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Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Fluid-Schnellkupplungsvorrichtung und die daraus resultierende Fluid-Schnellkupplung, insbesondere eine Gas-Schnellkupplung.
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Fluid-Schnellkupplungen sind weitläufig bekannt. Dabei handelt es sich in der Regel um zwei Elemente, welche in der Lage sind, durch eine einfache und schnelle Zusammenfügung eine lösbare, fluiddichte Verbindung zwischen zwei Teilen eines fluidführenden Systems herzustellen. Dabei sind sowohl Kupplungen im Gebrauch, die speziell für das betreffende Fluid gestaltet sind, als auch solche, die für viele verschiedenen Fluide auch in Form verschiedener Aggregatszustände geeignet sind. So sind die meisten Gas-Schnellkupplungen auch für flüssige Stoffe geeignet.
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In der Regel befolgen die meisten Fluid-Schnellkupplungen dasselbe Prinzip. Ein Teil der Kupplung umfasst in der Regel eine Verriegelung und lässt sich fluiddicht mit einem zweiten Teil verbinden und mit der Verriegelung in dieser Position verriegeln, so dass sich die beiden Teile der Kupplung bei Durchlauf des Fluides nicht mehr voneinander lösen können. In der Regel enthalten die beiden Teile der Kupplung zusätzlich noch Ventilelemente, die erst nach Verbindung der Kupplung einen Austritt des Fluides in das Kupplungssystem ermöglichen. Auf diese Weise ist ein Verbinden und Lösen der Kupplung ohne Fluidverlust möglich, selbst wenn ein Fluiddruck auf einer Seite der Kupplung vorliegt. Ein Beispiel dafür ist eine herkömmliche Fluid-Schnellkupplung eines Gartenwasserschlauchs.
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Nachteil der bisher verwendeten Fluid-Schnellkupplungen ist, dass sie manuell bedient werden müssen, insbesondere beim Schließen und Lösen der Verriegelung.
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Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Fluid-Schnellkupplungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die oben aufgeführten Nachteile überwindet und eine automatische Verbindung ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch eine Fluid-Schnellkupplungsvorrichtung gelöst, umfassend mindestens ein erstes Kupplungselement (Kupplungsmuffe), mindestens ein Verriegelungselement mit mindestens einem Verschlussschieber, welches zur Verriegelung mindestens eines ersten Kupplungselements mit mindestens einem zweiten Kupplungselement (Einfahrstutzen) geeignet ist, und mindestens eine Stelleinheit zur automatischen bzw. motorischen Bewegung mindestens eines der Verschlussschieber relativ zu mindestens einem der ersten Kupplungselemente und/oder des betreffenden Verriegelungselements.
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Das erste Kupplungselement umfasst dabei mindestens ein weibliches Verbindungselement und/oder mindestens ein männliches Verbindungselement. Bevorzugt umfasst das erste Kupplungselement pro Verriegelungselement nur ein einziges Verbindungselement (männlich oder weiblich), es kann jedoch auch pro Verriegelungselement eine Gruppe gleichgeschlechtlicher oder gemischtgeschlechtlicher Verbindungselemente aufweisen. Bevorzugt weist das erste Verbindungselement mindestens ein männliches Verbindungselement auf.
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Insbesondere sind die Verbindungselemente so gearbeitet, dass ein Kanal durch deren Längsachse hindurchfährt, so dass in dem Falle, dass zwei Verbindungselemente verbunden sind, das betreffende Fluid hindurchfließen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein weibliches Verbindungselement dermaßen gearbeitet, dass es eine kegelförmige Ausnehmung, insbesondere konzentrisch um den Kanal, aufweist, die mit ihrer Basis an der Stirnseite des Verbindungselements liegt, also der Seite, an der das betreffende männliche Verbindungselement aufgesetzt wird, und die vorzugsweise Dichtungselemente aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein männliches Verbindungselement an seiner Stirnseite, also der Seite, an der das betreffende weibliche Verbindungselement aufgesetzt wird, kugelförmig gestaltet, und vorzugsweise zudem mit Dichtungselementen versehen, wobei insbesondere die Kugelform konzentrisch um den Kanal angeordnet ist.
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Bevorzugt umfasst die Stelleinheit mindestens ein Bewegungselement, insbesondere aus der Gruppe Motoren, Hydraulikelemente, Pneumatikelemente, Muskeldrähte, Piezoelemente, welches in der Lage ist, mindestens eines der Verriegelungselemente relativ zu mindestens einem der ersten Kupplungselemente lateral zu verschieben und/oder zu verdrehen. Der Begriff 'lateral' beschreibt dabei insbesondere eine Bewegung parallel zur Längsachse des betreffenden ersten Kupplungselements. Eine bevorzugte Stelleinheit ist ein Linearförderer. Bevorzugt umfasst die Stelleinheit zusätzlich noch mindestens ein Getriebe und/oder mindestens ein Spanngewinde.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Fluid-Schnellkupplungsvorrichtung liegt mindestens eines der ersten Kupplungselemente konzentrisch innerhalb eines umgebenden Verriegelungselements, welches das betreffende erste Kupplungselement bzw. die betreffenden ersten Kupplungselemente umgibt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei mindestens eines der oben erwähnten weiblichen Verbindungselemente mit kegelförmiger Ausnehmung mit einem der oben erwähnten mit einer Kugelform versehenen männlichen Verbindungselemente verbunden, wobei eines der beiden Verbindungselemente, vorzugsweise das am ersten Kupplungselement angeordnete, mit einer Feder gegen das andersgeschlechtliche Verbindungselement gedrückt wird, um eine dichte Verbindung der beiden Verbindungselemente zu gewährleisten.
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Bevorzugt umfasst das Verriegelungselement mindestens ein Riegelelement, welches dazu geeignet ist, mindestens ein einen Verriegelungsbereich aufweisendes zweites Kupplungselement formschlüssig oder kraftschlüssig zu verriegeln. Bevorzugt werden dabei Riegelelemente der Gruppe Kugeln, Linsen, Bolzen, Hebel, Walzen, Quader und Gewinde, wobei Riegelelemente mit zumindest teilweise runden Außenwänden besonders bevorzugt werden. Insbesondere sind Kugeln, Linsen und/oder Walzen als Riegelelemente von Vorteil. Diese Riegelelemente sind bevorzugt in einer Haltestruktur angeordnet, so dass sie zwar beweglich sind, jedoch im ausgekuppelten Zustand nicht aus der Fluid-Schnellkupplungsvorrichtung herausfallen können. Bevorzugt ist die Haltestruktur mit den Riegelelementen konzentrisch innerhalb des Verschlussschiebers des betreffenden Verriegelungselements angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verschlussschieber um die Riegelelemente des betreffenden Verriegelungselements angeordnet und so gestaltet, dass bei einer Bewegung des Verschlussschiebers relativ zu den Riegelelementen diese nach innen, also von der Außenwandung des Verschlussschiebers weg gedrückt werden.
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Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass der Verschlussschieber hohl ist und über seine Länge betrachtet an der Stirnseite einen größeren Innendurchmesser aufweist als an einer Position in seinem Inneren oder an seiner anderen Seite, und der Übergangsbereich zwischen diesen Bereichen unterschiedlichen Innendurchmessers konisch gestaltet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform dreht die Stelleinheit ein Spanngewindestück, welches in ein dazu negativ ausgearbeitetes Gewinde des Verschlussschiebers eingreifen und durch Drehung des Spanngewindes im Gewinde des Verschlussschiebers diesen nach hinten oder nach vorne bewegen kann.
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Eine erfindungsgemäße Fluid-Schnellkupplung umfasst mindestens eine der vorgenannten Kupplungsvorrichtungen und mindestens ein zweites Kupplungselement, welches dazu geeignet ist, mit mindestens einem der ersten Kupplungselemente eine fluiddichte Verbindung einzugehen. Mindestens eines der zweiten Kupplungselemente weist mindestens einen Verriegelungsbereich auf, der sich mit einem der Verriegelungselemente formschlüssig oder kraftschlüssig verriegeln lässt.
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Das zweite Kupplungselement umfasst dabei mindestens ein weibliches Verbindungselement und/oder mindestens ein männliches Verbindungselement, wobei diese Verbindungselemente jeweils ein anderes Geschlecht aufweisen als die Verbindungselemente des entsprechenden ersten Kupplungselements. Bevorzugt umfasst das zweite Kupplungselement pro Verriegelungsbereich nur ein einziges Verbindungselement (weiblich oder männlich), es kann jedoch auch pro Verriegelungsbereich eine Gruppe gleichgeschlechtlicher oder gemischtgeschlechtlicher Verbindungselemente aufweisen.
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Die Verbindungselemente sind bevorzugt wie oben beschrieben gestaltet.
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Ein bevorzugtes Verfahren der automatischen Schließung einer erfindungsgemäßen Fluid-Schnellkupplung wird wie folgt ausgeführt:
- 1. Positionieren eines zweiten Kupplungselements vor einer erfindungsgemäßen Fluid-Schnellkupplungsvorrichtung, bei der mindestens ein Verriegelungselement mit mindestens einem Riegelelement, vorzugsweise mehreren Riegelelementen ausgestattet ist, insbesondere aus der Gruppe Kugeln, Linsen und Walzen, so dass die Längsachsen der ersten und zweiten Kupplungselemente auf derselben Raumachse liegen und die beiden Kupplungselemente sich berühren,
- 2. relative Bewegung der beiden Kupplungselemente bis mindestens eines der Riegelelemente, bevorzugt jedoch alle Riegelelemente, in den dafür vorgesehenen Verriegelungsbereichen des zweiten Kupplungselements eingerastet sind,
- 3. laterale Bewegung des Verschlussschiebers längs der vorgenannten Raumachse in Richtung des zweiten Kupplungselements, insbesondere zusammen mit einer konzentrischen Drehung um diese Achse, mittels der Stelleinheit, zur Arretierung der Riegelelemente in den dafür vorgesehenen Verriegelungsbereichen des zweiten Kupplungselements.
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In einem folgenden, bevorzugten Schritt 4 führt das Verriegelungselement oder zumindest Komponenten des Verriegelungselements zur Verbesserung der Dichtigkeit der Verbindung der Kupplungselemente eine Drehbewegung und/oder eine laterale Bewegung längs der vorgenannten Raumachse von dem zweiten Kupplungselement weg aus. Die Drehbewegung führt insbesondere bei einem zusätzlichen Riegelelement in Form eines Gewindes und einem dementsprechenden Verriegelungsbereich oder bei den vorgenannten runden Verriegelungselementen und Verriegelungsbereichen in Form von schräg angeordneten Langlöchern zu einer festen und fluiddichten Verbindung der beiden Kupplungselemente.
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Ein Lösen der Verriegelung geschieht durch Anwenden der jeweils entgegengesetzten Bewegungen der vorgenannten Komponenten in der Reihenfolge der Schritte 4, 3 und 2.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Verriegelungsbereiche vorzugsweise so ausgeführt, dass in einer bestimmten Position der Riegelelemente relativ zu den entsprechenden Verriegelungsbereichen ein Herausdrücken der runden Riegelelemente aus ihren jeweiligen Verriegelungsbereichen beim Lösen der Kupplungsverbindung erfolgt. Dies kann zum Beispiel durch eine schräge Ausführung von Teilbereichen der Wände der Verriegelungsbereiche realisiert werden.
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Alle Bewegungen des Verschlussschiebers verstehen sich als Relativbewegungen im Verhältnis zum Verriegelungselement und/oder dem ersten Kupplungselement und/oder dem zweiten Kupplungselement.
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Bevorzugte Fluid-Schnellkupplungen sind Gas-Schnellkupplungen, wobei diese Gas-Schnellkupplungen auch für Flüssigkeiten geeignet sein können. Insbesondere weisen die Fluid-Schnellkupplungsvorrichtung und/oder der Einfahrstutzen mindestens ein Ventil auf, das einen Austritt eines Fluids im ausgekuppelten Zustand verhindert.
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Beispiele für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind in den Abbildungen dargestellt.
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1A bis 1C zeigen schematisch den Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform aus mehreren Perspektiven.
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2A bis 2D zeigen schematisch den Vorgang der Verbindung der Kupplungsvorrichtung mit einem Einfahrstutzen.
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1A bis 1C stellen eine bevorzugte Ausführungsform der Kupplungsvorrichtung und des Einfahrstutzens 2 dar. Deutlich zu erkennen sind in den 1A bis 1C das Verriegelungselement 1 mit den hier kugelförmigen Riegelelementen 7 und dem Verschlussschieber 8, der Einfahrstutzen 2, der hier mit einem weiblichen Verbindungselement ausgestattet ist, eine als männliches Verbindungselement mit rundem Kopf ausgeformte Düse 3, die dicht mit dem weiblichen Verbindungselement im Einfahrstutzen 2 verbunden werden kann. Die Dichtigkeit wird hier durch ein an der Düse 3 angeordnetes Dichtungselement 4 optimiert. Die Düse mit dem männlichen Verbindungselement wird durch eine Feder 5 abgefedert und bei einer Verbindung mit dem Verbindungselement des Einfahrstutzens fest auf diesen gepresst. Bei einer Verbindung des Einfahrstutzens mit der Kupplungsvorrichtung wird durch die in 1B gut einsichtige Stelleinheit bestehend aus einem Motor 10 und einem Getriebe 11, ein Spanngewindestück 9 gedreht, welches z. B. in 1A gut zu erkennen ist. Dieses Spanngewindestück 9 greift in ein Gewinde 13 des Verschlussschiebers und bewegt diesen linear nach hinten oder nach vorne. Mittels der beiden neben der Düse sichtbaren Bolzen, die in die Langlöcher passen, die an den Seiten des Verschlussschiebers gut sichtbar sind, kann eine Drehung des Verschlussschiebers unterbunden werden.
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Eine Verbindung und Verriegelung des Einfahrstutzens mit der Kupplungsvorrichtung findet wie in den 2A bis 2D dargestellt statt:
2A: Der Einfahrstutzen 2 wird in Richtung die Düse 3 in die Kupplungsvorrichtung eingeführt.
2B: Der Einfahrstutzen 2 liegt nun dicht an der Düse 3 an, wobei die Dichtheit der Verbindung noch zusätzlich durch zwei als runde Elemente an der Verbindungsstelle dargestellte Dichtungselemente unterstützt wird.
2C: Der Verschlussschieber 8 des Verriegelungselements 1 bewegt sich linear in Richtung des Einfahrstutzens 2 und drückt das hier als Kugel ausgeführte Riegelelement 7 in eine Aussparung des Einfahrstutzens, den Verriegelungsbereich.
2D: Der Verschlussschieber 8 ist nun ganz nach vorne gefahren und drückt das Riegelelement 7 fest in den Verriegelungsbereich. Der Einfahrstutzen 2 ist nun fest und dicht mit der Düse 3 verbunden und eine sichere Durchleitung des betreffenden Fluides ist gewährleistet.
Zur Entriegelung wird der Verschlussschieber in die entgegengesetzte Richtung bis zu derjenigen Position bewegt, die er in 2A innehatte und der Einfahrstutzen kann leicht gelöst und entfernt werden.
