DE10058087A1 - Schnellverbindungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Verbindungseinrichtung ist insbesondere als Schnellkupplungseinrichtung zur Verbindung von Fluidkanälen an Kraftfahrzeugen vorgesehen. Die Verbindungseinrichtung weist zwei axial gegeneinander zu spannende Verbindungselemente auf, die mit einem axial zu deformierenden Dichtungselement abgedichtet sind. Die Deformation des Dichtungselements wird durch mechanische Anschlagmittel (Abstützflächen) begrenzt. Zur Spannung der Verbindungselemente gegeneinander dient eine Keil-Spanneinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung, insbesondere eine Schnellverbindungseinrichtung für den Anschluss oder die Verbindung von Fluidleitungen.

Es ist häufig erforderlich, Fluidleitungen mitein­ ander zu verbinden oder an Behälter anzuschließen. Dabei kommt es insbesondere im Automobilbau auf zuverlässige Dichtheit an und darüber hinaus auf leichte Montierbar­ keit. Sowohl die leichte Montierbarkeit als auch die Dichtigkeit müssen in Großserie garantiert werden, d. h. weitgehend unabhängig von möglichen Fertigungstoleranzen bei der Präzision der beteiligten Kupplungselemente und sonstigen Störeinflüssen.

Aus der DE 197 37 704 A1 ist eine Rohranschlusskupp­ lung mit Stecksicherung bekannt. Die Rohranschlusskupp­ lung dient dem Anschluss von Rohrenden, die mit einer Ringwulst und einem vor der Ringwulst sitzenden O-Ring versehen sind. Als Anschlusselement ist ein mit einer Zentralöffnung versehenes Buchsenteil vorgesehen, das zwei seitliche Durchstecköffnungen für eine Steckgabel aufweist. Zum Führen der Steckgabel beim Einsteckvorgang sind an dem Buchsenteil Schrägflächen vorgesehen, die der Steckgabel beim Einstecken eine Spannbewegung erteilen. Die Steckgabel greift hinter die an dem Rohrende vorgese­ hene Ringwulst und drückt diese in Rohreinsteckrichtung so gegen eine Ringschulter, dass der dazwischen angeord­ nete O-Ring gespannt wird. Die Schrägflächen bilden eine Kulissenführung für die Steckgabel, die der Steckgabel im ersten Teil ihres Einsteckwegs eine Spannbewegung er­ teilt, wobei sie nach Durchlauf der Spannbewegung keine weitere Bewegung in Rohreinsteckrichtung erfährt.

Diese Steckkupplung erfordert eine relativ präzise Einhaltung der vorgegebenen Abmessungen des Einsteckteils des Rohrendes und der Steckgabel, denn der feste Sitz des Rohrendes ist bei eingesteckter Steckgabel nur dann si­ chergestellt, wenn alle beteiligten Toleranzen zusammen­ genommen kleiner sind als die durch den O-Ring bzw. sei­ nen Federweg vorgegebene Maximaltoleranz.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine toleranzunempfindliche Verbindungseinrichtung zu schaffen, die sich für den Einsatz in Kraftfahrzeugen eignet.

Diese Aufgabe wird mit einer Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung weist zwei Verbindungselemente auf, die axial zusammengeführt werden und entsprechende axial orientierte Dichtflächen für ein Dichtungselement aufweisen. Zur Verbindung der Verbindungselemente miteinander und zur Sicherung dieser Verbindungselemente aneinander dient eine Keil-Spannein­ richtung mit wenigstens einem Spannkeil und wenigstens einem Gegenspannelement, die die Verbindungselemente ge­ geneinander spannen. Die Keil-Spanneinrichtung ist dabei so beschaffen, dass der Spannkeil und das Gegenspannele­ ment mit ihren Keilflächen miteinander in Anlage stehen, wenn die Verbindung hergestellt ist. Die Keilflächen sind dabei vorzugsweise an geraden Keilen ausgebildet, so dass der Keil in einer linearen Einsteckbewegung in eines der Verbindungselemente eingesetzt werden kann. Der Keil ist in montiertem Zustand in seinem aktiven Bereich, d. h. ein weiteres Eindrücken des Keils in das Verbindungselement würde noch festeres Spannen der Verbindungselemente gegeneinander bewirken. Dadurch wird ein Toleranzaus­ gleich erreicht, d. h. kleinere Fertigungstoleranzen wer­ den durch mehr oder weniger tiefes Einstecken des Spann­ keils ausgeglichen.

Durch die Keil-Spanneinrichtung lassen sich axiale Kräfte erzielen, die in das Dichtungselement eingeleitet werden, die wesentlich höher sind als bei Steckverbindun­ gen, in denen das Dichtungselement an radial orientierten Flächen (Zylinderflächen) anliegt. Die von der Keil- Spanneinrichtung aufgebrachte Kraft kann vollständig an dem Dichtungselement wirksam werden, wodurch sehr hohe Presskräfte erzielbar sind. Solche hohen Kräfte können sonst von Hand beim Zusammenstecken von Verbindungen nicht aufgebracht werden.

Die Keil-Spanneinrichtung ermöglicht dank der hohen, von ihr aufgebrachten, Kraft die Verwendung von Dicht­ elementen, die eine hohe Dichtkraft erfordern. Bspw. kön­ nen Dichtelemente verwendet werden, die sich in die axial orientierten Dichtflächen einschneiden (z. B. kurzer Rohr­ stücke mit geschärften Stirnseiten) oder die beim Press­ vorgang dauerhaft deformiert werden. Bei Verwendung elas­ tischer Dichtelemente kann eine höhere Deformation er­ reicht werden, als bei Verbindungseinrichtungen mit zy­ lindrischen oder radial orientierten Dichtflächen, bei denen eine Relativbewegung zwischen den Verbindungsele­ menten quer zur Deformierungsrichtung noch dann statt­ findet, wenn das Dichtungselement bereits deformiert ist. Ein wesentlicher Vorzug der erfindungsgemäßen Verbin­ dungseinrichtung liegt darin, dass die Deformation des Dichtungselements erst unter der Wirkung der Keilspann­ einrichtung und in Zusammenführungsrichtung stattfindet, wenn die Verbindungselemente bereits zusammengeführt sind.

Der Spannkeil ist vorzugsweise so flach, dass er selbsthemmend ist. Dies bedeutet, dass eine axiale Bela­ stung der Verbindungselemente keine Verschiebung des Spannkeils bewirkt. Vorzugsweise beträgt der Keilwinkel 1° bis 15°. Der Keil kann zusätzlich mit einer Arretie­ rungseinrichtung versehen sein, die ihn in eingestecktem Zustand sichert. Die Arretierungseinrichtung weist dabei vorzugsweise mehrere Arretierungspositionen auf, so dass sowohl tief eingesteckte Keile als auch weniger tief ein­ gesteckte Keile jeweils am Platz gesichert sind. Die Ar­ retierungseinrichtung kann dabei sowohl stufenlos als auch mit vorgegebenen Arretierungspositionen ausgebildet sein. Ersteres wird bspw. im einfachsten Falle dadurch erreicht, dass der Spannkeil vor dem Einstecken in das entsprechende Verbindungselement mit einem Haft- oder Klebstoff versehen wird, der den Spannkeil im eingesteck­ ten Zustand am Platz sichert. Die Aktivierung des Kleb­ stoffs kann durch Wärme, durch mechanische Belastung (Druck) oder chemisch erfolgen.

Bevorzugt wird jedoch eine formschlüssige Sicherung des Spannkeils, bspw. durch eine mehrstufige Rasteinrich­ tung. Diese kann durch eine an der Außenumfangsfläche eines Verbindungselements vorgesehene Verzahnung gebildet sein, an der ein mit dem Keil verbundener federnder Rast­ finger entlang gleitet.

Das Dichtungselement der Verbindungseinrichtung ist vorzugsweise ein O-Ring. Dieser wird beim Zusammenführen der Verbindungselemente in Axialrichtung gespannt. Dies stellt zunächst einmal unabhängig von sonstigen Toleran­ zen sicher, dass der O-Ring in montiertem Zustand tat­ sächlich im Presssitz an dem ihm zugeordneten Dichtflä­ chen anliegt. Bedarfsweise können jedoch auch andere Dichtungselemente oder mehrere O-Ringe vorgesehen werden.

Anstelle eines O-Rings kann auch ein kombiniertes Dichtungselement vorgesehen werden, das bspw. einen elas­ tischen ringförmigen Abschnitt und einen zweiten Ab­ schnitt aufweist, der ebenfalls ringförmig ausgebildet sein kann und dazu dient, die Deformation des ersten Ab­ schnitts des Dichtungselements in Axialrichtung zu be­ grenzen. Dieser zweite weniger elastische steifere Ab­ schnitt kann ein ringförmig geschlossenes Element sein, das zwei einander gegenüberliegende, von einander weg­ weisende Flachseiten aufweist, die mit entsprechenden Abstützflächen der Verbindungselemente in Anlage kommen. Mit einem solchen Dichtungselement lassen sich bei ein­ facher Bauform hohe Dichtigkeiten (geringste Leckraten) erreichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Dicht­ element benachbart ein rohr- oder ringförmiger Abstütz­ abschnitt angeordnet, der eine Abstützfläche aufweist. Der genannte Abschnitt ist koaxial zu dem O-Ring angeord­ net und dient der Abstützung des in das betreffende Ver­ bindungselement einzuschiebenden Verbindungselements. Der Abstützabschnitt weist eine ringförmige geschlossene Ab­ stützfläche auf, an der das andere Verbindungselement mit einer entsprechenden Abstützfläche spaltfrei anliegt. Die Klemmkraft des Keils dient nur im ersten Teil der Klemm­ bewegung der Verformung des O-Rings oder des anderweiti­ gen Dichtelements. Sobald die Abstützflächen aneinander anliegen, spannt der Keil die Abstützflächen fest gegen­ einander. Dadurch wird zum einen ein definierter Sitz des O-Rings, und zwar unabhängig von den beteiligten Toleran­ zen, und zum anderen eine axial festgespannte Verbindung zwischen den Verbindungselementen erreicht. Die Ausrich­ tung der Verbindungselemente gegeneinander wird durch die Abstützflächen bewirkt, die einen kippelfreien Sitz und somit eine ordnungsgemäße Einspannung des O-Rings gewähr­ leisten.

Die Abstützflächen weisen bei einer bevorzugten Aus­ führungsform einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des O-Rings. Dies bedeutet, dass das Ab­ stützelement oder der Abstützteil radial außerhalb des O- Rings koaxial zu diesem angeordnet ist. Dies hat erhebli­ che Bedeutung für die Dichtigkeit der Verbindungseinrich­ tung, die dadurch zur nahezu vollkommen leckfreien Ver­ bindung werden kann. Die Abstützflächen schließen mitein­ ander einen verschwindenden Spalt ein, der nach innen zu dem abzudichtenden Volumen hin von dem O-Ring verdeckt ist. An seiner dem abzudichtenden Volumen (Fluidkanal) zugewandten Seite weist der O-Ring eine relativ große, dem Fluid zugängliche Fläche auf. Zur Atmosphäre, d. h. nach außen hin weist der O-Ring jedoch lediglich die den Spalt überdeckende Fläche auf, die nahezu Null ist, wenn der Spalt geschlossen ist. Durch den O-Ring diffundieren­ des Fluid findet deshalb an der Außenseite keine nennens­ werte Fläche vor, über die es ins Freie gelangen könnte. Das Flächenverhältnis von Innenfläche zu Außenfläche ist somit nahezu unendlich groß, wodurch eine absolute Mini­ mierung der Leckagen erreicht wird. Die Verbindungsein­ richtung kann als dauerhaft dicht angesehen werden. Sie ist darüber hinaus durch die feste Verspannung der Ab­ stützflächen gegeneinander vibrationsfest und mit ein­ fachsten Mitteln montierbar.

Die Abstützflächen können Planflächen sein. Bedarfs­ weise können sie jedoch auch eine gewisse Wölbung auf­ weisen. Planflächen werden wegen der einfachen Herstel­ lung und den übersichtlichen Dichtverhältnissen bevor­ zugt.

Bei Bedarf kann auch eine der Abstützflächen mit einem Profil, bspw. einer Rippe versehen sein, die sich in die andere Abstützfläche einschneidet oder an dieser deformiert. Dies kann eine weitere Verbesserung der Ver­ bindung ergeben.

Die Verbindungseinrichtung ist vorzugsweise zu einer Längsmittelebene symmetrisch aufgebaut, wobei zwei Spann­ keile Anwendung finden, die an einander diametral gegen­ überliegenden Seiten der Verbindungseinrichtung in ent­ sprechende Spannöffnungen eingesetzt werden. Beide Keile sind dabei vorzugsweise gleich orientiert, so dass sie in gleicher Richtung in ihre Öffnungen eingeschoben werden. Die Spannkeile können durch einen Steg untereinander ver­ bunden werden, wodurch ein jochartig geformter Doppelkeil erhalten wird. Der Vorzug dieser Ausführungsform liegt in der symmetrischen Einleitung der Spannkraft in das durch den Keil zu spannende Verbindungselement, was zu einem sicheren Sitz desselben führt. Es hat sich gezeigt, dass dazu zwei zueinander parallele Keile, die auf beiden Sei­ ten des rohrförmigen Verbindungselements eingesetzt wer­ den, ausreichend sind. Die Montage ist einfach.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine von den Verbindungselementen getrennte Abstützeinrichtung vorgesehen. Diese Ausführungsform hat den Vorzug, dass unter Zugrundelegung gleicher Verbindungselemente be­ darfsentsprechende, unterschiedliche Dichtungselemente verwendet werden können. Das erforderliche Quetschmaß, um das das Dichtungselement axial zusammengedrückt wird, kann dann durch das Abstützelement für das Dichtungsele­ ment individuell festgelegt werden.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung oder der nachfolgenden Beschreibung und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine Verbindungseinrichtung in montiertem Zustand und in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 die Verbindungseinrichtung nach Fig. 1, in quer geschnittener Darstellung,

Fig. 3 die Verbindungseinrichtung nach Fig. 1, in längs geschnittener Darstellung,

Fig. 4 die Verbindungseinrichtung nach Fig. 1, in nichtmontiertem Zustand und in Perspektivdarstellung,

Fig. 5 die Verbindungseinrichtung nach Fig. 4, in quer geschnittener Darstellung,

Fig. 6 die Verbindungseinrichtung nach Fig. 4, in längs geschnittener Darstellung,

Fig. 7 eine Spannkeilanordnung für die Verbindungs­ einrichtung nach den Fig. 1 bis 6, in Perspektivdar­ stellung und in einem anderen Maßstab,

Fig. 8 ein Verbindungselement für die Verbindungs­ einrichtung nach den Fig. 1 bis 6, in Perspektivdar­ stellung und in einem anderen Maßstab,

Fig. 9 eine abgewandelte Ausführungsform der Verbin­ dungseinrichtung in noch nicht vollständig montiertem Zustand, in längs geschnittener Darstellung,

Fig. 10 die Verbindungseinrichtung nach Fig. 9, in vollständig montiertem Zustand und in längsgeschnittener Darstellung,

Fig. 11 eine abgewandelte Ausführungsform der Ver­ bindungseinrichtung, in Perspektivdarstellung,

Fig. 12 die Verbindungseinrichtung nach Fig. 11, in längs geschnittener Darstellung, und

Fig. 13 eine alternative Ausführungsform der Erfin­ dung, in längs geschnittener Darstellung.

In Fig. 1 ist eine Verbindungseinrichtung 1 ver­ anschaulicht, die als Schnellkupplung für zwei Fluidlei­ tungen dient. Zu der Verbindungseinrichtung 1 gehört ein erstes Verbindungselement 2 und ein zweites Verbindungs­ element 3, die, wie aus Fig. 3 hervorgeht, jeweils einen Fluidkanal 4, 5 umschließen und miteinander in fluiddich­ ter Verbindung stehen.

Das erste Verbindungselement 2 weist einen etwa zy­ lindrischen und einseitig offenen Einsteckraum 6 auf, in den das Verbindungselement 3 einführbar ist. Der Ein­ steckraum 6 ist in dem außen etwa zylindrisch geformten und als Anschlussstück ausgebildeten Verbindungselement 2 ausgebildet, das an einer Seite durch eine Stirnwand 7 geschlossen ist. Die Stirnwand 7 weist eine Anschlussöff­ nung 8 auf, die entweder den Fluidkanal 4 direkt um­ schließt oder dem Anschluss eines Rohrendes 9 dient, wie es bspw. aus Fig. 6 ersichtlich ist.

Die Anschlussöffnung 8 wird von einem rohrförmigen Ansatzteil 11 umgrenzt, das einstückig mit der Stirnwand 7 verbunden ist und sowohl nach außen (in Fig. 3 nach rechts), als auch in den Einsteckraum 6 hinein (in Fig. 3 nach links) über die Stirnwand 7 ragt. An seiner inne­ ren Wandung kann der Ansatzteil 11 mit einer ringförmigen Rippe 12 Versehen sein, die als definierter Anschlag für ein einzuschiebendes Rohrende dient. Alternativ kann, wie Fig. 6 veranschaulicht, auf die Rippe 12 verzichtet wer­ den und eine entsprechende Ringwulst oder Rippe 14 an der Außenseite des anzuschließenden Rohrendes 9 vorgesehen sein. Die Rippe 14 kann dabei so positioniert sein, dass das Rohrende 9 in den Einsteckraum 6 ragt oder diesen durchragt.

Das Rohrende 9 ist mit dem Verbindungselement 2 vor­ zugsweise unlösbar verbunden, bspw. durch eine Klebever­ bindung, eine Schweißverbindung oder durch eine Aufpress­ verbindung. Letzteres ist erreichbar, indem der Innen­ durchmesser der Anschlussöffnung 8 kleiner ist als der Außendurchmesser des Rohrendes 9. Bedarfsweise kann die vorzugsweise zylindrisch ausgebildete Anschlussöffnung 8 auch konisch ausgebildet sein, um einen Aufpressvorgang zu erleichtern. Bedarfsweise kann auch eine Schraubver­ bindung vorgesehen werden, indem bspw. in der Wandung der Anschlussöffnung 8 ein selbstschneidendes Gewinde vor­ gesehen wird.

Zwischen dem in den Einsteckraum 6 vorstehenden Ab­ schnitt des Ansatzteils 11 und der inneren Zylinderwan­ dung des Einsteckraums 6 ist ein Abstand vorhanden, so dass letztendlich ein ringförmiger nutartiger Aufnahme­ raum 15 ausgebildet ist, der entgegen der Einsteckrich­ tung des Verbindungselements 3 offen ist. Die Einsteck­ richtung ist in den Fig. 3 und 6 durch einen Pfeil 16 markiert.

Der Aufnahmeraum 15 ist durch eine axiale Dichtflä­ che 17 und eine radial orientierte Dichtfläche 18 be­ grenzt. Die axiale Dichtfläche 17 ist vorzugsweise eine ebene Ringfläche. Bedarfsweise kann diese Dichtfläche 17 jedoch auch konisch oder leicht gewölbt ausgebildet sein. Die Dichtfläche 18 ist vorzugsweise eine Zylinderfläche, die Fläche kann bedarfsweise jedoch auch leicht konisch oder gewölbt ausgebildet sein. Wenn dies fertigungstech­ nisch akzeptiert wird, kann sich bspw. der Durchmesser der Dichtfläche 18 in Einsteckrichtung (in Fig. 3 von links nach rechts) etwas erweitern.

Die Dichtflächen 17, 18 dienen als Anlage- und Sitz­ flächen für ein ringförmiges Dichtungselement 19, wie bspw. einen O-Ring oder ein anderes aus einem Elastomere bestehendes Dichtungselement mit rechteckigem Schnurquer­ schnitt oder mit Dichtlippe. Der Außendurchmesser des Dichtungselements 19 ist vorzugsweise etwas größer als der Innendurchmesser der Dichtfläche 18, so dass das Dichtungselement 19 reibschlüssig in dem Aufnahmeraum 15 gehalten ist. Der Schnurdurchmesser des Dichtungselements 19 (Querschnitt) ist größer, als die Tiefe des Aufnahme­ raums 15 gemessen in Einsteckrichtung 16. Dazu ist der Überstand des Ansatzteils 11 über die Dichtfläche 17 hin­ aus entsprechend geringer, als der Querschnittsdurchmes­ ser des Dichtungselements 19.

Der Ansatzteil 11 weist an seiner dem Einsteckraum 6 zugewandten Stirnseite eine ringförmige Abstützfläche 21 auf, die vorzugsweise als ebene Fläche ausgebildet ist. Der Abstand zwischen der Abstützfläche 21 und der Dicht­ fläche 18 legt gemessen in Einsteckrichtung 16 die Höhe des Aufnahmeraums 15 fest.

Das Verbindungselement 3 ist im Wesentlichen als Rohrstück mit endseitigem Ringflansch 22 ausgebildet. Dieser weist an seiner dem Aufnahmeraum 15 zugewandten Seite eine Ringfläche auf, deren äußerer Teil als ring­ förmige Dichtfläche 23 und deren innerer Teil als ring­ förmige Abstützfläche 24 dient. Sowohl die Dichtfläche 23 als auch die Abstützfläche 24 können jeweils plan oder auch konisch oder gewölbt ausgebildet sein. Bevorzugt werden wegen der einfachen Herstellung und der übersicht­ lichen Dicht- bzw. Abstützverhältnisse Planflächen.

Zum Anschluss eines Rohrs oder einer sonstigen Lei­ tung an das Verbindungselement 3 kann ein entsprechendes Leitungsende 25 in dem rohrförmigem Fortsatz des Verbin­ dungselements 3 eingeschoben werden. Zur Begrenzung der Einschubtiefe kann, wie die Fig. 3 und 6 andeuten, eine ringförmige innere Rippe 26 an der Innenumfangsflä­ che des Verbindungselements 3 vorgesehen sein. Der Innen­ durchmesser des Verbindungselements 3 kann zu beiden Sei­ ten der Rippe 26 übereinstimmend festgelegt sein. Be­ darfsweise kann jedoch auch an der dem Verbindungselement 2 zugewandten Seite ein etwas größerer Durchmesser ge­ wählt sein, um das Aufschieben auf ein das Verbindungs­ element 2 durchragendes Rohrende 9 (Fig. 6) zu erleich­ tern. Zur Verbindung zwischen dem Leitungsende 25 und dem Verbindungselement 3 können Klebeverbindungen, Schraub­ verbindungen, Pressverbindungen, Schweißverbindungen und andere Verbindungsverfahren bzw. Möglichkeiten dienen. Bevorzugt werden wegen ihrer Verlässlichkeit Klebe- und Schweißverbindungen oder andere stoffschlüssige Verbin­ dungen.

Der Außendurchmesser des Ringflanschs 22 ist vor­ zugsweise lediglich geringfügig kleiner als der Innen­ durchmesser des Einsteckraums 6. An seiner dem Aufnahme­ raum 15 abgewandten Seite weist der Ringflansch 22 eine ebene Fläche (Planfläche) 27 auf, die als Druck- oder Spannfläche dient, um das Verbindungselement 3 in Rich­ tung des Pfeils 16 gegen das Verbindungselement 2 zu spannen.

Dazu dient ein gesondert in Fig. 7 veranschaulich­ tes Keilelement 28, zu dem zwei zueinander parallel an­ geordnete und gleich orientierte Keile 31, 32 gehören, die untereinander durch einen Steg 33 verbunden sind. Damit bilden die Keile 31, 32 die Schenkel eines U-förmi­ gen Grundkörpers. Der Abstand der Keile 31, 32 vonein­ ander stimmt etwa mit dem Außendurchmesser des Verbin­ dungselements 3 überein, wobei die aufeinander zuweisen­ den Flanken der Keile 31, 32 parallel zueinander orien­ tiert sind.

Der Keil 31 weist eine Keilfläche 34 auf, die als ebene Planfläche ausgebildet ist und mit einer Keilfläche 35 des Keils 32 in einer gemeinsamen Ebene liegt. Die Planflächen 34, 35 sind, wenn das Keilelement 28, wie in Fig. 4 angedeutet, mit dem Verbindungselement 2 in Ein­ griff gebracht wird, im Wesentlichen axial orientiert, d. h. ihre Flächennormale stimmt ungefähr mit der Axial­ richtung der anzuschließenden Leitungen überein. An den gegenüberliegenden Seiten weisen die Keile 31, 32 eben­ falls Planflächen 36, 37 auf, die in einer gemeinsamen Ebene liegend angeordnet sind. Fig. 6 veranschaulicht die Planfläche 36 des Keils 31 - die Planfläche 37 findet sich an dem Keil 32 an entsprechender Stelle. Die Keil­ flächen 34, 35 schließen mit den Planflächen 36, 37 einen spitzen Winkel ein, der vorzugsweise etwa 10° beträgt oder noch geringer ist. Dieser spitze Winkel wirkt als Keilwinkel, wobei ein Keilwinkel deutlich unter 10° die Selbsthemmung der Keile 31, 32 begünstigt.

Den Keilen 31, 32 sind, wie insbesondere Fig. 8 veranschaulicht, Ausnehmungen 38, 39 zugeordnet, die schlitzartig geformt sind und die Wandung des Verbindungselements 2 durchsetzen. Die Ausnehmungen 38, 39 sind so tief, dass der Einsteckraum 6 durch die Aus­ nehmungen 38, 39 zugänglich ist. Zwischen den Ausnehmun­ gen 38, 39 verbleibt ein durch Bodenflächen 41, 42 be­ grenzter Steg 43, dessen Breite etwa dem Abstand der Kei­ le 31, 32 voneinander entspricht. Dieser Abstand ist etwa so groß wie der Außendurchmesser des Verbindungselements 3.

Die Ausnehmungen 38, 39 sind, wie aus Fig. 6 und 8 hervorgeht, an ihrer von der Stirnwand 7 abliegenden Sei­ te durch Schrägflächen 44, 45 begrenzt, die die gleiche Orientierung aufweisen wie die Keilflächen 34, 35. Den Schrägflächen 44, 45 liegen Begrenzungsflächen 46, 47 gegenüber, die parallel oder spitzwinklig zu den Schräg­ flächen 44, 45 orientiert sein können. Der Abstand zwi­ schen den Begrenzungsflächen 46, 47 und den Schrägflächen 44, 45 ist so groß, dass die Keile 31, 32 in die Ausneh­ mungen 38, 39 eingeschoben werden können, bis der Steg 33 auf dem Steg 43 aufliegt. Die Keile 31, 32 bilden mit den an dem Verbindungselement 2 ausgebildeten Schrägflächen 44, 45 eine Keil-Spanneinrichtung, die eine Einsteckbewe­ gung der Keile 31, 32 linear und proportional in eine Spannbewegung umsetzt. Maßtoleranzen der Verbindungsele­ mente 2, 3 können durch unterschiedliche Einstecktiefen der Keile ausgeglichen werden.

Die Breite der Keilflächen 34, 35 und somit die Breite der Keile 31, 32 entspricht bei einer vorteilhaf­ ten Ausführungsform etwa der Tiefe der Ausnehmungen 38, 39, d. h. die Keile 31, 32 schließen, wie insbesondere aus den Fig. 2 und 5 hervorgeht, an ihrer Außenseite bün­ dig mit dem Verbindungselement 2 ab.

An ihren freien Enden können die Keile 31, 32, wie insbesondere aus Fig. 7 hervorgeht, mit Einführhilfen und Einführschrägen versehen sein. Außerdem können die Keilflächen 34, 35 und die Schrägflächen 44, 45 gewölbt sein, z. B. um den Keilen 31, 32 eine verbesserte Seiten­ führung zu geben.

Zur Sicherung des Keilelements 28 an dem Verbin­ dungselement 2 kann das Keilelement 28 mit einer Rastein­ richtung 51 versehen sein. Zu dieser gehört bspw. eine an der Außenseite des Verbindungselements 2 in Nachbarschaft der Ausnehmung 38, 39 vorgesehene Verzahnung 52, die we­ nigstens einen einzigen Zahn aufweist und deren einzelne Zähne 53 axial orientiert sind. Die Zähne können, wie Fig. 8 veranschaulicht, nach Art von Sägezähnen ausge­ bildet sein, die quer zu der in Fig. 8 mit einem Pfeil 54 orientierte Anlageflächen 55 und schräg zu der Ein­ steckrichtung (Pfeil 54) orientierte Abweisflächen 56 aufweisen.

Der Verzahnung 52 sind Rastbügel 57, 58 zugeordnet, die jeweils mit einem Ende 61, 62 mit dem Keilelement 28, bspw. an seinem Steg 33, verbunden sind. Die Rastbügel 57, 58 weisen dabei eine gewisse Federelastizität auf, insbesondere wenn das Keilelement 28 aus Kunststoff ge­ fertigt ist, wie es bevorzugt wird. An ihrer Innenseite tragen die Rastbügel 57, 58 wenigstens einen Zahn oder eine zu der Verzahnung 52 komplementäre Verzahnung, die gemäß der Feinheit der Verzahnung mehrere Rastpositionen des Keilelements 28 an dem Verbindungselement 2 festlegt. Diese Verzahnung 59 (Fig. 7) kann sich über die gesamte Innenseite der Rastbügel 57, 58 erstrecken oder, wie in Fig. 7 veranschaulicht, unterbrochen sein. Gemäß Fig. 7 weist der Rastbügel 57 an seinem freien Ende einen ein­ zelnen Zahn 64 auf, der der Lagerung des Keilelements 28 an dem Verbindungselement 2 in Steck- und Löseposition dient. Zwischen dem Zahn 64 und der übrigen Verzahnung 59 ist ein Abstand vorhanden.

Die insoweit beschriebene Verbindungseinrichtung 1 arbeitet folgendermaßen:
Zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen zwei Leitungen mittels der Verbindungseinrichtung 1 wird zu­ nächst das Keilelement 28 an dem Verbindungselement 2 in die in Fig. 4 veranschaulichte Position gebracht, in der die freien Enden der Rastbügel 57, 58 auf der Verzahnung 52 sitzen und die freien Enden der Keile 31, 32, wie ins­ besondere Fig. 5 veranschaulicht, den Einsteckraum 6 weitgehend freigeben.

Wie Fig. 6 veranschaulicht, sind die Verbindungs­ elemente 2, 3 bereits mit entsprechenden Leitungsenden 9, 25 verbunden. Es wird nun das Verbindungselement 3 in den Einsteckraum 6 eingeführt, wobei es sich ggfs. auf ein Ende 9a des Rohrendes aufschiebt, das den Einsteckraum 6 durchragt. In jedem Fall aber wird das Verbindungselement 3 so weit in den Einsteckraum 6 eingeführt, dass die Planfläche 27 die Begrenzungsfläche 46, 47 hintergreift oder etwa in gleicher Höhe ankommt. In diesem Zustand wird das Keilelement 28 in der in Fig. 6 durch den Pfeil 54 markierten Einsteckrichtung so auf das Verbindungs­ element 2 zubewegt, dass sich der Steg 33 an den Steg 43 annähert. Die Enden der Keile 31, 32 treten dadurch in den Einsteckraum 6 ein, wie insbesondere Fig. 2 veran­ schaulicht. Dadurch kommen die Keilflächen 34, 35 mit den Schrägflächen 44, 45 in Anlage (Fig. 1). Die Keile 31, 32 drücken deshalb mit ihren Planflächen 36, 37 gegen die Planfläche 27 des Ringflanschs 22. Dieser wird dadurch zunächst gegen den O-Ring 19 gepresst, wodurch sich der O-Ring 19 deformiert. Letztendlich findet die Abstützflä­ che 24 des Ringflanschs 22 feste Anlage an der Abstütz­ fläche 21, wodurch die Deformation des Dichtungselements 19 begrenzt wird. Das Keilelement 28 wird nun fest an das Verbindungselement 2 angedrückt, bis mit normalen Betäti­ gungskräften keine weitere Bewegung mehr möglich ist. Die Abstützflächen 21, 24 sind nun fest gegeneinander ge­ spannt, wodurch ein mechanisch fester Sitz gegeben ist. Die Rastbügel 57, 58 stehen mit ihren Verzahnungen 59 mit der Verzahnung 52 in Eingriff und sichern das Keilelement in dieser Klemmstellung. Das Dichtungselement 19 dichtet die Verbindung fluiddicht ab.

Die Verbindung ist auf einfache Weise herzustellen und ist ungeachtet von Fertigungstoleranzen, die den Durchmesser der Verbindungselemente 2, 3 sowie die Länge dieser Verbindungselemente betreffen, prozesssicher zu montieren und herzustellen. Darüber hinaus wird eine gute Dichtigkeit sichergestellt.

Die Dichtigkeit kann mit der Ausführungsform nach Fig. 9 und 10 noch verbessert werden. Der wesentliche Unterschied zu der vorbeschriebenen Ausführungsform be­ steht darin, dass die Abstützfläche 21 nicht wie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel innerhalb des Dich­ tungselements 19, sondern außerhalb desselben angeordnet ist. Dazu weist das Verbindungselement 3 in dem Einsteck­ raum 6 eine den Aufnahmeraum 15 umgebende Innenschulter 65 auf, die eine als Abstützfläche 21 dienende Ringfläche festlegt. Diese Ringfläche ist bspw. eine Planfläche und schließt unmittelbar an die radiale Dichtfläche 18 an. Der Abstand der Ringfläche von der Dichtfläche 17 ist gemessen in Einsteckrichtung 16 wiederum etwas geringer als der Schnurdurchmesser des Dichtungselements 19, so dass das Dichtungselement 19 im Quetschsitz gehalten ist, wenn der Ringflansch 22 an der Ringfläche (Abstützfläche 21) anliegt. Entsprechend ist an dem Ringflansch die Ab­ stützfläche 24 in einem radial äußeren Bereich vorgese­ hen, während die Dichtfläche 23 in einem radial inneren Bereich angeordnet ist und einen Radius aufweist, der etwa dem Radius des Dichtungselements 19 entspricht. Zum Spannen der Verbindungselemente 2, 3 gegeneinander dient die Keil-Spanneinrichtung mit Spannkeilen 31, 32 und den Schrägflächen 44, 45 als Gegenspannelement.

Diese Ausführungsform der Verbindungseinrichtung 1 eignet sich insbesondere zur Kupplung von Fluidkanälen, die ein Fluid führen, das dazu neigt, durch das Dich­ tungselement 19 zu diffundieren. An der dem Fluidkanal 4, 5 zugewandten Seite ist das Dichtungselement (O-Ring) 19 mit einer Fläche dem Fluid ausgesetzt, die etwa der Länge des Aufnahmeraums, multipliziert mit dem Innenumfang des Dichtungselements 19, entspricht. Über diese Fläche kann der O-Ring 19 Fluid aufnehmen, soweit es in das Elasto­ mermaterial eindringen kann. Abgegeben werden kann das Fluid nach außen jedoch nur durch den zwischen den Ab­ stützflächen 21, 24 eingeschlossenen Spalt, dessen Weite praktisch Null ist. An diesem Spalt liegt das Dichtungs­ element 19 unter Druck an. Damit ist die Fläche, über die der O-Ring Fluid abgeben kann, praktisch Null. Durch das große (gegen unendlich gehende) Flächenverhältnis zwi­ schen der Innenumfangsfläche des O-Rings und der den Spalt überbrückenden Fläche können die Diffusionsverluste minimiert und praktisch zu Null gemacht werden.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt in dem großen Radius der Abstützfläche, die durch die vor­ spannende Wirkung des Keils kippelfreien Sitz der Verbin­ dungselemente 2, 3 aneinander sicherstellt.

Eine weitere Einzelheit der in den Fig. 9 und 10 veranschaulichten Ausführungsformen besteht darin, dass das Verbindungselement 3 zweiteilig ausgebildet ist. Es ist in einen äußeren Überwurfteil 3a und einen Einsatz­ teil 3b unterteilt. Der Überwurfteil 3a weist an seiner Stirnwand 7 eine Sitzöffnung 68 auf, in die das Einsatz­ teil 3b eingesetzt ist. Das Einsatzteil 3b wird im We­ sentlichen durch eine mit einem zentralen Loch versehene Scheibe gebildet, die an ihrem äußeren Rand und um ihr inneres Loch herum jeweils einen rohrartigen Fortsatz aufweist. Die Fortsätze erstrecken sich in unterschiedli­ chen Richtungen von der Scheibe weg.

Die zweiteilige Bauform des Verbindungselements 3 ermöglicht eine einfachere Herstellung.

Eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Verbin­ dungseinrichtung 1 ist in den Fig. 11 und 12 veran­ schaulicht. Die Besonderheit dieser Ausführungsform be­ steht gegenüber der vorbeschriebenen Ausführungsform ( Fig. 9 und 10) in dem Sitz des O-Rings 19. Dieser sitzt in einem Aufnahmeraum 15, der zur einen Hälfte als Ring­ nut in dem Ringflansch 22 und zur anderen Hälfte als Ringnut in der Stirnwand 7 oder einem entsprechenden an dem Einsatzteil 3a vorgesehenen Ringflansch 69 ausgebildet ist. Sowohl an dem Ringflansch 22 als auch an dem Ringflansch 69 ist die jeweilige Ringnut jeweils radial innen und radial außen von Teilen der Abstützfläche 21 bzw. 24 umgeben. Dies bedeutet, dass die Abstützfläche 21 des Verbindungselements 2 in eine äußere Abstützfläche 21a und eine innere Abstützfläche 21b unterteilt ist. In ähnlicher Weise ist die Abstützfläche 24 des Verbindungs­ elements 3 in eine äußere Abstützfläche 24a und eine in­ nere Abstützfläche 24b unterteilt.

Bedarfsweise können in den Ringflanschen 22, 69 meh­ rere Ringnuten als Sitz für mehrere konzentrisch zuein­ ander angeordnete Dichtungselemente vorgesehen werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil einer guten Dich­ tigkeit. Außerdem ist bei dieser Bauform der Durchmesser des Verbindungselements 3 etwas größer, d. h. der Ein­ steckraum 6 weist einen etwas größeren Durchmesser auf. Die Ausnehmungen 38, 39 können deshalb, wie Fig. 11 ver­ anschaulicht, weniger als Nuten, sondern vielmehr als Durchstecköffnungen ausgebildet sein. Dies hat den Vor­ teil, dass die Keile 31, 32 in den Ausnehmungen 38, 39 auch seitlich (in Radialrichtung) geführt sind. Die me­ chanische Beanspruchung des Stegs 33 ist deshalb wesent­ lich geringer. Damit kann die Sicherheit der Verbindungs­ einrichtung 1, insbesondere im Hinblick auf mechanische Belastung, erhöht werden. Zusätzlich können die Rastbügel 57, 58 zur ortsfesten Sicherung des Keilelements 28 vor­ gesehen sein.

In Fig. 13 ist eine weitere Ausführungsform der Verbindungseinrichtung 1 veranschaulicht, zu der eben­ falls, wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungs­ formen, zwei axial zusammenzuführende Verbindungselemente 2, 3 gehören. Das Verbindungselement 2 entspricht weit­ gehend dem in Fig. 9 und 10 veranschaulichten Verbin­ dungselement 2, mit dem Unterschied, dass es einstückig ausgebildet ist. An seiner Stirnwand 7 ist ein nach außen weisender rohrförmiger Fortsatz angeordnet, der mit dem anzuschließenden Rohr oder Schlauch 9 fluiddicht verbun­ den ist. An ihrer Innenseite weist die Stirnwand 7 eine ringförmige Planfläche auf, die als Abstütz- und Dicht­ fläche dient. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein radial innenliegender Abschnitt dieser Fläche, der sich an die Durchgangsöffnung 8 anschließt, als Dich­ tungsfläche 17 vorgesehen. Ein äußerer Teil dieser Plan­ fläche dient als Abstützfläche 21. Eine Ringschulter oder dergleichen als Anlagefläche für den Ringflansch 22 des Verbindungselements 3 ist in dem Einsteckraum 6 nicht vorgesehen.

Anstelle dessen ist das Dichtungselement 19 speziell ausgebildet. Es weist einen Dichtungsabschnitt 19a auf, der bspw. durch ein Elastomere, ein sonstiges elastisches Dichtungsmittel oder ggfs. auch durch ein plastisches Dichtungsmittel jeweils in Form eines geschlossenen Rings gebildet ist. In seinem äußeren Abschnitt 19b dient das Dichtungselement 19 als Abstützelement. Bspw. ist der Abschnitt 19b als Stützring aus einem festen Material, z. B. Metall oder einem technischen Kunststoff, ausgebil­ det. Dieser Stützring kann als geschlossener oder auch ein- oder mehrfach geschlitzter Ring ausgebildet sein. Es ist möglich, den Stützring fest mit dem Dichtungs­ abschnitt 19a zu verbinden, bspw. zu verkleben oder den Abschnitt 19a aus elastomerem Werkstoff anzuvulkanisie­ ren. Alternativ kann der Abschnitt 19b ein Stützring sein, der mit dem Dichtungsabschnitt 19a nicht verbunden, nur bereichsweise stoffschlüssig verbunden oder anderwei­ tig, z. B. formschlüssig verbunden ist. Die in Axialrich­ tung gemessene Dicke des Abstützelements 19b ist in allen Fällen geringer, als die in Axialrichtung gemessene Dicke (Ausdehnung) des als Dichtungsring dienenden Dichtungs­ abschnitts 19a.

Eine Verbindungseinrichtung 1 ist insbesondere als Schnellkupplungseinrichtung zur Verbindung von Fluidkanä­ len an Kraftfahrzeugen vorgesehen. Die Verbindungsein­ richtung weist zwei axial gegeneinander zu spannende Ver­ bindungselemente 2, 3 auf, die mit einem axial zu defor­ mierenden Dichtungselement 19 abgedichtet sind. Die De­ formation des Dichtungselements 19 wird durch mechanische Anschlagmittel (Abstützflächen 21, 24) begrenzt. Zur Spannung der Verbindungselemente 2, 3 gegeneinander dient eine Keil-Spanneinrichtung.

Claims (14)

1. Verbindungseinrichtung (1), insbesondere. Schnell­ verbindungseinrichtung zum Anschluss von Fluidleitungen,
mit einem ersten Verbindungselement (2), das eine Leitungskanal (4) umschließt und einen ringförmigen Auf­ nahmeraum (15) aufweist, der eine ringförmige, axial orientierte Dichtfläche (17) und eine radial orientierte Dichtfläche (18) aufweist, wobei das Verbindungselement (2) eine ringförmige erste Abstützfläche (21) aufweist,
mit einem ringförmigen Dichtungselement (19), das in dem Aufnahmeraum (15) angeordnet ist und an den Dichtflä­ chen (18, 19) anliegt,
mit einem zweiten Verbindungselement (3), das einen Leitungskanal (5) umschließt und das eine ringförmige, axial orientierte Dichtfläche (23) für das Dichtelement (19) und eine ringförmige zweite Abstützfläche (24) auf­ weist, die in montiertem Zustand der Verbindungseinrich­ tung (1) an der ersten Abstützfläche (21) anliegt, und
mit einer Keil-Spanneinrichtung (28, 2, 2a) mit we­ nigstens einem Spannkeil (28) dem ein Gegen-Spannelement (2, 2a, 44) zum axialen Spannen der Verbindungselemente (2, 3) gegeneinander zugeordnet ist, wobei der Spannkeil (31) und das Gegen-Spannelement (44) in montiertem Zu­ stand miteinander in Anlage stehen.

2. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Dichtungselement (19) ein O-Ring ist.

3. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial orientierte Dichtfläche (23) des ersten Verbindungselements (2) spaltfrei an die Dichtfläche (18) des zweiten Verbindungselements (3) an­ schließt, wenn die Verbindungselemente (2, 3) gegenein­ ander gespannt sind.

4. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützflächen (21, 24) Planflä­ chen sind.

5. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Keil-Spanneinrichtung (28, 2, 2a) ein Haltekörper (2, 2a) gehört, der wenigstens eine quer zu seiner Längsrichtung (16) angeordnete Spannöff­ nung (38, 39) aufweist, in die ein Spannkeil (31, 32) einsetzbar ist.

6. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (2, 2a) zwei zuein­ ander parallel angeordnete Spannöffnungen (38, 39) auf­ weist und dass die Spannöffnungen (38, 39) zwischen ein­ ander den Fluidkanal (4, 5) einschließen.

7. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannöffnungen (38, 39) durch Nuten gebildet sind.

8. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten Keilnuten sind.

9. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verbindungselement (3) einen Ringflansch (22) aufweist der eine Spannfläche (27) für den Spannkeil (31, 32) aufweist.

10. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkeil (31, 32) mit einer Arretierungseinrichtung (57, 58) verbunden ist.

11. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkeil (31, 32) aus Kunst­ stoff besteht.

12. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Spannöffnungen (38, 39) jeweils ein Spannkeil (31, 32) zugeordnet ist und dass die beiden Spannkeile (31, 32) untereinander durch einen Steg (33) verbunden sind.

13. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verbindungselement (2) eine Abstützeinrichtung (21) angeordnet ist.

14. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verbindungselementen (2, 3) eine Abstützeinrichtung (19b) angeordnet ist, die mit den Verbindungselementen (2, 3) unverbunden ist.