Beschreibung:

Kupplung, insbesondere für LNG

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum Verbinden eines Kupplungsgehäuses mit einem Nippel, die zum Zuführen eines kyrogenen Mediums, insbesondere LNG zu einem Fahrzeugtank vorgesehen sind, wobei am Kupplungsgehäuse zum Anschließen ein Handhebel schwenkbar angeordnet ist.

Es sind bereits Kupplungen für kryogene Medien bekannt, die bezüglich ihrer Verbindungsmechanik mehrere Nachteile aufweisen. Aus der DE 195 16029 C1 oder der DE 4041337 A1 sind Kupplungen für kryogene Medien bekannt, wobei der Kupplungsstecker in die Kupplungsdose eingesteckt wird, so dass sich die äusseren Kupplungsgehäuse überlappen und ein am Kupplungsstecker angeordnetes Verbindungselement mit einem an der Kupplungsdose vorgesehenen Gegenstück in Eingriff gebracht werden kann. Die Verbindung wird meist durch aufwändiges Verschrauben des Kupplungssteckers mit der Kupplungsdose hergestellt. Während des dabei ausgeführten Verschiebevorganges des Kupplungssteckers in die Kupplungsdose wird die Kupplung zuerst gegen Umgebungsmedium abgedichtet; dann werden die die Leitungsenden verschließenden Mittel geöffnet.

Darüber hinaus ist aus der DE 41 04 711 A1 oder der US 4,335,747 A1 bekannt, die Abdichtung gegen die Umgebung getrennt vom öffnen/Schließen über zwei Kugelhähne vorzunehmen. Die Verbindung des Kupplungssteckers mit der Kupplungsdose erfolgt über mechanische Elemente in der Trennebene. Die beiden Kugelhähne müssen separat geöffnet bzw. geschlossen werden.

Die bekannten Kupplungen erfordern zudem einen hohen Montageaufwand. Die formschlüssige Einsteck-/Einschiebeverbindung der Kupplungsgehäuse verlangt hohe Oberflächengüte und Formgenauigkeiten sowie hohe Reinheiten der Verbindungsflächen, um den Fügevorgang mit geringen Kräften ausführen zu können. Ebenso ist die Einsteck-/Einschiebeverbindung sicherheitstechnisch unbefriedigend, wenn die Kupplungsdose (Nippel) als Betankungseinrichtung (Tankverschluss) am Fahrzeug und der Kupplungsstecker an einer Zapfsäule einer Tankstelle angeordnet ist, da die Einsteckverbindung beim Wegfahren in verbundenem Zustand zu schweren Schäden an der Tankstelle und/oder dem

Fahrzeug führen kann. Hinzu kommt, dass bei der Betankung von Kryokraftstoffbehältern von Fahrzeugen eine Bedienung der Kupplung durch Nichtfachleute erfolgt, was eine einfache und sichere Ausbildung der Kupplung erfordert, damit die Bedienperson nicht mit dem tiefkalten Kryokraftstoff in Verbindung kommen. Somit wären daher Kupplungen für kryogene Medien wünschenswert, bei denen die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung für kryogene Medien, insbesondere LNG zu schaffen, mit der die Sicherheit bei der Bedienung gegenüber bekannten Kupplungen verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einer Kupplung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Handhabung und Sicherheit der vorgeschlagenen Kupplung wird wesentlich verbessert, da mit der Schwenkbewegung des Handhebels zum Anschluss an den Nippel, bevorzugt über Spannzangen ein Sperrelement betätigt wird, das den Handhebel in der Verbindungsstellung sperrt. Ein unbeabsichtigtes Lösen der Kupplung kann somit sicher ausgeschlossen werden.

Durch die Betätigung der erfindungsgemässen Kupplung wird somit in Art einer sicheren Folgesteuerung auch die Freigabe des Strömungsweges des kryogenen Mediums zum Nippel hin erzielt. Die Verriegelung der Kupplung findet dabei in einem separaten Schritt vorher statt. Gleiches gilt für das Abkuppeln, so dass sichergestellt ist, dass die Bedienperson der Kupplung nicht mit dem kryogenen Medium in Verbindung kommt, sondern vor der Entriegelung des Handhebels die Fluidströmung zuverlässig durch den Steuerblock und damit gekoppelt einer Steuerstange abgeschaltet wurde.

Die einfach ausgebildete Steuerstange weist insbesondere einen Metallbalg auf, dessen Innenraum mit einer Steuerleitung verbunden ist. Die Steuerleitung kann über ein Steuersignal geöffnet oder geschlossen werden, wie dies in der EP 0 889273 A1 beschrieben ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Kupplung;

Fig. 2 eine Seitenansicht auf das Kupplungsgehäuse;

Fig. 3 einen Längsschnitt der in Fig. 2 gezeigten Kupplung in Horizontalebene; und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Steuerblock in Horizontalebene.

Die perspektivisch dargestellte Kupplung 1 nach Fig. 1 umfasst ein Kupplungsgehäuse 11 zum Verbinden zweier Leitungsenden. Die Verbindung des Kupplungsgehäuses 11 mit einem (hier nicht dargestellten) Kupplungsnippel wird durch mehrere Verriegelungselemente in Form von Spannzangen 30 hergestellt. An dem Kupplungsgehäuse 11 ist hierzu ein Handhebel 15 vorgesehen, der um eine Achse 16 schwenkbar gelagert ist und an dem ein relativ kurzer Spreizhebel 17 benachbart zur Achse 21 schwenkbar gelagert ist. über die Bewegung des Handhebels 15 wird die benötigte mechanische Kraft, die das Kupplungsgehäuse 11 gegen die mit Dichtungen versehenen Kupplungsflächen des Nippels zieht, aufgebracht, wobei durch den Spreizhebel 17 eine Kraftverstärkung in Art eines Kniehebelverschlusses erzielt wird. Somit ist eine relativ geringe Handkraft ausreichend, um die Kupplungsverbindung herzustellen.

Beim Verschwenken des Handhebels 15 (Pfeil in Fig. 2) wird zum einen an der hier nach links weisenden Seite eine Verriegelungshülse 31 über die Spannzangen 30 verschoben und diese formschlüssig verriegelt, wie dies in mehreren Patenten der Anmelder beschrieben ist (z. B. EP 1 483 524 B1 ; interne Ref.: S0041 -P-EP). Zum anderen wird beim Verschwenken des Handhebels 15 zu einem Steuerblock 20 hin, der auf dem Kupplungsgehäuse 11 aufgesetzt oder integral mit diesem ausgebildet ist, ein seitlich hervorstehender Betätigungsknopf 22 eingedrückt. Dieser betätigt ein Ventil im Steuerblock 20 (vgl. Fig. 4), so dass ein Eingangsdruck an einer Druckleitung P, z. B. Pressluft mit 5 bar, wenigstens ein Sperrelement 21 im Steuerblock 20 nach außen schiebt und somit die Zurückbewegung des Handhebels 15 in dieser Anschlussstellung verhindert. Das Sperrelement 21 ist bevorzugt an beiden Seiten des Steuerblocks 20 in Form von symmetrisch ausfahrbaren Sperrkolben 21a ausgebildet (vgl. Fig. 4). In Fig. 1 ist weiterhin eine Hauptleitung 47 zum Zuführen des Mediums dargestellt, ebenso in Fig. 2 in Seitenansicht, wobei auch die Schnittebenen für Fig. 3 und Fig. 4 mit A bzw. B angedeutet ist.

Wie aus Fig. 3 im Längschnitt (in horizontaler Mittelebene) ersichtlich ist, bildet das weitgehend rohrförmige Kupplungsgehäuse 11 eine isolierende Kammer, die ein Verdampfen beim Durchfluss von tiefkalten Medien, wie LNG in den Leitungsenden verhindert. Die Leitungsenden reichen bis zur Trennebene von Kupplungsnippel (der bevorzugt zu einem Fahrzeugtank führt) und Kupplungsgehäuse 11 , das die Hauptleitung 47 zumindest teilweise umgibt. An jedem Leitungsende sind sich gegenüberliegend Ventile zum öffnen und Schliessen der Leitungsenden unmittelbar benachbart an den jeweiligen Stirnflächen angeordnet, z.B. beim Kupplungsgehäuse 11 in Form wenigstens einer Dichtung 38 aus PTFE.

Zum öffnen und Schließen der Zuleitung am Kupplungsgehäuse 11 ist eine Steuerstange 36 vorgesehen, die bevorzugt auch eine Dichtung aus PTFE trägt. Die Steuerstange 36 wird über eine Druckfeder 41 gegen eine Dichtfläche gedrückt und ist zudem mit einem Metallbalg 44 verbunden. Der Metallbalg 44 weist einen Innenraum 45 auf, der über eine Steuerleitung 46 mit einem nicht näher dargestellten Druckraum verbunden ist. Das druckbeaufschlagte Steuerfluid (z. B. Pressluft mit 10 bar) wird über die Steuerleitung 46 dem Innenraum 45 zugeführt, so dass sich der Metallbalg 44 in axialer Richtung verlängert und somit über die Steuerstange 36 die Medium oder Fluidzuleitung freigibt.

Durch Herunterdrücken des Handhebels 15 über den Steuerblock 20 und die kraftverstärkende Mechanik des Spreizhebels 17 wird der Kupplungsnippel und das Kupplungsgehäuse 11 über die verriegelten Spannzangen 30 fest und formschlüssig gegeneinandergedrückt. In dieser nach außen hin dichten Position ist zunächst noch keine Strömung des kryogenen Mediums möglich. Erst durch Aufschalten des Steuerdrucks über die Steuerleitung 46 wird dann der Innenraum 45 des Balgs 44 mit Druck beaufschlagt. Der Balg fährt die die Dichtung 38 haltende Steuerstange 36 zur Seite des Nippels aus. Dabei wird das Kupplungsgehäuse 11 gemeinsam mit dem Kupplungsnippel in öffnungsstellung gebracht. Die beiden Leitungsenden sind jetzt miteinander verbunden und das kryogene Medium kann strömen.

Die Freigabe des Steuerdrucks an der Steuerleitung 46 (und damit dann die Freigabe der Fluidströmung in der Hauptleitung 47) erfolgt dabei bevorzugt durch eine Rückleitung R am Steuerblock 20, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, also erst nachdem

das Sperrelement 21 bzw. die Sperrkolben 21a den Handhebel 15 in der Verbindungsstellung "blockiert" haben. Hierdurch wird eine besonders hohe Anschlusssicherheit erzielt.

Nach Beendigung des Medienstromes (z. B. Erreichen einer bestimmten Füllmenge des Fahrzeugtanks über den Nippel) wird der Innenraum 45 über die Steuerleitung 46 druckentlastet. Die Druckfeder 41 schiebt die Steuerstange 36 mit dem Metallbalg 44 somit in Schließstellung der Kupplung. Der Vorgang wird unterstützt durch die Drücke in beiden Leitungsenden, da die wirksamen Balg- und Dichtungsflächen zusätzliche Schließkräfte hervorrufen. Zugleich oder mit minimaler Zeitverzögerung wird auch der Druck an der Druckleitung P weggeschaltet, so dass die Sperrkolben 21a in das Innere des Steuerblocks 20 zurückfahren und somit der Handhebel 15 in seine Ausgangsstellung hochgeschwenkt werden kann. Damit wird auch simultan die Verriegelungshülse 31 zurückgezogen und die Kupplung ist wieder getrennt.

Zur Bestätigung der Strömungsabschaltung oder Quittierung kann mit dem Wegschalten des Drucks P am Steuerblock 20 auch ein Signal über die Rückleitung R abgegeben werden, wodurch der Sicherheitsstandard nochmals erhöht wird. Dies kann in Form einer visuellen Anzeige für die Bedienperson (z.B. "Sie können nun bezahlen/starten") oder einer Freigabe („grünes Licht") für das Tankstellenpersonal oder einem akustischen Signal oder einer elektronischen Ver-/Entriegelung (z.B. öffnen einer Schranke an der Tankstelle) erfolgen.