Übersicht Schnellkupplungen Nie mehr falsch verbunden: Welche Kupplung ist die Richtige?

Autor / Redakteur: Dominik Stephan* / Dominik Stephan

So garantieren Schnellkupplungen einen sauberen und sicheren Stofftransport – Ob beim Stofftransfer in der Anlage, beim Abfüllen in Behälter oder beim Be- und Entladen von Tankfahrzeugen – Schnellkupplungen sind die Schnittstellen des Transportprozesses. Doch was ist bei Konfiguration oder Auswahl solcher Kupplungslösungen zu beachten? Zwischen Monokupplungen und Clean-Break-Technologie bieten Spezialisten für jeden Prozess die richtige Lösung – und „verkuppeln“ ganz nebenbei den unscheinbaren Schlauch mit IIoT-Netzwerken.

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OPW denkt die Trockenkupplung neu.
OPW denkt die Trockenkupplung neu.
(Bild: OPW)

Heiß oder kalt, unter Druck oder sterilen Bedingungen: Wo Medien durch Schläuche fließen, sorgen Kupplungen für die Verbindung. Ob als Monokupplung, Multi-Modul oder als totraum­arme Clean-Break-Kupplung ermöglichen sie ein sicheres Anschließen und Auswechseln von Behältern und Systemen. Welche Bauform die richtige ist, entscheiden die Fördermedien und Bedingungen.

Sorgfalt ist dabei immer Pflicht – beispielsweise passieren in den USA über 80 % der Störfälle mit gefährlichen Substanzen beim Ab- und Umfüllen. 24 % davon lassen sich auf Equipmentversagen zurückführen. Und obwohl auch von Schläuchen und Rohren höchste Qualität gefordert wird, gilt es aufzupassen, dass nicht die Kupplung zur Sollbruchstelle wird.

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Geht es um die Auslegung einer Transfereinrichtung, muss eine Reihe von Fragen geklärt werden:

  • Wie und in welcher Lage werden die Medien transportiert?
  • Werden eine oder mehrere Leitungen verbunden?
  • Stellen Witterung oder Temperatur besondere Ansprüche?
  • Welche Produkte werden transportiert? Erzeugen diese Hitze, Kälte, sind sie korrosiv, brennbar oder explosiv?
  • Welche Reinigungsverfahren werden angewandt?
  • Ist das Handling ergonomisch?

Zudem müssen Anforderungen wie Hygiene oder Sterilbedingungen bei der Kupplungsauswahl berücksichtigt werden.

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Auf einen Blick
Die Kupplungs-Checkliste:
  • Ist Tropffreiheit beim Trennen und Verbinden von Leitungen gefordert?
  • Muss ein Lufteinschluss beim Kuppeln unter allen Umständen vermieden werden?
  • Muss ein Verkuppeln „falscher“ Leitungen konstruktiv ausgeschlossen werden?
  • Sind Nottrennvorrichtung vorzusehen?

Alles Clean oder was?

Gerade wenn Flüssigkeiten unter hohem Druck transferiert werden oder entflammbare bzw. giftige Medien verladen werden, muss alles getan werden, um einen Austritt zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden Schlauchkupplungen verwendet, die fast ohne Totraum und Lufteinschluss auskommen.

Diese so genannten Clean- Break-Kupplungen basieren auf stirnseitig planen Trockenventilen, was ein Entkuppeln mit minimalem Medienverlust ermöglicht.

Das ist auch bei hohen Temperaturen und Drücken möglich, wie die Schnellkupplungsserie DD von Walther Präzision zeigt. Die Bauteile dieser für die Hochtemperatur-Chemie mit Betriebsdrücken bis 250 bar ausgelegten Baureihe sind aus thermisch und chemisch beständigen Werkstoffen gefertigt und für kritische Gase und Flüssigkeiten bis 250 °C einsetzbar.

Die glatten Oberflächen der komplett in Edelstahl ausgeführten Kupplung ermöglichen ein leichtes Reinigen und lange Standzeiten. Zusätzlich verringert das Design mit demontierbaren Ventilen und austauschbaren O-Ringen die Betriebskosten.

Für besondere Ansprüche

Auch Hochtemperatur-Verfahren, wie die Composite-Verarbeitung, brauchen passendes Prozess-Equipment. Stäubli bringt mit der Schnellkupplung HTI und dem Multikupplungssystem HTM eine Lösung für sichere Werkzeug- oder Produktwechsel bis 300 °C.

Entscheidend für diese Temperaturbeständigkeit ist die Konstruktion ohne innenliegende Dichtung, so der Hersteller. Dabei bietet die automatische Absperrung der Kreisläufe maximale Sicherheit für Bediener und Arbeitsumfeld beim Trennen des Systems.

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Materialien
Keine Kompromisse bei der Fertigungsqualität

Was nützt die beste Kupplung, wenn sie nicht hält, was sie verspricht? Aus diesem Grund gehen manche weite Wege: So fertig Elaflex alle seine Camlock-Hebelarmkupplungen zu 100 Prozent selbst. Dadurch, so der Hersteller, sei die betriebssichere und zuverlässige Ausführung nach EN 14420-7 ohne Kompromisse möglich. Was sich bei Kupplungen aus Edelstahl bewährt hat, kommt 2017 auch für weitere Materialen: Dieselbe Qualität liefert Elaflex ab dem zweiten Halbjahr für alle Größen und Typen in Messing, ab dem dritten Quartal 2017 auch für die AVB-Stopfen und AMB-Kappen in Aluminiumausführungen. Dabei garantiert der Hersteller auf Anfrage ein Prüfzeugnis nach der EN 10204 - 3.1. Auch auf der Innenfläche der Kupplung garantiert die maschinelle Bearbeitung eine Ausführung <Ra 1,6.

Wer im Kupplungsdschungel nicht mehr durchblickt, kann auf codierte Kupplungen oder RFID-Initiatoren zurückgreifen, um folgenschwere Verwechslungen zu vermeiden. Hersteller bieten dieses Feature bereits, z.B. Walther bei den CN-Clean-Break-Kupplungen.

Bei diesen verringert zusätzlich ein drehbarer Anschluss den Verschleiß durch das Verdrehen der Schläuche. Für mehr Ergonomie beim An- und Abkuppeln sorgen Ringgriffe, die den Kraftaufwand reduzieren, auch wenn der Druck in der Leitung noch nicht vollständig abgebaut ist.

Beim leckagefreien Trennen und Verbinden haben meist Kupplungen mit Federtellersystem oder Ventiltrockenkupplungen die Nase vorn: Durch die glatten Stirnflächen und geringen Toträume ist der Flüssigkeitsverlust bei geöffneter Kupplung sehr gering (etwa 0,5 ml), bei vergleichsweise geringen Anschaffungskosten.

Allerdings hat die Technologie auch Tücken, z.B. den unvermeidlichen Verlust kleinster Flüssigkeitsmengen oder die Tatsache, dass interne Komponenten in direkten Kontakt mit dem Medium kommen, was den Durchfluss einschränkt. Auch kann sich Flüssigkeit in Federn, Führungen und Ventilen ansammeln, was Reinigung und Abpumpen erschwert.

Kein Hohlraum - Kein Austritt

OPW hat das Clean-Break-Prinzip jetzt neu gedacht: Mit einem Doppelkugelventil, bei dem eine konvexe und eine konkave Kugel ineinander greifen, um einen sicheren Abschluss ohne Hohlraum zu gewährleisten.

Dadurch wird garantiert, dass keine Restflüssigkeit eingeschlossen wird, was das Leckagerisiko verringert. Bei einer Verbindungsunterbrechung treten so weniger als 0,5 ml Flüssigkeit aus, erklärt der Hersteller – was etwa einem Viertel des Volumens einer Träne entspricht. Fünf voneinander unabhängige und redundante mechanische Verriegelungen verhindern das unbeabsichtigte Austreten von Chemikalien.

Unter Druck

Ob Über- oder Unterdruck: Große Druckdifferenzen erschweren die Auslegung von Kupplungen. Schwankt der Differenzdruck in ein und derselben Anwendung ex­trem, wird die Kupplungsauswahl zur Herkulesaufgabe.

Nottrennkupplungen können dann beispielsweise nicht mehr als günstige Bruchbolzenvarianten betrieben werden, da diese je nach Differenzdruck unterschiedliche Vor- beanspruchungen erfahren und so keine verlässliche Schwellenkraft zur Auslösung mehr bieten.

Der Physik ein Schnippchen schlagen will der Armaturenspezialist Roman Seliger mit einer neuen Verbindungstechnologie. Diese soll die Auswirkungen extremer Differenzdrücke neutralisieren und so Anwendungsfelder für Trocken- und Nottrennkupplungen öffnen. So sei es möglich, unabhängig vom Druck die Trennkraft-Schwelle zu definieren. Niedrige Kräfte bei sensiblen Anlagen seien ebenso möglich wie die Abdeckung extrem breiter Druckbereiche, heißt es.

Eine für alles

Wer nicht nur Flüssigkeiten, sondern auch Gase, Druckluft und Energie transportieren will, benötigt entweder eine Vielzahl unterschiedlichster Kupplungstypen oder einen Kupplungs-Baukasten wie die Multiline-E-Linie von Eisele Pneumatics.

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Nottrenn-Kupplungen
Es geht auch ohne Trennungsschmerz

Manchmal muss es schnell gehen: Wenn Tankwagen losfahren, ohne dass zuvor die Leitungen getrennt wurden, Schiffe beim Be- oder Entladen abdriften oder angeschlossenen Behälter umkippen, wirken enorme Kräfte auf Schläuche und Kupplungen. Wird der Zug zu stark, gibt das schwächste Glied in der Kette nach, ganz egal ob es sich dabei um Anschlussstelle,Kupplungskomponenten oder die Verladeleitung selbst handelt. Ein Medienaustritt ist in vielen Fällen unvermeidlich.

Genau für diese Fälle gibt es Not-Trennkupplungen: Diese entkuppeln als sogenannte Abreißkupplungen automatisch bei zu hoher Zugbelastung und verhindern so ein Abreißen der Schlauchleitungen. Eine eingebaute spontane Verschlussautomatik für beide Trennstellen unterbricht den Medienfluss, um einen Austritt gefährlicher Stoffe zu verhindern. So sind zum Beispiel die ABVL-Nottrennkupplungen von Roman Seliger mit drei Bruchbolzen ausgerüstet, die bei Überlastung brechen, bevor die Lastgrenze der Schlauchverbindung oder Leitung erreicht ist. Zwei Rückschlagventile an beiden Gehäusehälften sorgen dafür, dass die Trennstellen im Auslösefall sicher verschlossen werden. Im Betriebszustand stützen sich die beiden Ventile gegenseitig ab, so dass ein größtmöglicher Durchfluss gewährleistet wird. Beim Design unter Zuhilfenahme von computerbasierter Strömungsanalyse (CFD – computational fluid dynamics) orientierte sich der Hersteller nach eigenen Angaben an Vorbildern aus der Natur wie dem strömungsgüstigen Körpern von Delfinen oder Kalmaren.

Damit ein Trennvorgang nicht das Aus für die Kupplung bedeutet, sind viele Nottrennkupplungen wiederverbindbar – gerade solche für die Betankung von Fahrzeugen. So liefert Elaflex nach einem Wegfahrunfall wieder montierbare Abreißkupplungen für Harnstoff-Zapfsäulen (Ad Blue). Dabei steht neben der Beständigkeit der Kupplung besonderer Wert auf die Nicht-Kontamination der Harnstofflösung gelegt.

sind Abreißkupplungen in Kunststoffausführung für Anwendungen im Niedrigdruckbereich – im Gegensatz zur robusten Industrievariante. Mit den neuen Break Away-Kupplungen von Colder Products Company dürfte sich dieser Zustand ändern. Diese gewährleisten den sicheren und einfachen Fluidtransfer und vermeiden teuren Materialverlust und Geräteschaden. Die qualitativ hochwertigen, leckagefreien Verbindungsstücke ermöglichen bei Bedarf schnelles, automatisches Trennen der Verbindung - ohne Druck auf einen Sperrmechanismus.

Ein ganz neues Einsatzgebiet für Nottrennlösungen erschließt Colder Products mit seinen Break Away-Abreißkupplungen in Kunststoffausführung für Anwendungen im Niedrigdruckbereich. Diese gewährleisten den sicheren und einfachen Fluidtransfer und vermeiden teuren Materialverlust und Geräteschaden.

Dabei können Mehrmedienkupplungen mit tropf­frei abdichtenden Einsätzen, M12-­Powerstecker und Kupplungen für Gase oder Vakuum in einem optimierten Gehäuse zusammen gefasst werden. Bei der Entwicklung wurde besonderes Augenmerk auf die Sicherheit gelegt und das Gehäuse aus hochwertigem Kunststoff gefertigt. Zusätzlich sorgen umspritzte Leitungen für Dichtheit und schützen somit vor Verunreinigungen.

Verbinder-Baukasten für maßgeschneiderte Kupplungen

Bei Konfiguration des Verbinder-Baukasten kann der Nutzer mit dem Multiline-Konfigurator in mehreren, intuitiv aufeinanderfolgenden Schritten Bauform, Baugröße und Einsätze nebst Zubehör auswählen und zu einer individuellen Lösung zusammenstellen.

Auch Gather Industries bietet maßgeschneidert zusammenstellbare Mehrfachkupplungen, die unterschiedliche Betriebsmedien in einer Schnittstelle zusammenfassen. Dabei wurde nach Herstellerangaben besonderer Wert auf eine robuste, zuverlässige Kon­struktion und leichte Bedienbarkeit gelegt.

Verbindungen, die über den Stofftransport hinaus gehen, schaffen neue Kupplungssysteme mit eingebauter Intelligenz: So bietet Mollet mit dem Molos Code ein intelligentes Kupplungs-System, das ein fehlerhaftes Verbinden von Schlauch- und Rohrleitungen unmöglich machen soll.

Dazu bekommt jeder Schlauch einen Transponder, und jeder Rohrleitungsanschluss wird mit einem Lesegerät ausgestattet, das per Bus-System direkt an die Steuerung meldet, welcher Schlauch angeschlossen wurde. So würden Verwechslungen bei An- und Umschlüssen vermieden, die Produktionssicherheit erhöht und das Unfallrisiko reduziert, erklärt der Hersteller.

Kupplung 4.0

Und nicht nur das: Jedes gängige Kupplungs-System kann so in eine elektronisch codierte Kupplung mit RFID-Technologie verwandelt werden. Damit ist die sichere Unterscheidung zwischen Produkt- und Spülanschluss ebenso gewährleistet wie das Erkennen eines Schlauchs mit dem falschen Prozessmedium.

Sobald das Prozessleitsystem eine falsche oder fehlende Verbindung ermittelt, wird das dazugehörige Ventil gesperrt und der Fehler über Diagnose-Werkzeuge kommuniziert. So wird die Kupplung von morgen genauso selbstverständlich zur Datenschnittstelle.

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