DE19922866C2 - Hydraulische Leitungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Leitungskupp­ lung mit einem Versorgungsanschluß, der eine Drucklei­ tung und eine Rückleitung aufweist, die jeweils an ei­ nem Kupplungsventil enden und mit einem Sicherheitsven­ til in einer Leitung zwischen der Druckleitung und ei­ nem Verbraucher, das ein Ventilelement aufweist, dessen eine Seite zum Öffnen mit dem Druck am Druckanschluß beaufschlagt ist.

Eine derartige hydraulische Leitungskupplung wird bei­ spielsweise dann verwendet, wenn ein hydraulisches Ag­ gregat lösbar mit der hydraulischen Druckquelle verbun­ den werden soll. Ein Beispiel hierfür sind landwirt­ schaftliche Arbeitsmaschinen, die mit dem hydraulischen System eines Traktors verbunden werden können. Da der Traktor in Abhängigkeit von der zu lösenden Aufgabe un­ terschiedliche Arbeitsmaschinen verwendet, ist eine derartige hydraulische Leitungskupplung, die in der Re­ gel als Schnellkupplung ausgebildet ist, notwendig.

Bislang verwendet man bei einer derartigen hydrauli­ schen Leitungskupplung Schnellkupplungen, die Kupp­ lungsventile aufweisen. Die Kupplungsventile verschlie­ ßen die Leitung dann, wenn die Leitungskupplung ge­ trennt wird. Dies erfolgt üblicherweise durch Abziehen eines Kupplungssteckers von einer Kupplungsmuffe oder umgekehrt. Damit verhindert man, daß Hydraulikflüssig­ keit aus dem System entweichen kann.

Diese Ausbildung hat jedoch einen Nachteil. Wenn bei­ spielsweise die Druckleitung richtig verbunden ist, so daß das entsprechende Kupplungsventil dort öffnet, das Kupplungsventil an der Rückleitung aber nicht öffnet, weil die Rückleitung nicht oder nicht richtig mit dem Traktor verbunden ist, dann baut sich der Druck aus dem Druckanschluß in der Arbeitsmaschine auf. Dies kann in ungünstigen Fällen zu einer Überlastung und sogar zu einer Zerstörung von hydraulischen Elementen in der Ar­ beitsmaschine führen. Beispielsweise können Proportio­ nalventile zerstört werden.

Um dieses Problem zu entschärfen, ist es aus DE 38 16 987 C1 bekannt, in der Leitungskupplung ein Si­ cherheitsventil anzuordnen. Dieses Ventil weist einen Schieber auf, der in seiner Ruhestellung die Verbindung zwischen dem Pumpenanschluß und der Arbeitsmaschine un­ terbricht und stattdessen eine Verbindung zum Tank vor­ sieht. In der Arbeitsstellung wird hingegen eine Ver­ bindung zwischen der Pumpenleitung und der Arbeitsma­ schine ermöglicht. Dieser Schieber ist von einer Stirn­ seite her mit dem Druck in der Druckleitung und von der anderen Stirnseite her mit dem gleichen Druck und zu­ sätzlich der Kraft einer Feder beaufschlagt. Um den Schieber in seiner Arbeitsstellung bewegen zu können, ist es notwendig, ein Rückschlagventil, das zwischen dieser Stirnseite und der Tankleitung angeordnet ist, mechanisch zu öffnen. Hierzu soll die Schnellkupplung verwendet werden, mit der die Tankleitung der Arbeits­ maschine mit dem Traktor verbunden wird.

Eine derartige Lösung ist relativ aufwendig. Sie erfor­ dert eine relativ genaue Fertigung, damit das Rück­ schlagventil zuverlässig öffnet und schließt. Die me­ chanischen Elemente können verschleißen, wodurch die Funktionssicherheit des Sicherheitsventils beeinträch­ tigt werden kann.

DE 37 28 986 A1 beschreibt ein Sicherheitsventil für hydraulische Rotationsantriebe, bei dem ein Kurzschluß­ ventil zwischen der Druckleitung und der Tankleitung angeordnet ist. Solange das Kupplungsventil an der Tan­ kleitung noch nicht gekuppelt ist, schließt dieses Kurzschlußventil die Druckleitung und die Tankleitung kurz, so daß keine Druckflüssigkeit zum Kupplungsventil der Pumpenleitung gelangen kann. Das Kurzschlußventil wird mechanisch betätigt, wenn das Kupplungsventil der Tankleitung gekuppelt wird. Nach der Betätigung ist der Kurzschlußpfad verschlossen und ein Pfad von dem Druck­ anschluß zum Kupplungsventil der Druckleitung freigege­ ben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrau­ lische Leitungskupplung auf einfache Weise sicher zu gestalten.

Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Leitungs­ kupplung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die andere Seite des Ventilelements unmittelbar mit der Rückleitung verbunden ist.

Bei dieser Ausgestaltung werden beide Seiten des Ven­ tilelementes zunächst mit dem Druck der Druckleitung beaufschlagt. In Schließrichtung wirkt außerdem noch eine Feder. Der Druck auf die Schließseite gelangt auf irgendeine Weise, beispielsweise über den Verbraucher, aus der Druckleitung in die Rückleitung, so daß das Ventilelement zunächst unter der Wirkung der Feder ge­ schlossen wird und in dieser Stellung bleibt. Zum Öff­ nen ist es allerdings lediglich erforderlich, den Druck in der Rückleitung abzusenken. Ein derartiges Absenken erfolgt automatisch immer dann, wenn das Kupplungsven­ til der Rückleitung geöffnet wird. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn die entsprechende Kupplung richtig verbunden wird. Damit spart man sich die Betätigung ei­ nes zusätzlichen Elements. Trotzdem ist sichergestellt, daß der Druck aus der Druckleitung nur dann auf den Verbraucher wirken kann, wenn die Rückleitung ordnungs­ gemäß gekuppelt worden ist, d. h. eine Verbindung zu ei­ ner Drucksenke, beispielsweise einem Tank, hergestellt worden ist. Der Begriff "unmittelbar" bedeutet im vor­ liegenden Fall lediglich, daß sich eine Druckabsenkung am Kupplungsventil durch die Rückleitung ohne weiteres auf die andere Seite des Ventilelementes fortpflanzen kann. Es ist also durchaus zulässig, in die Rückleitung beispielsweise noch Rückschlagventile einzubauen, die von dem Ventilelement weg öffnen. Derartige Ventile be­ einflussen die Funktion nicht.

Bevorzugterweise ist eine Drossel zwischen Druck- und Rückleitung vorgesehen. Damit ist ein definierter Weg für den Druck von der Druck- zur Rückleitung geschaf­ fen. Der Verbraucher wird damit in allen Fällen sicher geschützt. Wenn die Druckleitung angeschlossen wird, schließt das Sicherheitsventil bis der Druck in der Tankleitung absinkt.

Vorzugsweise ist die Drossel im Ventilelement angeord­ net. Dies erlaubt eine sehr einfache Ausbildung des Si­ cherheitsventils.

Vorzugsweise ist die Drossel in Öffnungsstellung des Ventilelements geschlossen. Dies verhindert eine Lecka­ ge zwischen dem Druckanschluß und der Rücklaufleitung. Hier zeigt sich der besondere Vorteil der Anordnung im Ventilelement. Wenn das Ventilelement geöffnet wird, dann kann es durch die Veränderung seiner Lage die Drossel gleichzeitig mitschließen.

Bevorzugterweise ist das Ventilelement als Schieber ausgebildet. Dies ist eine sehr einfache Ausgestaltung. Der Schieber kann einfach hin- und herbewegt werden. In seiner Schließstellung kann er beispielsweise mit einem Bereich in der Nähe der Stirnseite gegen eine Kante an­ liegen, die dann die gewünschte Dichtzone bildet.

Bevorzugterweise vergrößert sich die Fläche des Ven­ tilelementes, auf die der Druck in Öffnungsrichtung wirkt, beim Öffnen des Ventils. Dies läßt sich bei­ spielsweise dadurch erreichen, daß der Schieber im Be­ reich des Endes, wo der Druckanschluß mündet, eine um­ laufend abgeschrägte Kante aufweist. Diese Kante bildet dann eine Fläche, mit der der Schieber an einer Gehäu­ sekante anliegt, die einen Ventilsitz bildet. Solange das Ventilelement geschlossen ist, wirkt nur ein rela­ tiv geringer Druck in Öffnungsrichtung, so daß der Druck in Schließrichtung begrenzt gehalten werden kann. Wenn der Druck in Schließrichtung begrenzt ist, dann kann er aber auch schneller abgesenkt werden, so daß die Reaktionszeit des Ventils relativ kleingehalten werden kann. Sobald der Schieber eine kleine Öffnungs­ bewegung gemacht hat, gelangt der Druck auf seine ge­ samte Stirnseite und beaufschlagt den Schieber dement­ sprechend in Öffnungsrichtung. Eine geringfügige Erhö­ hung des Druckes in Schließrichtung, wie sie manchmal auftritt, ist dann unkritisch.

Mit Vorteil erzeugt der Verbraucher einen Gegendruck, der größer als der zum Öffnen des Sicherheitsventils benötigt Druck ist. Damit bleibt das Sicherheitsventil nach dem erstmaligen Öffnen geöffnet, bis die hydrauli­ sche Kupplung gelöst wird oder der Druck in der Druck­ leitung absinkt, beispielsweise wenn die Pumpe abge­ schaltet wird.

Vorzugsweise weist der Verbraucher ein Eingangsmodul auf, das den Gegendruck erzeugt. Man kann den Verbrau­ cher ansonsten von dieser Aufgabe entlasten.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Verbraucheranschluß eine Ventilbrücke aufweist, die gebildet ist durch zwei Paare in gleicher Richtung öff­ nender und hintereinander angeordneter Rückschlagventi­ le, die zwischen der Druckleitung und der Rückleitung angeordnet sind, wobei die Mittelabgriffe der beiden Paare jeweils mit einem Kupplungsventil verbunden sind. Diese Ventilbrücke ist vergleichbar mit einem elektri­ schen Gleichrichter, der als "Wheatstone"-Brücke ausge­ bildet ist. Die Ventilbrücke schützt vor einem Verpolen der beiden Kupplungsventile, d. h. es treten keine Schä­ den auf, wenn das Kupplungsventil, das an und für sich zur Druckleitung gehört, mit der Tankleitung verbunden wird und umgekehrt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung näher beschrieben. Hierin zeigt

die einzige Figur eine schematische Ansicht einer Leitungskupplung mit Sicherheits­ ventil.

In der Figur ist ein Verbraucher 1 dargestellt, der über einen lösbaren Versorgungsanschluß 2 mit einer hy­ draulischen Versorgung 3 verbunden werden sollen. Bei der hydraulischen Versorgung 3 kann es sich beispiels­ weise um einen Traktor handeln, dessen Motor eine hy­ draulische Pumpe antreibt. Bei dem Verbraucher 1 kann es sich um ein landwirtschaftliches Arbeitsgerät han­ deln, das mit dem Hydrauliköl von der Pumpe des Trak­ tors 3 angetrieben werden soll. Dieses Arbeitsgerät ist lösbar mit dem Traktor verbunden, um ausgetauscht wer­ den zu können. Neben der nicht näher dargestellten me­ chanischen Verbindung muß auch die hydraulische Verbin­ dung gelöst und wieder verbunden werden können. Hierzu ist der Versorgungsanschluß 2 vorgesehen. Der Versor­ gungsanschluß 2 weist einen Druckanschluß P und einen Tankanschluß T auf, die jeweils mit Kupplungsventilen 4, 5 abgeschlossen sind. Entsprechende Kupplungsventile 6, 7 befinden sich an der Versorgung 3. Die Kupplungs­ ventile 4-7 öffnen nur dann, wenn die Verbindung herge­ stellt ist. Wenn die entsprechenden Stecker oder Muffen voneinander getrennt sind, sind die jeweiligen Leitun­ gen abgeschlossen. Der Versorgungsanschluß 2 ist als Einheit zusammengefaßt dargestellt. Es ist aber durch­ aus möglich, daß der Druckanschluß P und der Tankan­ schluß T in getrennten Leitungen aus dem Verbraucher 1 herausgeführt wird.

Zwischen dem Versorgungsanschluß 2 und dem Verbraucher 1 ist ein Sicherheitsventil 8 angeordnet und zwar so, daß es eine druckführende Leitung zwischen dem Versor­ gungsanschluß 2 und dem Verbraucher 1 unterbrechen kann.

Das Sicherheitsventil 8 weist einen Schieber 9 auf, der gegen die Kraft einer Feder 10 in einem Gehäuse 11 axial verschoben werden kann.

Das Gehäuse 11 weist eine Bohrung 12 auf, die in Axial­ richtung, d. h. in Bewegungsrichtung des Schiebers 9 drei unterschiedliche Durchmesser hat. An einen unteren Bereich, in dem die Feder 10 angeordnet ist und der den gleichen Durchmesser wie der Schieber 9 aufweist, schließt sich ein Ringraum 13 an, der einen größeren Durchmesser als der Schieber 9 aufweist. An den Rin­ graum 13 schließt sich ein Bohrungsabschnitt 14 mit ei­ nem verringerten Durchmesser an. Zwischen dem Ringraum 13 und dem Bohrungsabschnitt 14 ist eine umlaufende Kante 15 gebildet, die einen Ventilsitz bildet.

Der Schieber geht von seinem größten Durchmesser, der dem unteren Abschnitt der Bohrung 12 entspricht, über eine Abschrägung 16 in eine Stirnseite 17, die im Boh­ rungsabschnitt 14 angeordnet ist.

Der Abschnitt der Bohrung 12, in dem die Feder 10 ange­ ordnet ist und der im folgenden als Federraum 30 be­ zeichnet wird, ist über eine Leitung 18 unmittelbar mit dem Kupplungsventil 5 am Tankanschluß T verbunden. Hierbei bedeutet der Ausdruck "unmittelbar", daß ein Strom von Flüssigkeit aus dem Federraum zum Kupplungs­ ventil 5 am Tankanschluß T ungehindert möglich ist, wenn eine entsprechende Druckdifferenz vorliegt. Wie weiter unten noch zu erläutern ist, ist das Vorhanden­ sein von Ventilen, beispielsweise Rückschlagventilen, hierbei unschädlich.

Im Schieber ist eine Blende 29 angeordnet, die den Rin­ graum 13 mit dem Federraum 30 verbindet. Diese Blende 29 ist so angeordnet, daß sie bei einer kleinen Bewe­ gung des Schiebers 12 in den Federraum 30 hinein vom Gehäuse 11 verschlossen wird.

Der Ringraum 13 ist mit dem Kupplungsventil 4 am Pum­ penanschluß P verbunden. Der Bohrungsabschnitt 14 ist über eine Leitung 19 mit dem Verbraucher verbunden. Der Verbraucher weist ein Eingangsmodul 20 auf, das eine Druckdifferenz zwischen seinem Pumpenanschluß P' und seinem Tankanschluß T' aufrechterhält, wenn eine derar­ tige Druckdifferenz zunächst einmal erzeugt worden ist. Dies ist schematisch durch ein Ventil 21 angeordnet. Im übrigen weist der Verbraucher 1 ein oder mehrere Pro­ portionalventile 22 auf, über die Ausgänge A, B, A', B' gespeist werden können. Der Tankanschluß T' des Ver­ brauchers ist über ein Rückschlagventil 23 mit der Lei­ tung 18 vom Sicherheitsventil 8 verbunden.

Zwischen dem Versorgungsanschluß 2 und dem Sicherheits­ ventil 8 bzw. dem Rückschlagventil 23 ist eine Ventil­ brücke 24 angeordnet, die vier Rückschlagventile 25-28 aufweist. Die Rückschlagventile 25-28 sind jeweils paarweise hintereinander geschaltet, wobei sich die Rückschlagventile 25, 26 in einem Ast befinden und sich in die gleiche Richtung öffnen und die Rückschlagventi­ le 27, 28 in einem anderen Ast angeordnet sind und sich ebenfalls in die gleiche Richtung öffnen. Die Eingänge der Rückschlagventile 25, 27 sind miteinander und mit der Leitung 18 verbunden. Die Ausgänge der Rückschlag­ ventile 26, 28 sind miteinander und mit dem Ringraum 13 verbunden. Der Mittelabgriff zwischen den Rückschlag­ ventilen 25, 26 ist mit dem Kupplungsventil 4 des Pum­ penanschlusses P verbunden. Der Mittelabgriff zwischen den Rückschlagventilen 27, 28 ist mit dem Kupplungsven­ til 5 des Tankanschlusses T verbunden.

Die Anordnung arbeitet nun wie folgt:
Wenn die Kupplung, wie dargestellt gelöst ist, liegt am Pumpenanschluß P kein Druck an. Dementsprechend drückt die Feder 10 den Schieber 9 in die dargestellte Positi­ on. Der Verbraucher 1 bekommt keinen Druck. Eine Gefahr der Beschädigung durch einen zu hohen Druck besteht nicht.

In der Normalfunktion ist sowohl der P-Anschluß als auch der T-Anschluß korrekt verbunden. Die Kupplungs­ ventile 4, 6 bzw. 5, 7 sind geöffnet und gestatten den Fluß von Hydraulikflüssigkeit von der Versorgung 3 in Richtung auf den Verbraucher 1 und umgekehrt. Die Ven­ tilbrücke 24 soll zunächst außer acht gelassen werden. Der Druck im Ringraum 13 wirkt nun auf den Schieber 9 in Öffnungsrichtung. Da der Federraum 30 über die Lei­ tung 18 druckentlastet ist, reicht der Druck im Rin­ graum 13 aus, um die Gegenkraft der Feder 10 zu über­ winden. Der Schieber wird also in Richtung auf das un­ tere Ende des Gehäuses 11 geschoben. Sobald der Schie­ ber von der Kante 15 abhebt, gelangt die Hydraulikflüs­ sigkeit auch auf die Stirnseite 17, wodurch der Schie­ ber noch weiter bzw. noch schneller geöffnet wird. Die Hydraulikflüssigkeit kann nun über die Leitung 19 zum Anschluß P' des Verbrauchers 1 gelangen. Das Eingangs­ modul 20 erzeugt nun einen Gegendruck, d. h. eine Druck­ differenz zwischen den Anschlüssen P', T', der höher ist als der Druck, der benötigt wird, um das Sicher­ heitsventil 8 offen zu halten. Das Sicherheitsventil 8 bleibt also offen, bis die Pumpe in der Versorgung 3 abgeschaltet wird oder die Verbindung zwischen den Kupplungsventilen 4, 6 gelöst wird.

Wenn das Sicherheitsventil 8 geöffnet ist, wird die Blende 29 vom Gehäuse 11 verschlossen, so daß hier kei­ ne Leckage entstehen kann.

Bei einer Fehlerfunktion ist beispielsweise die Verbin­ dung der Kupplungsventile 4, 6 richtig erfolgt. Die Tankverbindung, d. h. die Verbindung der Kupplungsventi­ le 5, 7 ist aber aus irgendeinem Grund fehlerhaft. Dem­ entsprechend kann der Druck im Federraum 30 über die Leitung 18 nicht abgesenkt werden. Der Pumpendruck pflanzt sich vielmehr durch die Blende 29 in den Feder­ raum 30 fort und stellt sicher, daß das Ventil nicht öffnet. Auf beide Seiten des Schiebers 9 wirkt der gleiche Druck. Die Druckangriffsfläche in Öffnungsrich­ tung ist aber kleiner als die in Schließrichtung. Zu­ sätzlich wirkt noch die Feder 10 in Schließrichtung. Dementsprechend kann kein Druck zum Verbraucher 1 ge­ langen und diesen überlasten.

Die Ventilbrücke 24 dient zum Schutz vor einem "Verpolen" der Anschlüsse. Wenn die Kupplungsventile 4, 6 bzw. 5, 7 richtig verbunden werden, dann gelangt der Druck über das Rückschlagventil 26 in den Ringraum 13 und aus der Leitung 18 über das Rückschlagventil 27 zu­ rück zum Tankanschluß T. Wenn die Kupplungsventile an­ ders herum verbunden werden, d. h. das Kupplungsventil 4 mit dem Kupplungsventil 7 und das Kupplungsventil 5 mit dem Kupplungsventil 6, dann gelangt der Druck über das Rückschlagventil 28 zum Ringraum 13 und von der Leitung 18 über das Rückschlagventil 25 zurück zur Versorgung. Eine Beschädigung von Komponenten durch fehlerhafte Druckbeaufschlagung kann damit wirkungsvoll verhindert werden.

Die Ventilbrücke 24 erzeugt allenfalls einen kleinen Druckabfall. Man kann also immer noch davon ausgehen, daß die Leitung 18 unmittelbar mit dem jeweiligen Kupp­ lungsventil 4, 5 verbunden ist, das mit dem entspre­ chenden Tankanschluß 7 der Versorgung 3 verbunden wird.

Claims (9)

1. Hydraulische Leitungskupplung mit einem Versor­ gungsanschluß, der eine Druckleitung und eine Rück­ leitung aufweist, die jeweils an einem Kupplungs­ ventil enden und mit einem Sicherheitsventil in ei­ ner Leitung zwischen der Druckleitung und einem Verbraucher, das ein Ventilelement aufweist, dessen eine Seite zum Öffnen mit dem Druck am Druckan­ schluß beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Seite des Ventilelements (9) unmit­ telbar mit der Rückleitung verbunden ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drossel (29) zwischen Druck- und Rück­ leitung vorgesehen ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drossel (29) im Ventilelement (9) angeordnet ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (29) in Öffnungs­ stellung des Ventilelements (9) geschlossen ist.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (9) als Schieber ausgebildet ist.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Fläche des Ventilele­ mentes (9), auf die der Druck in Öffnungsrichtung wirkt, beim Öffnen des Ventils (8) vergrößert.

7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (1) einen Gegendruck erzeugt, der größer als der zum Öffnen des Sicherheitsven­ tils (8) benötigte Druck ist.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (1) ein Eingangsmodul (20) auf­ weist, das den Gegendruck erzeugt.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucheranschluß (2) ei­ ne Ventilbrücke (24) aufweist, die gebildet ist durch zwei Paare in gleicher Richtung öffnender und hintereinander angeordneter Rückschlagventile (25-­ 28), die zwischen der Druckleitung (P) und der Rückleitung (T) angeordnet sind, wobei die Mit­ telabgriffe der beiden Paare (25, 26; 27, 28) je­ weils mit einem Kupplungsventil (4, 5) verbunden sind.