtungsfläche 17 sowie eine Anschlagfläche 50 auf. Die
Fläche 50 wirkt in der bereits erläuterten Weise als Anschlag und dient ferner während
des Herstellens der Kupplungsverbindung zur Zentrierung des oberen Endes 22 des
Rohres 19 gegenüber dem unteren Ende 14 des Rohres 13. Das Rohr 19 ist in seinem
oberen Ende 22 mit Ausnehmungen 20 versehen, die durch eine Stützschulter 23 begrenzt
werden.
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Die Herstellung und das Lösen der Kupplungsverbindung erfolgen auch
bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 in der zuvor erläuterten Weise.
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Damit die Sperrkugeln 21 den durch die Ausnehmung 20 gebildeten Raum
im Rohr 19 nicht verlassen können, sind am Rohr 19 zwei Platten 46 und 47 mittels
Schrauben 48 und 49 befestigt, durch welche die Sperrkugeln 21 während des Lösens
der Kupplungsverbindung in der Ausnehmung 20 festgehalten werden.
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Die Abdichtung zwischen den Flächen 17 und 27 wird auch bei diesem
Ausführungsbeispiel durch Dichtungselemente 28 a und 28 b und die Abdichtung zwischen
dem Rohr 19 und der Dichtungs-Schiebehülse durch ein Dichtungselement 29 hergestellt.