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Auswahl der geeigneten Verbindung für Flüssigkeitsleitungen in Ihrer Flüssigkeitskühlanwendung – Teil 2: Kupplungen

Die Verbindungen von Flüssigkeitsleitungen sind bei Flüssigkeitskühlanwendungen von zentraler Bedeutung. Die Auswahl, Installation und Instandhaltung der Verbindungen der Flüssigkeitsleitungen eines Systems sind allesamt wichtig, um Leckagen zu vermeiden und die Integrität des Systems aufrechtzuerhalten. Angesichts der großen Zahl verfügbarer Verbindungsoptionen für Flüssigkeitsleitungen ist die Entscheidung, welche Option für Ihre Anwendung am besten geeignet ist, oftmals schwierig. Bei der Flüssigkeitskühlung kommen hauptsächlich zwei Arten von Verbindungen für die Flüssigkeitsleitungen zum Einsatz: Anschlussstücke und Kupplungen. In Teil 1 dieses Artikels wurden Anschlussstücke behandelt. Bei der Auswahl der Verbindungsoption für Flüssigkeitsleitungen müssen zwei Faktoren berücksichtigt werden. Diese werden in Teil 2 dieses Artikels erläutert. Außerdem werden darin die Arten von Kupplungen beschrieben, die am häufigsten bei der Flüssigkeitskühlung verwendet werden.

I. Analyse der Anwendung

Für die Auswahl der geeigneten Kupplung ist es entscheidend, zunächst Ihre Anwendung genau zu verstehen. Sie sollten sich unter anderem die folgenden Fragen stellen:

  • Welche Kühlflüssigkeit wird verwendet? Viskosität und Korrosivität der Flüssigkeit müssen berücksichtigt werden. Analysieren Sie, wie sich Veränderungen der Viskosität der Kühlflüssigkeit innerhalb des Betriebstemperaturbereichs auf den Druckverlust in den Verbindungen der Flüssigkeitsleitungen auswirken können. Vergewissern Sie sich, dass die Kühlflüssigkeit mit den Nassmaterialien (z. B. O-Ringen) an den Verbindungen der Flüssigkeitsleitungen chemisch verträglich ist.
  • Wie groß ist das Rohr bzw. der Schlauch und welche Durchflussmenge ist erforderlich?  Der Innendurchmesser der Komponenten der Flüssigkeitspassage wirkt sich erheblich auf den Druckverlust und die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus. Berücksichtigen Sie den Druckverlust in den Verbindungen und überprüfen Sie die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit, um Erosionskorrosionen zu vermeiden. (Weitere Informationen zur Errosionskorrosion finden Sie in unseren Anwendungshinweisen zu „Erosionskorrosion in Kühlsystemen“.)
  • Wie hoch ist die maximale und minimale Betriebstemperatur und der maximale und minimale Druck im System? Die Verbindungen müssen die Dichtigkeit an allen diesen Arbeitspunkten bewahren. Informationen zu der geeigneten Schlauch- oder Rohrwanddicke, Oberflächenausführung, Härte (Durometer für Schläuche), Rundheit und Ovalität (nur bei Rohren) erhalten Sie bei Ihrem Anbieter von Verbindungen für Ihre Flüssigkeitsleitungen.
  • Ist das System Schwingungen, Pulsationen oder Temperaturwechseln ausgesetzt? Die Dichtigkeit zwischen dem Rohr bzw. dem Schlauch und der Verbindung der Flüssigkeitsleitung muss unter Prozessbedingungen bei diesen Änderungen erhalten bleiben.
  • Wie wird die Verbindung in Ihre Anwendung eingebaut? Die häufigsten Installationsoptionen sind Rohrgewinde, Rohrgelenkanschluss, starrer Rohranschluss, Anschlussgestelle oder Schenkelrohre.
  • Welche Industrienormen oder sonstigen besonderen Anforderungen müssen eingehalten werden? Als Normen sind unter anderem die ISO (International Standards Organization), FDA (Food and Drug Administration der US-Regierung) und die RoHS (Restriction of Hazardous Substances) zu beachten. Eventuell müssen weitere besondere Anforderungen in Betracht gezogen werden, beispielsweise Sterilisation, Farbcodierung, Sonderverpackung usw.

II. Bestimmung der Art der Flüssigkeitsleitung

Wie bereits erwähnt, werden in Flüssigkeitskühlanwendungen hauptsächlich zwei Arten von Verbindungen für Flüssigkeitsleitungen verwendet: Anschlussstücke und Kupplungen. Beide dienen zur Verbindung von Komponenten geschlossener Kühlsysteme, beispielsweise von Ventilen, PumpenKühlplattenWärmetauschern, Schläuchen usw. Eine strenge Definition der einzelnen Verbindungsarten aufzustellen ist schwierig. Statt dessen lassen sich leichter die Unterschiede in ihrer Verwendung beschreiben.

Ein Anschlussstück wird normalerweise bei Anwendungen verwendet, für die das häufige Trennen von Geräten oder Teilen während des Gebrauchs nicht nötig ist. Der Grund: Das wiederholte Entfernen kann Leckagen verursachen. Anschlussstücke sind normalerweise im Vergleich zu Kupplungen recht kostengünstig und sind in verschiedenen Größen, Typen und Materialien erhältlich. Für den Ein- und Ausbau von Anschlussstücken ist Werkzeug erforderlich.

 Abbildung 1: Flüssigkeitsgekühltes Gehäuse mit Schnellverschlusskupplungen

Kupplungen eignen sich zum schnellen Anschließen und Trennen einer Leitung ohne Flüssigkeitsverlust und ohne Eindringen von Luft in das System. Wenn eine Anlage schnell montiert oder routinemäßig gewartet oder repariert werden muss, sind Kupplungen zur Verbindung der Flüssigkeitsleitungen die bessere Wahl. Modulförmig konstruierte Anlagen wie flüssigkeitsgekühlte Gehäuse, wie sie beim Militär eingesetzt werden, brauchen beispielsweise Schnellverschlusskupplungen für die Wartung oder Reparatur im Feld (siehe Abbildung 1). Kupplungen werden in diversen Materialien angeboten, darunter Kunststoffe wie Acetal und Nylon. Diese sind kostengünstig und vertragen sich mit einer breiten Auswahl an Flüssigkeiten. Kunststoff kann zudem in diversen Farben geformt werden, damit man unterschiedliche Flüssigkeitsleitungen unterscheiden kann. Metallkupplungen werden normalerweise in anspruchsvolleren Umgebungen verwendet, in denen Schwingungen, höherer Druck, Gewicht, Temperaturwechsel, Personenschutz und andere schwierige Bedingungen nach einer höheren Lebensdauer und mehr Stärke verlangen.

In diesem Artikel werden nur Kupplungen behandelt. Einzelheiten über die Auswahl der richtigen Anschlussstücke für Ihre Anwendung finden Sie in Teil 1 dieses Artikels: „Auswahl der geeigneten Verbindung für Flüssigkeitsleitungen in Ihrer Flüssigkeitskühlanwendung – Teil 1: Anschlussstücke“. 

Arten von Schnellverschlusskupplungen

In flüssigkeitsgekühlten Anwendungen kommen im Prinzip vier Arten von Schnellverschlusskupplungen zum Einsatz: Direktkupplung, Einzelventilkupplung, Doppelventilkupplung und leckagefreie Kupplung.

Direktkupplung

Abbildung 2: DirektkupplungAbbildung 2: Direktkupplung

Die einfachste Art der Kupplung ist die Direktkupplung (siehe Abbildung 2). Diese Kupplung behindert den Durchfluss der Flüssigkeit nicht durch Innenventile und bietet damit nur einen minimalen Druckverlust. Zur Verhinderung des Flüssigkeitsverlusts beim Trennen der Kupplung sind Außenventile nötig, die sich von Hand schließen lassen. Direktkupplungen weisen in der Regel einen Betriebsdruck von bis zu 344,5 bar auf. Diese Art der Kupplung wird normalerweise in Anwendungen verwendet, bei denen der Verlust von Kühlmittel beim Unterbrechen des Flüssigkeitskühlkreislaufs toleriert werden kann.

Einzelventilkupplungen

Diese Art der Kupplung (siehe Abb. 3) besteht aus einem Rückschlagventil, das normalerweise im Außenteil der Verbindung angebracht ist, während das dazugehörige Innenteil kein Ventil enthält. Diese Arten von Kupplungen werden normalerweise bei Anwendungen eingesetzt, bei denen Leckagen der Flüssigkeit auf der nachgeschalteten Seite des Systems unerheblich sind. Das Teil, das das Ventil enthält, wird normalerweise auf der Druckseite des Kreislaufs angebracht, damit sich das Ventil automatisch schließt, wenn die Kupplung getrennt wird. Einzelventilkupplungen eignen sich im Allgemeinen für einen Betriebsdruck von 4,1 bis 20,6 bar. (Der maximale Druck einer Kupplung richtet sich allerdings nach Konstruktion und Material.)

Abbildung 3: Einzelventilkupplung
Abbildung 3: Einzelventilkupplung

Doppelventilkupplung

Doppelventilkupplungen (siehe Abb. 4) werden auch als Zweiwegeventil-Kupplungen bezeichnet und sind im Außenteil und auf dem Innenteil jeweils mit einem Rückschlagventil ausgestattet. Diese Kupplungen werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen Leckagen an nachgeschalteten Teilen nicht wünschenswert sind. Diese Art der Kupplung hält im Allgemeinen einen wesentlich höheren Druck aus als Einzelventilkupplungen. Doppelventilkupplungen können Anwendungen mit einem Druck von bis zu 689 bar unterstützen.

Abbildung 4: Doppelventilkupplung
Abbildung 4: Doppelventilkupplung

Leckagefreie Kupplungen

Abbildung 5: Leckagefreie KupplungAbbildung 5: Leckagefreie Kupplung

Diese Variante einer Doppelventilkupplung, die auch als Flachkupplung bezeichnet wird (siehe Abb. 5), ist eine Zweiwegeventilkupplung für Anwendungen, bei denen Leckagen bzw. Flüssigkeitsaustritt mit Kontaminationsgefahr verbunden sind. Die Innenventilkonfiguration verhindert den Flüssigkeitsverlust bei Trennung der Kupplung und begrenzt die Lufteinströmung beim Anschließen auf ein Minimum. Diese Art der Kupplung ist normalweise für einen Betriebsdruck von bis zu 344,5 bar ausgelegt.

Angesichts so vieler erhältlicher Kupplungsoptionen ist es sehr wichtig, dass Sie die Anforderungen Ihrer Anwendung genau kennen. Die Zuverlässigkeit und Brauchbarkeit Ihres Flüssigkeitskühlsystems hängen von der ausgewählten Kupplung ab. Um sicherzustellen, dass Sie die geeignete Flüssigkeitsverbindung für Ihre Anwendung auswählen, arbeiten Sie am besten zu Beginn des Konstruktionsprozesses Hand in Hand mit Ihrem Partner für Kupplungen oder Flüssigkeitskühlkomponenten.