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Die Erfindung betrifft eine Schnellkupplung zum Verbinden fluidführender Leitungen, ein System mit einer derartigen Schnellkupplung sowie ein Flugzeug.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Hydraulische Schnellkupplungen zum raschen Verbinden fluidführender Leitungen, die hohen Fluiddrücken standhalten sollen, sind in unterschiedlichen Bauarten und Größen bekannt. Für übliche Anwendungszwecke, beispielsweise in Baumaschinen, spielen Gewichts- und Bauraumeinsparungen lediglich eine untergeordnete Rolle.
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Schnellkupplungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie zuverlässig und rasch fluidführende Leitungen miteinander verbinden oder diese Verbindung bedarfsweise wieder trennen können und dabei stets vorgesehenen Drücken standhalten. Es existieren Varianten, die ein Verbinden unter einem drucknehmerseitigen Restdruck erlauben und hierfür integrierte Schließventile aufweisen können. Es sind weiterhin Varianten bekannt, die an Trennstellen separate Absperrventile aufweisen.
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Zur strömungs- und druckoptimierten Gestaltung verlaufen die miteinander zu verbindenden Komponenten üblicherweise konzentrisch und entlang einer Verbindungslinie zueinander. Eine durch die miteinander verbundenen Leitungen eingenommene Leitungsachse und eine durch die Kupplungskomponenten eingenommene Kupplungsachse fallen dabei folglich zusammen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Schnellkupplungen zum Verbinden fluidführender Leitungen, insbesondere von Hydraulikleitungen, in Verkehrsflugzeugen erfordern ein möglichst geringes Gewicht, dennoch einen besonders hohen Volumenstrom bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad, bzw. geringem Strömungswiderstand, hoher Zuverlässigkeit sowie hoher Druck- und Pulsationsfestigkeit. Der Aufbau von Hydrauliksystemen mit integralen Baugruppen, welche mehrere Komponenen mit geringen Volumina auf engem Bauraum aufweisen, könnten durch eine Schnellkupplung mit möglichst kompakten Abmessungen noch weiter verbessert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist folglich darin zu sehen, eine Schnellkupplung zum Verbinden fluidführender Leitungen insbesondere in einem Flugzeug vorzusehen, die ein möglichst geringes Gewicht aufweist, nur einen kleinen Bauraum benötigt und dennoch eine hohe Effizienz bei hohen Volumenströmen liefert. Gleichzeitig sollte den in einem Verkehrsflugzeug auftretenden Drücken sowie Druckpulsationen standgehalten werden.
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Die Aufgabe wird durch eine Schnellkupplung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Es wird eine Schnellkupplung zum Verbinden fluidführender Leitungen vorgeschlagen, die Schnellkupplung aufweisend ein erstes Kupplungsgehäuse mit einem ersten Leitungsanschluss und einer ersten Verbindungsfläche mit einer ersten Kupplungsöffnung, ein zweites Kupplungsgehäuse mit einem zweiten Leitungsanschluss und einer zweiten Verbindungsfläche mit einer zweiten Kupplungsöffnung, eine in dem ersten Kupplungsgehäuse angeordnete Dichteinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die erste Kupplungsöffnung fluiddicht zu verschließen, und eine in dem zweiten Kupplungsgehäuse angeordnete zweite Dichteinrichtung mit mindestens einer über die zweite Kupplungsöffnung ragenden Dichtkomponente. Die zweite Dichteinrichtung ist dazu ausgebildet, die zweite Kupplungsöffnung fluiddicht zu verschließen und beim Zusammenführen des ersten Kupplungsgehäuses und des zweiten Kupplungsgehäuses in eine Kupplungsstellung mithilfe der Dichtkomponente die erste Dichteinrichtung in eine geöffnete Stellung zu drängen. Eine Durchflussrichtung des Leitungsanschlusses und der Kupplungsöffnung der Kupplungsgehäuse jeweils sind nicht konzentrisch zueinander ausgebildet und stehen durch mindestens einen in dem betreffenden Kupplungsgehäuse integrierten Hohlraum in einer Fluidverbindung.
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Die erfindungsgemäße Schnellkupplung weist folglich zwei Schnellkupplungshälften auf, die jeweils durch ein Kupplungsgehäuse mit einer darin befindlichen Dichteinrichtung gebildet sind. Durch Zusammenführen von beiden Kupplungsgehäusen in eine Kupplungsstellung und das daraus resultierende Öffnen zumindest der ersten Dichteinrichtung in dem ersten Kupplungsgehäuse kann ein Volumenstrom durch die beiden Kupplungsöffnungen erfolgen. Eine Kupplungsstellung ist dabei als eine Anordnung der beiden Kupplungsgehäuse zueinander zu verstehen, in der die beiden Verbindungsflächen bündig aufeinander liegen, die Dichtkomponente des zweiten Kupplungsgehäuses in die zweite Kupplungsöffnung ragt und eine Fluidverbindung zwischen den beiden Leitungsanschlüssen besteht.
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Ein Kernaspekt liegt in der Ausrichtung der Durchflussrichtungen der Leitungsanschlüsse und der Kupplungsöffnungen zueinander sowie in dem Hohlraum zwischen dem jeweiligen Leitungsanschluss und der Kupplungsöffnung eines Kupplungsgehäuses. Die nicht-konzentrische Anordnung ist derart zu verstehen, dass eine Leitungsachse und eine Kupplungsachse eines Kupplungsgehäuses nicht zusammenfallen, sondern winklig und/oder räumlich voneinander beabstandet sind.
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Zum Einen bietet die nicht-konzentrische Anordnung den besonderen Vorteil, dass Arretiereinrichtungen für die miteinander zu verbindenden Fluidleitungen und die Dichteinrichtungen der jeweiligen Kupplungsgehäuse nicht in einer Reihe, das heißt entlang einer gemeinsamen Erstreckungsachse, positioniert sind, was folglich den erforderlichen Bauraum entlang dieser Richtung deutlich begrenzt. Zum Anderen kann ein Hohlraum innerhalb eines Kupplungsgehäuses durch Ausnutzung einer größeren Grundfläche jedoch einer geringeren Bauhöhe, derart ausgestaltet sein, dass ein hoher Volumenstrom bei gleichzeitig überschaubarem Strömungswiderstand erreichbar ist. Der Hohlraum kann einen strömungsgünstig und an die jeweiligen Randbedingungen angepasste Form und einen daran angepassten Verlauf aufweisen, was die Effizienz der erfindungsgemäßen Schnellkupplung optimiert.
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Der Versatz der Durchflussrichtungen an den Kupplungsgehäusen kann folglich dazu genutzt werden, ein Kupplungsgehäuse deutlich flacher auszugestalten als mit herkömmlichen Gestaltungsarten üblich. Ein flacheres Kupplungsgehäuse kann an einer korrespondierenden Kopplungsfläche einer hydraulischen Funktionseinrichtung bündig angeordnet und dort arretiert werden. Betrifft der Versatz zwischen den Durchflussrichtungen eine Parallelverschiebung, eignet sich die erfindungsgemäße Schnellkupplung insbesondere zur Integration in eine hochkompakte hydraulische Baugruppe mit einem Basisträger für hydraulische Funktionseinrichtungen.
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Eine optimierte Anpassung des Hohlraums an die zu erwartenden Strömungsbedingungen kann besonders durch additive Fertigungsverfahren erreicht werden, mit dem zumindest eines der beiden Kupplungsgehäuse durch schichtweises Auftragen und selektives Aushärten eines pulverförmigen oder flüssigen Werkstoffs beliebig formbar ist, wobei der Hohlraum als integraler Bestandteil in das jeweilige Kupplungsgehäuse eingeschlossen wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform schließen die Durchflussrichtungen der jeweiligen Leitungsanschlüsse mit den Durchflussrichtungen der betreffenden Kupplungsöffnungen einen Winkel von mindestens 90° ein. Besonders vorteilhaft schließen die Durchflussrichtungen der jeweiligen Leitungsanschlüsse mit den Durchflussrichtungen der betreffenden Kupplungsöffnungen einen Winkel von 180° ein. In letzterem Fall sind folglich eine Kupplungs- und eine Leitungsachse parallel zueinander ausgerichtet und die Strömung erfährt innerhalb der Kupplungsgehäuse eine Umlenkung von 180°. Dies kann sich aus mehreren, beispielsweise zwei, Umlenkungen um jeweils 90° bestehen, wobei die Richtungen der Umlenkungen sich auch ändern kann. Die Bauform ist in diesem Fall besonders kompakt, denn die Bauhöhe wird ausschließlich oder nahezu ausschließlich durch die notwendige Höhe des durch den Volumenstrom dimensionierten Hohlraums und etwaiger Befestigungsmittel an dem Kupplungsgehäuse, etwa einer notwendigen Einschraubtiefe eines Schraubmittels, bestimmt. Unter Berücksichtigung einer strömungsoptimierten Gestaltung ergibt sich zudem die Möglichkeit, durch Verwendung einer größeren Erstreckung parallel zu den Verbindungsflächen eine Erstreckungsrichtung des Hohlraums senkrecht zu den Verbindungsflächen zu begrenzen.
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Der jeweilige Hohlraum kann als ein konzentrisch um eine Durchströmrichtung der jeweiligen Kupplungsöffnung verlaufender Ringkanal ausgebildet sein, der über einen oder mehrere Verbindungskanäle mit der jeweiligen Kupplungsöffnung und dem jeweiligen Leitungsanschluss verbunden ist. Eine Realisierung besonders geringer Strömungsverluste erfolgt durch Einsatz einer als Ringkanal ausgeführten Hauptleitung, die mit einer besonders bevorzugt symmetrischen Anordnung von Verbindungskanälen verbunden ist. Die Verbindungskanäle können etwa sternförmig um eine Mittelachse einer Kupplungsöffnung herum angeordnet sein. Die gewählte Anzahl und Durchmesser der Verbindungskanäle sowie der (wirksame) Durchmesser der Hauptleitung ergeben sich aus dem zu realisierenden Volumenstrom und einer geforderten (höchsten) Druckdifferenz. Wie vorangehend erwähnt, kann eine derartige Gestaltung durch Verwendung eines additiven Fertigungsverfahrens optimiert werden, was sich zudem positiv auf das Bauvolumen und das Gewicht auswirkt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die erste Dichteinrichtung einen federnd gelagerten Schließzylinder auf, der in einem entkoppelten Zustand der Schnellkupplung im Wesentlichen bündig mit der ersten Verbindungsfläche des ersten Kupplungsgehäuses abschließt und sich gegen eine Federkraft in das erste Kupplungsgehäuse eindrücken lässt. Zwischen einer Mantelfläche des Schließzylinders und der ersten Kupplungsöffnung ist eine erste Fluiddichtung ausgebildet. Der Schließzylinder ist bevorzugt dazu ausgebildet, in einem entkoppelten Zustand der Schnellkupplung durch Federkraft in einen Endanschlag gedrückt und gehalten zu werden, bei der der Schließzylinder bündig mit der ersten Verbindungsfläche abschließt, so dass in diesem Zustand eine Fluiddichtung gewährleistet wird. Hierzu kann die erste Kupplungsöffnung einen Absatz aufweisen, der mit einem korrespondierend geformten Absatz des Schließzylinders in Flächenkontakt bringbar ist. Die Kombination einer nicht-konzentrischen Ausrichtung der Durchflussrichtungen zueinander sowie des Hohlraums führt zu einer quer zu der Durchflussrichtung der ersten Kupplungsöffnung gerichteten Strömung, welche durch einen Schließzylinder im entkoppelten Zustand der Schnellkupplung unterbunden wird. Das Auslenken des Schließzylinders in das erste Kupplungsgehäuse hinein kann folglich zum Einleiten einer Strömung zwischen dem Hohlraum und der ersten Kupplungsöffnung führen. Bevorzugt ist der Schließzylinder entlang einer Kupplungsachse bewegbar geführt. Insbesondere kann sich der Hohlraum durch mittels des Schließzylinders verschließbare seitliche Einströmöffnungen zu der ersten Kupplungsöffnung erstrecken. Die Fluiddichtung zwischen dem Schließzylinder und der ersten Kupplungsöffnung können etwa als eine Kombination aus einer Radialnut und Dichtring ausgeführt sein. Zum erleichterten Koppeln der beiden Kupplungsgehäuse miteinander kann der Dichtring in Form einer Gleitringdichtung ausgeführt sein, alternativ dazu auch in Form eines herkömmlichen O-Rings, solange gewährleistet werden kann, dass der Schließzylinder sich gegen die Federkraft eindrücken lässt.
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Desweiteren ist sinnvoll, wenn der Schließzylinder als hohles Bauteil mit einem rotationssymmetrischen, U-förmigen Querschnitt ausgebildet ist, wobei der darin gebildete Hohlraum von der ersten Verbindungsfläche abgewandt ist. Eine zum Drücken des Schließzylinders verwendbare Feder, insbesondere eine herkömmliche, aus einem Draht gefertigte Druckfeder, kann in dem Hohlraum des ersten Kupplungsgehäuses angeordnet sein und sich an einem von der ersten Verbindungsfläche abgewandten Absatz abstützen. Die Integration der Feder in dem Hohlraum kann überdies die Kompaktheit der Schnellkupplung erhöhen und erleichtert aufgrund der ohnehin geschlossenen Oberfläche des Schließzylinders zu der Verbindungsfläche hin ihre Integration bzw. Krafteinwirkung.
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Der Schließzylinder als ein separates Bauteil kann mit Hilfe herkömmlicher spanender Fertigungsverfahren hergestellt werden, um anschließend in das erste Kupplungsgehäuse integriert zu werden, welches wie vorangehend erwähnt etwa durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt ist. Damit kann mit dem Schließzylinder ein hochfestes Bauteil bereitgestellt werden, welches insbesondere eine sehr präzise endbearbeitete Oberfläche und damit eine Oberflächengüte aufweisen kann, durch die eine zuverlässige Dichtung hervorgerufen wird.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst die zweite Dichteinrichtung eine in dem zweiten Kupplungsgehäuse linear verschiebbar gelagerte Dichthülse, die zumindest teilweise durch die zweite Kupplungsöffnung nach außen ragt und durch eine Federkraft in eine nach außen gerichtete Endposition gedrängt wird, wobei zwischen einer äußeren Mantelfläche der Dichthülse und der zweiten Kupplungsöffnung eine zweite Fluiddichtung ausgebildet ist, sowie einen in dem zweiten Kupplungsgehäuse befestigten Dichtstempel. In einem entkoppelten Zustand bildet die Dichthülse an einer nach außen gerichteten Ringfläche mit einem nach außen gerichteten Ende des Dichtstempels eine dritte Fluiddichtung aus. Der Dichtstempel kann starr an einer der zweiten Kupplungsöffnung entgegengesetzten Seite des zweiten Kupplungsgehäuses im Innern mit dem zweiten Kupplungsgehäuse verbunden sein. Zum Öffnen der ersten Dichteinrichtung durch Bewegung des Schließzylinders in das erste Kupplungsgehäuse kann der Dichtstempel über die zweite Kupplungsöffnung nach außen ragen und sich zumindest teilweise durch die Dichthülse erstrecken. Zum Eingehen der dritten Fluiddichtung kann der Dichtstempel eine exemplarisch tellerförmige Aufweitung besitzen, deren äußerer Durchmesser mit dem äußeren Durchmesser der Dichthülse korrespondiert. Durch Integration eines Dichtrings an der Aufweitung oder an der Ringfläche der Dichthülse kann mit ausreichendem mechanischen Druck eine Dichtfunktion erreicht werden. Ist die Schnellkupplung entkoppelt und liegen die Verbindungsflächen der Kupplungsgehäuse folglich nicht aufeinander, wird das zweite Kupplungsgehäuse vollständig durch die Kombination aus Dichthülse und Dichtstempel verschlossen.
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Das erste Kupplungsgehäuse kann einen mechanischen Anschlag für die Dichthülse aufweisen, so dass beim Zusammenführen des ersten Kupplungsgehäuses und des zweiten Kupplungsgehäuses die Dichthülse gegen die Federkraft in das zweite Kupplungsgehäuse gedrängt wird und die Fluiddichtung zwischen der Ringfläche der Dichthülse und dem Dichtstempel gelöst wird. Der Anschlag kann exemplarisch durch einen ringförmigen Absatz realisiert sein, der mit einem ringförmigen Absatz der Dichthülse korrespondiert. Beim Eintauchen des Dichtstempels in das zweite Kupplungsgehäuse wird daher nicht nur der Schließzylinder in eine Öffnungsstellung gedrängt, sondern auch die Dichthülse wird gegen eine Federkraft in das zweite Kupplungsgehäuse zurückgeschoben. Hierdurch entsteht ein Spalt zwischen dem Dichtstempel und der Dichthülse, durch die ein Fluidstrom durch die zweite Kupplungsöffnung erlaubt wird. Das Auflegen der Verbindungsflächen beider Kupplungsgehäuse führt somit zu einer Kopplung und Öffnung der beiden Kupplungsöffnungen. Ein an dem ersten Leitungsanschluss eintretender Volumenstrom verlässt die erste Kupplungsöffnung und gerät durch den genannten Spalt durch die zweite Kupplungsöffnung in den zweiten Leitungsanschluss. Die Lage der Absätze bzw. anders gearteter Anschläge kann in Abhängigkeit einer Öffnungssequenz gewählt werden. Die Dichthülse könnte etwa gezielt in eine Öffnungsstellung gebracht werden, bevor der Dichtstempel den Schließzylinder öffnet. Das erste Kupplungsgehäuse könnte dann beispielsweise an einer Druckgeberseite Verwendung finden, während das zweite Kupplungsgehäuse an einer Drucknehmerseite angeordnet ist.
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Eine tellerförmige Aufweitung des Dichtstempels kann zudem durch Eintauchen in das erste Kupplungsgehäuse durch ein darin druckbeaufschlagtes Fluid mit einer Flächenkraft beaufschlagt werden, die sich als Zugkraft in Richtung des ersten Kupplungsgehäuses äußert. Das zweite Kupplungsgehäuse wird folglich zu dem ersten Kupplungsgehäuse gezogen, was die Verbindung beider Kupplungsgehäuse dadurch noch weiter verbessert.
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Das erste Kupplungsgehäuse und/oder das zweite Kupplungsgehäuse kann eine zu der jeweiligen Verbindungsfläche im Wesentlichen parallel ausgerichtete Kopplungsfläche aufweisen, in die der jeweilige Leitungsanschluss als Strömungsöffnung integriert ist. Diese Gestaltung kann das Verbinden der beiden Kupplungsgehäuse mit einer hydraulischen Funktionseinrichtung unterstützen. Die Kopplungsflächen können Aufnahmen für Befestigungsmittel, etwa in Form eines Gewindes, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Kopplungsflächen auch Schraubmittel aufweisen, die von den Kopplungsflächen nach außen abstehen und in Öffnungen einer hydraulischen Funktionseinrichtung eingeführt werden können, um dort verschraubt zu werden.
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In einer Kupplungsstellung können die beiden Kupplungsgehäuse durch ein oder mehrere Verbindungsmittel zueinander gesichert werden. Hierzu kann mindestens eines der beiden Kupplungsgehäuse eine Gewindebohrung aufweisen, in die ein Schraubmittel einschraubbar ist. An einer korrespondierenden Stelle des jeweils anderen Kupplungsgehäuses ist eine Öffnung vorzusehen, durch die das Schraubmittel geführt werden kann, welches mit dem die Öffnung aufweisenden Kupplungsgehäuse eine formschlüssige Verbindung eingeht.
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Das erste und/oder das zweite Kupplungsgehäuse ist bevorzugt durch ein additives Fertigungsverfahren gefertigt. Eine additive Fertigung, die oft auch als generative Fertigung bezeichnet wird, kann auf verschiedenen Verfahren basieren. Zum Beispiel kann das herzustellende Kupplungsgehäuse durch ein selektives Laserschmelzverfahren („selective laser melting“, SLM), ein selektives Lasersinterverfahren („selective laser sintering“, SLS), ein Elektronenstrahlschmelzverfahren oder durch ein Binder Jetting Verfahren gefertigt sein. Alternativ können Pulver-, insbesondere Metallpulver-, Auftragsverfahren und/oder Liquid Composite Molding-Verfahren eingesetzt werden, wobei auch weitere additive Verfahren möglich wären. Die additive Fertigung umfasst üblicherweise den schichtweisen Aufbau eines Bauteils auf Basis eines Datenmodells durch selektives Verfestigen oder Auftragen eines formlosen Materials, etwa einem Pulver oder einer Flüssigkeit, und/oder eines formneutralen Materials, wie beispielsweise band- und/oder drahtförmigen Materials, mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse. Diese Art der Fertigung ermöglicht nicht nur ein besonders geringes Gewicht durch optimale Anpassung an zu erwartende Belastungszustände des Bauteils und gezieltes Weglassen von Material an bestimmten Stellen, sondern ermöglicht auch eine mit anderen Verfahren nicht erreichbare Gestaltungsfreiheit von Hohlräumen, Strömungskanälen und dergleichen im Innern der Kupplungsgehäuse. Die Verwendung eines additiven Schichtbauverfahrens kann folglich zu einer besonders effizienten, strömungsoptimierten und kompakten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schnellkupplung führen, die mit spanabhebenden Verfahren oder Gießtechniken nicht realisierbar sind.
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Je nach Art des gewählten Verfahrens kann hilfreich sein, nach der Herstellung des jeweiligen Kupplungsgehäuses eine Endbearbeitung vorzunehmen, welche sich insbesondere auf die Bearbeitung der Oberfläche beziehen kann. Neben der Bearbeitung mit einer Beizlösung ist auch das Durchströmen des Kupplungsgehäuses durch Partikel enthaltende Flüssigkeiten vorstellbar. Ziel ist, etwaige, durch das generative Verfahren verbliebene Treppenstufen an inneren, der Strömung ausgesetzten Oberflächen zu reduzieren oder vollständig zu entfernen.
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Die Kupplungsgehäuse sind bevorzugt aus einem metallischen Material hergestellt. Hydraulische Systeme sind durch hohe Systemdrücke, die oftmals 100 bar, 200 bar oder mehr überschreiten, zur Erreichung einer besonders hohen Leistungsdichte gekennzeichnet. Die Verwendung eines metallischen Materials erlaubt, einem solchen Systemdruck standhalten zu können. Die Verwendung von Titan, einer Titanlegierung, Aluminium, einer Aluminiumlegierung und/oder einer Edelstahllegierung kann hierfür vorteilhaft sein, weitere Metalle oder Metalllegierungen sind nicht ausgeschlossen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein System, aufweisend mindestens eine hydraulische Funktionseinrichtung mit einer fluidführenden Leitung, wobei die hydraulische Funktionseinrichtung zum aktiven und/oder passiven Einwirken auf eine Hydraulikflüssigkeit ausgebildet ist, mindestens eine Schnellkupplung nach der vorherigen Beschreibung, wobei die fluidführende Leitung mit dem ersten oder dem zweiten Kupplungsgehäuse der Schnellkupplung verbunden ist.
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Eine hydraulische Funktionseinrichtung im Sinne des erfindungsgemäßen Systems kann eine Vorrichtung oder eine Einheit sein, die zur Realisierung einer hydraulischen Funktion ausgebildet ist. Die Funktion kann eine aktive oder passive Funktion sein oder eine solche zumindest umfassen. Neben Ventilen, die einen Fluidstrom gewährleisten, unterbinden oder drosseln können, sind auch Pumpen mögliche aktive Funktionseinrichtungen. Passive Funktionseinrichtungen können unter anderem Filter und Leitungen umfassen.
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Die mindestens eine hydraulische Funktionseinrichtung kann eine Kopplungsfläche mit einer Strömungsöffnung aufweisen, die mit einem Leitungsanschluss der Schnellkupplung verbindbar ist. Wie vorangehend dargestellt kann die Schnellkupplung hierfür eine Basisfläche aufweisen, die mit der Kopplungsfläche verbindbar und bevorzugt bündig verschraubbar ist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Flugzeug, aufweisend eine Schnellkupplung nach der vorhergehenden Beschreibung und ein vorangehend, mit der Schnellkupplung verbundenes System.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
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1 zeigt eine Schnellkupplung in einer entkoppelten Position in einem Seitenschnitt.
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2 zeigt eine Schnellkupplung in einer Kupplungsposition in einem Seitenschnitt aus einer anderen Perspektive.
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3 stellt einen Detailschnitt einer Schnellkupplung in einer Kupplungsposition dar.
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DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schnellkupplung 2 in einer entkoppelten Position. Ein erstes Kupplungsgehäuse 4 weist eine erste Verbindungsfläche 6 auf, die von einer ersten Kupplungsöffnung 8 durchsetzt ist, in der eine erste Dichteinrichtung 9 angeordnet ist, die einen Schließzylinder 10 aufweist. An einer Wandung 12 der ersten Kupplungsöffnung 8 befinden sich exemplarisch eine erste Rille 14 mit einem darin angeordneten Dichtungsring 16 sowie eine zweite Rille 18 mit einem darin angeordneten Dichtungsring 20. Beide Rillen 14 und 18 sind im Wesentlichen parallel zu der ersten Verbindungsfläche 6 ausgerichtet und dienen dazu, mit einer Mantelfläche 22 des Schließzylinders 10 eine Fluiddichtung hervorzurufen.
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Der Schließzylinder 10 ist über eine in einem Hohlraum 11 des Schließzylinders 10 angeordnete Feder 24 federnd axial entlang einer Kupplungsachse K in der Kupplungsöffnung 8 gelagert und wird durch einen an einem Absatz 26 gehaltenen Vorsprung 28 in seiner in 1 gezeigten Position gehalten. Eine Begrenzungsfläche 30 des Schließzylinders 10 schließt die erste Kupplungsöffnung 8 nach außen hin zur ersten Verbindungsfläche 6 bündig ab, auf einer gegenüberliegenden Seite der Begrenzungsfläche 30 drückt die Feder 24 den Schließzylinder 10 nach außen, in Richtung der Verbindungsfläche 6.
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Zur Verbindung mit einer fluidführenden Leitung weist das erste Kupplungsgehäuse 4 einen ersten Leitungsanschluss 32 auf, der über einen hier nur teilweise sichtbaren Hohlraum 34 mit der ersten Kupplungsöffnung 8 in Fluidverbindung bringbar ist. Zur Öffnung des Hohlraums 34 zu der Kupplungsöffnung 8 muss der Schließzylinder 10 in das erste Kupplungsgehäuse 4 hinein verschoben werden, so dass die Begrenzungsfläche 30 kurz vor dem Dichtungsring 20 steht.
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Die Schnellkupplung 2 weist ferner ein zweites Kupplungsgehäuse 36 auf, in dem eine zweite Dichteinrichtung 37 angeordnet ist, die eine Dichthülse 38 aufweist, welche gegen eine von einer oder mehreren, konzentrisch um die Kupplungsachse K herum angeordneten Federn 39 ausgeübten Kraft entlang der Kupplungsachse K verschiebbar in einer zweiten Kupplungsöffnung 40 gelagert ist. Die zweite Kupplungsöffnung 40 weist eine Radialnut 42 mit einem darin befindlichen Dichtungsring 44 auf, der mit einer Mantelfläche 45 der Dichthülse 38 eine Fluiddichtung hervorruft. Die benötigte Anzahl und Ausführung der Federn 39 ist abhängig von der benötigten Kraft zur Abdichtung der Dichthülse 38 gegenüber dem Dichtstempel 46.
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Ein im Wesentlichen länglich geformter Dichtstempel 46 als eine Dichtkomponente der zweiten Dichteinrichtung 37 ist an einem der zweiten Kupplungsöffnung 40 entgegengesetzten Ende des zweiten Kupplungsgehäuses 36 in diesem befestigt und ragt durch die Dichthülse 38 und die zweite Kupplungsöffnung 40 nach außen. Zwischen einer Ringfläche 48 der Dichthülse 38 und einer tellerartig ausgeformten Anströmfläche 50 des Dichtstempels 46 wird eine dritte Fluiddichtung, etwa durch einen Dichtring 52, hervorgerufen. Die Anströmfläche 50 begrenzt die mögliche Bewegung der Dichthülse 38 nach außen und kann, bei in das zweite Kupplungsgehäuse 36 verschobener Dichthülse 38, einen ringförmigen Spalt freigeben, durch den ein Fluidstrom erfolgen kann.
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Die Dichthülse 38 weist einen umfangsseitigen Absatz 54 auf, der derart dimensioniert ist, dass die Dichthülse 38 beim Auflegen einer zweiten Verbindungsfläche 56 auf die erste Verbindungsfläche 6 auf einer Ringfläche 58 aufliegt und hierdurch in das zweite Kupplungsgehäuse 36 gedrängt wird. Beim Auflegen der beiden Verbindungsflächen 56 und 6 aufeinander drückt zudem der Dichtstempel 46 den Schließzylinder 10 in das erste Kupplungsgehäuse 4 hinein, so dass eine Verbindung zwischen dem ersten Leitungsanschluss 32 und der ersten Kupplungsöffnung 8 hergestellt wird. Gleichzeitig wird, wie vorangehend erwähnt, die Dichthülse 38 in das zweite Kupplungsgehäuse 36 geschoben, so dass die Fluiddichtung zwischen der Ringfläche 48 und der Anströmfläche 50 aufgehoben wird und ein Fluidstrom durch einen Ringspalt zwischen der Dichthülse 38 und dem Dichtstempel 46 sowie durch die erste Kupplungsöffnung 8 gewährleistet werden kann, so dass Fluid zwischen dem ersten Leitungsanschluss 32 und einem zweiten Leitungsanschluss 60 in dem zweiten Kupplungsgehäuse 36 fließen kann.
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In 2 wird dieser eingekuppelte Zustand bzw. die Kupplungsstellung, aus einer anderen Richtung in einem Schnitt dargestellt. Die Dichthülse 38 liegt mit ihrem Absatz 54 auf der Ringfläche 58 des ersten Kupplungsgehäuses 6 auf, so dass ein Ringspalt 62 zwischen der Anströmfläche 50 und der Ringfläche 48 der Dichthülse 38 geöffnet ist und ein Fluidstrom durch einen Hohlraum 80 der Dichthülse 38 und einen sich daran anschließenden Hohlraum 65 im Innern des zweiten Kupplungsgehäuses 36 gewährleistbar ist.
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Es wird hier besonders deutlich, dass die beiden Kupplungsgehäuse 4 und 36 sehr kompakt ausgeführt sind und einen nur geringen Bauraum in der jeweiligen Durchflussrichtung der Kupplungsöffnungen 8 und 40 beanspruchen. Dies liegt insbesondere daran, dass die Kupplungsachse K von einer Leitungsachse L versetzt ist. In diesem Fall sind die Durchflussrichtungen jeweils um 180° versetzt, was durch die entsprechenden Hohlräume 34 bzw. 80 und 65 auszugleichen ist.
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Zur Anbindung in ein Hydrauliksystem weisen die beiden Kupplungsgehäuse 4 und 36 exemplarisch jeweils eine Kopplungsfläche 64 bzw. 66 auf, die von der jeweiligen Verbindungsfläche 6 bzw. 56 abgewandt sind und die Befestigung an einer hydraulischen Funktionseinrichtung 68 bzw. 70 (nur schematisch dargestellt) erlauben, die jeweils eine Kopplungsfläche 69 bzw. 71 und jeweils eine Strömungsöffnung 67 bzw. 73 aufweisen, die mit den Leitungsanschlüssen 32 bzw. 60 in Fluchtung bringbar sind. Zur Verbindung weisen die Kupplungsgehäuse 4 und 36 exemplarisch als Schrauben dargestellte Befestigungsmittel 72 auf, mit denen eine Verschraubung mit den hydraulischen Funktionseinrichtungen 68 und 70 durchführbar ist.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung des zweiten Kupplungsgehäuses 36, bei der ein Teil des Hohlraums 34 ersichtlich ist. Hier wird ein Ringkanal 74 in Form einer ringförmigen Hauptleitung gezeigt, die exemplarisch konzentrisch um die Kupplungsachse K verläuft und bevorzugt symmetrische Verbindungskanäle 76 besitzt, die sich in eine Ausströmkammer 78 erstrecken, in der exemplarisch eine einzelne Feder 39 angeordnet ist und auf die Dichthülse 38 einwirkt. Von der Ausströmkammer 78 aus kann Fluid zwischen dem Spalt 62 zwischen der Dichthülse 38 und dem Dichtstempel 50 fließen, sobald der Spalt 62 geöffnet ist (siehe 2). Die Dichthülse 38 weist zu diesem Zweck den Hohlraum 80 auf, durch den der Dichtstempel 50 geführt ist und mit der Ausströmkammer 78 in Fluidverbindung steht und einen Strömungsquerschnitt darstellt.
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Exemplarisch ist die Dichthülse 38 in der gezeigten Darstellung mit einem umlaufenden Vorsprung 82 ausgestattet, der mit einer Auflagefläche 84 in dem zweiten Kupplungsgehäuse 36 korrespondiert und die Bewegung der Dichthülse 38 in das zweite Kupplungsgehäuse 36 hinein begrenzt. Gleichzeitig kann der Vorsprung 82 auch dazu verwendet werden, mit der Ringfläche 58 des ersten Kupplungsgehäuses 4 in Flächenkontakt gebracht zu werden, so dass eine Öffnungsbewegung der Dichthülse 38 erfolgen kann. Wie ein Vergleich mit 1 oder 2 zeigt, kann der Vorsprung 82 auch in Form eines Absatzes 54 realisiert sein, der mit der Ringfläche 58 des ersten Kupplungsgehäuses 4 in Anschlag gerät.
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Beim Eintauchen des Dichtstempels 46 in das erste Kupplungsgehäuse 4 kann der Dichtstempel mit einer druckbedingten Flächenkraft beaufschlagt werden, die sich als Zugkraft äußert und das zweite Kupplungsgehäuse 36 kontinuierlich zu dem ersten Kupplungsgehäuse 4 zieht. Dadurch wird die Kopplung der beiden Kupplungsgehäuse 4 und 36 noch weiter verbessert.
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Die in 3 illustrierte kompakte und integrale Gestaltung lässt sich insbesondere durch Anwendung eines generativen Schichtbauverfahrens erreichen, so dass die in 2 gezeigte sehr kompakte Gestalt realisierbar ist.
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Schließlich zeigt 4 ein Flugzeug 86, welches mit einem schematisch als Block dargestellten System 88 ausgestattet ist, das mindestens eine hydraulische Funktionseinrichtung 68, 70 sowie mindestens eine hydraulische Schnellkupplung 2 aufweist.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
