DE10085364B4

DE10085364B4 - Bauteil-zu-Bauteil Dichtverfahren

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Publication number: DE10085364B4
Application number: DE10085364T
Authority: DE
Inventors: Steven A. Savage Fischer; Michael A. Eden Prairie Stein; Jeffrey C. Jordan Kubesh; Todd J. Savage Edlund; James Golden Valley Donoho; Eric Lauderdale Soderstrom; Michael Prior Lake Stoick
Original assignee: Entegris Inc
Current assignee: Entegris Inc
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2020-12-30
Also published as: CN1220837C; JP2003518600A; DE10085364T1; US7036204B2; ATE290183T1; CN1415060A; US20040164551A1; CA2395526A1; GB2376052A; GB2376052B; KR20020069228A; WO2001048413A9; DE60018474T2; US20030197382A1; DE60018474D1; US6652008B2; GB0217328D0; JP3711365B2; WO2001048413A1; KR100622321B1

Abstract

Kupplung (61) zum dichten Verbinden zweier Bauteile (50, 51), wobei die Kupplung (61) folgendes umfaßt:
einen an einem der Bauteile (50; 51) angebrachten, vorstehenden Außenabschnitt (62) mit einer Achse (a1) und einer Bohrung (70), die axial durch den vorstehenden Außenabschnitt (62) verlaufen, der an seinem vorragenden Ende mit einer ersten Anschlagfläche (78) versehen ist, von der aus ein Kegelstumpfabschnitt (65.1) verläuft, und der ferner einen ersten Flanschabschnitt (67), der am Kegelstumpfabschnitt (65.1) der ersten Anschlagfläche (78) gegenüberliegt, aufweist, wobei auf dem Kegelstumpfabschnitt (65.1) eine ringförmige Primärdichtfläche (69) angebracht ist,
und einen Aufnahmeabschnitt (64), der zur Aufnahme des vorstehenden Außenabschnittes (62) am anderen Bauteil (51; 50) angebracht ist und einen zweiten Flanschabschnitt umfaßt, der eine erste Anschlagfläche (80) aufweist, die mit einer zweiten Anschlagfläche (82) am vorstehenden Außenabschnitt (62) zusammenwirkt, wobei der Aufnahmeabschnitt (64) eine senkrecht zum zweiten Flanschabschnitt (67) verlaufende Achse (a2), eine Ausnehmung (65) und eine Bohrung...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kupplungen zum dichten Verbinden zweier Bauteile, insbesondere auf Fluorpolymerkupplungen.
In zahlreichen Industriebereichen und bei vielen Anwendungen werden Metallrohre, Armaturen und verschiedene andere "Installations"-Bauteile zum Handhaben und Steuern kritischer Fluidströmungen eingesetzt. Solche Bauteile können aus Kupfer, rostfreiem Stahl und Stahl bestehen. Wenn die geförderten Fluide unter einem merklichen Druck stehen oder die Dichtigkeit eines Containments kritisch ist, werden typischerweise Dichtungen wie O-Ringe und elastische Flachdichtungen verwendet.
Bei besonderen Anwendungen, wie der Halbleiterfertigung, reagieren die beteiligten Fluide und/oder können durch die Verwendung metallischer Bestandteile und herkömmlicher Dichtungen und elastomerer O-Ringe kontaminiert werden. Daher bestehen die Installationsbauteile in diesen Industriebereichen aus hochinerten Materialien, wie Fluorpolymeren, d.h. PFA und PTFE, für befeuchtete Bauteile. Bei diesen Anwendungen sind elastomere O-Ringe typischerweise aus zwei Materialien gebildet, wobei ein erstes herkömmliches Elastomermaterial, wie Silicium, in eine Fluorpolymerbeschichtung eingekapselt ist. Diese O-Ringe sind teuer und schadensanfällig und werden typischerweise als einmal verwendbar betrachtet.
Es wurden verschiedene Armaturen und Kupplungen auf Fluorpolymerbasis zum Herstellen von Verbindungen zwischen Fluorpolymerbauteilen entwickelt, die keine O-Ringe verwenden. Unter Bezugnahme auf 1, die den Stand der Technik darstellt, ist eine typische Art von Armatur in der Industrie als FLARETEK^®-Armatur bekannt. FLARETEK ist ein eingetragenes Warenzeichen von Fluoroware, Inc., auf die diese Patentanmeldung übertragen wurde. Bei einer solchen Armatur 30 greift der längliche, spitz zulaufende Nasenabschnitt 32 mit einem Gewindehals 34 in einen rohrförmigen Endabschnitt 36 ein, der so aufgeweitet ist, daß er über den spitz zulaufenden Nasenabschnitt paßt. Der aufgeweitete Abschnitt 38 weist eine zylindrische Innenfläche 40 mit einem Innendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser einer zylindrischen Außenfläche 42 des Nasenabschnittes 32 entsprechend bemessen ist. Damit erstreckt sich der Nasenabschnitt "teleskopartig" in den aufgeweiteten Abschnitt 38 hinein. Mit einer Mutter 44 wird der aufgeweitete Abschnitt fest auf der Nase angebracht, wodurch eine Dichtung 46 zwischen dem Armaturkörper und dem aufgeweiteten Abschnitt des Rohrabschnitts gebildet wird. Das aufgeweitete Ende des Rohrs wird allgemein durch Erwärmen des Rohres und Formen des erwärmten, schmiedbaren Rohrendes mit Stahlformen in die gewünschte aufgeweitete Form gebracht.

Eine ähnliche Kupplungsanordnung ist aus der US 2 757 966 bekannt, bei der ebenfalls das eine der miteinander zu verbindenden Bauteile in den aufgeweiteten, ihm zugewandten Endabschnitt des anderen Bauteils mit einem zylindrischen Abschnitt in eine dort angebrachte entsprechende zylindrische Innenaufnahme eingeschoben wird, wobei dieser zylindrische Endabschnitt an seinem Ende einen konisch sich verjüngenden Endabsatz aufweist, der gegen eine entsprechende konische Gegenanlage im aufgeweiteten Endabschnitt des anderen Bauteils zur Anlage kommt. Zudem ist hier der aufgeweitete Endabschnitt des zweiten Bauteils an seinem Endbereich auf seiner Innenseite mit einer konisch nach außen verlaufenden Abschrägung verbunden, die dort gegen eine entsprechende konische Endfläche eines sich vom zylindrischen Endabschnitt nach außen erweiternden Bundes anläuft. Mit einer äußeren Klemmutter, die den Endabschnitt des zweiten Bauteils über einen radial nach innen gerichteten Absatz hintergreift und mit ihrem anderen Ende in das Außengewinde eines auf der Außenseite des ersten Bauteils sitzenden Außenringes eingreift, der sich seinerseits, in Richtung zum zweiten Bauteil hin, ebenfalls gegen einen radial nach außen gerichteten Absatz am ersten Bauteil abstützt, können die beiden Bauteile gegeneinander fest angezogen werden. Dabei tritt an den beiden konischen Abschnitten, an denen die Endbereiche der beiden Bauteile beim Verspannen gegeneinander anlaufen, die gewünschte Dichtwirkung auf, wobei die ineinander laufenden zylindrischen Abschnitte der beiden Bauteile auch eine Starrheit und spezielle Abstützung gegen Kräfte ergeben, welche in Richtung einer Abweichung der beiden Bauteile bezüglich ihrer Ausrichtung zueinander wirken. Diese zylindrische Teleskopführung zwischen den beiden zu verbindenden Bauteilen erfordert jedoch, daß diese besonders präzise, d. h. mit kleinen Toleranzen, gefertigt werden müssen und zudem einer genauen Ausrichtung der miteinander zu verbindenden Teile beim Zusammenbau bedürfen.

Dem Fachmann sind auch verschiedene andere Arten von Fluorpolymer-Armaturen bekannt. Manche verwenden getrennte Greifabschnitte oder Innenzwingen, siehe z. B. die US 3 977 708 und US 4 848 802 . Bei Verbindungen zwischen Fluorpolymer-Ventilen und Bauteilen, wie Fluorpolymer-Verteilern, wird eine vollständige Dichtigkeit zwischen den Bauteilen typischerweise mit Dichtungen oder fluorpolymerbeschichteten O-Ringen erreicht. In bestimmten Fällen wurden ringförmige Nut- und Federverbindungen ohne O-Ringe oder Dichtungen erfolgreich eingesetzt. Diese Verbindungen haben den Nachteil, daß sie präzise, d.h. mit Toleranzen von 0,0005 Inch, gefertigt sein müssen und es schwierig sein kann, die zusammenpassenden Teile richtig zueinander auszurichten. Zudem sind solche Verbindungen anfällig für Einkerbungen und Kratzer, welche die Dichtigkeit der Verbindung beeinträchtigen können. Eine solche Nut- und Federverbindung ist im US-Patent Nr. US 5 645 301 A dargestellt. Die US-Patente Nr. US 3 977 708 , US 4 848 802 und US 5 645 301 A werden hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.

In der GB 894 181 wird eine Kupplungsanordnung zum Dichten zweier Bauteile beschrieben, bei der das eine Bauteil eine Innenbohrung aufweist, die an ihrem dem anderen Bauteil zugewandten Endabschnitt über einen sich radial nach außen vergrößernden Absatz in eine Bohrungserweiterung übergeht, die in einem kleinen axialen Abstand von diesem Absatz mit einem bis zum Ende der erweiterten Bohrung sich erstreckenden Innengewinde versehen ist. Das andere zu verbindende Bauteil weist einen vorspringenden Endabsatz auf, der an seinem freien Ende mit einer sich radial konisch verjüngenden Endfläche versehen ist und in den erweiterten Endabschnitt der Bohrung des ersten Bauteils eingeschoben sowie entweder über ein an seinem Außenumfang angebrachtes Außengewinde oder einen zusätzlichen Gewindeverbindungsring, der auf dem Außenumfang des Vorsprunges sitzt, seinerseits das Außengewinde trägt und sich an seinem einschiebeseitigen Ende gegen einen sich erweiternden Absatz am Endbereich des Vorsprungs abstützt, gegen das erste Bauteil verspannt wird. Beim Einschrauben des zweiten Bauteils in die Bohrung des ersten Bauteils wird die konische Endfläche des zweiten Bauteils gegen die innenliegende Spitze des Absatzes, an dem die Innenbohrung des ersten Bauteils sich radial nach außen erweitert, angedrückt und dabei, bei sich erhöhender Andruckkraft, die Spitze dieses vorspringenden Absatzes in Anlage gegen die Endfläche des Vorsprungs des zweiten Bauteils verquetscht sowie dadurch zur dichtenden Anlage gebracht wird. Dabei ist es erforderlich, daß die konische Endfläche des zweiten Bauteils eine größere Härte als die dagegen anlaufende Endkante des ersten Bauteils in dessen Bohrung hat, was durch eine geeignete Auswahl unterschiedlich harter Materialien oder durch eine spezielle Härtebehandlung bzw. Wärmebehandlung erreicht werden kann. Bei dieser bekannten Verbindungsanordnung ist zwar beim Einschieben des zweiten Bauteils in die Aufnahmebohrung des ersten Bauteils keine präzise Ausrichtung der Bauteile zueinander mehr erforderlich, jedoch besteht hier die Gefahr, daß es bei einem übermäßig starken Anziehen der beiden Bauteile gegeneinander zu einem Ausbrechen oder Fließen oder Auswölben der Gewindegänge und damit zu einer Beschädigung der Verbindung kommen kann.

Ausgehend hiervon stellt nun die Erfindung darauf ab, zum dichten Verbinden zweier Fluidströmungsbauteile besonders gut geeignete Kupplungen vorzuschlagen, bei denen die Einhaltung besonders hoher Toleranzen bei der Herstellung nicht mehr erforderlich ist, eine erleichterte Montage möglich und das Erreichen und Beibehalten einer optimalen Dichtwirkung selbst bei Aufbringen übermäßiger Andruckkräfte zwischen den miteinander zu verbindenden Bauteilen gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Kupplungen entsprechend den Ansprüchen 1, 9, 14 und 16 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Kupplungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäßen Kupplungen zeichnen sich dadurch aus, daß sich der jeweils vorstehende Außenabschnitt an dem einen der Bauteile mit Toleranzen herstellen läßt, die weniger kritisch sind als bei anderen bekannten Kupplungssystemen, bei denen teleskopartig ineinander einzuführende und aneinander geführte Flächen vorgesehen sind.

Weiterhin sind die erfindungsgemäßen Kupplungen so ausgebildet, daß bei einer Montage die zusammenwirkenden Dichtelemente selbstzentrierend sind, wodurch die Montage deutlich erleichtert wird. Schließlich ergibt der Kontakt zwischen den Anschlagflächen des Außenabschnittes und des Aufnahmeabschnittes der beiden zu verbindenden Bauteile einen festen Anschlag, der auch bei einem übermäßigen Vergrößern der Andruckkräfte die Dichteigenschaften an den Dichtabschnitten nicht beeinträchtigt. Zudem kann auch eine optimale Kompression der Ringwulst beim Kontakt der beiden Anschlagflächen erreicht werden.

Schließlich erfolgt bei den erfindungsgemäßen Kupplungen die Belastung der Dichtflächen winkelversetzt zur Eingriffsrichtung, was die für eine wirksame Dichtung erforderliche Druckkraft zwischen den Bauteilen verringert.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:
1 eine bekannte Kupplung für aufgeweitete Armaturen;
2 eine Perspektivdarstellung eines Ventilverteilers und von Ventilen gemäß der Erfindung;
3 einen Querschnitt durch den Ventilverteiler und die Ventile aus 2 gemäß der Erfindung;
4 eine Draufsicht auf den Ventilverteiler aus 2;
5 einen Querschnitt durch eine Einzelheit des vorstehenden Außenabschnittes und des entsprechenden, ausgesparten Aufnahmeabschnittes einer Kupplung gemäß der Erfindung;
6 einen Querschnitt durch eine Einzelheit des vorstehenden Außenabschnittes aus 5 in teilweisem Eingriff mit dem ausgesparten Aufnahmeabschnitt;
7 einen Querschnitt durch eine Einzelheit des vorstehenden Außenabschnittes aus 5 in vollständigem Eingriff mit dem ausgesparten Aufnahmeabschnitt;
8 eine Perspektivdarstellung einer Ausführungsform der Erfindung zum Abdichten zweier rohrförmiger Abschnitte;
9 einen Querschnitt durch die Kupplung aus 8;
10 einen Querschnitt durch eine Einzelheit einer Ausführungsform der Erfindung mit zwei primären Dichtungen;
11 einen Querschnitt durch die Kupplung aus 10;
12 einen Querschnitt durch eine Klemmeinrichtung gemäß der Erfindung;
13 eine Draufsicht auf eine Doppelanschlußkupplung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
14 einen Schnitt entlang Linie A-A in 13;
15 einen Querschnitt durch eine Einzelheit von 14;
16 eine Untenansicht einer Doppelanschluß-Kupplung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
17 eine Draufsicht auf einen Abschnitt der Doppelanschluß-Kupplung aus 13;
18 einen Schnitt längs Linie B-B in 17;
19 eine Untenansicht eines Abschnitts der Doppelanschluß-Kupplung aus 13;
20 einen Schnitt längs Linie C-C in 19;
21 einen Querschnitt durch den ausgesparten Aufnahmeabschnitt der Kupplung aus 15, und
22 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Kupplung kann für eine Reihe von Anwendungen verwendet werden, z. B. zum Koppeln zweier rohrförmiger Rohrabschnitte oder um rohrförmige Rohrabschnitte mit Teilen, wie Ventilen oder Verteilern, oder ein Ventil mit einem Verteiler zu koppeln.
Es sei nun auf die 2, 3 und 4 Bezug genommen, die eine Ausführungsform für die Montage von Ventilen 50 an einem Verteiler 52 zeigen. Die Ventile 50 sind bei dieser Ausführungsform als Membranventile gezeigt, die üblicherweise pneumatisch betätigt werden und zwei Strömungsleitungen aufweisen, die zur Veranschaulichung als Fluideinlaß 54 und Fluidauslaß 56 bezeichnet sind. Die Fluidströmung kann offensichtlich in beide Richtungen fließen. Der Verteiler 52 kann im wesentlichen als ein Block 51 mit einer durch diesen hindurchlaufenden Fluidströmungsbahn 58 ausgebildet sein. Der Verteiler 52 kann an der Bohrung 58 mit einer in der Industrie bekannten Kupplung 60 vom Typ FLARETEK^® verbunden sein. Gleichermaßen kann jeder Ventileinlaß mittels FLARETEK^®-Anschlüssen 60 in geeigneter Weise an Rohre angeschlossen werden. Die Ventile 50 des Verteilers 52 sind ihrerseits über eine Kupplung 61 der nachfolgend beschriebenen Art an den Block 51 gekoppelt und durch Befestigungsmittel 59, wie Schrauben und Muttern, befestigt.
Es sei nun auf die 3, 5, 6 und 7 Bezug genommen, in denen Einzelheiten einer Ausführungsform der Kupplung dargestellt sind. Diese umfassen einen vorstehenden Außenabschnitt 62, der als Nase ausgebildet ist, sowie einen vertieften, ausgesparten Aufnahmeabschnitt 64. Die Mutter weist eine Innengewindefläche 90 zum Eingriff mit einem entsprechenden Gewindeabschnitt 88 des vorstehenden Außenabschnittes auf.
Der vorstehende Außenabschnitt 62 umfaßt einen Flanschabschnitt 67, einen zusammenlaufenden, abgerundeten Kegelstumpfabschnitt 65.1, eine Achse a1, eine Außenfläche 68, einen primären Dichtabschnitt 71, eine Primärdichtfläche 69, eine erste Anschlagfläche 78, eine zweite Anschlagfläche 82 und eine Bohrung 70 auf, die bei dieser Ausführungsform konzentrisch zum Kegelstumpf ausgerichtet ist.
Der ausgesparte Aufnahmeabschnitt 64 weist eine Ausnehmung 65 mit einem kreisförmigen Umfang 72 und einen Zwischenabschnitt 69.1, eine Achse a2, einen primären Dichtabschnitt, der als radial und nach innen vorstehende, integrale Ringwulst 74 mit einer primären Dichtfläche 75 ausgebildet ist, eine erste Anschlagfläche 80, die als obere Planfläche ausgebildet ist, eine zweite, als untere Planfläche angeordnete Anschlagfläche 76 und eine Bohrung 70 auf. Bei dieser Ausführungsform hat die Ringwulst im Querschnitt eine eckige Form. Die Bohrung des ausgesparten Abschnittes wirkt mit der Bohrung des vorstehenden Außenabschnitts 62 zusammen, um eine Fluidströmungsbahn 58 zu bilden. Es sei erwähnt, daß die erste und zweite Anschlagfläche auch als sekundäre Dichtflächen dienen.
Es sei nun Bezug genommen auf die 5, 6 und 7, in denen die einzelnen Bauteile, wie ein Ventil und der Verteiler, in Eingriff miteinander gebracht sind, wobei der vorstehende Außenabschnitt 62 am ausgesparten Aufnahmeabschnitt 64 an einer Grenzfläche 84 zwischen der Ringwulst 74 und der Außenfläche 68 anliegt. Beim Einsetzen des vorstehenden Außenabschnitts 62 in den ausgesparten Aufnahmeabschnitt 64, wie in 6 gezeigt, kommt die Ringwulst 74 in Kontakt mit der Außenfläche 68. An dieser Stelle ist ein kleiner Spalt 86 zwischen der zweiten Anschlagfläche 76 und der ersten Anschlagfläche 78 sowie zwischen den Anschlagflächen 80 und 82 vorhanden.
Die Dichtung wird durch Aufschieben der Befestigungsmittel 59 auf den Gewindeabschnitt 88 des vorstehenden Außenabschnittes 62 und Anziehen der Befestigungsmittel mittels Drehen derselben erreicht. Wenn die Befestigungsmittel angezogen werden, verkleinert sich der Spalt 86 und die Ringwulst 74 übt an der Grenzfläche 84 eine zunehmende Kraft auf die Außenfläche 68 aus. Die Befestigungsmittel werden angezogen, bis der Spalt 86 verschwindet, und die zweite Anschlagfläche 76 gegen die erste Anschlagfläche 78 sowie die Anschlagfläche 80 gegen die andere Anschlagfläche 82 anliegt. Wenn der Spalt verschwunden ist, erfährt die Ringwulst 74, wie in 7 gezeigt, eine Abflachung. Die Abflachung wird durch eine Andruckkraft F verursacht, die durch die Einwirkung der Außenfläche auf die Ringwulst 74 erzeugt wird. Die Abflachung der Ringwulst 74 beträgt vorzugsweise etwa 0,0075 Inch, wobei jegliche Abflachung der Außenfläche 68 vernachlässigbar ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform, die in 22 dargestellt ist, kann die Ringwulst 74 auf der Außenfläche 68 des vorstehenden Außenabschnitts 62 vorhanden oder einstückig mit dieser ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform weist der ausgesparte Aufnahmeabschnitt 64 seinerseits keine Ringwulst, sondern eine Kontaktfläche 67 zum Anliegen gegen die Ringwulst auf.
Bei einer anderen alternativen Ausführungsform, die in den 10 bis 12 dargestellt ist, ist eine zweite Ringwulst 73 auf dem ausgesparten inneren Aufnahmeabschnitt 64 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist kein Spalt zwischen der Anschlagfläche 82 und der Anschlagfläche 80 ausgebildet. Stattdessen kommt die zweite Ringwulst 73 an einer zweiten Grenzfläche 85 in Kontakt mit der zweiten Anschlagfläche 82. Während der verbleibende Spalt zwischen der Anschlagfläche 78 und der Anschlagfläche 76 verschwunden ist, wird sowohl an der ersten Grenzfläche 83 als auch an der zweiten Grenzfläche 85 eine primäre Dichtung ausgebildet.
Es sei nun auf die 5 bis 12 und 22 Bezug genommen, in denen die an der Grenzfläche 84 vorhandene Kraft F eine Dichtung mit hoher Dichtigkeit bildet. Der Kontakt zwischen der Anschlagfläche 76 und der Anschlagfläche 78 sowie zwischen der ersten Anschlagfläche 80 und der zweiten Anschlagfläche 82 bildet ein zusätzliches Dichtmittel aus. Der Kontakt der jeweiligen Flächen 76, 78, 80, 82 bildet einen festen Anschlag, der verhindert, daß der Benutzer die Befestigungsmittel 59 zu stark andreht und die Dichtungseigenschaften der Kupplung beeinträchtigt. Durch das Vorliegen dieses festen Anschlags erzeugt ein weiteres Anziehen der Mutter keine zusätzliche Kraft in der Grenzfläche 84 mehr.
Die Befestigungsmittel zum Verkoppeln zweier rohrförmiger Teile, die in den 8 bis 12 gezeigt ist, sind vorzugsweise eine Gewindemutter. Die Gewindemutter 92 weist eine Öffnung auf, die so ausgebildet ist, daß sie mit dem geflanschten Abschnitt 96 des rohrförmigen Aufnahmeabschnittes 64 eingespannt wird, wenn sie in Eingriff mit dem rohrförmigen Außenabschnitt 62 steht. Die Gewindemutter 92 weist eine Innengewindefläche 90 zum Eingriff mit dem Gewindeabschnitt 88 des rohrförmigen Außenabschnittes auf. Für den Fachmann ist zu erkennen, daß verschiedene andere Befestigungsmittel verwendet werden könnten, um die rohrförmigen Teile aneinander zu koppeln, z. B. eine Vielzahl von Bolzen zum Einklemmen eines geflanschten Abschnittes jedes Teils.
Es sei nun auf die 2 bis 7 Bezug genommen, in denen die bei dem Verteiler verwendeten Befestigungsmittel nicht mit einer Mutter arbeiten, sondern der Ventilkörper 50 mit einem Befestigungselement 65 am Verteiler 52 befestigt wird. Das Befestigungselement ist vorzugsweise eine Kopfschraube, die mit einer Gewindebohrung im Block 51 in Eingriff tritt. Es können jedoch ohne weiteres auch andere geeignete Befestigungsmittel verwendet werden.
Wie zuvor angegeben, ist die hier beschriebene und beanspruchte Kupplung selbstzentrierend. Die erste Anschlagfläche 78 des vorstehenden Außenabschnittes 62 weist einen kleineren Durchmesser auf als der kreisförmige Umfang 72 des ausgesparten Aufnahmeabschnittes 64. Durch die konische Außenfläche 68 wird der vorstehende Außenabschnitt in eine zentrierte Ausrichtung mit dem ausgesparten Außenabschnitt geführt, wenn beide Abschnitte zusammengefügt werden.
Wie in 7 gezeigt, verläuft die Richtung der auf die Ringwulst 74 an der Grenzfläche 84 aufgebrachten Kraft F versetzt zur mit E bezeichneten Eingriffsrichtung. Der Größe des Versatzes hängt von der Neigung der Außenfläche 68 ab.
Die an der Grenzfläche 84 gebildete Dichtung verringert die Notwendigkeit, die Abmessungstoleranzen sehr eng zu halten.
Eine andere alternative Ausführungsform einer Kupplung ist in den 13 bis 21 gezeigt, wobei hier eine konzentrische Doppelnasen-Kupplung 100 vorgesehen ist. Diese besteht aus einem vorstehenden Außenabschnitt 102 und einem ausgesparten Aufnahmeabschnitt 104, einer ersten Bohrung 106 und einer zweiten Bohrung 108. Der vorstehende Außenabschnitt 102, der in den 13, 17, 18, 19 und 20 gezeigt ist, umfaßt eine erste Öffnung 107 und eine zweite Öffnung 110, die es gestatten, daß das in dem Rohr geförderte Fluid in die erste Bohrung 106 bzw. in die zweite Bohrung 108 einströmt. Die zweite Bohrung 108 ist durch eine gemeinsame Öffnung 111 mit der ersten Bohrung 106 verbunden.
In den Querschnittsansichten der 18 und 20 weist der vorstehende Außenabschnitt 102 eine Vielzahl kreisförmiger Außenflächen auf. Diese Außenflächen sind die erste Primärdichtfläche 112, die zweite Primärdichtfläche 114, die erste Anschlagfläche 116 und die zweite Anschlagfläche 118.
Es sei nun auf 21 Bezug genommen, in der der ausgesparte Aufnahmeabschnitt eine Vielzahl von Dichtungsmerkmalen aufweist: eine erste Ringwulst 120, eine zweite Ringwulst 122, eine erste Anschlagfläche 126 und eine zweite Anschlagfläche 124.
Nun sei auf die 14 und 15 Bezug genommen, in denen der vorstehende Außenabschnitt 102 gegen den ausgesparten Aufnahmeabschnitt 104 anliegt, um eine vollständige konzentrische Doppelnasen-Kupplung 100 zu bilden. Während das Anlegen erfolgt, kommt die zweite Ringwulst 120 mit der zweiten Primärdichtfläche 114 an der zweiten Grenzfläche 130 in Kontakt. Gleichzeitig kommt die erste Ringwulst 122 in Kontakt mit der ersten Primärdichtfläche 112 an der ersten Grenzfläche 128. Wenn der entsprechende Kontakt zum ersten Mal hergestellt wird, liegt zwischen der Anschlagfläche 124 und der Anschlagfläche 118 ein schmaler, erster Spalt 132 vor. Daneben ist auch noch ein zweiter Spalt 134 zwischen der Anschlagfläche 126 und der Anschlagfläche 116 vorhanden.
Der vorstehende Außenabschnitt 102 und der ausgesparte Aufnahmeabschnitt 104 werden zudem durch Anziehen eines Befestigungselementes 136 fest miteinander verbunden. Das Befestigungselement ist vorzugsweise ein Gewindebolzen. Mit dem Gewindebolzen 136 wird der vorstehende Außenabschnitt durch Eingreifen einer Gewindebohrung 138 in dem ausgesparten Aufnahmeabschnitt an letzterem befestigt. Es können auch andere geeignete Befestigungselemente verwendet werden.
Während die oberen und unteren Abschnitte der konzentrischen Doppelnasenkupplung 100 durch das Befestigungselement 136 fest miteinander verbunden werden, verringern sich die Spalte 132 und 134, bis sie verschwunden sind. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich die verbleibenden Flächen 124 und 126 in Kontakt mit ihren entsprechenden Kontaktflächen 116 und 118. Die Ringwülste 120 und 122 bilden aufgrund der an den Grenzflächen 128 und 130 erzeugten Kraft eine Dichtung. Wie zuvor beschrieben, erfahren die Ringwülste aufgrund dieses festen Kontaktes eine leichte Abflachung. Die Außenfläche der vorstehenden Außenabschnitte 102 unterliegt nur einer vernachlässigbaren Abflachung. Die Richtung der Dichtkraft ist in Abhängigkeit von der Neigung der Primärdichtflächen 112, 114 versetzt. Eine zusätzliche Abdichtung erfolgt durch den Kontakt zwischen den zusammenwirkenden Anschlagflächen.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die Grenzflächen 128, 130 statt gleichzeitig auch nacheinander gebildet werden. Zusätzlich können die Abflachungen unterschiedlich groß und/oder die Richtungen der Kräfte an den Grenzflächen zueinander unterschiedlich ausgerichtet sein.
Die Kupplungen gemäß den verschiedenen Ausführungsformen können durch Spritzgießen hergestellt oder zerspanend bearbeitet werden. Die zuvor beschriebene Dichtverbindung kann auch in anderen Bauteil-zu-Bauteil-Verbindungen eingesetzt werden. Bei einer idealen Ausführungsform bestehen die zu verbindenden Bauteile aus Fluorpolymeren, wie PFA oder PTFE.

Claims

Kupplung (61) zum dichten Verbinden zweier Bauteile (50, 51), wobei die Kupplung (61) folgendes umfaßt: einen an einem der Bauteile (50; 51) angebrachten, vorstehenden Außenabschnitt (62) mit einer Achse (a1) und einer Bohrung (70), die axial durch den vorstehenden Außenabschnitt (62) verlaufen, der an seinem vorragenden Ende mit einer ersten Anschlagfläche (78) versehen ist, von der aus ein Kegelstumpfabschnitt (65.1) verläuft, und der ferner einen ersten Flanschabschnitt (67), der am Kegelstumpfabschnitt (65.1) der ersten Anschlagfläche (78) gegenüberliegt, aufweist, wobei auf dem Kegelstumpfabschnitt (65.1) eine ringförmige Primärdichtfläche (69) angebracht ist, und einen Aufnahmeabschnitt (64), der zur Aufnahme des vorstehenden Außenabschnittes (62) am anderen Bauteil (51; 50) angebracht ist und einen zweiten Flanschabschnitt umfaßt, der eine erste Anschlagfläche (80) aufweist, die mit einer zweiten Anschlagfläche (82) am vorstehenden Außenabschnitt (62) zusammenwirkt, wobei der Aufnahmeabschnitt (64) eine senkrecht zum zweiten Flanschabschnitt (67) verlaufende Achse (a2), eine Ausnehmung (65) und eine Bohrung (70) umfaßt und die Ausnehmung (65) axial vom zweiten Flanschabschnitt (67) wegverläuft sowie eine Umfangsfläche mit einem Zwischenabschnitt (69.1) aufweist, der nach innen, zur Bohrung (70) hin, verläuft und eine nach innen vorstehende Ringwulst (74) trägt, die einstückig am Aufnahmeabschnitt (64) ausgebildet ist, der in der Ausnehmung (65), benachbart der Bohrung (70), eine zweite Anschlagfläche (76) zum Zusammenwirken mit der ersten Anschlagfläche (78) aufweist, wobei der vorstehende Außenabschnitt (62) mit dem Aufnahmeabschnitt (64) so zusammenbaubar ist, daß die Ringwulst (74) an der ringförmigen Primärdichtfläche (69) des vorstehenden Außenabschnittes (62) anliegt und, wenn dieser am Aufnahmeabschnitt (64) befestigt ist, einer schräg zur Achse (a1) des vorstehenden Abschnittes (62) gerichteten Druckkraft (F) ausgesetzt ist, wobei die Kupplung (61) eine Stellung mit vollständigem Eingriff aufweist, in der die erste Anschlagfläche (78) des vorstehenden Außenabschnitts (62) in Eingriff mit der mit ihr zusammenwirkenden zweiten Anschlagfläche (76) des Aufnahmeabschnittes (64) und die zweite Anschlagfläche (82) des vorstehenden Außenabschnitts (62) mit der mit ihr zusammenwirkenden ersten Anschlagfläche (80) des Aufnahmeabschnittes (64) in Eingriff steht.
Kupplung nach Anspruch 1, bei der die erste Anschlagfläche (78) und die zweite Anschlagfläche (82) des vorstehenden Außenabschnitts (62) eben sind und senkrecht zu dessen Achse (a1) verlaufen.
Kupplung nach Anspruch 1, bei der sich auf dem Bauteil (50), an dem der vorstehende Außenabschnitt (62) angebracht ist, ein zweiter vorstehender Außenabschnitt befindet, wobei die Ausnehmung (65) des Aufnahmeabschnittes (64) eine zweite integrale Ringwulst (73) aufweist.
Kupplung nach Anspruch 3, bei der der Aufnahmeabschnitt (64) eine zwischen den integralen Ringwülsten (73, 74) liegende Strömungspassage-Stellung aufweist.
Kupplung nach Anspruch 1, bei der die Ringwulst (74) einen Querschnitt aufweist, bei dem zwei Flächen zu einer rechtwinkligen Ecke zusammenlaufen.
Kupplung nach Anspruch 5, bei der eine der zwei Flächen koaxial zur Achse (a1) des vorstehenden Außenabschnittes (62) und des Aufnahmeabschnittes (64) verläuft.
Kupplung nach Anspruch 1, bei der der vorstehende Außenabschnitt (62) einstückig mit einem Ventilkörper (50) und der Aufnahmeabschnitt (64) einstückig mit einem Verteiler (52) ausgebildet ist.
Kupplung nach Anspruch 1, ferner mit einer Befestigungseinrichtung (59; 65; 92) zum Befestigen des vorstehenden Außenabschnitts (62) am Aufnahmeabschnitt (64).
Fluorpolymerkupplung, die folgende Merkmale aufweist: einen von einem Bauteil (50) vorstehenden Außenabschnitt (62) mit einer Achse (a1) und einer Bohrung (70), die in axialer Richtung durch diesen hindurchlaufen, mit einem Kegelstumpfabschnitt (65.1), der von einem vorstehenden Ende wegläuft, mit einer ringförmigen Primärdichtfläche (69) auf dem Kegelstumpfabschnitt (65.1), und mit einem ersten Flanschabschnitt (67), der relativ zum Kegelstumpfabschnitt (65.1) dessen vorstehendem Ende gegenüberliegt, und einen Aufnahmeabschnitt (64), der an einem anderen Bauteil (52) zur Aufnahme des vorstehenden Außenabschnittes (62) ausgebildet ist und einen Körperabschnitt sowie einen zweiten Flanschabschnitt und ferner eine senkrecht zum zweiten Flanschabschnitt verlaufende Achse (a2), eine Ausnehmung (64) und eine Bohrung (70) aufweist, wobei die Ausnehmung (64) in axialer Richtung vom zweiten Flanschabschnitt zur Bohrung (70) verläuft und eine Umfangsfläche mit einem Zwischenabschnitt (69.1) aufweist, der nach innen, zur Bohrung (70) hin, verläuft und eine nach innen vorstehende Ringwulst (74) aufweist, die einstückig mit dem Aufnahmeabschnitt (64) ausgebildet ist, wobei der vorstehende Außenabschnitt (62) mit dem Aufnahmeabschnitt (64) so zusammenbaubar ist, daß die Ringwulst (74) an der ringförmigen Primärdichtfläche (69) des vorstehenden Außenabschnittes (62) anliegt und, wenn der vorstehende Außenabschnitt (62) an dem Aufnahmeabschnitt (64) befestigt ist, einer Druckkraft (F) ausgesetzt wird.
Fluorpolymerkupplung nach Anspruch 9, bei der die Ringwulst (74) und der Kegelstumpfabschnitt (65.1) so gestaltet sind, daß die Druckkraft (F) auf die Ringwulst (74) schräg zur Achse (a1) des vorstehenden Außenabschnittes (62) wirkt.
Fluorpolymerkupplung nach Anspruch 9, bei der der vorstehende Außenabschnitt (62) eine Anschlagfläche (82) und der Aufnahmeabschnitt (64) eine mit dieser zusammenwirkende Anschlagfläche (80) aufweist und diese Anschlagflächen (80, 87) so angeordnet sind, daß sie in Eingriff miteinander treten, wenn auf die Ringwulst (74) eine Druckkraft (F) mit einer vorgegebenen Größe wirkt.
Fluorpolymerkupplung nach Anspruch 9, bei der sich auf dem Bauteil (50), an dem der vorstehende Außenabschnitt (102) angebracht ist, ein zweiter vorstehender Außenabschnitt befindet und die Ausnehmung des Aufnahmeabschnittes (104) mit einer zweiten integralen Ringwulst (73) versehen ist.
Fluorpolymerkupplung nach Anspruch 12, bei der der Aufnahmeabschnitt (104) eine zwischen den integralen Ringwülsten (73, 74) liegende Strömungspassage-Stellung aufweist.
Fluorpolymerkupplung, die folgende Merkmale aufweist: ein erstes Bauteil (50), das einen vorstehenden Außenabschnitt (102) mit einer Achse (a1) und einer Bohrung (106), die sich axial durch diesen hindurcherstrecken, aufweist, wobei der vorstehende Außenabschnitt (102) am einen Ende mit einer Spitze und am anderen Ende mit einem Flanschabschnitt versehen ist und koaxial zwischen der Spitze und dem Flanschabschnitt verlaufend ein Paar von Kegelstumpfabschnitten angeordnet sind, deren jeder eine Primärdichtfläche (112) aufweist, und einen am anderen Bauteil (52) angebrachten Aufnahmeabschnitt (104) zur Aufnahme des vorstehenden Außenabschnittes (102), wobei der Aufnahmeabschnitt (104) einen Körperabschnitt sowie einen zweiten Flanschabschnitt umfaßt, ferner eine Achse, eine Ausnehmung sowie eine Bohrung (106) aufweist und die Ausnehmung in axialer Richtung vom Flanschabschnitt zur Bohrung (106) verläuft sowie einen Umfang mit einem Zwischenabschnitt umfaßt, der nach innen zur Bohrung (106) hin verläuft und ein Paar nach innen vorstehender Ringwülste (120, 122) aufweist, die einstückig mit dem Aufnahmeabschnitt (104) ausgebildet und jeweils so angeordnet sind, daß sie mit einer der Primärdichtflächen (120; 122) auf dem kegelstumpfförmigen Abschnitt in Eingriff treten.
Fluorpolymerkupplung nach Anspruch 14, bei der die nach innen vorstehende Ringwulst (120; 122) und der Kegelstumpfabschnitt so gestaltet sind, daß die Druckkraft (F) auf die nach innen vorstehende Ringwulst (120; 122) schräg zur Achse (a1) des vorstehenden Außenabschnittes (102) wirkt.
Fluorpolymerkupplung, die folgende Merkmale aufweist: einen von einem Bauteil (50) vorstehenden Außenabschnitt (62) mit einer Achse (a1) und einer Bohrung (70), die sich in axialer Richtung durch diesen hindurcherstrecken, mit einem Kegelstumpfabschnitt (65.1), der von dem freien Ende (78) des Außenabschnitts (62) aus verläuft, und mit einem ersten Flanschabschnitt, der dem freien Ende (78) des Kegelstumpfabschnitts (65.1) gegenüberliegt, einen Aufnahmeabschnitt (64), der an einem anderen Bauteil (52) angebracht und zur Aufnahme des vorstehenden Außenabschnittes (62) ausgebildet ist, und einen Körperabschnitt sowie einen zweiten Flanschabschnitt sowie ferner eine Achse (a2), eine Ausnehmung (65) und eine Bohrung (70) aufweist, wobei die Ausnehmung (65) in axialer Richtung vom zweiten Flanschabschnitt zur Bohrung (70) verläuft und einen Umfang mit einem Zwischenabschnitt (69.1) aufweist, der nach innen, zur Bohrung (70) hin, gerichtet ist, und eine nach innen vorstehende Ringwulst (74), die einstückig mit dem Kegelstumpfabschnitt (65.1) oder dem Zwischenabschnitt (69.1) ausgebildet und mit dem jeweils anderen der Teile von Kegelstumpfabschnitt (65.1) und Zwischenabschnitt (69.1) in Eingriff bringbar ist, wobei der vorstehende Außenabschnitt (62) mit dem Aufnahmeabschnitt (64) so zusammenbaubar ist, daß die Ringwulst (74) verdrückt wird, wenn der vorstehende Außenabschnitt (62) an dem Aufnahmeabschnitt (64) befestigt ist, wobei auf die nach innen vorstehende Ringwulst (74) eine schräg zur Achse (a1) des vorstehenden Außenabschnittes (62) gerichtete Druckkraft (F) wirkt.