DE10136250A1 - Ventilkupplung für fluidische Systeme - Google Patents

Abstract

Es wird eine Ventilkupplung, insbesondere Ventil-Meßkupplung, für fluidische Systeme mit insbesondere hohen Arbeitsdrücken beschrieben, bestehend aus einer Kupplungsbuchse (2), in deren Durchgangs-Bohrung (29) ein federbelastetes, mechanisch betätigbares Rückschlagventil mit einem Ventilkörper (5) angeordnet ist. Der Ventilkörper preßt mit einer Dichtschulter (9) im Schließzustand gegen einen Dichtring (1), der mit einem druckabgewandten Bereich in einer von einer Innenwand der Kupplungsbuchse (2) und/oder einer Dichtbuchse (3) gebildeten Dichtringkammer (14) gehalten ist. Ein druckabgewandter Abschnitt (6) der Dichtringkammer (14) ist über wenigstens einen Belüftungskanal (33, 34) mit Atmosphärendruck beaufschlagbar (Figur 2).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilkupplung, insbesondere Ventil-Meßkupplung, für fluidische Systeme mit insbesondere hohen Arbeitsdrücken, bestehend aus einer Kupplungsbuchse, in deren Durchgangs-Bohrung ein federbelastetes, mechanisch betätigbares Rückschlagventil mit einem Ventilkörper angeordnet ist, welcher mit einer Dichtschulter, insbesondere einer Außenkante und/oder Stirnfläche der Dichtschulter, im Schließzustand gegen einen Dichtring preßt, der mit einer druckabgewandten Seite beziehungsweise einem druckabgewandten Querschnittsbereich in einer von einer Innenwand der Kupplungsbuchse und/oder einer Dichtbuchse gebildeten Dichtringkammer gehalten ist. Bevorzugt bildet der Dichtring mit der Kupplungsbuchse beziehungsweise eine in der Kupplungsbuchse angeordneten Dichtbuchse einen abdichtbaren Strömungskanal.

Eine derartige Ventilmeßkupplung ist beispielsweise aus der auf die Anmelderin zurückgehenden EP 0 094 439 A bekannt.

Obwohl sich diese bekannte Meßkupplung im Betrieb gut bewährt hat, hat es sich gezeigt, daß es in bestimmten Anwendungsfällen, insbesondere bei niederviskosen Flüssigkeiten und bei Gasen zu einem sogenannten Aufschwimmen des mit dem zylindrischen Ventilkörper in Wirkstellung tretenden Dichtringes beim Kupplungsvorgang kommen kann. Hierdurch kann sich der Dichtungsquerschnitt derart verändern, daß die Dichtung partiell in den Durchflußkanal beziehungsweise in die Durchgangsbohrung gezogen wird, wodurch sich eine unerwünschte Verengung ergibt.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ventilkupplung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß in Bezug auf den, bevorzugt aus einem elastomeren Werkstoff bestehenden Dichtring selbst bei extrem hohen Öffnungsdrücken eine verbesserte Funktionsfähigkeit der Ventilkupplung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei der Ventilkupplung mit den eingangs genannten Merkmalen im wesentlichen dadurch gelöst, daß ein druckabgewandter Abschnitt der Dichtringkammer über wenigstens einen Belüftungskanal mit Atmosphärendruck beaufschlagbar ist. Unter Atmosphärendruck soll im folgenden der Umgebungsdruck außerhalb des fluidischen Systems verstanden werden. Aufgrund dieser Maßnahme wird wirkungsvoll verhindert, daß der Dichtring beziehungsweise O-Ring während des Kupplungsvorganges, zum Beispiel beim Öffnen oder Schließen des Ventilkörpers aufschwimmen kann. Ein zumindest partielles Einziehen des Dichtringes in den Durchflußkanal ist aufgrund dieser Maßnahme wirkungsvoll vermieden, da über den wenigstens einen Belüftungskanal ein Druckausgleich in dem druckabgewandten Abschnitt der Dichtringkammer beziehungsweise des Dichtringes geschaffen wird. Hydraulisch wirkende Differenzkräfte, die aufgrund des Eindringens kleinster Mengen von Dichtmedien, wie Gase oder Öle, in die druckabgewandte Dichtungsseite auftreten und zu einem Aufschwimmen des Dichtringes führen können, werden somit selbsttätig ausgeglichen.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Dichtringkammer Belüftungskanäle auf, welche zu einer bevorzugt radial äußeren und einer radial inneren Seitenfläche im druckabgewandten Bereich des Dichtringes führen. Aufgrund dieser Maßnahme ist ein flächiges Belüften des Dichtringes auf bevorzugt sämtlichen druckabgewandten Seitenflächen gewährleistet, so daß einem Aufschwimmen des Dichtringes besonders wirkungsvoll entgegengetreten ist.

Des weiteren erweist es sich nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft, daß der wenigstens eine Belüftungskanal über ein oder mehrere, insbesondere axiale Kanäle und/oder einen Radialkanal beziehungsweise eine Radialbohrung mit Atmosphärendruck beaufschlagt ist. Derartige axiale beziehungsweise radiale Kanäle lassen sich konstruktiv relativ unaufwendig in die Ventilkupplung integrieren.

Des weiteren hat es sich als äußerst vorteilhaft erwiesen, daß der oder die Belüftungskanäle in Strömungsverbindung mit einem drucklosen Abschnitt der Bohrung der Kupplungsbuchse stehen, insbesondere über einen axialen Kanal und einen anschließenden Radialkanal oder Radialbohrung mit der Bohrung der Kupplungsbuchse verbunden sind. Aufgrund dieser Maßnahme ist dafür Sorge getragen, daß der Belüftungskanal geschützt angeordnet und insbesondere nicht ohne weiteres von außen zugänglich ist, wobei mögliche Verschmutzungen oder Verstopfungen des Belüftungskanals wirkungsvoll vermieden sind.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung stützt sich der Dichtring mit einer druckabgewandten Seite an einem in der Dichtringkammer aufgenommenen Stützring ab, wobei zwischen der Wandung der Dichtringkammer und seitlichen Außenwandungen des Stützringes die Belüftungskanäle gebildet sind. Aufgrund dieser Maßnahme ist eine konstruktiv äußerst einfache Maßnahme zur Bildung der Belüftungskanäle angegeben.

Dabei ist es nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß zwischen dem Boden der Dichtringkammer und einer oberen Außenwandung des Stützringes ein Fluiddurchgang, insbesondere ein Radialkanal zur Verbindung der Belüftungskanäle gebildet ist.

Von Vorteil wird dieser Fluiddurchgang beziehungsweise Radialkanal durch eine Oberflächenstrukturierung, zum Beispiel eine Riffelung oder dergleichen, des Bodens und/oder der oberen Außenwandung des Stützringes gebildet.

Nach der Erfindung ist es auch vorgesehen, daß wenigstens einige Kanäle, wie Belüftungskanäle und/oder radiale beziehungsweise axiale Kanäle, durch ein Spiel zwischen Dichtbuchse und Kupplungsbuchse, insbesondere zwischen der Außenwandung der Dichtbuchse und der Innenwandung der Kupplungsbuchse, gebildet sind.

Der Dichtring ist nach einer besonderen Ausführungsform als Mehrkomponentendichtung ausgebildet, wobei bevorzugt wenigstens der dem oder den Belüftungskanälen angrenzende Bereich aus einem verschleißfesteren Material besteht als das eigentliche Elastomer des Dichtringes.

Als verschleißfestes Material kann beispielsweise Teflon oder eine Teflonbeschichtung vorgesehen sein.

Weitere Merkmale, Vorteile, Anwendungsmöglichkeiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilkupplung in einem Axialschnitt, wobei das Ventil geschlossen ist,

Fig. 2 einen Ausschnitt der Ventilkupplung gemäß Fig. 1, jedoch mit geöffnetem Ventil,

Fig. 3 einen Ausschnitt Y der Fig. 2 in vergrößerter Darstellung und

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform eines Dichtringes im Querschnitt.

Aus den Figuren ist ersichtlich, daß die Kupplungsbuchse 2 mit einer Bohrung 29 versehen ist, welche die Ventilfeder 13, den darüber angeordneten Ventilkörper 5 und eine aus zwei Teilen bestehende Dichtbuchse 3 aufnimmt. Die Kupplungsbuchse 2 ist an ihrem unteren Ende mit einem Außengewinde 26 versehen, so daß eine einfache Verbindungsmöglichkeit mit dem Hydraulik- oder Pneumatiksystem gegeben ist. Der Ventilkörper 5 ist mit einer Dichtschulter 9 ausgestattet, der sich ein zentrisch angeordnetes Endstück 31 anschließt, welches von einem zylindrischen Abschnitt in einen sich kegelförmig verjüngenden Abschnitt übergeht. Im unteren Teil der Bohrung 29 ist die Kupplungsbuchse 2 mit einem Schulterstück 30 versehen, an dem sich die Ventilfeder 13 abstützt. Das obere Ende der Kupplungsbuchse 2 weist einen nach der Montage der Ventilmittel gefertigten Bördelring 15 auf, der die Dichtbuchse 3 sichert. Durch diese konstruktive Maßnahme ist es möglich, die Montage des gesamten Systems von einer einzigen Seite der Durchgangsbohrung 29 durchzuführen, wobei nacheinander die Ventilfeder 13, der Ventilkörper 5 und die Dichtbuchse 3 in die Durchgangsbohrung 29, welche über die axiale Erstreckung unterschiedliche Durchmesser aufweist, eingeführt werden. Nach der Montage erfolgt die Erstellung des Bördelringes, so daß das gesamte Ventil-System in der Bohrung 29 fixiert ist.

Um einen einfachen Einbau der erforderlichen Dichtringe beziehungsweise O-Ringe zu gewährleisten, ist die Dichtbuchse 3 mehrteilig ausgebildet, wobei das untere Teil 20 einen Ringsteg 21 aufweist, dessen radiale Außenseite mit der Innenwandung der Kupplungsbuchse 2 eine Dichtringkammer 14 zur Aufnahme des Dichtringes 1 bildet. Gleichzeitig dient der Ringsteg 21 als Anschlag für die Dichtschulter 9 des Ventilkörpers 5 im geschlossenen Zustand des Ventils. In diesem geschlossenen Zustand preßt, wie aus Fig. 1 ersichtlich, die Dichtschulter 9 mit ihrer Stirnfläche beziehungsweise Außenkante gegen den Dichtring 1, der mit einem druckabgewandten Querschnittsbereich wenigstens teilweise in der Dichtringkammer 14 aufgenommen ist. Der Dichtring 1 besteht bevorzugt aus einem elastomeren Werkstoff.

Das obere Teil 4 der Dichtbuchse 3 bildet mit dem unteren Teil 20 eine Ringnut 23 zur Aufnahme eines O-Ringes 10, gegen den im geschlossenen Zustand des Ventils nach Fig. 1 ein Nippel 24 einer Überwurfschutzkappe 25 anliegt.

Wird der Ventilkörper 5 nach Entfernen der Überwurfschutzkappe 25 mit Hilfe eines nicht dargestellten Schlauchnippels beim Kupplungsvorgang aufgestoßen, so hebt der Ventilkörper 5 mit der Schulter von dem Dichtring 1 ab, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Nach der Erfindung befinden sich vorzugsweise auf der oder dem druckgewandten Seiten 14 des Dichtringes 1 ein oder mehrere Belüftungskanäle 33, 34, welche über eine oder mehrere Radialbohrungen 36 sowie einen axialen Kanal 16 zwischen Dichtbuchse 3 und Kupplungsbuchse 2 mit Atmosphärendruck beaufschlagt sind, wenn zum Beispiel der Nippel 24 der Überwurfschutzkappe 25 entfernt beziehungsweise der Kupplungsvorgang durchgeführt ist. Durch eine Belüftung der druckabgewandten Dichtungsseite 14 des Dichtringes 1 ist gewährleistet, daß der Dichtring 1 zumindest partiell an einem Aufschwimmen gehindert ist. Die Radialbohrung 36 erstreckt sich bevorzugt im Bereich eines drucklosen Abschnitts 12 in die Bohrung 29, so daß ein Eindringen von Fremdkörpern beziehungsweise ein Verschmutzen oder Verstopfen des Belüftungskanalsystems weitestgehend vermieden ist.

Von besonderem Vorteil befindet sich zur radial inneren, dem Ringsteg 21 anliegenden Seitenfläche 8 des Dichtringes 1 hin ein Belüftungskanal 33. Dieser Belüftungskanal 33 steht bevorzugt mit einem Belüftungskanal 34 für die radial äußere, der Kupplungsbuchse 2 anliegenden Seitenfläche 7 des Dichtringes 1 in Strömungsverbindung. Die Strömungsverbindung wird bevorzugt durch einen, die Belüftungskanäle 33, 34 verbindenden Radialkanal 38 realisiert, der seinerseits über einen Kanal 35 mit dem Belüftungskanal 16 in Verbindung steht. Durch die radial inneren und äußeren Belüftungskanäle 33, 34 ist ein flächiges Belüften des Dichtringes auf sämtlichen druckabgewandten Seitenflächen 7, 8 erreicht, so daß auch ein nur partielles Aufschwimmen des Dichtringes 1 ausgeschlossen ist.

Zur Bildung des radial inneren Belüftungskanals 33 empfiehlt es sich, den Dichtring 1 auf seiner druckabgewandten Seite 14 in einem Stützring 32 zu fassen. Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, erfüllt der Stützring 32 dabei die Aufgaben, mit dem Ringsteg 21 einerseits und einer Innenwandung der Kupplungsbuchse 2 andererseits die Belüftungskanäle 33, 34 sowie den Radialkanal 38 zu bilden. Zur Bildung des Radialkanals 38 ist, wie insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen, eine obere Außenwandung des Stützringes 32 und/oder der Boden beziehungsweise die Anschlagschulter 40 der Dichtbuchse 3 beispielsweise mittels einer Riffelung beziehungsweise einer geriffelten Fläche 41 versehen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel münden die Belüftungskanäle 33, 34 zunächst in einen in Längsrichtung der Ventilkupplung führenden Kanal 35, welcher beispielsweise über den Kanal 16 in die unter Atmosphärendruck stehende Querbohrung beziehungsweise Radialbohrung 36 übergeht.

In einer herstellungstechnisch besonders vorteilhaften Variante kann es sich anbieten, das Spiel zwischen Dichtbuchse 3 und der äußeren Kupplungsbuchse 2 als Strömungskanal beziehungsweise Teil des Strömungskanals für die Entlüftung zu benutzen. Weiterhin versteht es sich, daß sich die Belüftungskanäle 33, 34 um die zentrale Achse der Ventilkupplung erstrecken können. Gleiches kann für den Radialkanal 38 gelten. Auch die Axialkanäle können sich unter Umständen ring- oder teilringförmig zur Mittelachse der Ventilkupplung erstrecken.

Im Betrieb der Ventilkupplung wird beim Kuppelvorgang die Schulter 9 des Ventilkörpers 5 von dem Dichtring 1 abgehoben, so daß sich der gewünschte Strömungskanal zu dem an die Ventilkupplung angeschlossenen Schlauchnippel oder dergleichen ausbildet. Durch die Belüftungskanäle 33, 34 in Verbindung mit dem Stützring 32 und dem Radialkanal 38 sowie der Bohrung 36 in Verbindung mit Kanal 35 und Kanal 16 ist gewährleistet, daß sich auf den druckabgewandten Seiten 14 des Dichtringes 1 Druck nicht aufbauen kann und damit ein ansonsten beim Kuppelvorgang gegebenenfalls auftretendes Aufschwimmen des Dichtringes 1 vermieden ist.

Um eine Spaltextrusion des Dichtringes 1 zu vermeiden, ist es vorgesehen, daß der Dichtring 1 wenigstens in dem an die Belüftungskanäle 33, 34 angrenzenden Bereich aus einem verschleißfesteren Material besteht, als das eigentliche Elastomer des Dichtringes 1. Hierfür kommen beispielsweise Mehrkomponentendichtringe in Betracht. So ist es möglich, den Dichtring 1 im Bereich seiner den Belüftungskanälen 33, 34 angrenzenden Abschnitte mit einer Teflonbeschichtung 37 oder dergleichen zu versehen. Es versteht sich, daß der Dichtring 1 eine entsprechende Formstabilität beziehungsweise eine ausreichende Shore-Härte aufweist.

Bezugszeichenliste

1

Dichtring

2

Kupplungsbuchse

3

Dichtbuchse

4

oberer Teil (von

3

)

5

Ventilkörper

6

druckabgewandter Abschnitt

7

äußere Seitenfläche

8

innere Seitenfläche

9

Dichtschulter

10

O-Ring

12

druckloser Abschnitt

13

Ventilfeder

14

Dichtringkammer

15

Bördelring

16

Kanal

17

druckabgewandte Seite

18

Wandung

19

Außenwandung

20

unterer Teil (von

3

)

21

Ringsteg

23

Ringnut

24

Nippel

25

Überwurfschutzkappe

26

Außengewinde

29

Bohrung

30

Schulterstück

31

Endstück

32

Stützring

33

Belüftungskanal

34

Belüftungskanal

35

Kanal

36

Radialbohrung

37

Teflonbeschichtung

38

Radialkanal

40

Anschlagschulter

41

geriffelte Fläche

Claims (10)

1. Ventilkupplung, insbesondere Ventil-Meßkupplung, für fluidische Systeme mit insbesondere hohen Arbeitsdrücken, bestehend aus einer Kupplungsbuchse (2), in deren Durchgangsbohrung (29) ein federbelastetes, mechanisch betätigbares Rückschlagventil mit einem Ventilkörper (5) angeordnet ist, welcher mit einer Dichtschulter (9) im Schließzustand gegen einen Dichtring (1) preßt, der mit einem druckabgewandten Querschnittsbereich in einer von einer Innenwand der Kupplungsbuchse (2) und/oder einer Dichtbuchse (3) gebildeten Dichtringkammer (14) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein druckabgewandter Abschnitt (6) des Dichtringes (1) über wenigstens einen Belüftungskanal (33, 34) mit Atmosphärendruck beaufschlagbar ist.

2. Ventilkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringkammer (14) Belüftungskanäle (33, 34) aufweist, welche zu einer bevorzugt radial äußeren und einer radial inneren Seitenfläche (7, 8) im druckabgewandten Querschnittsbereich des Dichtringes (1) führen.

3. Ventilkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Belüftungskanal (33, 34) über ein oder mehrere, insbesondere axiale Kanäle (16, 35) und/oder einen Radialkanal (38) beziehungsweise eine Radialbohrung (36) mit Atmosphärendruck beaufschlagbar ist.

4. Ventilkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Belüftungskanäle (33, 34) in Strömungsverbindung mit einem drucklosen Abschnitt (12) der Bohrung (29) stehen, insbesondere über einen axialen Kanal (16) und einen anschließenden Radialkanal oder Radialbohrung (36) mit der Bohrung (29) verbunden sind.

5. Ventilkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (1) sich mit einer druckabgewandten Seite (14) an einem in der Dichtringkammer (14) aufgenommenen Stützring (32) abstützt, wobei zwischen der Wandung (15) der Dichtringkammer (14) und seitlichen Außenwandungen (19) des Stützringes (32) die Belüftungskanäle (33, 34) gebildet sind.

6. Ventilkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden der Dichtringkammer (14) und einer oberen Außenwandung des Stützringes (32) ein Fluiddurchgang, insbesondere ein Radialkanal (38) zur Verbindung der Belüftungskanäle (33, 34) gebildet ist.

7. Ventilkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluiddurchgang beziehungsweise Radialkanal (38) durch eine Oberflächenstrukturierung, zum Beispiel eine Riffelung beziehungsweise geriffelte Fläche (41) des Bodens und/oder der oberen Außenwandung, gebildet ist.

8. Ventilkupplung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige Kanäle, wie Belüftungskanäle (33, 34) und/oder radiale beziehungsweise axiale Kanäle (16, 35, 36, 38) durch ein Spiel zwischen Dichtbuchse (3) und Kupplungsbuchse (2) gebildet sind.

9. Ventilkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (1) als Mehrkomponentendichtung ausgebildet ist, wobei bevorzugt wenigstens der den Belüftungskanälen (33, 34) angrenzende Bereich aus einem verschleißfesteren Material besteht als das eigentliche Elastomer des Dichtringes (1).

10. Ventilkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfeste Material Teflon oder eine Teflonbeschichtung (37) ist.