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Die vorliegende Erfindung betrifft Hochdruckkupplungen zur Bereitstellung von Schnellverbindungen mit Hochdruckfluidleitungen.
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Bei Qualitätskontrollsystemen besteht ein bedeutender Bedarf an Schnellkupplungen. In dieser Hinsicht werden Schnellkupplungen oftmals zur Erleichterung des Prüfens von gefertigten Produkten auf Lecks und/oder zum Füllen von Behältern verwendet. Im Gebrauch stellen die Kupplungen eine schnelle Verbindung zu Prüflingen, wie zum Beispiel Produkten, die ein Fluid enthalten, oder Produkten, die zum Betrieb unter Druck oder Vakuum ausgeführt sind, bereit. Nach Herstellung der Verbindung wird ein Prüffluid durch die Kupplung zu dem Prüfling geleitet, um festzustellen, ob der Prüfling irgendwelche Lecks aufweist. Zur Maximierung der Produktivität ist es wichtig, daß die Kupplungen schnelle und zuverlässige Dichtungen bereitstellen, um eine Fluidleckage aus der Kupplung zu verhindern.
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Die Kupplungen werden oftmals in Verbindung mit Hochdruckfluiden verwendet, und deshalb ist Sicherheit ein Faktor, der nicht außer acht gelassen werden darf. Kupplungen sind so ausgeführt worden, dass sie sich unter Druck nicht lösen, wodurch sowohl die Sicherheit für Personen erhöht als auch Schutz für die umgebenden Einrichtungen gewährleistet wird.
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Es besteht jedoch ein fortwährender Bedarf an verbesserten Hochdruckkupplungen, die erhöhte Sicherheit gewährleisten.
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Aus
EP 0 766 805 B1 ist ein Sicherheitsverschluss bekannt, der an einen Anschlussnippel eines Kraftfahrzeug-Gastanks angeschlossen werden kann. Der Sicherheitsverschluss umfasst einen Stopfen mit einem an die Öffnung eines Anschlussnippels ansetzbaren Dichtabschnitt, eine Arretierungseinrichtung, insbesondere in Form von Spannzangen, mit der der an den Anschlussnippel angesetzte Stopfen lösbar mit dem Anschlussnippel verbindbar ist, eine Betätigungsvorrichtung, insbesondere in Form einer Schiebemuffe, sowie eine Entlüftungsvorrichtung zum Druckabbau, die mit dem Anschlussnippel im Bereich des Dichtabschnittes in Verbindung steht. Im Inneren des Sicherheitsverschlusses ist ein auf Druck ansprechender, axial verschiebbarer Kolben vorgesehen, der mit einem Verriegelungselement für die Betätigungsvorrichtung gekoppelt ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Hochdruckkupplung bereitzustellen, die eine erhöhte Sicherheit und eine schnelle, fluiddichte Verbindung mit einer Fluidleitung gewährleistet.
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Die vorliegende Erindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 stellt eine verbesserte Hochdruckkupplung bereit, die eine schnelle, fluiddichte Verbindung mit einer Fluidleitung bereitstellt. Die Hochdruckkupplung ist zur Bewältigung von hohen Drücken ausgeführt und mit einem Mechanismus, der ein Lösen der Kupplung unter Druck verhindert, versehen, wodurch die Sicherheit der Kupplung verbessert wird.
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Bei einer Ausführungsform der Hochdruckkupplung gemäß der Erfindung enthält die Kupplung einen röhrenförmigen Kolben mit einer Längsachse und einem ersten und einem zweiten Ende, die sich gegenüberliegen, wobei der röhrenförmige Kolben zwischen einer ausgerückten Position und einer druckbeaufschlagten Position beweglich ist. Ein Kupplungsmechanismus umgibt das erste Ende des röhrenförmigen Kolbens, wobei der Kupplungsmechanismus eine ausgekuppelte Konfiguration und eine gekuppelte Konfiguration aufweist.
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Eine Buchse steht zur Steuerung der Betätigung des Kupplungsmechanismus mit diesem in Eingriff. Die Buchse ist zwischen einer ersten Position, in der sich der Kupplungsmechanismus in der ausgekuppelten Konfiguration befindet, und einer zweiten Position, in der sich der Kupplungsmechanismus in der gekuppelten Konfiguration befindet, beweglich. Es ist ein Buchsenverriegelungsmechanismus vorgesehen, der durch den röhrenförmigen Kolben betätigbar ist. Der Buchsenverriegelungsmechanismus kann in der ausgerückten Position des röhrenförmigen Kolbens mit der Buchse in Eingriff gebracht werden, um die Buchse in der ersten Position zu halten, und der Buchsenverriegelungsmechanismus kann in der druckbeaufschlagten Position des röhrenförmigen Kolbens mit der Buchse in Eingriff gebracht werden, um die Buchse in der zweiten Position zu halten. Das erste Ende des röhrenförmigen Kolbens enthält eine Druckfläche, die zu der Fluidleitung weist, so daß die Bewegung des röhrenförmigen Kolbens aus der ausgerückten Position in die druckbeaufschlagte Position in einer von der Fluidleitung weg verlaufenden Richtung erfolgt, wenn ein druckbeaufschlagtes Fluid auf die Druckfläche einwirkt.
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Da die Buchse durch den Kupplungsmechanismus in der ersten Position gehalten wird, wird eine zuverlässigere Verbindung der Kupplung mit einer Fluidleitung erreicht, da der Kupplungsmechanismus nicht mit der Fluidleitung in Eingriff gebracht werden kann, bis der Arretiermechanismus die Buchse aus der ersten Position freigibt. Des weiteren wird durch Halten der Buchse in der zweiten Position, wenn der röhrenförmige Kolben durch das Hochdruckfluid in die druckbeaufschlagte Position betätigt wird, ein Ausrücken der Kupplung verhindert, während sie unter Druck steht.
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Verschiedene zusätzliche Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung ausgeführt und sind teilweise aus der Beschreibung ersichtlich, oder können durch Ausübung der Erfindung erfahren werden. Die Vorteile der Erfindung werden mittels der in den Ansprüchen herausgestellten Elemente und Kombinationen umgesetzt und erlangt. Es versteht sich, daß sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung beispielhaft und nur als Erläuterung gedacht sind und die Erfindung, so wie sie beansprucht wird, nicht einschränken.
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1 ist ein Längsschnitt einer Hochdruckkupplung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein Längsschnitt des oberen Teils der Hochdruckkupplung nach 1 in einer ganz geöffneten, ausgerückten Position.
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3 ist eine ähnliche Ansicht wie 2, wobei sich die Kupplung in einer verbundenen Position befindet und nicht druckbeaufschlagt ist.
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4 ist eine ähnliche Ansicht wie 3, wobei aber die Kupplung druckbeaufschlagt ist.
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5 ist eine Einzelansicht des Teils in dem Kreis 5 in 4.
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6 stellt eine andere Ausführungsform der Hochdruckkupplung dar.
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7 stellt noch eine andere Ausführungsform der Hochdruckkupplung dar.
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8A, 8B und 8C stellen eine griffbetätigte Hochdruckkupplung dar.
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9A, 9B und 9C stellen eine pneumatisch betätigte Hochdruckkupplung dar.
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10A und 10B stellen noch eine andere Ausführungsform der Hochdruckkupplung dar, bei der eine Kugelarretierkupplungsanordnung verwendet wird.
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11 stellt eine Ausführungsform der in den 10A und 10B gezeigten Hochdruckkupplung dar, bei der das Körperglied und die Arretierkupplungsanordnung lösbar miteinander verbunden sind.
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12 stellt eine andere Ausführungsform der Hochdruckkupplung nach 10 dar.
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13 stellt eine andere Ausführungsform der Hochdruckkupplung nach 11 dar.
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Eine Ausführungsform einer Hochdruckkupplung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wird in den 1 bis 5 gezeigt, in denen zu sehen ist, daß die Kupplung 10 einen röhrenförmigen Kolben 12, eine Kolbenführung 14, ein Körperglied 16, eine geteilte Klemmhülsenanordnung 18 und eine allgemein hohle, äußere Buchse 20 enthält, die jeweils eine allgemein zylindrische Form aufweisen.
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Der röhrenförmige Kolben 12 ist allgemein gestreckt ausgeführt und in einer Richtung entlang seiner Längsachse zwischen einer ausgerückten Position, die in 2 gezeigt wird, und einer druckbeaufschlagten Position, die in 4 gezeigt wird, beweglich. Der Kolben 12 enthält ein Ende 22, das in der Kolbenführung 14 gleitbar angeordnet ist, ein gegenüberliegendes Ende 24, das sich über das Ende der Buchse 20 hinaus erstreckt, und einen mittleren Teil 26 zwischen den beiden Enden 22, 24. Der röhrenförmige Kolben enthält weiterhin einen mittleren Fluiddurchgang 28, um Hochdruckfluid durch diesen durchzulassen. Eine Umfangsnut 30 ist in die Außenfläche des Kolbens 12 neben seinem Ende 22 ausgebildet, und eine O-Ring-Dichtung 32 ist in der Nut 30 angeordnet, um eine Fluidleckage zwischen der Außenseite des Kolbens 12 und der Innenfläche der Kolbenführung 14 zu verhindern. Ein in der Nut 30 angeordneter Stützring 34 verhindert, daß die O-Ring-Dichtung 32 herausgedrückt wird.
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Wie in 5 im einzelnen zu sehen, ist die Umfangsnut 30 von links nach rechts nach unten geneigt, so daß bei Bewegung des Kolbens 12 bezüglich der Kolbenführung 14 nach links der Preßdruck auf den O-Ring 32 geringer wird, wodurch die auf den Kolben 12 wirkende Reibungskraft vermindert wird, damit sich der Kolben bezüglich der Kolbenführung 14 aufgrund geringerer darauf wirkender Reibungskraft leichter nach links bewegen kann. Die Nut 30 muß jedoch nicht geneigt sein, sondern könnte stattdessen einen konstanten Durchmesser aufweisen.
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Das Ende 22 des Kolbens 12 enthält eine Druckfläche 36, wie in den 1 bis 5 gezeigt, auf die im Gebrauch der Kupplung 10 Hochdruckfluid einwirkt, um dadurch den Kolben für einen unten beschriebenen Zweck nach links zu zwängen.
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Wie zuvor erwähnt, umgibt die Kolbenführung 14 das Ende 22 des Kolbens 12 und ist bezüglich dazu gleitbar. Die Kolbenführung 14 enthält einen Verlängerungsteil 38, der sich über das Ende 22 des Kolbens hinaus erstreckt und der zu der Druckfläche 36 weist. Ein mittlerer Durchgang 40 ist durch den Verlängerungsteil 38 ausgebildet, damit Fluid durch die Kolbenführung 14 in den Durchgang 28 des Kolbens strömen kann. Eine Hauptdichtung 42 ist am vorderen Ende des Verlängerungsteils 38 zum abdichtenden Eingriff mit einer Endfläche einer Fluidleitung 44 angeordnet. Die Hauptdichtung 42, bei der es sich um einen O-Ring oder eine andere Art von Dichtung handeln kann, sorgt für eine fluiddichte Verbindung zwischen der Kupplung 10 und der Fluidleitung 44, um eine Fluidleckage aus der Kupplung zu verhindern. Die Hauptdichtung 42 kann auf eine beliebige geeignete Weise am Verlängerungsteil 38 festgehalten werden, wie zum Beispiel durch einen Halter 46, der um den Außenumfang der Hauptdichtung 42 herum angeordnet ist.
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Die Kolbenführung 14 ist weiterhin mit einer Umfangsnut 48 in ihrer Außenfläche versehen, und ein Klemmhülseneingriffsglied 50 ist in der Nut 48 angeordnet, um die geteilte Klemmhülsenanordnung 18 geöffnet zu halten. Wie in den Figuren gezeigt, handelt es sich bei dem Klemmhülseneingriffsglied 50 um einen O-Ring, es kann sich aber auch um eine Unterlegscheibe, Buchse und dergleichen handeln. Die Nut 48 ist bezüglich der Größe des Klemmhülseneingriffsglieds 50 überdimensioniert, so daß sich das Glied in der Nut hin- und herbewegen kann. Die Funktionsweise des Glieds 50 und seiner Bewegungen in der Nut 48 werden weiter unten in der Beschreibung ausführlich beschrieben.
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Das Körperglied 16 ist auch allgemein röhrenförmig und enthält einen ersten Teil 52 kleinen Durchmessers, der die Außenfläche des Kolbens 12 an dessen mittlerem Teil 26 eng umgibt, und einen zweiten, abgestuften Teil 54 größeren Durchmessers, der von der Außenfläche des Kolbens beabstandet ist. Ein elastischer O-Ring 56 ist zwischen dem Körperglied 16 und dem Kolben 12 vorgesehen und bildet somit ein Polster dazwischen zum Aufnehmen von Stößen, wenn der Kolben durch Hochdruckfluid in die druckbeaufschlagte Position betätigt wird. Die Außenfläche des Kolbens 12 enthält eine Schulter 58, die sich radial davon erstreckt, und eine Schraubenfeder 60 steht zwischen dem abgestuften Teil 54 großen Durchmessers und der Schulter 58 in Eingriff, um den Kolben 12 nach rechts – in 1 – vorzuspannen. Eine weitere Schraubenfeder 62 steht zwischen dem vorderen Ende des abgestuften Teils 54 und der Kolbenführung 14 in Eingriff, um die Kolbenführung nach rechts – in 1 – vorzuspannen. Jede der Federn 60, 62 ist außerhalb des Fluidströmungswegs angeordnet und durch die Dichtung 32 gegenüber dem Arbeitsmedium abgedichtet, so daß die Federn 60, 62 durch das Arbeitsmedium nicht benetzt werden. Dies gestattet eine ruhigere Fluidströmung durch die Kupplung 10, und es wird die Ansammlung von Verunreinigungen durch die Federn verhindert.
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Die geteilte Klemmhülsenanordnung 18 ist mit dem abgestuften Teil 54 des Körperglieds 16 verbunden und umgibt die Kolbenführung 14 zur Verbindung der Fluidleitung 44 mit der Kupplung 10. Die geteilte Klemmhülsenanordnung 18 enthält mehrere einzelne Klemmhülsensegmente, die um den Umfang der Kolbenführung 14 herum angeordnet und zum Klemmeingriff mit der Fluidleitung 44 ausgeführt sind. Die geteilte Klemmhülsenanordnung 18 ist so mit dem abgestuften Teil 54 verbunden, daß eine Schwenkbewegung der Klemmhülsensegmente gestattet wird, wodurch ein distaler Endteil 64 der geteilten Klemmhülsenanordnung zwischen einer ausgekuppelten Position und einer gekuppelten Position aufweitbar und zusammenziehbar ist, wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist. Ein elastischer Halter 66, wie zum Beispiel ein O-Ring oder eine ringförmige Schraubenfeder, ist an dem Ende der geteilten Klemmhülsenanordnung gegenüber dem distalen Endteil 64 befestigt, um den distalen Endteil der geteilten Klemmhülsenanordnung auf die aufgeweitete Position vorzuspannen.
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Wie in den 2 bis 4 gezeigt, ist der distale Endteil 64 der geteilten Klemmhülsenanordnung zum Greifen auf die Außenfläche der Fluidleitung 44 zur sicheren Verbindung der Kupplung 10 und der Fluidleitung ausgeführt. Zur Unterstützung dieser Greifwirkung können die Innenflächen der einzelnen Klemmhülsensegmente am distalen Ende mit einem Gewinde versehen sein, das in das auf der Außenfläche der Fluidleitung 44 ausgebildete Gewinde eingreift, wie bei der Ausführungsform nach 6 gezeigt, um die Verbindung zwischen der Kupplung und der Fluidleitung zu verbessern. Anstatt ineinandergreifender Gewinde an den Klemmhülsensegmenten und der Fluidleitung, könnten die Klemmhülsensegmente auch mit Schultern ausgebildet sein, die zum Hintergreifen einer an der Fluidleitung definierten Schulter zur Bereitstellung der Verbindung dazwischen angeordnet sind.
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Die Buchse 20 umgibt den Kolben 12, die Kolbenführung 14, das Körperglied 16 und die geteilte Klemmhülsenanordnung 18 und ist bezüglich der geteilten Klemmhülsenanordnung gleitbar, um den distalen Endteil 64 in die zusammengezogene Position zu betätigen sowie ein Aufweiten des distalen Endteils durch den elastischen Halter 66 zu gestatten. Wie in den 1 bis 4 zu sehen, ist der vordere Teil der Buchse 20 neben dem distalen Endteil 64 auf der Außenfläche der geteilten Klemmhülsenanordnung gleitbar angeordnet, und die Außenfläche des distalen Endteils 64 definiert einen Teil 68 vergrößerten Durchmessers und eine geneigte Fläche 70, die zu dem Teil 68 vergrößerten Durchmessers führt. Wenn die Buchse 20 bezüglich der geteilten Klemmhülsenanordnung 18 nach rechts gleitet, gleitet die Innenfläche der Buchse an der geneigten Fläche 70 auf den Teil 68 vergrößerten Durchmessers hoch und zwängt dadurch den distalen Endteil 64 in die zusammengezogene Position und in Klemmeingriff mit der Fluidleitung 44. Durch Bewegen der Buchse 20 nach links an der geneigten Fläche 70 herab kann sich aufgrund der Ausdehnungskraft des elastischen Halters 66 der distale Endteil 64 aufweiten, so daß ein Ausrücken oder Einrücken der Kupplung und der Fluidleitung gestattet wird.
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Stifte 72 oder andere Vorsprünge sind mit der Buchse 20 verbunden und erstrecken sich in derartigen Eingriff mit der geteilten Klemmhülsenanordnung 18, daß eine integrale Drehbewegung sowohl der Buchse als auch der geteilten Klemmhülsenanordnung bewirkt wird, wenn die Buchse gedreht wird, während die Buchse bezüglich der geteilten Klemmhülsenanordnung hin- und hergleiten kann. Die Stifte 72 werden zum Drehen der geteilten Klemmhülsenanordnung 18 und dadurch Festziehen der Kupplung 10 an der Fluidleitung 44 aufgrund des Gewindeeingriffs dazwischen verwendet. Die Stifte 72 sind jedoch nicht erforderlich, aber sie können von Vorteil sein, wenn die Kupplung 10 leckt und festgezogen werden muß.
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Ein Arretiermechanismus 74 ist zum Festhalten der Buchse 20 in einer ersten, in 2 gezeigten Position, in der der distale Endteil der geteilten Klemmhülsenanordnung aufgeweitet ist, und zum Verriegeln der Buchse 20 in einer zweiten, in 4 gezeigten Position, in der der distale Endteil zusammengezogen ist, vorgesehen. Der Arretiermechanismus 74 enthält vorzugsweise eine Umfangsnut 76, die in der Außenfläche des Kolbens 12 an seinem mittleren Teil ausgebildet ist, und Arretierkugeln 78, die in jeweiligen Löchern 80 in dem den kleinen Durchmesser aufweisenden Teil 52 des Körperglieds 16 angeordnet sind. Die Nut 76 enthält eine geneigte Endfläche 82 zum Zwängen der Arretierkugeln 78 aus der Nut 76, wie unten beschrieben wird. Obgleich die Kupplung so dargestellt und beschrieben wird, daß sie mehrere Arretierkugeln verwendet, könnte gegebenenfalls auch eine einzige Arretierkugel verwendet werden. Darüber hinaus wird der Arretiermechanismus 74 zwar als Kugelarretiermechanismus dargestellt, es könnten aber auch andere Arretiermechanismen, wie zum Beispiel ein Arretiermechanismus, der einen oder mehrere Arretierstifte verwendet, eingesetzt werden.
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Der Arretiermechanismus 74 nimmt die Buchse 20 in Eingriff, um die geteilte Klemmhülsenanordnung geöffnet zu halten, wenn die Kupplung nicht druckbeaufschlagt ist, und die Buchse 20 in einer Position zu verriegeln, in der das Ausrücken der Kupplung 10, während sie druckbeaufschlagt ist, verhindert wird. Die Buchse 20 enthält eine radial nach innen ragende Arretierschulter 84, die den den kleinen Durchmesser aufweisenden Teil 52 des Körperglieds 16 umgibt und bezüglich dazu gleitbar ist. Ein Schnappring 86, der um das Ende des den kleinen Durchmesser aufweisenden Teils 52 des Körperglieds 16 angeordnet ist, steht mit der Arretierschulter 84 in Eingriff und hält so die Buchse 20 am Körperglied fest.
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Wie in 2 zu sehen, sind die Arretierkugeln 78, wenn die Buchse 20 ganz nach links gezogen ist und sich der Kolben 12 in der ausgerückten Position befindet, an der Außenfläche des Kolbens außerhalb der Nut 76 angeordnet, so daß die Schulter 84 zwischen den Arretierkugeln 78 und dem Schnappring 86 angeordnet ist. Somit wird die Bewegung der Buchse 20 nach rechts, um das distale Ende der Klemmhülsenanordnung 18 zusammenzuziehen, verhindert, bis der Kolben 12 nach links bewegt worden ist, damit die Arretierkugeln 78 in die Nut 76 fallen können. Wie in 4 gezeigt, werden jedoch, wenn sich der Kolben weiter nach links in die druckbeaufschlagte Position bewegt, die Arretierkugeln 78 aus der Nut 76 heraus und auf die Außenfläche des Kolbens vor der Nut gezwängt, so daß die Arretierkugeln 78 hinter der Schulter 84 angeordnet sind. Somit wird eine Bewegung der Buchse 20 nach links, um ein Ausrücken zu gestatten, verhindert, bis der Druck entlastet wird und die Feder 60 den Kolben 12 zurück in die in 3 gezeigte Position vorspannen kann.
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Im folgenden wird die Funktionsweise der Kupplung 10 unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben. 2 zeigt die Kupplung in vollständig geöffneter, ausgerückter Position, damit eine Verbindung der Fluidleitung 44 damit gestattet wird. Die Fluidleitung 44 wird hier als ortsfest oder feststehend beschrieben, wobei die Kupplung 10 auf das Ende der Fluidleitung gezwängt wird. In der in 1 gezeigten Position sind der Kolben 12 und die Kolbenführung 14 durch die Federn 60 bzw. 62 nach rechts vorgespannt, und der distale Endteil 64 erstreckt sich über die Vorderseite der Buchse 20 hinaus und ist durch den elastischen Halter 66 aufgeweitet. Weiterhin ist die Arretierschulter 84 der Buchse 20 neben dem Schnappring 86 angeordnet, und die Arretierkugeln 78 sind außerhalb der Nut 76 auf einer Seite der Arretierschulter 84 angeordnet, so daß die Buchse in dieser Position festgehalten wird und sich nicht nach rechts bewegen kann.
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Wenn die Kupplung 10 auf die Fluidleitung geschoben wird, werden der Kolben 12 und die Kolbenführung 14 gegen die Vorspannung der Federn 60, 62 in die Kupplung zurück gezwängt, bis die Arretierkugeln 78 in die Nut 76 fallen. Wenn sich die Kugeln 78 in der Nut befinden, kann sich die Buchse 20 nach rechts bewegen und am Teil 68 vergrößerten Durchmessers hochrutschen, um die Klemmhülsenanordnung in Greifkontakt mit der Fluidleitung 44 zusammenzuziehen, wie in 3 gezeigt.
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Wenn die Kolbenführung 14 nach links in die Kupplung gezwängt wird, gleitet das Klemmhülseneingriffsglied 50 nach vorne in die Nut 48 und hält dadurch den distalen Endteil 64 der geteilten Klemmhülsenanordnung 18 lange genug geöffnet, daß die Kupplung vollständig an die Fluidleitung angelegt werden kann, bevor der distale Endteil in Eingriff mit der Fluidleitung geklemmt wird. Diese Ausführung ermöglicht des weiteren aufgrund der auf die Kolbenführung 14 wirkenden Vorspannkraft der Feder 62, daß sich die Dichtung 42 mit der Fluidleitung 44 bewegt, wenn sich die Fluidleitung nach außen oder nach rechts bewegen würde. Eine derartige Bewegung der Fluidleitung 44 nach außen ist aufgrund des auf der Innenfläche der Klemmhülsenanordnung und der Außenfläche der Fluidleitung ausgebildeten Gewindes möglich. Wenn eine Schraubenlinie in eine Schraubenlinie (oder in ein Gewinde) eingreifen soll, kann sich die Fluidleitung aufgrund der gegenseitigen Behinderung der Gewinde um circa einen halben Gewindegang entweder nach innen oder nach außen bewegen. Diese Bewegung aufgrund der Behinderung muß berücksichtigt werden, damit die Kupplung 10 zuverlässig funktionieren kann. Wenn die Klemmhülse und die Fluidleitung jedoch kein Gewinde aufweisen, sondern die Verbindung stattdessen durch zusammenpassende Schultern oder dergleichen bewerkstelligt wird, kann auf das Klemmhülseneingriffsglied 50 verzichtet werden.
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Wenn die Buchse 20 nach rechts geschoben wird, beginnt sie somit, den distalen Endteil der geteilten Klemmhülsenanordnung zusammenzuziehen, wodurch das Glied 50 nach vorne in die Nut 48 geschoben wird. Nachdem die Kolbenführung 14 weit genug hineingeschoben worden ist, daß sich die geteilte Klemmhülsenanordnung vollständig zusammenziehen kann, befindet sich das Glied 50 im vorderen Teil der Nut. Würde sich die Fluidleitung um einen halben Gewindegang nach außen bewegen, dann würde die Kolbenführung 14 einer derartigen Bewegung folgen, weil das Glied 50 Platz genug hat, in die Nut 48 zurückzugleiten.
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In der in 3 gezeigten Position ist die Kupplung 10 mit der Fluidleitung 44 verbunden, wobei kein druckbeaufschlagtes Fluid durch die Kupplung strömt und die Dichtung 42 die Vorderseite der Fluidleitung in Eingriff nimmt und so eine fluiddichte Verbindung bereitstellt. Falls die Verbindung nicht dicht genug ist oder Lecks auftreten, wenn druckbeaufschlagtes Fluid erst einmal strömt, kann die Buchse 20 gedreht werden, wodurch die geteilte Klemmhülsenanordnung 18 aufgrund der Stifte 72 gedreht und dadurch die Kupplung aufgrund des Gewindes zwischen ihr und der Fluidleitung auf der Fluidleitung festgezogen wird.
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Nach der Verbindung der Kupplung mit der Fluidleitung, wie in 3 gezeigt, kann dann druckbeaufschlagtes Fluid eingeführt werden. Die Kupplung 10 ist zur Verwendung mit höheren Drücken ausgelegt, und deshalb ist die Kupplung mit Sicherheitseinrichtungen versehen, die verhindern, daß sie ausgerückt wird, während sie unter Druck steht. Wenn druckbeaufschlagtes Fluid eingeführt wird, beaufschlagt es die Druckfläche 36 des Kolbens 12 und zwängt so den Kolben nach links aus der in 3 gezeigten Position in die in 4 gezeigte druckbeaufschlagte Position. Während der Kolben 12 in die druckbeaufschlagte Position gezwängt wird, zwängt die geneigte Endfläche 82 die Arretierkugeln 78 radial aus der Nut 76 in eine direkt hinter der Arretierschulter 84 der Buchse 20 liegende Position, wobei die Arretierkugeln 78 schließlich auf der Außenfläche des Kolbens 12 ruhen, so daß sie hinter der Arretierschulter gehalten werden. Solange die Kupplung unter Druck steht, werden die Arretierkugeln 78 hinter der Arretierschulter 84 festgehalten und die Buchse 20 kann nicht nach hinten oder nach links gezogen werden, wodurch ein Ausrücken der Kupplung verhindert wird. Zum Ausrücken der Kupplung muß der Druck entlastet werden, wodurch der Kolben 12 durch die Feder 60 in die in 3 gezeigte Position gezwängt werden kann, wobei die Arretierkugeln in die Nut fallen und ein Ziehen der Buchse nach hinten gestatten, wodurch die Verbindung gelöst wird.
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Die geneigte Nut 30 erleichtert durch Verringerung des Preßdrucks auf den O-Ring 32 und dadurch Verringerung der Reibung an dem Kolben und der Kolbenführung Relativbewegungen des Kolbens und der Kolbenführung. Das druckbeaufschlagte Fluid berührt jedoch den O-Ring und schiebt den O-Ring nach links an der Rampe nach oben, um den Preßdruck auf den O-Ring mit zunehmenden Druck zu erhöhen.
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Die gemäß den 1 bis 5 beschriebene Ausführungsform enthält eine Hauptdichtung 42, die eine Vorderseite der Fluidleitung 44 in Eingriff nimmt, um eine Dichtung zwischen der Kupplung und der Fluidleitung bereitzustellen. Es sind jedoch auch andere Hauptdichtungskonfigurationen möglich. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform der Kupplung, bei der Elemente, die denen in den 1 bis 5 entsprechen, mit der gleichen Bezugszahl plus angefügtem Strich bezeichnet werden. Die Kupplung ist zum abdichtenden Eingriff mit einer Innenfläche einer Fluidleitung 44' ausgelegt. Der Verlängerungsteil 38' der Kolbenführung 14' enthält einen nach vorne gerichteten Vorsprung 88, der so bemessen ist, daß er sich in das Ende der Fluidleitung 44' erstreckt. Der Vorsprung 88 wird durch eine integrale Verlängerung des Verlängerungsteils 38' gebildet. Die Hauptdichtung 42', bei der es sich um einen O-Ring, eine unterlegscheibenförmige Dichtung und dergleichen handeln kann, ist um ein Ende des nach vorne gerichteten Vorsprungs 88 angeordnet und nimmt eine Innenfläche 90 der Fluidleitung in Eingriff, um eine abgedichtete Verbindung zwischen der Kupplung und der Fluidleitung bereitzustellen. Da die Hauptdichtung 42' eine Innenfläche der Fluidleitung berührt, ist der bei der Ausführungsform nach den 1 bis 4 verwendete Halter 46 nicht erforderlich. Ansonsten ähnelt die Kupplung der Kupplung nach den 1 bis 5. Andere Ausführungsformen könnten extern an der Fluidleitung abdichten.
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7 zeigt eine Ausführungsform, die der Ausführungsform nach den 1 bis 5 ähnelt, außer daß die Kupplung mit einer modularen Buchse 20' ausgeführt ist, um den Verwendungsbereich der Kupplung zu erweitern. Die modulare Buchse 20' wird durch einen röhrenförmigen Hauptbuchsenteil 92 gebildet, der sich über die geteilte Klemmhülsenanordnung 18 erstreckt, um deren distalen Endteil 64 in die zusammengezogene Position zu betätigen. Der Hauptbuchsenteil 92 enthält eine sich radial nach innen erstreckende Schulter 94 neben seinem hinteren Ende, und ein Ringteil 96 ist in das Innere des Hauptbuchsenteils 92 geschoben und stößt an die Schulter 94. Der Ringteil 96 definiert die Arretierschulter 84' für die modulare Buchse 20'. Ein Flansch 98 erstreckt sich von dem Ringteil 96 nach hinten und ist von der Innenfläche des Hauptbuchsenteils 92 radial beabstandet, um einen Spalt dazwischen zu definieren, und ein Verriegelungsring 100 ist in dem Spalt befestigt, um den Ringteil 96 an der Schulter 94 des Hauptbuchsenteils 92 zu verriegeln. Vorzugsweise ist der Verriegelungsring 100 durch ein an der Innenfläche des Hauptbuchsenteils 92 und an der Außenfläche des Verriegelungsrings gebildetes Schraubgewinde 102 in dem Spalt befestigt. Somit kann der Ringteil 96 durch einfaches Losschrauben des Verriegelungsrings 100 entfernt werden, wodurch ein Zurückziehen des Hauptbuchsenteils 92 von der Kupplung gestattet wird. Ansonsten ähneln die Konstruktion und die Funktionsweise der Kupplung der Kupplung nach der ersten Ausführungsform.
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Wie unter Bezugnahme auf die 8A bis C und 9A bis C erläutert werden wird, gestattet die modulare Buchse 20' eine derartige Modifizierung der Kupplung, daß sie durch verschiedene mechanische Betätigungsvorrichtungen betätigt werden kann, wobei die Buchse 20' feststehend anstatt wie bei den Ausführungsformen nach den 1 bis 7 beweglich ist.
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Die 8A bis C zeigen eine griffbetätigte Kupplung, bei der zum Öffnen des distalen Endteils 64 der geteilten Klemmhülsenanordnung 18 ein Griff 104 zusammengedrückt wird, um eine Verbindung oder Trennung der Fluidleitung 44 zu gestatten, und wenn der Griff 104 freigegeben wird, wird die geteilte Klemmhülsenanordnung zur Erzielung einer Verbindung zusammengezogen. Die modulare Buchse 20' enthält den Hauptbuchsenteil 92 und den Ringteil 96, wie bei der Ausführungsform nach 7, jedoch ist der Verriegelungsring 100 entfernt und stattdessen ist eine vordere Buchse 106 eines ortsfesten Gehäuses 108 auf das Ende des Hauptbuchsenteils geschraubt, um den Ringteil 96 in seiner Position zu halten.
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Die vordere Buchse 106 ist von dem Flansch 98 des Ringteils 96 nach außen hin beabstandet, und eine Schraubenfeder 110 ist in dem Spalt dazwischen angeordnet. Die Feder 110 greift an einem Ende an den Ringteil 96 und an ihrem gegenüberliegenden Ende an eine Unterlegscheibe 112 an, die neben dem Ende des Körperglieds 16 durch einen Haltering 114 befestigt wird. Die Schraubenfeder 110 spannt somit die Innenteile der Kupplung – in 8A – nach links vor, wobei sie dazu neigt, die Innenteile in den Hauptbuchsenteil 92 zurückzuziehen und die geteilte Klemmhülsenanordnung in die zusammengezogene Position zu zwängen.
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Eine weitere Unterlegscheibe 116 greift an das Ende des Körperglieds 16 an, und ein Betätigungsstift 118 erstreckt sich gleitbar durch das Gehäuse 108 und in Eingriff mit der Unterlegscheibe 116. Das gegenüberliegende Ende des Betätigungsstifts 118 greift an den Griff 104 an, der zur Ausführung einer Schwenkbewegung zwischen den in den 8A und 8B gezeigten Positionen schwenkbar mit dem Gehäuse 108 verbunden ist.
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Die Kupplung nach den 8A bis C funktioniert wie folgt. Wenn der Griff 104 zusammengedrückt wird, zwängt er den Betätigungsstift 118 nach rechts, der gegen die Unterlegscheibe 116 drückt und bewirkt, daß sich das Körperglied 16, der Kolben 12, die Kolbenführung 14 und die geteilte Klemmhülsenanordnung 18 nach rechts bewegen, bis sich der distale Endteil 64 am Hauptbuchsenteil 92 vorbei erstreckt, wodurch der distale Endteil aufgeweitet wird, wie in 8A gezeigt. Nach dem Aufschieben der Kupplung auf die Fluidleitung 44, wird der Griff 104 freigegeben, und die Feder 110 zwängt die Innenteile nach links in den Hauptbuchsenteil 92 zurück, wodurch sich die geteilte Klemmhülsenanordnung 18 zusammenzieht und so die Fluidleitung in Eingriff nimmt, wie in 8B gezeigt. 8C zeigt die Kupplung unter Druck, wobei druckbeaufschlagtes Fluid auf die Druckfläche 36 einwirkt, um den Kolben 12 nach links zu zwängen, so daß die Arretierkugeln 78 hinter der Arretierschulter 84' angeordnet sind und dadurch das Körperglied 16 an dem Hauptbuchsenteil 92 verriegeln und ein Ausrücken der Kupplung verhindern, bis der Druck entlastet wird. Es versteht sich, daß die Buchse 20' bei dieser Ausführungsform mit dem Gehäuse 108 verbunden und deshalb ortsfest ist und daß der Griff 104 und die Feder 110 eine Bewegung der Innenteile der Kupplung bezüglich der Buchse 20' bewirken, so daß die geteilte Klemmhülsenanordnung aufgeweitet und zusammengezogen wird.
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Die 9A bis C zeigen noch eine andere alternative Ausführungsform, bei der die modulare Buchse so modifiziert ist, daß eine pneumatisch betätigte Kupplung gebildet wird. Ähnlich wie bei der griffbetätigten Kupplung ist eine vordere Buchse 106' eines ortsfesten pneumatischen Gehäuses 108' in das Ende des Hauptbuchsenteils 92 geschraubt, um den Ringteil 96 in Position zu halten. Die Unterlegscheibe 112 wird durch den Haltering 114 neben dem Ende des Körperteils 16 befestigt, und die Feder 110 ist zwischen der Unterlegscheibe 112 und dem Ringteil 96 in Eingriff genommen.
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Das ortsfeste pneumatische Gehäuse 108' definiert einen Zylinder 120, und ein Kolben 122 ist in dem Zylinder 120 angeordnet und greift an das Ende des Körperglieds 16 an. Eine Fluidöffnung 124 steht mit dem Zylinder 120 in Verbindung, um das Einführen oder Abführen von druckbeaufschlagtem Fluid, wie zum Beispiel Luft, zu dem Zylinder zu gestatten und die Position des Kolbens 122 zu steuern. Obgleich die hier beschriebene Kupplung pneumatisch betätigt ist, könnte die Kupplung auch gegebenenfalls hydraulisch betätigt sein.
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Wie in 9A dargestellt, wird der Kolben 122 bei der Einführung von druckbeaufschlagtem Fluid zu dem Zylinder 120 nach rechts gezwängt, wodurch das Körperglied 16 und die anderen Innenteile der Kupplung nach rechts gezwängt werden, bis der distale Endteil 64 der geteilten Klemmhülsenanordnung 18 aufgeweitet wird und so eine Verbindung mit der Fluidleitung 44 gestattet. Nach dem Aufschieben der Kupplung auf die Fluidleitung, wird das druckbeaufschlagte Fluid aus dem Zylinder 120 entlastet, wodurch die Feder 110 das Körperglied 16 und die anderen Innenteile sowie den Kolben 122 nach links vorspannen und so die geteilte Klemmhülsenanordnung zusammenziehen kann und die Verbindung fertigstellt, wie in 9B gezeigt. Wenn druckbeaufschlagtes Fluid durch die Fluidleitung 44 eingeführt wird, wird der Kolben 12 weiter nach links gezwängt, indem das druckbeaufschlagte Fluid auf die Druckfläche 36 wirkt, um das Körperglied mit der Buchse 20' zu verriegeln, wodurch ein Ausrücken verhindert wird, bis der Druck entlastet wird. Wie bei der Ausführungsform nach den 8A bis C ist die Buchse 20' wieder ortsfest, und die Innenteile sind während der Verbindung mit der Fluidleitung bezüglich der Buchse 20' beweglich.
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Die 10A und 10B zeigen eine Ausführungsform, bei der die geteilte Klemmhülsenanordnung 18 weggelassen wurde. Die Hochdruckkupplung nach dieser Ausführungsform verwendet stattdessen eine Kugelarretierkupplungsanordnung 150, um die Hochdruckkupplung und eine Fluidleitung 152 miteinander zu verbinden. Die Kugelarretierkupplungsanordnung 150 enthält einen röhrenförmigen Verlängerungsteil 154, der integral mit dem Körperglied 16 ausgebildet ist und sich davon zwischen der Buchse 20 und der Kolbenführung 14 nach vorne erstreckt. Eine Arretierkugel 156 ist in einem neben dem Ende der röhrenförmigen Verlängerung 154 ausgebildeten Loch 158 angeordnet und darin radial beweglich. Es versteht sich, daß, obgleich eine einzelne Arretierkugel 156 und ein einzelnes Loch 158 gezeigt werden, die röhrenförmige Verlängerung 154 auch mehrere um den Umfang beabstandete Arretierkugeln 156 und Löcher 158 enthalten könnte. Darüber hinaus könnte gegebenenfalls eine Stiftarretierkupplungsanordnung anstelle der Kugelarretierkupplungsanordnung verwendet werden.
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Die Fluidleitung 152 ist mit einer in ihrer Außenfläche neben ihrem Ende ausgebildeten, um den Umfang verlaufenden Arretiernut 160 ausgebildet. Die Nut 160 ist zur Aufnahme der Arretierkugel 156 darin zur Kupplung oder Befestigung der Fluidleitung 152 an die bzw. der Hochdruckkupplung, wie in 10B gezeigt, bemessen. Die Arretierkugel 156 wird durch die Buchse 20, die gleitbar auf der Außenfläche der röhrenförmigen Verlängerung 154 angeordnet ist, radial nach unten in die Nut gezwängt. Die Buchse 20 enthält an ihrem Ende einen Teil 162 mit großem Radius, der gestattet, daß sich die Arretierkugel 156 radial nach außen bewegt, wenn die Kupplung anfangs auf die Fluidleitung 152 geschoben wird, wie in 10A gezeigt. Eine abgewinkelte Betätigungsfläche 164 führt von dem Teil 162 mit großem Radius zu einem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Teil 166 der Innenfläche der Buchse 20, der sich auf der Außenfläche der röhrenförmigen Verlängerung 154 befindet. Ein am Innenumfang der röhrenförmigen Verlängerung 154 befestigter Schnappring 168 begrenzt eine Bewegung der Kolbenführung 14 nach rechts, wodurch verhindert wird, daß die Kolbenführung 14 durch das Ende der Kupplung entfernt wird, bis der Schnappring 168 entfernt wird. Weiterhin ist in der nach vorne weisenden Fläche der Kolbenführung 14 eine Nut 169 definiert, die darin die Hauptdichtung 42 aufnimmt und dadurch festhält.
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10A zeigt die Kupplung in einem geöffneten, unverriegelten Zustand, wobei sich die Kugelarretierkupplungsanordnung 150 in einer ausgekuppelten Konfiguration befindet und die Fluidleitung 152 in dem Ende der Kupplung angeordnet ist. Wie bei 10A bemerkt, ist die Arretierkugel 78 wie bei der Ausführungsform nach 2 zum Festhalten der Buchse 20 in ihrer ausgerückten Position positioniert. Während die Kupplung weiter auf die Fluidleitung 152 geschoben wird, werden die Kolbenführung 14 und der röhrenförmige Kolben 12 in die Kupplung zurückgezwängt, so daß die Arretierkugel 76 in die Nut 76 fällt. Wenn die Kugel 78 in die Nut 76 gefallen ist, kann sich die Buchse 20 nach rechts bewegen, so daß die Betätigungsfläche 164 die Arretierkugel 156 in die Nut 160 zwängt und sich die Kupplungsanordnung 150 somit in einer gekuppelten Konfiguration befindet und dadurch die Fluidleitung 152 und die Hochdruckkupplung aneinandergekuppelt werden. Der einen kleinen Durchmesser aufweisende Teil 166 der röhrenförmigen Verlängerung 154 wird nun über der Arretierkugel 156 angeordnet und hält dadurch die Arretierkugel in der Nut 160. Nach der Einführung des druckbeaufschlagten Fluids wird der röhrenförmige Kolben 12 in seine druckbeaufschlagte Position zurückgezwängt, wodurch die Arretierkugel 78 radial nach außen hinter die Schulter 84 gezwängt wird, wie in 10B gezeigt, so daß die Kupplung unter Druck nicht ausgerückt werden kann. Somit funktioniert diese Ausführungsform wie die in den 1 bis 4 gezeigte Ausführungsform.
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Wie aus den 10A, 10B hervorgeht, können, da die Kugelarretierkupplungsanordnung 150 nicht radial aufgeweitet und zusammengezogen wird und deshalb nicht geöffnet gehalten werden muß, das Klemmhülseneingriffsglied 50 und der elastische Halter 66 weggelassen werden, und das Körperglied 16 und die Kupplungsanordnung 150 können einstückig ausgeführt sein, wodurch die Kupplung vereinfacht wird.
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11 zeigt eine den 10A, 10B ähnelnde Ausführungsform, bei der es sich jedoch nicht um eine integrale, einstückige Ausführung handelt, sondern das Körperglied 16 und die röhrenförmige Verlängerung 154 durch ineinandergreifende Gewinde 170, die an dem Körperglied und der röhrenförmigen Verlängerung ausgebildet sind, lösbar aneinander befestigt sind. Weiterhin ist die röhrenförmige Verlängerung 154 mit einer nach innen ragenden Schulter 172 auf ihrer Innenfläche ausgebildet, die mit dem Kolbenführungsglied 14 in Eingriff steht, um eine Bewegung der Kolbenführung 14 nach rechts zu begrenzen und dadurch zu verhindern, daß die Kolbenführung 14 durch das Ende der Kupplung entfernt wird, bis die röhrenförmige Verlängerung 154 von dem Körperglied 16 gelöst ist.
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Auf 12 Bezug nehmend, wird eine Ausführungsform ähnlich den 10A und 10B gezeigt, jedoch ist die Schulter 84 an der Buchse 20 vergrößert und die Nut 76 in dem röhrenförmigen Kolben 12 ist so angeordnet, daß, wenn sich die Hochdruckkupplung in der geöffneten, ausgerückten Position befindet, die Arretierkugel 78 in der Nut 76 unterhalb der Schulter 84 positioniert ist. Somit hält die Arretierkugel 78 die Buchse 20 nicht in der ausgerückten Position, sondern dient stattdessen nur der Verriegelung der Buchse in der Eingriffsposition, so daß die Kupplung unter Druck nicht ausgerückt werden kann.
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13 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der 11, die jedoch die in 12 gezeigte Anordnung aus Arretierkugel 78 und Schulter 84 verwendet.
