DE10217615A1 - Kupplung, insbesondere Schnell-Kupplung, für Fluid-Leitungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schnell-Kupplung für Kraftstoffleitungen, die endseitig jeweils mit einem im Wesentlichen ringförmigen Kupplungselement versehen sind, wobei die Kupplungselemente zum Schließen der Kupplung in Axialrichtung übereinander führbar sind, so dass sie sich, in Radialrichtung betrachtet, abschnittsweise überlappen, und wobei in diesem Überlappungs-Abschnitt zwischen den Kupplungselementen ein durch ein Federelement belastetes Dichtelement vorgesehen ist. Dabei verläuft zumindest eine, bevorzugt jedoch beide der einander zugewandten Dichtflächen der Kupplungselemente, zwischen denen das Dichtelement liegt, in Axialrichtung betrachtet aneinander oder an die Form des Dichtelementes angepasst, konisch. Das Dichtelement besitzt zumindest annähernd die Form eines Kegelstumpf-Mantels, dessen Abmessung in Axialrichtung wesentlich größer ist als dessen im Wesentlichen in Radialrichtung gemessene Wandstärke, und das in Axialrichtung wirkende Federelement ist bei geschlossener Kupplung zwischen dem ersten Kupplungselemenht und einer dem zweiten Kupplungselement zugeordneten Bajonett-Überwurfmutter eingespannt. Diese Kupplung zeichnet sich durch höchste Dichtheit aus.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Kupplung, insbesondere eine Schnell-Kupplung, für Fluid-Leitungen, insbesondere Kraftstoffleitungen, die endseitig jeweils mit einem im wesentlichen ringförmigen Kupplungselement versehen sind, wobei die Kupplungselemente zum Schließen der Kupplung in Axialrichtung übereinander führbar sind, so dass sie sich in Radialrichtung betrachtet abschnittsweise überlappen, und wobei in diesem Überlappungs-Abschnitt zwischen den Kupplungselementen ein durch ein Federelement oder Kraftspeicherelement belastetes Dichtelement vorgesehen ist. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 40 30 277 A1 verwiesen.
• Kupplungen bzw. Schnellkupplungen für Fluidleitungen wie Schläuche oder Rohre sind in mannigfachen Ausführungsformen bekannt. Problematisch an Kupplungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind dabei trotz des durch ein Federelement oder dgl. belasteten Dichtelementes die Anforderungen an die Dichtheit der Kupplung, wenn gleichzeitig gefordert ist, dass die Kupplung relativ einfach montiert oder geschlossen bzw. demontiert oder geöffnet werden kann. Eben diese Anforderungen liegen nun bei Kupplungen für Kraftstoffleitungen in heutigen bzw. künftigen Kraftfahrzeugen vor, die bekanntlich sog. Zero-Emission-Tests erfolgreich bestehen müssen, d. h. dass die festzustellenden Kraftstoffemissionen stets unterhalb eines extrem niedrigen Grenzwerts liegen müssen. Es hat sich gezeigt, dass diese Anforderungen mit den derzeit üblichen Kupplungen oder Schnellkupplungen praktisch nicht - zumindest nicht unter vertretbarem Aufwand - erfüllt werden können.
• Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
• Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der einander zugewandten Dichtflächen der Kupplungselemente, zwischen denen das Dichtelement liegt, in Axialrichtung betrachtet derart konisch verläuft, dass sich dessen Abmessung in Radialrichtung vom freien Ende des Kupplungselementes zur Leitung hin vergrößert. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
• Erfindungsgemäß nimmt der Durchmesser eines im Querschnitt kreisringförmigen Kupplungselementes oder die entsprechende radiale Abmessung eines Kupplungselementes mit einem anderen Querschnitt bei einer Betrachtung ausgehend vom freien Ende dieses Kupplungselementes zur eigentlichen Fluid-Leitung hin zu, und zwar zumindest in demjenigen Bereich, in dem sich die beiden Kupplungselemente bei geschlossener Kupplung überdecken. Mit dieser Maßnahme wird ein in diesem Überdeckungsbereich oder sog. Überlappungsbereich zwischen den beiden Kupplungselementen liegendes Dichtelement beim Schließen der Kupplung, d. h. beim Zusammenstecken der beiden Kupplungselemente, bestmöglich an die einander zugewandten Dichtflächen der Kupplungselemente angedrückt. Unterstützt wird dieses Andrücken oder Anpressen des Dichtelementes, was naturgemäß eine optimale Dichtwirkung zur Folge hat, durch das - grundsätzlich bereits bekannte - direkt oder indirekt auf das Dichtelement einwirkende bzw. dieses belastende Federelement (oder allg. Kraftspeicherelement).
• An dieser Stelle ist noch keine Aussage über die Gestalt des Dichtelementes getroffen, so dass dieses im Falle eines im Querschnitt kreisringförmigen Kupplungselementes bspw. ein O-Ring oder dgl. sein kann, alternativ aber auch ein Paket von hintereinander angeordneten O-Ringen, die in ihren Durchmessern bzw. Abmessungen an die Geometrie des bzw. der Kupplungselemente(s) angepasst sind. Beim Dichtelement kann es sich aber auch um ein "flächiges" Dichtelement handeln, das einen gewissen Abschnitt eines der Kupplungselemente bedeckt. Insbesondere kann das Dichtelement durch ein geeignetes Dichtmaterial gebildet werden, das quasi im gesamten Überlappungsbereich der Kupplungselemente auf der Dichtfläche zumindest einer dieser Elemente aufliegt bzw. auf diese aufgebracht ist. Als eigenständiges Dichtelement kann dieses dann zumindest annährend die Form eines Kegelstumpf-Mantels besitzen, dessen Abmessung in Axialrichtung wesentlich größer ist als dessen im wesentlichen in Radialrichtung gemessene Wandstärke. Beim Zusammenstecken der Kupplungselemente werden zumindest derartige flächige Dichtelemente in einer erfindungsgemäßen Kupplung nicht gegenüber dem dieses Dichtelement tragenden Kupplungselement bewegt, so dass auch hierdurch die Gefahr von Undichtigkeiten bzw. Leckagen erheblich verringert wird. Annähernd gilt dies im übrigen auch für O-Ringe oder dgl. als Dichtelemente.
• Um eine möglichst großflächige Dichtwirkung zu erzielen, kann nicht nur eines der Kupplungselemente wie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben gestaltet sein, sondern es können die einander zugewandten Dichtflächen beider Kupplungselemente, zwischen denen das Dichtelement liegt, aneinander angepasst in Axialrichtung betrachtet konisch verlaufen. Dann kann ein flächiges Dichtelement zwischen diesen Dichtflächen, das - wie bereits erwähnt - die Form eines Kegelstumpf-Mantels besitzen kann, eine über seiner Länge (in Axialrichtung gemessen) im wesentlichen konstante Wandstärke (in Radialrichtung gemessen) besitzen. Sollten die Neigungswinkel der Kupplungselement-Dichtflächen, d. h. deren Konizität jedoch unterschiedlich sein, so kann dies durch ein entsprechend angepasstes Dichtelement mit über seiner Länge unterschiedlicher Wandstärke ausgeglichen werden.
• Bereits mehrfach erwähnt wurde ein das Dichtelement geeignet belastendes bzw. gegen die Dichtflächen der Kupplungselemente andrückendes Federelement oder dgl., welches in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Axialrichtung wirkend bei geschlossener Kupplung zwischen dem ersten Kupplungselement und einer dem zweiten Kupplungselement zugeordneten Bajonett-Überwurfmutter eingespannt sein kann. Dies zeigt auch das im folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen (Schnell)-Kupplung, das bzw. die in der beigefügten einzigen Figur in einem Halb-Längsschnitt dargestellt ist, und zwar im geschlossenen bzw. zusammengesteckten Zustand. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
• Mit der Bezugsziffer 1 ist eine erste Fluid-Leitung und mit der Bezugsziffer 2 eine zweite Fluid-Leitung bezeichnet, die mittels einer Schnell-Kupplung 3 miteinander verbindbar sein sollen. Ein erstes Kupplungselement 31 der Schnellkupplung 3 ist der ersten Fluid-Leitung 1 zugeordnet bzw. auf deren freies Ende aufgesteckt und mittels eines Sicherungsringes 4 gesichert, während ein zweites Kupplungselement 32 der Schnellkupplung 3 der zweiten Fluid-Leitung 2 zugeordnet bzw. auf deren freies Ende (ebenfalls unverlierbar) aufgesteckt ist. Die Axialrichtung der Kupplung 3 ist durch den Doppelpfeil A dargestellt und fällt im geschlossenen bzw. zusammengesteckten Zustand mit den Längsachsen der Leitungen 1, 2 zusammen, während die (auf diesen Längsachsen senkrecht stehende) Radialrichtung R der Kupplung 3 durch den Pfeil R verdeutlicht ist.
• Mit dieser Schnellkupplung soll eine absolut fluid-dichte Verbindung zwischen den beiden Leitungen 1, 2 hergestellt werden, wozu zwischen den im zusammengesteckten bzw. geschlossenen Zustand einander zugewandten Dichtflächen 31a, 32a der Kupplungselemente 31 bzw. 32 ein Dichtelement 5 vorgesehen ist. Als Dichtflächen 31a bzw. 32a fungieren dabei wie ersichtlich die Außen-Mantelfläche bzw. die Innen-Mantelfläche der Kupplungselemente 31 bzw. 32, die in diesem Bereich jeweils die Gestalt eines ringförmigen Kreiskegelstumpfes besitzen. Dabei kann zum Schließen oder Zusammenstecken der Kupplung 3 das Kupplungselement 32 in Axialrichtung A derart über das Kupplungselement 31 geschoben bzw. geführt werden, dass sich diese Kupplungselemente 31, 32 wie figürlich dargestellt in Radialrichtung R betrachtet abschnittsweise überlappen oder überdecken, und zwar in einem sog. Überlappungsabschnitt 6.
• Zumindest in diesem Überlappungsabschnitt 6, aber auch geringfügig darüber hinausgehend verlaufen die einander zugewandten Dichtflächen 31a, 32a der beiden Kupplungselemente 31, 32 aneinander angepasst in Axialrichtung A derart konisch, dass sich die (äußere) Abmessung in Radialrichtung vom freien Ende des jeweiligen Kupplungselementes 31 bzw. 32 ausgehend zur zugehörigen Fluid-Leitung 1 bzw. 2 hin vergrößert. Das im Überlappungsabschnitt 6 zwischen diesen Dichtflächen 31a, 32a liegende Dichtelement 5, das bspw. aus FPM bestehen kann, besitzt zumindest annähernd die Form eines ringförmigen Kegelstumpf-Mantels, dessen Abmessung in Axialrichtung A wesentlich größer ist als dessen in Radialrichtung R gemessene Wandstärke.
• Um die Kupplung 3 im geschlossenen Zustand zu halten, ist dem zweiten, das erste Kupplungselement 31 im Überlappungsbereich 6 umhüllende Kupplungselement 32 eine (lediglich vereinfacht dargestellte) Bajonett- Überwurfmutter 33 zugeordnet, die mittels eines außenseitig im Kupplungselement 32 angebrachten Stiftes 34 wie üblich bajonettverschlussartig geführt ist, worauf - da diese Technologie allgemein bekannt ist - an dieser Stelle nicht näher eingegangen wird. Zwischen der Stirnseite 33a dieser Bajonett-Überwurfmutter 33 und einer geeignet gestalteten Stützschulter 31b des ersten Kupplungselementes 31 ist dabei - wie bei Schnellkupplungen üblich - ein Federelement 7 in Form einer Druck-Wendelfeder eingespannt.
• Indem das hier "flächige" Dichtelement 5 durch die konische bzw. kegelige Dichtfläche 32a des zweiten Kupplungselementes 32 beim Schließen der Kupplung 3 sowie in deren geschlossenem, zusammengesteckten Zustand durch das Federelement 7 gegen die entsprechend konische bzw. kegelige Dichtfläche 31a des ersten Kupplungselementes 31 (und umgekehrt) gepresst wird, ohne dass sich das Dichtelement 5 hierbei relativ zu einer der beiden Dichtflächen 31a bzw. 32a (- je nachdem an welcher der beiden Dichtflächen das Dichtelement 5 zunächst, d. h. bei geöffneter Kupplung 3 aufliegt -) bewegt, ist die Gefahr einer Leckage bestmöglich reduziert. Auf diese Weise ist bereits ein erstes Kriterium zur Erzielung einer ausreichenden Dichtheit erfüllt.
• Um den eingangs genannten Dichtheitsanforderungen vollständig genügen zu können, so bspw. hinsichtlich Zero-Emission-Tests an Kraftfahrzeugen, wenn es sich bei den Fluid-Leitungen 1, 2 um Kraftstoffleitungen handelt, sollte zusätzlich die Permeation im Dichtbereich so gering als möglich gehalten bzw. ausgeschlossen werden. Dies kann den Anforderungen entsprechend über eine geeignete Länge des Dichtelementes 5 - in Axialrichtung A gemessen - eingestellt werden. Die notwendige Dichtpressung kann dabei sowohl über den Kegelwinkel der Dichtflächen 31a, 32a bzw. die Stärke von deren Konizität, als auch über die Federrate des Federelements 7 (in Zusammenhang mit der Steigung des den genannten Stift 34 in der Bajonett-Überwurfmutter 33 führenden Gewindes 33b) festgelegt werden.
• Insgesamt zeichnet sich die beschriebene Leitungs-Kupplung 3 neben bestmöglicher Dichtheit und somit optimaler Funktionserfüllung durch einfache Montierbarkeit, hohe Prozesssicherheit und hohe Lebensdauer aus, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (4)

1. Kupplung, insbesondere Schnell-Kupplung (3), für Fluid-Leitungen (1, 2), insbesondere Kraftstoffleitungen, die endseitig jeweils mit einem im wesentlichen ringförmigen Kupplungselement (31, 32) versehen sind, wobei die Kupplungselemente (31, 32) zum Schließen der Kupplung in Axialrichtung (A) übereinander führbar sind, so dass sie sich in Radialrichtung (R) betrachtet abschnittsweise überlappen, und wobei in diesem Überlappungs-Abschnitt (6) zwischen den Kupplungselementen (31, 32) ein durch ein Federelement (7) oder Kraftspeicherelement belastetes Dichtelement (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der einander zugewandten Dichtflächen (31a, 32a) der Kupplungselemente (31, 32), zwischen denen das Dichtelement (5) liegt, in Axialrichtung (A) betrachtet derart konisch verläuft, dass sich dessen Abmessung in Radialrichtung (R) vom freien Ende des Kupplungselementes (31, 32) zur Leitung (1, 2) hin vergrößert.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Dichtflächen (31a, 32a) beider Kupplungselemente (31, 32), zwischen denen das Dichtelement (5) liegt, aneinander angepasst in Axialrichtung (A) betrachtet konisch verlaufen.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) zumindest annährend die Form eines Kegelstumpf-Mantels besitzt, dessen Abmessung in Axialrichtung (A) wesentlich größer ist als dessen im wesentlichen in Radialrichtung (R) gemessene Wandstärke.

4. Kupplung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Axialrichtung (A) wirkende Federelement (7) bei geschlossener Kupplung (3) zwischen dem ersten Kupplungselement (31) und einer dem zweiten Kupplungselement (32) zugeordneten Bajonett-Überwurfmutter (33) eingespannt ist.