DE10063507A1 - Schnellkupplung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schnellkupplung, insbesondere für Schläuche, bestehend aus zwei Hülsen, von denen die erste innere Hülse in Axialrichtung in die zweite äußere Hülse einführbar ist und wobei diese beiden Hülsen mittels einer ringförmigen Elastomerdichtung gegeneinander abgedichtet sind, wobei ein Federelement vorgesehen ist, welches bei geschlossener Schnellkupplung die Elastomerdichtung gegen die entsprechenden Dichtflächen der Hülsen andrückt. Bevorzugt wird das Federelement im wesentlichen erst nach dem Einführen der inneren Hülse in die äußere Hülse aktiviert. Dabei kann die insbesondere als O-Ring ausgebildete Elastomerdichtung durch ein in Axialrichtung wirkendes Federelement aufgespreizt werden, wozu das Federelement als Kniehebel ausgebildet sein oder über ein Kniehebelelement aktiviert werden kann. Alternativ kann das Federelement durch eine Keilring-Einheit gebildet oder aktiviert werden, die aus einem unter Einwirkung der inneren Hülse radial aufspreizbaren ersten Keilring und einem dadurch von diesem axial verschiebbaren zweiten Keilring besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnellkupplung, insbesondere für Schläuche, bestehend aus zwei Hülsen, von denen die erste, innere Hülse in Axialrich­ tung in die zweite, äußere Hülse einführbar ist und wobei diese beiden Hülsen mittels einer ringförmigen Elastomerdichtung gegeneinander abge­ dichtet sind. Lediglich beispielhalber wird zum technischen Umfeld auf die EP 0 300 871 B1 verwiesen.

Vom grundsätzlichen Aufbau her bestehen Schnellkupplungen für miteinan­ der zu verbindende Schläuche oder dgl. aus zwei Hülsen, auf denen jeweils einer der Schläuche befestigt ist, und wobei die ineinander einzusteckenden Hülsen mittels Elastomerdichtungen gegeneinander abgedichtet sind bzw. werden. Bei den meisten Schnellkupplungen sind dabei zwei hintereinander liegende, als O-Ringe ausgebildete Elastomerdichtungen eingesetzt, wobei der innenliegende O-Ring gegen das in den Schläuchen geführte Medium dauerbeständig ist bzw. sein muss. In Abhängigkeit vom verwendeten Elastomermaterial sowie den Einsatzbedingen kann es nun vorkommen, dass dieses Elastomermaterial einfriert und dann unterhalb seiner Einfrier­ temperatur nicht mehr wirkungsvoll abdichten kann. Ursächlich hierfür ist das Zusammenwirken der folgenden Werkstoff-Eigenschaften:
Grundsätzlich sind Elastomer-Dichtungen in ihrem Gebrauchstemperaturbe­ reich elastisch, verlieren jedoch bei Abkühlung auf die sog. Glastemperatur ihre hohe Elastizität. Bei Unterschreiten dieser Glastemperatur frieren sie in dieser Geometrie ein. Nun sind unter normalen Umständen die Elastomer- Dichtungen vorgespannt, wobei der Anpressdruck eine Grundvoraussetzung für die Abdichtung ist. Bei Abkühlung friert das Elastomermaterial mit den Umgebungsmaßen ein, wobei der Anpressdruck verloren geht. Zweitens führt bei weiterer Abkühlung die Schwindungsdifferenz zwischen metallischen Werkstoffen, aus denen die Schnellkupplungs-Hülsen üblicherweise gefertigt sind, und dem Elastomermaterial des O-Ringes oder Dichtelemen­ tes zu einer Spaltbildung, die insbesondere dann, wenn Gase und niedrig­ viskose Flüssigkeiten durch die Schnellkupplung geführt werden, zu Lecka­ gen führt. Polymere haben nämlich einen ca. 10-fach größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Metalle.

Grundsätzlich kann zur Minderung dieses Problems neben dem elastomeren O-Ring ein zweiter kälteflexibler O-Ring eingesetzt werden, der gegen das in der Schnellkupplung geführte Medium nur für relativ kurze Zeit beständig zu sein braucht. Hier besteht jedoch der Nachteil, dass die beiden O-Ringe bereits mit einer maßlichen Überdeckung ausgelegt sein müssen, wodurch sich einerseits hohe Montagekräfte bei Schließen und Öffnen der Schnell­ kupplung ergeben und zweitens die O-Ringe beim Zusammenstecken der Schnellkupplung zum Rollen neigen. Ein in sich verdrillter O-Ring ist jedoch nicht auf Dauer dicht.

Eine hinsichtlich der geschilderten Problematik verbesserte Schnellkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch ein Federelement, welches bei geschlossener Schnellkupplung die Elastomerdichtung gegen die entsprechenden Dichtflächen der Hülsen andrückt. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Vorgeschlagen wird somit die Verwendung eines einzigen elastomeren Dichtringes, der mittels Federkraft auch unterhalb seiner Einfriertemperatur gegen die innere und insbesondere gegen die äußere Dichtfläche(n) der Schnellkupplung bzw. der Hülsen axial oder radial angedrückt wird. Somit ist unter allen Betriebszuständen bzw. Umgebungsbedingungen eine ausrei­ chende Dichtheit oder Abdichtung gewährleistet. Dabei kann die Dichtwirkung der Elastomerdichtung dann besonders effizient durch das Federele­ ment gesteigert werden, wenn letzteres in Axialrichtung wirkend die insbe­ sondere als O-Ring, alternativ aber auch als Rechteckring ausgebildete Elastomerdichtung aufspreizt.

Bevorzugt kann das besagte Federelement, auch Andruckfeder genannt, erst nach dem Einführen der inneren Schnellkupplungs-Hülse in die äußere Schnellkupplungs-Hülse aktiviert werden, um jegliches Rollen oder Verdrillen einer bspw. als O-Ring ausgebildeten ringförmigen Elastomerdichtung zu vermeiden. Eine mögliche Kinematik, welche dieses Kriterium erfüllt, liegt bspw. vor, wenn das Federelement als Kniehebel ausgebildet ist oder über ein Kniehebelelement aktiviert wird, wobei dieser sog. Kniehebel beim Zusammenstecken der Schnellkupplung ausgehend von einem abgewinkel­ ten Zustand in einen gestreckten Zustand überführt wird. Es ist aber auch möglich, das Federelement in Form einer Keilring-Einheit auszubilden oder durch eine solche zu aktivieren, wobei die besagte Keilring-Einheit aus einem unter Einwirkung der inneren Hülse radial aufspreizbaren oder im Durchmesser vergrößerbaren ersten Keilring und einem dadurch von diesem axial verschiebbaren zweiten Keilring besteht.

Die im Hinblick auf den Anwendungsfall sowie auf die erforderliche Kraftein­ leitung in die Eastomerdichtung vorteilhafte Keilwirkung kann aber auch dann genutzt werden, wenn die ringförmige Elastomerdichtung zumindest eine keilförmige, d. h. gegenüber der Radialrichtung und Axialrichtung geneigte Fläche aufweist. Bevorzugt wirkt dann das Federelement über einen Andrückring auf die keilförmige Fläche der Elastomerdichtung ein, da sich damit eine hinsichtlich der Dichtwirkung optimale Aufspreizung der Dichtung ergibt.

In diesem Zusammenhang wird noch vorgeschlagen, einen oftmals an Schnellkupplungen vorgesehenen sog. Verriegelungsindikator nicht durch die Zusammensteck-Bewegung der Schnellkupplung auszulösen, sondern durch einen Zug am Schlauch. Durch Zug lassen sich nämlich wesentlich leichter hohe Handkräfte aufbringen, und eine höhere Kraft gewährleistet bessere Indikation. Ausgelöst werden kann dabei ein nicht näher erläuterter Verriegelungsindikator bspw. durch das vorgeschlagene, in Axialrichtung wirkende Federelement.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer lediglich prinzipiell dargestellter bevorzugten Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In sämtli­ chen Figurendarstellungen sind erfindungsgemäße Schnellkupplungen jeweils in einem Halbschnitt dargestellt, wobei gleiche Bauelemente durch­ weg mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind.

So ist mit der Bezugsziffer 1 grundsätzlich die erste, innere Hülse einer Schnellkupplung bezeichnet, die - wie üblich - noch eine zweite, äußere Hülse 2 aufweist, wobei sich im geschlossenen oder zusammengebauten Zustand die innere Hülse 1 über einen weiten Bereich koaxial (bezüglich der gemeinsamen Längsachse 10) innerhalb der äußern Hülse 2 befindet und wobei diese beiden Hülsen 1, 2 gegeneinander durch eine dazwischen liegende ringförmige Elastomerdichtung 3 abgedichtet sind.

Wie üblich ist auf die nicht dargestellten freien Enden der Hülsen 1, 2 jeweils ein Schlauch aufgesteckt (nicht gezeigt); ferner ist noch ein nicht detailliert dargestelltes und auch wieder lösbares Verriegelungselement 12 an der äußeren Hülse 2 vorgesehen, welches geeignet mit einer Stütz-Schulter 11 der inneren Hülse 1 zusammenwirkt, um die Schnellkupplung geschlossen, d. h. die Hülsen 1, 2 untrennbar aneinander fest zu halten. Wie weiter oben erläutert wurde, ist ein wesentlicher Bestandteil dieser Schnellkupplung ein Federelement 4, das bei geschlossener Schnellkupplung die Elastomerdich­ tung 3 gegen die entsprechenden Dichtflächen der Hülsen 1, 2 andrückt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist auf der inneren Hülse 1 ein als Axial-Schrauben-Feder ausgebildetes Federelement 4 vorgesehen, das sich an der Stütz-Schulter 11 abstützt und in Axialrichtung gegen die als O-Ring ausgebildete Elastomerdichtung 3 drückt und diese aufspreizt. Dadurch ist ein Rollen des O-Ringes beim Zusammenfügen der Schnellkupplung ausgeschlossen, denn die Aufbringung der Federkraft und damit die Auf­ spreizung des O-Ringes bzw. der Elastomerdichtung 3 erfolgt offensichtlich erst während der letzten Phase des Fügevorgangs, d. h. gegen Ende des Zusammensteckens der beiden Hülsen 1, 2.

Ähnlich Fig. 1 gestaltet ist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, bei welchem eine der Dichtflächen durch die Stütz-Schulter 11 gebildet wird und sich das Federelement 4 demzufolge an einer Innenwand der äußeren Hülse 2 abstützt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist das Federelement 4 in Form eines Kniehebels 4' ausgeführt, der in durchgezogenen Linien im Endzustand bei geschlossener Schnellkupplung und gestrichelt im Ausgangszustand bei geöffneter Schnellkupplung dargestellt ist. Wie klar ersichtlich ist, wird der zunächst abgewinkelte, im wesentlichen parallel zur Längsachse 10 verlau­ fende Schenkel 5 des Kniehebels 4' beim Einführen der inneren Hülse 1 in einen gestreckten, im wesentlichen parallel zur Längsachse 10 ausgerichte­ ten Zustand überführt, wodurch die Elastomerdichtung 3 durch diesen nun in Axialrichtung längeren Kniehebel 4' wie gewünscht angedrückt und verformt bzw. aufgespreizt wird. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungs­ form kann zwischen diesem ähnlich oder gleich gestalteten Kniehebelele­ ment und der Elastomerdichtung 3 noch ein bspw. abermals als Axial- Schraubenfeder ausgebildetes Federelement eingespannt sein. Dann wird also das Federelement offensichtlich durch den Kniehebel 4' aktiviert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird das Federelement durch eine Keilringeinheit 4" gebildet, die aus einem ersten Keilring 7 besteht, der unter Einwirkung der inneren Hülse 1 bei deren Verschiebung gemäß Pfeilrichtung 13a in die äußere Hülse 2 radial gemäß Pfeilrichtung 13b nach außen verschoben wird, und der hierbei einen zweiten Keilring 6 axial gemäß Pfeilrichtung 13c zur Elastomerdichtung 3 hin verschiebt und diese wie gewünscht gegen die entsprechenden Dichtflächen der beiden Hülsen 1, 2, andrückt. Wie ersichtlich ist bei der Darstellung nach Fig. 4 die Schnellkupp­ lung noch nicht geschlossen, d. h. die Hülse 1 ist noch nicht vollständig in die Hülse 2 eingeführt.

Gleiches gilt für das ähnlich gestaltete Ausführungsbeispiel nach Fig. 5, bei welchem zwischen der praktisch gleichen Keilringeinheit 4" und der ringför­ migen Elastomerdichtung 3 noch ein bspw. abermals als Axial- Schraubenfeder ausgebildetes Federelement 4 eingespannt ist. Dann wird also das Federelement 4 offensichtlich durch die Keilringeinheit 4" aktiviert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist die ringförmige Elastomerdichtung 3 nicht mehr als O-Ring ausgebildet, sondern weist eine spezielle Formge­ bung auf, derart, dass in einem Trapezquerschnitt eine in Axialrichtung offene Rinne 3a vorgesehen ist, die seitlich von zumindest einem keilförmi­ gen, d. h. gegenüber der Radialrichtung und der Axialrichtung geneigten Abschnitt 3b begrenzt wird. Wie dargestellt wirkt das (ähnlich Fig. 1 angeord­ nete) Federelement 4 über einen geeignet gestalteten, d. h. an die Rinne 3a angepassten Andrückring 9 auf den keilförmigen Abschnitt 3b der Elasto­ merdichtung 3 ein, wodurch sich eine hinsichtlich der Dichtwirkung optimale Aufspreizung der Elastomerdichtung 3 ergibt.

Vorteilhafterweise wird dadurch, dass bei diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 die Elastomerdichtung 3 bzw. deren keilförmiger Abschnitt 3b quasi radial gestaucht wird, jeglicher Rollvorgang der Elastomerdichtung 3 beim Zusammenstecken der Schnellkupplung sicher vermieden. Wegen der relativ leichten Verformbarkeit der bei diesem Ausführungsbeispiel an der Außen­ seite der inneren Hülse 1 anliegenden bzw. zum Anliegen kommenden Dichtlippe der Elastomerdichtung kann hier - gegenüber einer als O-Ring mit einer kreisförmigen Querschnittsfläche ausgebildeten Elastomerdichtung - das Federelement 4 schwächer ausgebildet sein. Im übrigen ist am nicht keilförmigen, die Rinne 3a zur äußeren Hülse 2 hin begrenzenden Abschnitt 3c der Elastomerdichtung 3 ein als Spreizring ausgebildetes bzw. als solches fungierendes Spannelement 8 vorgesehen, welches diesen Abschnitt 3c (quasi als Pendant zum Andrückring 9) gegen die Innenwand der äußeren Hülse 2 andrückt, so dass auch hier unter allen Umständen eine bestmögli­ che Abdichtung gewährleistet ist.

Auch bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 7, 8 kann kein Rollen der Elastomerdichtung 3 auftreten, wobei Fig. 7 den Zustand vor dem abschließenden Zusammenfügen der Hülsen 1, 2 zeigt, während in Fig. 8 die geschlossene Schnellkupplung dargestellt ist. Wie ersichtlich wird hier die Rinne 3a der Elastomerdichtung 3 beidseitig von einem keilförmigen Ab­ schnitt 3b bzw. 3b' begrenzt, wobei der radial weiter innen liegende Abschnitt 3b analog Fig. 6 gegen die Außenseite der inneren Hülse 1 und der radial außen liegende Abschnitt 3b' gegen die Innenseite der äußeren Hülse 2 gedrückt wird. Den beiden keilförmigen Abschnitten 3b, 3b' angepasst sind hier zwei koaxial zueinander angeordnete Andrückringe 9, 9' vorgesehen, denen jeweils ein als Axial-Schraubenfeder ausgebildetes Federelement 4, bzw. 4' zugeordnet ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9, welches ähnlich dem Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 ist, ist die ringförmige Elastomerdichtung 3 nicht als O- Ring, sondern als Ringelement mit dreieckigem Querschnitt ausgebildet, so dass zumindest eine Keilfläche vorliegt, die mit einer entsprechenden Innen- Keilfläche der äußeren Hülse 2 derart zusammenwirkt, dass die Elastomerdichtung 3 bestmöglich abdichtend durch das Federelement 4 (unter Zwi­ schenschaltung eines Andrückringes 9) gegen die entsprechenden Dichtflä­ chen der Hülsen 1, 2 angedrückt wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 zeigt eine nochmals anders gestal­ tete Elastomerdichtung 3 in Form eines Rechteckringes, der/die in einer besonders angepassten Aussparung in der Innenwand der äußeren Hülse 2 angeordnet ist. Über einen dieser Aussparung angepassten Andrückring 9 wirkt wiederum das Federelement 4 auf die Elastomerdichtung 3 ein, welche in dieser Figur im übrigen im nicht verspannten, d. h. noch nicht verformten Zustand dargestellt ist, so dass sich zwischen der Elastomerdichtung 3 und der Außenseite der inneren Hülse 1 noch ein Spalt befindet. Ist die Schnell­ kupplung geschlossen, so wird durch das Federelement 4 die Elastomerdich­ tung 3 wie für deren Umfang gestrichelt dargestellt verformt und der Spalt abgedichtet. Aufgrund der Anordnung in der genannten Aussparung 3 kann nur ein äußerst kleiner Flächenabschnitt der Elastomerdichtung 3 mit dem Fluid benetzt werden, welches durch die Schnellkupplung geführt wird und zwar der mit BF (= benetzte Fläche) bezeichnete Flächenabschnitt.

Mit sämtlichen Ausführungsbeispielen bzw. mit den erfindungswesentlichen Merkmalen ist eine optimale Dichtigkeit auch unterhalb der Einfriertempera­ tur des für die Dichtung 3 verwendeten Elastomermaterials gewährleistet, wobei (auch verursacht durch das Federelement 4) gleichzeitig eine Sicher­ heit gegen ein Rollen der Elastomerdichtung 3 beim Zusammenfügen der Hülsen 1, 2 bzw. der Schnellkupplung vorliegt. Vorteilhafterweise ist lediglich ein einziges Dichtelement in Form der Elastomerdichtung 3 erforderlich, so dass bei der Montage keine Verwechselungsgefahr besteht, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details insbeson­ dere konstruktiver Art abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (8)

1. Schnellkupplung, insbesondere für Schläuche, bestehend aus zwei Hülsen, von denen die erste, innere Hülse (1) in Axialrichtung in die zweite, äußere Hülse (2) einführbar ist und wobei diese beiden Hülsen mittels einer ringförmigen Elastomerdichtung (3) gegeneinander ab­ gedichtet sind, gekennzeichnet durch ein Federelement (4, 4', 4"), welches bei ge­ schlossener Schnellkupplung die Elastomerdichtung (3) gegen die entsprechenden Dichtflächen der Hülsen (1, 2) andrückt.

2. Schnellkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4, 4', 4") im we­ sentlichen erst nach dem Einführen der inneren Hülse (1) in die äuße­ re Hülse (2) aktiviert wird.

3. Schnellkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die insbesondere als O-Ring oder Rechteckring ausgebildete Elastomerdichtung (3) durch das in Axial­ richtung wirkende Federelement (4, 4', 4") aufgespreizt wird.

4. Schnellkupplung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4, 4') als Kniehebel ausgebildet ist oder über ein Kniehebelelement aktiviert wird.

5. Schnellkupplung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4, 4") durch eine Keilring-Einheit gebildet oder aktiviert wird, die aus einem unter Ein­ wirkung der inneren Hülse (1) radial aufspreizbaren ersten Keilring (7) und einem dadurch von diesem axial verschiebbaren zweiten Keilring (6) besteht.

6. Schnellkupplung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Elastomerdichtung (3) zumindest einen keilförmigen, d. h. gegenüber der Radialrichtung und Axialrichtung geneigten Abschnitt (3b, 3b') aufweist.

7. Schnellkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) über einen An­ drückring (9, 9') auf den keilförmigen Abschnitt (3b, 3b') der Elasto­ merdichtung (3) einwirkt.

8. Schnellkupplung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Elastomerdichtung (3) zusätz­ lich zu dem im wesentlichen in Axialrichtung wirkenden Federelement (4) ein weiteres Spannelement (8) einwirkt.