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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Kupplung zum Verbinden zweier Hohlkörper, wobei die Kupplung ein
erstes und ein zweites Element aufweist, die miteinander verbindbar
sind, um jeden an die Öffnung
eines zugehörigen
Körpers
anzuschließen
und so bei mittels der Kupplung verbundenen Körpern eine Strömung eines
Fluids zwischen deren Innenräumen
zu ermöglichen,
die Öffnungen
aber bei getrennter Kupplung gegen einander dicht abzuschließen. Dabei
weisen das erste Element eine zylindrische Wandung und das zweite
Element eine zylindrische Wandung auf, deren Außendurchmesser kleiner ist
als der Durchmesser der Wandung des ersten Elements. Die zylindrische
Wandung des ersten Elements ist mit zwei oder mehr Vorsprüngen oder
zwei oder mehr Nuten in der Wand-Innenfläche und die zylindrische Wandung
des zweiten Element mit entsprechenden Nuten bzw. Vorsprüngen in
der Wand-Außenfläche versehen,
wobei die Vorsprünge und/oder
der Beginn der Nuten sich in einer Entfernung vom Ende der jeweiligen
zylindrischen Wandung befinden und das Verhältnis des Spiels der zylindrischen
Wandung des ersten Elements und der des zweiten Elements zu der
Entfernung kleiner ist als ein bestimmter Wert.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die EP-Anmeldung 0 270 302 beschreibt eine
Kupplung für
eine Verpackungs- und
Ausgabeanordnung für
Flüssigprodukte,
bei der Flüssigkeit
aus einem Behälter
durch die Kupplung und einen Schlauch zum Anwendungsort gepumpt
wird. Die Kupplung weist ein erstes verbindbares Element mit einem
hohlen Pfosten und einer vorgespannten Hülse, die Öffnungen im hohlen Pfosten
schließt,
sowie ein zweites verbindbares Element mit einem hohlen Mantel und
einem vorgespannten Kolben auf, der eine Öffnung am Ende des Mantels
schließt.
Die Teile sind so konfiguriert, dass beim Herstellen der Verbindung
der Pfosten den Kolben von seinem Sitz abhebt und der Mantel die
Hülse verschiebt,
so dass die Flüssigkeit
durchströmen
kann.
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In einer Form kann der Behälter zusammenfaltbar
sein; zum bequemen Lagern und Versand ist er vorzugsweise in einen
Karton eingesetzt. Die
EP 0 270
302 erwähnt
ein bei solchen Behältern
beim Trennen der Verbindung entstehendes Problem, nämlich das
des Verschüttens
von Resten der Flüssigkeit,
die zwischen dem Behälter
und dem Schlauch geflossen ist. Ist die Flüssigkeit schädlich, kann
dies eine Gefahrenquelle sein – wenn
bspw. die Flüssigkeit
ein stark alkalisches Produkt wie eine Geschirrwaschmittel für gewerbliche
Geschirrspülmaschinen
ist.
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Die Kupplung nach der
EP 0 270 302 hat zwar den Vorteil,
dass im getrennten Zustand beide Hohlkörper dicht abgeschlossen sind
und ein Verschütten
von geführter
Flüssigkeit
fast oder völlig
verhindert ist. Es hat sich jedoch erwiesen, dass, wenn bspw. eine
Bedienungsperson das erste und das zweite Element miteinander verbindet,
der Vorsprung/die Vorsprünge
und die entsprechende(n) Nuten) nicht einwandfrei ineinander greifen.
Dadurch kann u. a. die Kupplung selbst Schaden nehmen sowie ein
Zeitverlust und/oder ein Verschütten
auftreten.
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Die
US-PS
2 509 444 beschreibt eine trennbare Fluidkupplung mit einem
ersten und einem zweiten Kupplungselement, einer Halteeinrichtung,
die bei verbundenen Kuppungselementen diese axial miteinander ausgerichtet
im gekuppelten Zustand hält,
einer Versperrung, die bei gegen eine axiale Trennung festgehaltenen
Kupplungselementen diese gegen eine Drehung relativ zueinander arretiert,
sowie einer Einrichtung, die mindestens bei in einer Kupplungsposition
befindlichen Kupplungselementen einer axialen Trennung derselben
federelastisch entgegen wirkt.
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So stellt die Kupplung nach der
US 2 509 444 eine Fluidkupplung
bereit, die zwei Abschnitte einer Fluidleitung sicher in gekoppelter
Zuordnung hält
und einen wesentlichen Fluidverlust beim Lösen der Kupplung verhindert.
Andererseits ist die Kupplung so aufgebaut, dass die Kupplungselemente
sich problemlos und ohne hohen Kraftaufwand von Hand koppeln lassen,
und zwar durch einfaches Ineinanderstecken und eine Relativdrehung.
Weiterhin liegen außer
den Kupplungselementen selbst keine bewegbaren Teile vor, die betätigt werden
müssten
oder die Vorrichtung beschädigen
oder den Benutzer gefährden
könnten.
Jedoch enthält
die
US 2 509 444 keinerlei
expliziten Hinweis hinsichtlich der Längsposition der Halte-, Sperr-
und Blockiereinrichtungen relativ zum Ende der Kupplungselemente.
Diese Positionierung ist jedoch für das Zentrieren sowie für ein präzises und
sicheres Herstellen und Trennen der Verbindung sehr wichtig. Darüberhinaus
gibt die
US 2 509 444 keinen
Hinweis auf unterschiedliche Vorsprünge und Nuten für einen
effektiven Einsatz in Umgebungen, wo mehrere Behälter mit unterschiedlichen
Inhalten Anwendung finden.
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Die Erfindung richtet sich auf eine
Kupplung der genannten Art, die ein einfaches, schnelles, doch genaues
Herstellen und Lösen
der Verbindung insbeson dere dort gestattet, wo mehrere Behälter mit
unterschiedlichen Inhalten ange- wandt werden.
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DEFINITION DER ERFINDUNG
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Dementsprechend ist die erfindungsgemäße Kupplung
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Vorsprünge sich
in der Gestalt und/oder Breite unterscheiden und die entsprechenden
Nuten jeweils zu ihnen passend gestaltet sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es hat sich herausgestellt, dass,
indem man den Vorsprung und/oder den Beginn der Nut vom Ende der
jeweiligen Wandung entfernt derart anordnet, dass das zweite Element
im ersten über
eine gewisse Strecke geführt
wird, bevor der Vorsprung am Beginn der Nut ankommt, der Zentriervorgang
abgeschlossen ist, bevor irgendeiner der Verschlüsse öffnet und die Verbindung sich
ohne höheren
Kraftaufwand oder größeres Geschick
des Benutzers präzise und
sicher herstellen und trennen lässt.
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Allgemein ist es wünschenswert,
dass die verschiedenen Teile – d.
h. die zylindrischen Wandungen des ersten und des zweiten Elements – koaxial
miteinander und bei gekoppelten Elementen auf einer gemeinsamen
Achse liegen. Weiterhin werden in einer Umgebung, in der mehrere
Behälter
mit unterschiedlichen Inhalten angewandt werden, vorzugsweise zwei
oder mehr Vorsprünge
und entsprechende Nuten vorgesehen, wobei mindestens zwei der Vorsprünge sich
in der Gestalt und/oder der Breite unterscheiden und die entsprechenden
Nuten jeweils zu ihnen passend ausgeführt sind, um ein Verwechseln
der verbindbaren Elemente zu vermeiden.
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Die Erfindung wird nun anhand der
Zeichnungen weiter erläutert,
die schaubildlich eine erfindungsgemäße Kupplung darstellen.
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1 zeigt
schaubildlich im Schnitt eine erfindungsgemäße Kupplung in der ersten Phase
des Herstellens einer Verbindung; und
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2 und 3 zeigen schaubildlich den
Schnitt der 1 in der
zweiten bzw. dritten Phase des Herstellens einer Verbindung.
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Die 1 zeigt
eine Kupplung zum Verbinden zweier hohler Körper wie bspw. eines zusammenfaltbaren
oder starren Behälters
mit einem Rohr bzw. Schlauch derart, dass eine Fludiströmung zwischen
ihnen stattfinden kann. Die Kupplung weist ein erstes verbindbares
Element 19 mit einem Gehäuse sowie in letzterem einem
hohlen Pfosten 12 auf, dessen Inneres in Strömungsverbindung
mit dem des Körpers
steht, an den das erste Element angesetzt ist. Der Pfosten 12 hat
ein geschlossenes Ende 13 und hinter diesem vier Öffnungen 14.
Der Pfosten 12 ist von einer Verschlusshülse 15 umgeben,
die von einer Feder 16 in eine Position vorgespannt wird,
in der sie die Öffnungen 14 abdeckt,
um eine Strömung aus
dem Inneren des Pfostens 12 hinaus zu verhindern. Auf das
Gehäuse 11 ist
ein zylindrischer Schlüssel
("key") 17 aufgesetzt,
der auf seiner Innenseite mit Spiralnuten 18 versehen ist
und vorzugsweise einen Innendurchmesser im Bereich von 40 mm bis
80 mm hat.
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Die 1 zeigt
weiterhin ein zweites verbindbares Element 20 mit einer
Kappe 21 mit einem zylindrischen Teil bzw. einer solchen
Wand 22, deren Außendurchmesser
kleiner ist als der Innendurchmesser des Schlüssels 17 und die auf
der Außenseite
mit zwei Vorsprüngen 23 versehen
ist. Die Vorsprünge 23 liegen
jeweils in einer Entfernung vom Ende der zylindrischen Wand 22,
so dass das zweite Element 20 in einer gewissen Länge L – bspw.
13 mm – in
das erste Element eingeführt
werden muss, bevor die Vorsprünge 23 den
Anfang der entsprechenden Nuten 18 erreichen. Die Länge L sollte
vorzugsweise länger
als 10 mm und – aus
praktischen Gründen – vorzugsweise
kürzer
als 25 mm sein.
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Umgekehrt lassen sich Nuten auf der
Außenseite
der Kappe 21 vorsehen. In diesem Fall sollten sich Vorsprünge auf
der Innenseite der zylindrischen Wand des ersten Elements in einer
gewissen Entfernung vom Ende der genannten Wand befinden. Die Steigung
der Nuten 18 übersteigt
vorzugsweise den Innenradius des Schlüssels 17, so dass
eine Verbindung durch begrenzte Drehung der Elemente 10, 20 herstellbar
ist. Unten in die Kappe 21 ist ein Korb 24 eingepasst,
der einen Kolben 25 mit einem Kolbenkopf 26 aufweist.
Der Kolben 25, 26 ist mittels einer Feder 27 in
eine Lage vorgespannt, in der er eine Öffnung 28 in der Kappe 21 schließt. Die
Kappe 21 hat einen ringförmig umlaufenden vorstehenden
Rand 29, dessen Innendurchmesser im wesentlichen gleich
dem oder geringfügig
größer ist
als der Außendurchmesser
der Verschlusshülse 15 des
ersten Elements 10. In den umlaufenden Rand 29 ist
ein Gummiring 30 eingesetzt, dessen Höhe kleiner ist als die des
Randes 29 und dessen Innendurchmesser im wesentlichen gleich
dem oder geringfügig
größer ist als
der Außendurchmesser
des Pfostens 12 im ersten Element 10. Der Ring 30 ist
auf der Innenfläche mit
drei umlaufenden Ringleisten 31 versehen, die einen engen
Sitz verbessern und beim Trennen der Verbindung zwischen den Elementen 10, 20 über den Pfosten 12 wischen,
während
er durch den Ring 30 gezogen wird.
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Der Kolbenkopf 26 ist aus
einem biegsamen Werkstoff und mit konvexer Oberfläche gefertigt.
Ist die Oberfläche
des geschlossenen Endes 13 des Pfostens 12 konkav
und der Radius des Kolbenkopfs 26 kleiner als der des geschlossenen
Endes 13 des Pfostens 12 gewählt, wird zwischen den genannten Oberflächen vorliegende
Flüssigkeit
beim Herstellen der Verbindung zwischen den Elementen 10, 20 verdrängt; so
kann sich zwischen den genannten Oberflächen keine Flüssigkeit
ansammeln, die beim Trennen der Elemente 10, 20 verschüttet werden
würde.
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Die 1 zeigt
die erste Phase des Herstellens einer Verbindung zwischen den Elementen 10, 20.
Das Spiel T zwischen der Wand 22 und dem Schlüssel 17 (d.
h. die halbe Differenz zwischen dem Innendurchmesser des Schlüssels 17 und
dem Außendurchmesser
der Wand 22) beträgt
0,5 mm und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,3 mm bis 1,0 mm oder
allgemeiner im Bereich von 0,5 bis 2% des Innendurchmessers des
Schlüssels 17.
In Folge dieses Spiels lässt
die Kappe sich problemlos in den Schlüssel 17 einführen. Beträgt das Verhältnis dieses
Spiels T zu der Länge
L, zu der das zweite Element in das erste Element eingeführt werden
muss (d. h. T/L), weniger als 0,10, erhält man ein sicheres und selbsttätiges Zentrieren
der Elemente relativ zueinander und vermeidet man die Gefahr, dass
einer der Vorsprünge 23 den
Anfang der Nuten 18 verfehlt. Weiterhin zentrieren der
Pfosten 12 und der Kolben 24 sich in der nächsten Phase
des Herstellens der Verbindung automatisch. Das genannte Verhältnis liegt
vorzugsweise im Bereich von 0,001 bis 0,05.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die
Kupplung zwei oder mehr der genannten Vorsprünge und die entsprechenden
Nuten aufweisen kann, wobei mindestens zwei der Vorsprünge sich
in der Gestalt und/oder Breite unterscheiden und die zugehörigen Nuten
entsprechend angepasst sind. In einer Umgebung, wo mehrere Behälter mit
unterschiedlichen Inhalten angewandt werden, lässt sich mit verschiedenen
Kombinationen derartiger unterschiedlicher Vorsprünge ein
Verwechseln der verbindbaren Elemente vermeiden. Die Vorteile von
Kupplungen mit einem Verhältnis
T/L im vorerwähnten
Bereich machen sich mit zunehmender Anzahl unterschiedlicher Vorsprünge in einer
bestimmten Kupplung um so stärker
bemerkbar.
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Nach dem Einführen und Zentrieren werden, wie
in den 2 und 3 gezeigt, die Elemente 10, 20 relativ
zueinander gedreht, so dass ein Kontakt zwischen der Verschlusshülse 15 und
dem Gummiring 20 entsteht. Bei weiterer Drehung beginnt
der Pfosten 12, sich relativ zur vorgespannten Verschlusshülse 15 zu
bewegen, da letztere vom Ring 30 festgehalten wird. Hierdurch
wird nun der Pfosten 12 in den Ring 30 eingeführt und
von diesem umgriffen, während
die Verschlusshülse 15 den
Ring 30 in Axialrichtung (geringfügig) komprimiert, so dass er
beginnt, sich in Radialrichtung zum Pfosten 12 hin geringfügig aufzuweiten.
In dieser Phase ist die Reibung zwischen dem Pfosten 12 und
dem Ring 30 noch verhältnismäßig schwach,
so dass die Elemente sich problemlos gegeneinander drehen lassen.
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Die 3 zeigt
die Endphase des Herstellens der Verbindung. Die Elemente 10, 20 sind über einen
Winkel von insgesamt etwa 45° gedreht
worden; der Ring 30 ist nun so stark komprimiert, dass
er einen dichten Abschluss gegen den Pfosten 12 herstellt.
Das Innere des Rings 30 hat sich der Gestalt des Pfostens 1 angepasst
und ein dichter Abschluss stellt sich auch dann her, wenn der Pfosten 12 nach mehrjährigem Einsatz
stark abgenutzt ist.
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Eines der Elemente lässt sich
mit einem Steuerkurvenelement 32, das andere mit einem
dünnen
Kunststofffinger 33 versehen. Das Steuerkurvenelemen t 32 und
der Finger 33 sind so angeordnet, dass beim Drehen der
Elemente 10, 20 das Steuerkurvenelement 32 am
Finger 33 vorbeiläuft
und ihn ausbiegt, so dass praktisch gleichzeitig mit dem Entstehen
einer ausreichenden Verbindung der Finger in seine Ausgangslage
zurückspringt
und dabei ein Geräusch – bspw.
ein deutliches Klicken – erzeugt,
das den Benutzer darauf hinweist, dass kein weiteres Drehen erforderlich
ist.
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Alternativ lässt ein Finger sich im Schlüssel 17 am
Ende mindestens einer der Nuten 18 vorsehen. Erreichen
die Vorsprünge 23 das
Ende ihrer Nuten und werden die Elemente 10, 20 geringfügig weiter
gedreht, laufen der/die Vorsprünge 23 an dem/den
Fingern vorbei, die sich dann ausbiegen und, wie oben beschrieben,
zurück
rasten. Bei einem starren Finger wird de Vorsprung festgehalten,
bis er abrupt durchrutscht und mit einem Anschlag hinter dem Finger
(in der Bewegungsrichtung des Vorsprungs) kollidiert.
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Nach einer Weiterentwicklung der
Erfindung weist eines der beiden Elemente eine Kammer auf (oder
ist es mit einer solchen verbunden), die eine Einrichtung zum erfassen
des Vorliegens von Flüssigkeit
in ihr versehen ist. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um dasjenige
Element, das an ein Rohr bzw. einen Schlauch angesetzt ist. Diese
bevorzugte Besonderheit ist nützlich
in Systemen zur Handhabung eines Flüssigprodukts, wo es nötig oder
wünschenswert
ist, zu erfassen, dass ein Behälter
leer ist, um daraufhin eine Pumpe abzuschalten und/oder ein Warnsignal
abzugeben, das zu einem Behälterwechsel
auffordert. Zum Erfassen von Flüssigkeit
in der Kammer kann diese einen Reed-Kontakt oder beabstandete Elektroden
enthalten, so dass etwa vorhandene Flüssigkeit einen elektrisch leitfähigen Stromflussweg
zwischen den Elektroden herstellt. Unabhängig von der Art der das Vorliegen
von Flüssigkeit
erfassenden Einrichtung kann für
die Kammer ein Ventil wünschenswert
sein, das in den Schließzustand
vorgespannt ist, aber öffnet
und Luft in die Kammer einlässt,
falls in ihr ein vorbestimmter Unterdruck herrscht – bspw.
wenn eine den Behälterinhalt absaugende
Pumpe bei leerem Behälter
weiter läuft.
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Obgleich die erfindungsgemäße Kupplung insbesondere
für die
oben angegebene Anwendung beschrieben ist, lässt sie sich auch in anderen
Fällen einsetzen,
in denen eine Kupplung vorteilhaft ist, die Leckagen und Flüssigkeitsverluste
aus zwei Hohlkörpern
beim Trennen derselben verhindert.
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Die Erfindung ist daher nicht auf
die oben beschriebene Ausführungsform
beschränkt;
diese lässt sich
im Rahmen der Ansprüche
auf unterschiedlichste Weise variieren.