DE102004054058B3

DE102004054058B3 - Hydraulikkupplung mit Reinigungseinrichtung

Info

Publication number: DE102004054058B3
Application number: DE200410054058
Authority: DE
Inventors: Peter Alexander Lehnhoff; Rolf Mannbro
Original assignee: Lehnhoff Hartstahl GmbH and Co
Current assignee: Lehnhoff Hartstahl GmbH and Co
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-11-06
Also published as: WO2006048316A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kupplung (10) mit einer integrierten Reinigungseinrichtung, wobei die hydraulische Kupplung ein erstes Kupplungsteil (12) und ein zweites Kupplungsteil (14) aufweist und eines der beiden Kupplungsteile (12, 14) in einem hydraulischen Zylinder (16) über einen Kolben (18) in axiale Richtung bewegbar ist, während das andere Kupplungsteil (12, 14) in einem Gehäuse (20) angeordnet ist und durch Beaufschlagen des Kolbens (18) mit einer hydraulischen Kraft der Kupplungsvorgang initiierbar ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kolben (18) mit einer Kolbenstange (22) verbunden ist und in axiale Richtung betrachtet der der Kolbenstange gegenüberliegende Bereich des Kolbens (18) das erste oder zweite Kupplungsteil (12, 14) umschließt, wobei die Kolbenstange (22) und der Kolben (18) eine zentrale Bohrung (36) zum Durchlass von Medien sowie mindestens einen konzentrisch zur zentralen Bohrung (36) angeordneten Kanal (42) zur Zuführung eines Reinigungsmediums zu den beiden Kupplungsteilen (12, 14) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kupplung mit einer integrierten Reinigungseinrichtung gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Hydraulische Kupplungen, beispielsweise zur Herstellung einer hydraulischen Verbindung zwischen zwei Hydraulikleitungen, sind hinlänglich bekannt.

Insbesondere bei Erdbewegungsmaschinen, wie beispielsweise Bagger, ist der Wechsel zwischen diversen hydraulischen Werkzeugen, z.B. Schwenklöffel, Hydraulikhammer oder dergleichen, üblich. Hier tritt jedoch das Problem auf, dass aufgrund der Arbeitsumgebung die zu kuppelnden Kupplungsteile einer starken Verschmutzung ausgesetzt sind. Daher besteht die Gefahr, dass die auf den zu kuppelnden Kupplungsteile befindlichen Schmutzpartikel beim Kupplungsvorgang in den Hydraulikkreislauf eintreten. Dies gilt es zu Vermeiden, da die Schmutzpartikel u.U. zu mechanischen Schäden in dem Hydrauliksystem führen können und zudem auch einen vorzeitigen und kostspieligen Wechsel der Hydraulikflüssigkeit notwendig machen.

Zur Vermeidung des Eintritts von Schmutzpartikel in den Hydraulikkreislauf ist es daher vielfach notwendig, dass der Maschinenführer die Kupplungsteile von Hand reinigt und anschließend den Kupplungsvorgang durchführt. Als nachteilig erweist sich hierbei, dass der Maschinenführer für jeden Kupplungsvorgang das Führerhaus zu verlassen hat, was einen erheblichen Zeitverlust bedingt. Zudem birgt das notwendige Verlassen des Führerhauses aufgrund des häufig unwegsamen Geländes die Gefahr von Arbeitsunfällen, die es zu vermeiden gilt.

Aus der DE 197 51 292 C2 ist eine Vorrichtung bekannt, um die miteinander zu kuppelnden Kupplungsteile vor Schmutz und Spritzwasser zu schützen. Hierfür ist bei den einander zugeordneten Kupplungsteilen ein halbschalenförmiger Abschluss vorgesehen. Beim Zusammenfahren der beiden ersten und zweiten Kupplungsteile werden die einander zugewandten Halbschalenabschlüsse mechanisch geöffnet und die im Innenraum des Schutzraumes angeordneten Kupplungsteile können miteinander kuppeln. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass der halbschalenartige Abschluss mit segmentförmigen Ringblenden nicht dicht ist und der Verschiebeweg der Abschlussblenden einer starken Verschmutzung ausgesetzt ist, wodurch deren Funktion gefährdet ist. Eine direkte Abreinigung der beiden Kupplungsteile ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Kupplung mit einer integrierten Reinigungseinrichtung gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass unter Vermeidung der genannten Nachteile bei der Kupplung der Kupp lungsteile einer hydraulischen Kupplung ein Eindringen von Schmutz in den zu kuppelnden Kreislauf verhindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine gezielte Abreinigung der einander gegenüberliegenden Kupplungsteile der hydraulischen Kupplung vor dem anschließenden Kupplungsvorgang ein Eindringen von Schmutzpartikeln in den zu kuppelnden Kreislauf vermeidbar ist.

Hierfür weist die hydraulische Kupplung zur Herstellung einer hydraulischen Verbindung über ein erstes und ein zweites Kupplungsteil zwischen zwei zu kuppelnden Medienleitungen eine integrierte Reinigungseinrichtung auf. Während das erste oder zweite Kupplungsteil in einem hydraulischen Zylinder über einen Kolben in axialer Richtung bewegbar ist, ist das hierzu korrespondierende zweite oder erste Kupplungsteil in einem, in axiale Richtung betrachtet gegenüberliegendem Gehäuse angeordnet. Durch Beaufschlagen des hydraulischen Kolbens mit einer hydraulischen Kraft sind die beiden Kupplungsteile miteinander kuppel und entkuppelbar. Erfindungsgemäß ist der Kolben mit einer Kolbenstange verbunden, während in axialer Richtung betrachtet der der Kolbenstange gegenüberliegende Bereich des Kolbens das erste oder zweite Kupplungsteil umschließt, wobei die Kolbenstange und der Kolben eine zentrale Bohrung zum Durchlass der Medien sowie mindestens einen konzentrisch zur zentralen Bohrung angeordneten Kanal zur Zuführung eines Reinigungsmediums zu den beiden Kupplungsteilen aufweisen. Auf eine einfache Art und Weise ist nunmehr während des Kupplungsvorgang eine Reinigung der jeweiligen Oberfläche der beiden gegenüberliegenden Kupplungshälften durch Beaufschlagen mit dem über den bzw. die Kanäle zugeführten Reinigungsmedium ermöglicht. Als besonders vorteilhaft erweist sich hierbei die kompakte Bauform der hydraulischen Kupplung, die erst durch die erfindungsgemäße in der Kolbenstange und dem Kolben vorgesehene zentrale Bohrung zum Durchlass des Mediums sowie dem bzw. den konzentrisch zu der zentralen Bohrung angeordneten Kanälen zur Zuführung des Reinigungsmediums ermöglicht ist.

Die hydraulische Kupplung ist u.a. zum Einsatz an Baumaschinen/Geräteträgern vorgesehen und dient beispielsweise der Herstellung einer hydraulischen Verbindung zwischen dem Ausleger eines Baggers und einem mit dem Ausleger verbundenen hydraulischen Werkzeug.

Als erstes und zweites Kupplungsteile können hierbei bekannte und handelsübliche Ventile verwendet werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem ersten und zweiten Kupplungsteil um sogenannte Kurzhubventile, bei denen ein Hub von beispielsweise 1 bis 5 mm ausreicht, um das Ventil zu betätigen.

Dies erweist sich gegenüber den handelsüblichen Ventilen mit wesentlich größeren Hubwegen als vorteilhaft, da aufgrund der geringen Ventilhübe eine noch kompaktere Bauweise der Kupplung realisierbar ist.

Die hydraulische Kupplung ist jedoch nicht auf zu kuppelnde Hydraulikleitungen, die entsprechend von einer Hydraulikflüssigkeit durchströmt werden, beschränkt, sondern auch sonstige Energiekreisläufe, wie beispielsweise Öl, Wasser, Luft oder dergleichen führende Medienleitungen sowie Elektroleitungen sind hierüber miteinander kuppelbar.

Selbstverständlich ist zudem durch die gekuppelten Medienleitungen sowohl eine Medienzuführung als auch eine Medienabführung, beispielsweise durch Absaugen, ermöglicht.

Vorzugsweise ist die Zuführung des Reinigungsmediums über einen ersten Sensor in Abhängigkeit verschiedener Einflussgrößen, insbesondere dem axialen Verfahrweg des Kolbens, steuer-/regelbar. Hierdurch ist eine automatische Reinigung der beiden Kupplungshälften während des Kupplungsvorgangs sichergestellt. Denkbar ist jedoch auch, dass die Zuführung des Reinigungsmediums zusätzlich manuell steuer-/regelbar ist.

Zur Vermeidung des Eindringens des Reinigungsmediums beim Kupplungsvorgangs in den Hydraulikkreislauf sind in das das zweite oder erste Kupplungsteil fassende Gehäuse mehrere Öffnungen zur Abführung des Reinigungsmediums eingebracht.

Vorteilhafterweise ist im gekuppelten Zustand der das erste oder zweite Kupplungsteil umschließende Bereich des Kolbens bereichsweise in das Gehäuse eingeführt, wodurch die Öffnungen zur Abführung des Reinigungsmediums vollständig verschließbar sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass beispielsweise bei einer Leckage der beiden Kupplungsteile ein unkontrollierter Austritt des in dem Medienkreislauf befindlichen Mediums und eine damit einhergehende Verschmutzung der Umwelt verhindert wird.

Um einen festen Sitz des ersten oder zweiten Kupplungsteils in dem Kolben zu gewährleisten, ist der das erste oder zweite Kupplungsteil umschließende Bereich des Kolbens glockenförmig ausgebildet.

Zweckmäßigerweise ist der die Öffnungen zur Abführung des Reinigungsmediums aufweisende Bereich des Gehäuses topfförmig ausgebildet. Vorzugsweise sind bei der topfförmigen Ausgestaltung des die Öffnungen aufweisenden Bereichs des Gehäuses die Öffnungen auch im Bodenbereich des topfförmigen Gehäuses vorzusehen, um somit eine bodenseitige Ansammlung von Schmutzpartikeln zu verhindern.

Durch das Vorsehen von Zentrierflächen an den in axiale Richtung betrachtet sich gegenüberliegende Stirnflächen des glockenförmigen Bereichs des Kolbens und des topfförmigen Bereichs des Gehäuses ist auf eine einfache Art und Weise ein einfaches Zusammenfügen der beiden Kupplungsteile während des Kupplungsvorgangs gewährleistet.

Selbstverständlich sind neben den genannten Zentrierflächen auch andere Elemente zur Zentrierung denkbar.

Vorzugsweise weist der bzw. die Kanäle zur Zuführung des Reinigungsmediums düsenförmig ausgebildete Austrittsöffnungen auf. Die düsenförmige Ausgestaltung der Austrittsöffnungen hat den Vorteil, dass aufgrund der hierdurch bedingten Fokussierung des Reinigungsmediums beim Austritt eine gründliche Reinigung der beiden Kupplungshälften gewährleistet ist.

Da das Reinigungsmedium bei der Abreinigung der beiden Kupplungshälften u.U. mit Fetten in Kontakt kommt und durch dieses verunreinigt wird, ist zur Verhinderung der Verschmutzung der Umwelt durch das Gemisch Reinigungsmedium/Schmutz dieses nach Austritt aus den Bohrungen einem Auffangbehälter zuführbar.

Um nach erfolgter Kupplung eine aufgrund der herrschenden hydraulischen Kräfte eventuell auftretende Relativbewegungen zwischen den beiden Kupplungsteilen ausgleichen zu können, weist das das erste oder zweite Kupplungsteil aufnehmende Gehäuse in axiale Richtung betrachtet zwei hintereinander angeordnete Gehäuseteile auf, wobei über hierfür vorgesehene Mittel eine Ausgleichsbewegung der beiden Gehäuseteile zueinander, insbesondere eine Schrägstellung, ermöglicht ist.

Vorzugsweise umfassen die Mittel eine, in axialer Richtung betrachtet, in beide Gehäuseteile hineinreichende Hülse und zwei auf der Hülse angeordnete und jeweils einem der beiden Gehäuseteile zugeordneten sphärisch ausgebildeten Gleitkörper, sowie in jedem Gehäuseteil eine, dem jeweiligen Gleitkörper zugeordnete, sphärisch ausgebildete Gleitfläche. Durch das Vorsehen dieser sogenannten sphärischen Lagerung ist auf einfache Art und Weise eine Ausgleichsbewegung zwischen den beiden Gehäuseteilen gewährleistet.

Zur Sicherstellung einer einfachen Montage sind die sphärischen Gleitflächen zweckmäßigerweise als separate, in das jeweilige Gehäuseteil leicht einbringbare Ringelemente ausgebildet.

In einer besonders einfachen Ausgestaltung sind die Mittel zur Ermöglichung einer Ausgleichsbewegung zwischen den beiden Gehäuseteilen als ein oder mehrere zwischen den beiden Gehäuseteilen angeordnete elastische Elemente, beispielsweise ringförmige Gummielemente, ausgebildet. Die Verwendung von elastischen Elementen stellt dabei eine kostengünstige Alternative zu der obigen kompakten sphärischen Lagerung dar.

Denkbar ist auch, dass als Mittel zur Ermöglichung einer Ausgleichsbewegung zwischen den beiden Gehäuseteilen eine Kombination aus Elementen der sphärischen Lagerung und den elastischen Elementen verwendbar ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Reinigungsmedium vor Austritt aus den Austrittsöffnungen über Mittel beheizbar. Die hierdurch erzielte Erwärmung des Reinigungsmediums hat den Vorteil, dass eine bei kalten Temperaturen durch Eis oder Schnee bedingte Verschmutzung der beiden Kupplungshälften ebenfalls leicht zu entfernen ist.

Hierbei umfassen die Mittel zur Erwärmung des Reinigungsmediums vorzugsweise einen von dem Reinigungsmedium umgebenen Wärmetauscher, wobei der Wärmetauscher zur Abgabe von Wärmeenergie an das Reinigungsmittel von einem Wärmeträger durchströmt ist.

Der Einfachheit halber wird als Wärmeträger für die Durchströmung des Wärmetauschers beispielsweise die bei einer Arbeitsmaschine im Hydraulikkreislauf befindliche und durch Kompression erhitzte Hydraulikflüssigkeit verwendet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein flüssiges und/oder gasförmiges Reinigungsmedium verwendet. Bei Verwendung eines gasförmigen Reinigungsmediums, entweder in Kombination mit einem flüssigen Reinigungsmedium oder auch als alleiniges Reinigungsmedium, kann dieses druckbeaufschlagt sein.

Als flüssiges Reinigungsmedium kann ein handelsübliches fett- und schmutzlösendes Reinigungsmedium, beispielsweise Scheibenreiniger für Kraftfahrzeuge, verwendet werden.

Zweckmäßigerweise ist, beispielsweise zur Verhinderung von Verkantungen der beiden Kupplungsteile beim Kupplungsvorgang, die Kolbenstange als linear-axiale Führung für das von dem Kolben umschlossene erste oder zweite Kupplungsteil ausgelegt.

Denkbar ist zudem, dass mehrere erste und zweite Kupplungsteile zur Herstellung mehrerer Medienleitungen parallel oder ringförmig zueinander angeordnet sind.

Vorzugsweise steht dabei lediglich bei einer Medienverbindung ein erstes oder zweites Kupplungsteil in Wirkverbindung mit einem hydraulischen Zylinder, wodurch lediglich dieses erste oder zweite Kupplungsteil durch Aufbringen einer hydraulischen Kraft aktiv in axiale Richtung bewegbar ist, während die weiteren parallel oder ringförmig angeordneten ersten oder zweiten Kupplungsteile nur über ein gemeinsames Koppelelement passiv mitbewegbar sind. Das gemeinsame Koppelelement erweist sich vorliegend als vorteilhaft, da somit auf eine einfache Art und Weise eine synchrone Bewegung der miteinander gekoppelten Kupplungsteile gewährleistet ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist hierbei der hydraulische Zylinder als zentrales Element angeordnet, um den die weiteren Medienleitungen ringförmig gruppiert sind. Durch die dadurch erzielte Kompaktheit erweist sich diese Anordnung als besonders vorteilhaft Um auch bei der parallelen oder ringförmigen Anordnung mehrerer erster und zweiter Kupplungsteile eine sichere Kupplung der jeweiligen Kupplungsteile zu gewährleisten, sind die über das Koppelelement mitbewegbaren ersten oder zweiten Kupplungsteile ebenfalls jeweils über ein erstes und zweites Führungselement linear-axial geführt. Denkbar ist hier beispielsweise, dass das eine Führungselement als eine Führungsstange, während das andere Führungselement als ein zugeordneter Führungszylinder ausgebildet ist.

Zur Gewährleistung einer kompakten Bauform weist jeweils ein der beiden Führungselemente eine zentrale Bohrung zum Durchlass des im entsprechenden Medienkreislauf befindlichen Mediums auf.

Der Einfachheit halber ist für den Hydraulikzylinder zur Aufbringung der zum Kuppeln der beiden Kupplungshälften notwendige hydraulischen Kraft ein separater Hydraulikkreislauf mit einer darin integrierten Hydraulikpumpe vorgesehen.

Für die Betätigung des Hydraulikzylinders kann selbstverständlich aber auch der vorhandene Hydraulikkreislauf der Arbeitsmaschine verwendet werden. Denkbar ist auch, dass der Zylinder über eine pneumatische Kraft betätigbar ist.

Vorzugsweise ist bei Einleitung des Kupplungsvorgangs ein Ventil über eine Steuerleitung so ansteuerbar, dass beim Kuppeln und Entkuppeln Restdrücke im Medienkreislauf abgebaut werden und das Medium drucklos in ein Behältnis abgeführt wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die hydraulische Kupplung mit einer integrierten Reinigungseinrichtung mit einer an sich bekannten Schnellwechselvorrichtung für Arbeitsmaschinen gekoppelt. So ist beispielsweise durch die Kopplung der erfindungsgemäßen hydraulischen Kupplung mit der in der EP 0 569 026 offenbarten Schnellwechselvorrichtung auf eine einfache Art und Weise eine kostengünstige, technisch leicht zu realisierende, modular aufgebaute Schnellwechselvorrichtung mit gleichzeitiger hydrauli scher Kupplung der Versorgungsleitungen sowie Reinigung der Kupplungshälften zur Verfügung gestellt.

Vorzugsweise sind dabei die Schnellwechselvorrichtung und die erfindungsgemäße hydraulische Kupplung über einen Sensor sequentiell steuer-/regelbar, sodass erst nach Herstellung einer Verbindung zwischen der Arbeitsmaschine und einem Arbeitsgerät über die Schnellwechselvorrichtung die ersten und zweiten Kupplungsteile der hydraulischen Kupplung miteinander kuppelbar sind und entsprechend erst nach Entkuppelung der ersten und zweiten Kupplungsteile der hydraulischen Kupplung eine Betätigung der Schnellwechselvorrichtung und die damit verbundene Trennung zwischen Arbeitsmaschine und Arbeitsgerät durchführbar ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, in der Zusammenfassung und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordnete Bezugszeichen verwendet.
In der Zeichnung bedeutet:
1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der hydraulischen Kupplung;
2 eine vereinfachte Darstellung eines Hydraulikkreislaufs zur Betätigung der hydraulischen Kupplung;
3 eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der hydraulischen Kupplung, und
4 eine parallele Anordnung zweier hydraulischer Kupplungen.
Die in 1 in einer Schnittdarstellung mehr oder minder schematisch dargestellte und in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete hydraulische Kupplung ist zum Einsatz an einem Hydraulikbagger vorgesehen und dient der Herstellung einer hydraulischen Verbindung zwischen dem Ausleger des Baggers und einem mit dem Ausleger verbundenen hydraulischen Werkzeug. Die erforderliche mechanische Kopplung zwischen Bagger und Werkzeug ist dabei vorliegend gemäß der in der EP 0 569 026 offenbarten Schnellwechselvorrichtung bereits erfolgt.
Die hydraulische Kupplung 10 umfasst im wesentlichen ein erstes Kupplungsteil 12 und ein gegenüberliegend angeordnetes zweites Kupplungsteil 14 zur Kupplung zweier, mit den beiden Kupplungsteilen 12, 14 verbindbaren hydraulischen Leitungen. Nachfolgend wird das erste Kupplungsteil 12 auch als sogenannte weibliche Kupplungshälfte und das zweite Kupplungsteil 14 entsprechend als männliche Kupplungshälfte bezeichnet.
Aufgrund der durch die Schnellwechselvorrichtung erfolgten mechanischen Kopplung zwischen Bagger und Werkzeug befinden sich die beiden Kupplungsteile 12, 14 in der dargestellten fluchtgenauen, einander gegenüberliebenden Position.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde vorliegend jedoch auf eine entsprechende Darstellung der Schnellwechselvorrichtung und die Befestigung der beiden Kupplungsteile 12, 14 an den erforderlichen Komponenten, beispielsweise Befestigung des ersten Kupplungsteils 12 an dem Ausleger und des zweiten Kupplungsteils 14 an dem hydraulischen Werkzeug, verzichtet.
Während das erste Kupplungsteil 12 über einen in einem hydraulischen Zylinder 16 angeordneten Kolben 18 in axiale Richtung A bewegbar ist, ist das zweite Kupplungsteil 14 axial fest in einem Gehäuse 20 angeordnet.
In axiale Richtung A betrachtet ist die eine Seite des Kolbens 18 mit einer Kolbenstange 22 verbunden, während die gegenüberliegende Seite des Kolbens 18 in einen glockenförmig ausgebildeten Bereich 24 übergeht, der die weibliche Kupplungshälfte 12 vollständig umschließt und mit dieser bündig abschließt. Die weibliche Kupplungshälfte 12 ist dabei über ein Befestigungselement 26 axial und radial fest mit der Einheit aus Kolben 18, Kolbenstange 22 sowie dem glockenförmigen Bereich 24 des Kolbens 18 verbunden.
Die Kolbenstange 22 ist dabei gleichzeitig auch als linear-axiale Führung für das von dem glockenförmig ausgebildeten Bereich 24 des Kolbens 18 umschlossene erste Kupplungsteil 12 ausgelegt.
Der hydraulische Zylinder 16 weist einen ersten hydraulischen Anschluss 28 und einen zweiten hydraulischen Anschluss 30 auf, wobei der erste hydraulische Anschluss 28 mit einer ersten Druckkammer 32 und der zweite hydraulische Anschluss 30 mit einer zweiten Druckkammer 34 in Wirkverbindung steht.
Zudem weist der in dem hydraulischen Zylinder 16 bewegbare Kolben 18 und die damit verbundene Kolbenstange 22 eine zentrale Bohrung 36 auf. Über einen ersten hydraulischen Anschlussbereich 38 ist eine, hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte, hydraulische Leitung an die Einheit aus Kolben 18 und Kolbenstange 22, nachfolgend auch als Hohlkolben bezeichnet, ermöglicht.
Entsprechend weist auch das zweite Kupplungsteil 14 einen zweiten hydraulischen Anschlussbereich 40 zum Anschluss einer, ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten, hydraulischen Leitung auf.
Somit ist im gekuppelten Zustand ein Durchlass von Hydraulikflüssigkeit über den ersten hydraulischen Anschlussbereich 38, der zentralen Bohrung 36, den beiden Kupplungsteilen 12, 14 zu dem zweiten hydraulischen Anschlussbereich 40 gewährleistet.
Konzentrisch zu der zentralen Bohrung 36 sind in den Hohlkolben 18, 22 zudem mehrere Kanäle 42 zur Zuführung eines Reinigungsmediums zu den beiden Kupplungsteilen 12, 14 während des Kupplungsvorgangs angeordnet.
Im vorliegenden Fall wird als Reinigungsmedium ein handelsübliches fettlösendes Fluid in Verbindung mit einem druckbeaufschlagten gasförmigen Medium verwendet.
Um eine gründliche Reinigung der beiden Kupplungsteile 12, 14 zu gewährleisten sind die Austrittsöffnungen der Kanäle 42 düsenförmig ausgebildet.
Der Anschlussbereich des zweiten Kupplungsteils 14 ist in einem topfförmig ausgebildeten Bereich 44 des Gehäuses 20 gelagert. Zur Abführung des durch die Kanäle 42 auf die beiden Kupplungsteile 12, 14 gelangte Reinigungsmedium sind in den topfförmigen Bereich 44 des Gehäuses 20 mehrere Öffnungen 46 eingebracht. Insbesondere um eine unerwünschte Schmutzansammlung im Bodenbereich des topfförmigen Bereichs 44 des Gehäuses 20 zu vermeiden, sind die Öffnungen 46 auch im Bodenreich vorgesehen. Auf eine entsprechende Darstellung der Öffnungen 44 im Bodenbereich des topfförmigen Bereichs 44 des Gehäuses 20 wurde vorliegend jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
Um im gekuppelten Zustand der beiden Kupplungsteile 12, 14 auftretende Relativbewegungen zwischen den beiden Kupplungsteile 12, 14 ausgleichen zu können, weist das Gehäuse 20 ein erstes Gehäuseteil 48 und ein zweites Gehäuseteil 50 auf, wobei die beiden Gehäuseteile 48, 50 über eine sphärische Lagerung zueinander bewegbar sind.
Hierfür umfasst die sphärische Lagerung eine, in axiale Richtung betrachtet, sich in beide Gehäuseteile 48, 50 erstreckende Hülse 52, einen, dem ersten Gehäuseteil 48 zugeordneten ersten sphärisch ausgebildeten Gleitkörper 54, einen, dem zweiten Gehäuseteil 50 zugeordneten zweiten sphärisch ausgebildeten Gleitkörper 56, sowie eine in dem ersten Gehäuseteil 48 dem ersten sphärischen Gleitkörper 54 zugeordnete erste sphärische Gleitfläche 58 und eine in dem zweiten Gehäuseteil 50 dem zweiten sphärischen Gleitkörper 56 zugeordnete zweite sphärische Gleitfläche 60.
Der Einfachheit halber sind vorliegend die erste und zweite sphärische Gleitfläche 58, 60 als Ringelemente 62, 64 ausgebildet, um eine einfache Montage in die entsprechenden Gehäuseteile 48, 50 zu ermöglichen.
Nachdem die beiden Kupplungshälften 12, 14, wie bereits dargelegt, durch die Schnellwechselvorrichtung fluchtgenau gegenüberliegend angeordnet wurden, erfolgt der eigentliche Kupplungsvorgang der beiden Kupplungsteile 12, 14 folgendermaßen: Durch Zuführung von Hydraulikflüssigkeit über den ersten hydraulischen Anschluss 28 in die erste Druckkammer 32 und gleichzeitiger Entleerung der zweiten Druckkammer 34 über den zweiten hydraulischen Anschluss 30 ist die erste Kupplungshälfte 12 in axiale Richtung auf den die zweite Kupplungshälfte 14 hin bewegbar. Über einen hier nicht dargestellten Sensor wird die axiale Bewegung des ersten Kupplungsteils 12 erfasst und die Zuführung des Reinigungsmedi ums durch die Kanäle 42 auf die beiden Kupplungsteile 12, 14 automatisch veranlasst. Nach erfolgter Beaufschlagung der beiden Kupplungshälften 12, 14 mit dem Reinigungsmedium ist durch eine am topfförmig ausgebildeten Bereich 44 des Gehäuses 20 vorgesehene erste Zentrierfläche 65 und einer zweiten Zentrierfläche 67, die entsprechend am gegenüberliegenden glockenförmig ausgebildeten Bereich 24 des Kolbens 18 ausgebildet ist, ein einfaches Zusammenfügen der beiden Kupplungshälften 12, 14 gewährleistet.
Nach erfolgreicher Kupplung der beiden Kupplungshälften 12, 14 werden die beiden Kupplungsteile 12, 14 anschließend durch den hydraulischen Druck in der ersten Druckkammer 32 im gekuppelten Zustand gehalten.
In 2 ist in einer vereinfachten Darstellung ein Hydraulikkreislauf zur Betätigung der hydraulischen Kupplung 10 dargestellt. Der Einfachheit halber wurde hierbei lediglich eine schematische Darstellung der hydraulischen Kupplung 10 gewählt, wobei die sich entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Zur Betätigung des Hydraulikzylinders 16 ist ein separater Hydraulikkreislauf 66 vorgesehen. Dieser separater Hydraulikkreislauf 66 ist über den ersten hydraulischen Anschlussbereich 28 und den zweiten hydraulischen Anschlussbereich 30 mit dem Hydraulikzylinder 16 verbunden.
Zum Aufbringen der zur Kupplung notwendigen hydraulischen Kraft auf den Kolben 18 ist in dem separaten Hyd raulikkreislauf 66 eine Hydraulikpumpe 68 vorgesehen. Der Antrieb der Hydraulikpumpe 68 erfolgt über einen Motor 70, beispielsweise durch einen Elektromotor oder über das Hydrauliksystem des Baggers.
Die über die beiden Kupplungsteile 12, 14 zu kuppelnden Hydraulikleitungen sind in 2 mit der Bezugsziffer 72a, 72b bezeichnet.
An der gekuppelten Hydraulikleitung 72a ist ein Druckentlastungsventil 74 angeordnet, wobei in Ruhestellung das Druckentlastungsventil 74 geschlossen ist.
Durch den hydraulischen Druck mit dem der hydraulische Zylinder 16 beim Kupplungs- und Entkupplungsvorgang beaufschlagt wird, wird gleichzeitig das Druckentlastungsventil 74 über eine Steuerleitung 76 geschaltet. Dieses öffnet nun die unter Druck stehende hydraulische Leitung 72a, sodass die in der Leitung 72a befindliche Hydraulikflüssigkeit drucklos in einen Tank 78 abfließen kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der hydraulischen Kupplung 10 ist in 3 gezeigt. Hierbei ist zusätzlich in der Kolbenstange 22 ein von einem Wärmeträger durchströmter Wärmetauscher 80 vorgesehen, der von dem zu erwärmenden Reinigungsmedium umgeben ist.
Um einen großen Wärmeübergangsbereich zwischen Wärmetauscher 80 und dem umgebenden Reinigungsmittel zu ermöglichen, weist die Kolbenstange 22 im Bereich des Wärmetauschers 80 einen als Vorratsbehälter 82 ausgebildeten Bereich auf.
Zweckmäßigerweise wird als Wärmeträger zur Durchströmung des Wärmetauschers 80 die durch die Kompression erwärmte Hydraulikflüssigkeit des Baggers verwendet.
In 4 ist in einer schematischen Darstellung die Anordnung zweier parallel angeordneter Kupplungen 10 gezeigt. Kennzeichnend für die parallele Anordnung ist dabei, dass lediglich ein hydraulischer Zylinder 16 zur Initiierung des Kupplungsvorgang vorhanden ist.
Zur Synchronisation der axialen Bewegung der ersten Kupplungsteile 12 ist ein Koppelelement 84 vorgesehen. Das Koppelelement 84 ist dabei an einem, in axiale Richtung betrachtet, aus dem hydraulischen Zylinder 16 hinausreichenden Bereich der Kolbenstange 22 und einer dazu parallel angeordneten Führungsstange 86 angeordnet.
Hierbei ist, um eine linear-axiale Führung der Führungsstange zu gewährleisten, die Führungsstange 86 in einem Führungszylinder 88 geführt.

10: hydraulische Kupplung
12: erstes Kupplungsteil
14: zweites Kupplungsteil
16: hydraulischer Zylinder
18: Kolben
20: Gehäuse
22: Kolbenstange
24: glockenförmig ausgebildeter Bereich des Kolbens
26: Befestigungselement
28: erster hydraulischer Anschluss
30: zweiter hydraulischer Anschluss
32: erste Druckkammer
34: zweite Druckkammer
36: zentrale Bohrung
38: erster hydraulischer Anschlussbereich
40: zweiter hydraulischer Anschlussbereich
42: Kanäle
44: topfförmiger Bereich des Gehäuses
46: Bohrungen zur Ableitung
48: erstes Gehäuseteil
50: zweites Gehäuseteil
52: Hülse
54: erster sphärischer Gleitkörper
56: zweiter sphärischer Gleitkörper
58: erste sphärische Gleitfläche
60: zweite sphärische Gleitfläche
62: erstes Ringelement
64: zweites Ringelement
65: erste Zentrierfläche
66: separater Hydraulikkreislauf
67: zweite Zentrierfläche
68: Hydraulikpumpe
70: Motor
72a: hydraulische Leitung
72b: hydraulische Leitung
74: Druckentlastungsventil
76: Steuerleitung
78: Tank
80: Wärmetauscher
82: Vorratsbehälter
84: Koppelelement
86: Führungsstange
88: Führungszylinder
A: axiale Richtung

Claims

Hydraulische Kupplung (10) mit einer integrierten Reinigungseinrichtung, wobei die hydraulische Kupplung ein erstes Kupplungsteil (12) und ein zweites Kupplungsteil (14) zur Herstellung einer Verbindung zwischen zwei zu kuppelnden Medienleitungen aufweist, und eines der beiden Kupplungsteile (12, 14) in einem hydraulischen Zylinder (16) über einen Kolben (18) in axiale Richtung bewegbar ist während das andere Kupplungsteil (12, 14) in einem Gehäuse (20) angeordnet ist und durch Beaufschlagen des Kolbens (18) mit einer hydraulische Kraft die beiden Kupplungsteile (12, 14) kuppel- und entkuppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18) mit einer Kolbenstange (22) verbunden ist und in axiale Richtung (A) betrachtet der der Kolbenstange (22) gegenüberliegende Bereich des Kolbens (18) das erste oder zweite Kupplungsteil (12, 14) umschließt, wobei die Kolbenstange (22) und der Kolben (18) eine zentrale Bohrung (36) zum Durchlass von Medien sowie mindestens einen konzentrisch zur zentralen Bohrung (36) angeordneten Kanal (42) zur Zuführung eines Reinigungsmediums zu den beiden Kupplungsteilen (12, 14) aufweisen.
Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Reinigungsmediums über einen ersten Sensor in Abhängigkeit verschiedener Einflussgrößen, insbesondere dem axialen Verfahrweg des Kolbens (18), steuer-/regelbar ist.
Hydraulische Kupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) mit dem entsprechenden zweiten oder ersten Kupplungsteil (14, 12) mehrere Öffnungen (46) zur Abführung des Reinigungsmediums aufweist.
Hydraulische Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im gekuppelten Zustand der das erste oder zweite Kupplungsteil (12, 14) umschließende Bereich des Kolbens (18) bereichsweise in das Gehäuse (20) eingeführt ist und die Öffnungen (46) zur Abführung des Reinigungsmediums vollständig verschließt.
Hydraulische Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der das erste oder zweite Kupplungsteil (12, 14) umschließende Bereich (24) des Kolbens (18) glockenförmig ausgebildet ist.
Hydraulische Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der die Öffnungen (46) zur Abführung des Reinigungsmedium aufweisende Bereich (44) des Gehäuses (20) topfförmig ausgebildet ist.
Hydraulische Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in axiale Richtung betrachtet gegenüberliegende Stirnflächen des glockenförmigen Bereichs (24) des Kolbens (18) und des topfförmigen Bereichs (44) des Gehäuses (20) jeweils Zentrierflächen (65, 67) aufweisen.
Hydraulische Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kanäle (42) zur Zuführung des Reinigungsmediums düsenförmig ausgebildete Austrittsöffnungen aufweisen.
Hydraulische Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium nach Austritt aus den Öffnungen (46) einem Auffangbehälter zuführbar ist.
Hydraulische Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) in axiale Richtung betrachtet zwei hintereinander angeordnete Gehäuseteile (48, 50) aufweist und über Mittel (54, 56, 58, 60, 62, 64) eine Ausgleichsbewegung, insbesondere eine Schrägstellung, der beiden Gehäuseteile (48, 50) zueinander ermöglicht ist.
Hydraulische Kupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine, in axiale Richtung betrachtet, in beide Gehäuseteile (48, 50) hineinreichende Hülse (52), zwei auf der Hül se (52) angeordnete und jeweils einem Gehäuseteil (48, 50) zugeordnete sphärisch ausgebildete Gleitkörper (54, 56) sowie in jedem Gehäuseteil (48, 50) eine dem jeweiligen Gleitkörper (54, 56) zugeordnete sphärisch ausgebildete Gleitfläche (58, 60) umfassen.
Hydraulische Kupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die sphärischen Gleitflächen (58, 60) jeweils als Ringelemente (62, 64) ausgebildet sind und in dem jeweiligen Gehäuseteil (48, 50) gelagert sind.
Hydraulische Kupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein oder mehrere zwischen den beiden Gehäuseteilen (48, 50) angeordnete elastische Elemente sind.
Hydraulische Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium über Mittel (80, 82) erwärmbar ist.
Hydraulische Kupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen von dem Reinigungsmedium umgebenen Wärmetauscher (80) umfassen und der Wärmetauscher zur Abgabe von Wärmeenergie an das Reinigungsmittel von einem Wärmeträger durchströmt ist.
Hydraulische Kupplung nach den Ansprüchen 14 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger für die Durchströmung des Wärmetauschers (80) ei ne durch Kompression erhitzte Hydraulikflüssigkeit ist.
Hydraulische Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium gasförmig und/oder flüssig ist.
Hydraulische Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (22) als linear-axiale Führung für das von dem Kolben (18) umschlossene erste oder zweite Kupplungsteil (12, 14) ausgelegt ist.
Hydraulische Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste und zweite Kupplungsteile (12, 14) zur Herstellung mehrerer Medienverbindungen parallel oder ringförmig zueinander angeordnet sind.
Hydraulische Kupplung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich bei einer Medienverbindung ein erstes oder zweites Kupplungsteil (12, 14) in Wirkverbindung mit dem hydraulischen Zylinder (16) steht und über diesen durch Aufbringen einer hydraulischen Kraft aktiv in axiale Richtung bewegbar ist und über ein Koppelelement (84) die weiteren ersten oder zweiten Kupplungsteile (12, 14) passiv mitbewegbar sind.
Hydraulische Kupplung nach den Ansprüchen 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Zylinder (16) bei der ringförmigen Anordnung von mehreren Medienleitungen zentral angeordnet ist.
Hydraulische Kupplung nach den Ansprüchen 19 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die über das Koppelelement (84) mitbewegbaren ersten oder zweiten Kupplungsteile (12, 14) jeweils über erste und zweite Führungselemente (86, 88) linear-axial geführt sind.
Hydraulische Kupplung nach den Ansprüchen 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eines der beiden Führungselemente (86, 88) eine zentrale Bohrung zum Durchlass des Mediums aufweist.
Hydraulische Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Zylinder (16) über eine Hydraulikpumpe (68) betätigbar ist.
Hydraulische Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einleitung des Kupplungsvorgangs ein Ventil (74) über eine Steuerleitung (76) so ansteuerbar ist, dass beim Kuppeln und Entkuppeln Restdrücke im Mediumkreislauf abbaubar sind und Medium drucklos in ein Behältnis(78) abführbar ist.
Hydraulische Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Kupplung (10) mit einer Schnellwechselvorrichtung für Arbeitsmaschinen gekoppelt ist.
Hydraulische Kupplung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellwechselvorrichtung und die hydraulische Kupplung (10) über einen Sensor sequentiell steuer-/regelbar sind, sodass erst nach Herstellung einer Verbindung zwischen der Arbeitsmaschine und einem Arbeitsgerät über die Schnellwechselvorrichtung die ersten und zweiten Kupplungsteile (12, 14) der hydraulischen Kupplung (10) miteinander kuppelbar sind und entsprechend erst nach Entkuppelung der ersten und zweiten Kupplungsteile (12, 14) der hydraulischen Kupplung (10) eine Betätigung der Schnellwechselvorrichtung und die damit verbundene Trennung zwischen Arbeitsmaschine und Arbeitsgerät durchführbar ist.