DE19953243A1 - Unter Druck kuppelbare Schnellverschlußkupplung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine unter Druck kuppelbare (UDK) Schnellverschlusskupplung, insbesondere für Hydraulikmedium führende Hydraulikleitungen. Derartige Kupplungen bestehen aus zwei im Kupplungszustand miteinander verriegelten Ventilen in Form eines Steckers und einer im Kupplungszustand den Stecker aufnehmenden Muffe, von denen eines einem Verbraucher- und das andere einem Speisekreis zuzuordnen ist. Sie weisen jeweils einen axial verschieblichen und in Schließrichtung federbelasteten Ventilkörper mit Ventilkopf und Ventilschaft auf, der in Schließstellung an einem Ventilsitz eines Grundkörpers anliegt und eine Druckkammer gegen die Umgebung abdichtet, während er in Kupplungssollage um einen einfachen Ventilhub von seinem Ventilsitz rückversetzt ist. Zum Kuppeln eines druckbelasteten Ventils kann wenigstens im speisekreisseitigen Ventil eine Rückversetzung des Ventilkörpers um einen doppelten Ventilhub ermöglicht werden. Erfindungsgemäß ist in dem speisekreisseitigen Ventil ein Kompensationskragen mit einer vorderen, gegen den Ventilsitz gerichteten und dem Mediendruck ausgesetzten Kompensationsfläche und einer hinteren, gegen den Mediendruck abgeschirmten Fläche mit dem Ventilschaft verbunden oder wenigstens zeitweise mit ihm in Wirkverbindung bringbar. Dadurch übt in Schließstellung des Ventils ein hydrostatischer Druck in der Druckkammer über den Kompensationskragen eine in Öffnungsrichtung wirkende Axialkraft auf den Ventilkörper aus, die eine ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine unter Druck kuppelbare Schnellver­ schlußkupplung, insbesondere für Hydraulikmedium führende Hydraulikleitungen, der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art. Derartige Schnellverschlußkupplungen finden vielfach Anwendung z. B. im landwirtschaftlichen Bereich zur Kupplung von hydraulisch betriebe­ nen Zusatzgeräten, wie Wendepflügen, Hubschaufeln etc. an Traktoren.

Üblicherweise werden je zwei Einzelventile paarig als Wegeventil verwendet, in welchem durch Umschalten die Fließrichtung des Hydraulikmediums geändert werden kann. Die Kupplung der Zusatzge­ räte erfolgt für jedes Einzelventil separat.

Ein grundlegendes Problem von Schnellkupplungen ist das Kuppeln unter Druck, d. h. nach einem Druckaufbau im entkoppelten Speise- und/oder Verbraucherkreis. Dieser unerwünschte Druckaufbau im ungekuppelten Zustand kann auf verschiedene Weise erfolgen. In einem in der Sonne stehenden Ackergerät kann sich beispielsweise aufgrund der temperatur­ bedingten. Ausdehnung des Hydraulikmediums ein erheblicher Druck aufbauen. Im Speisekreis kann bereits das Umschalten eines Wegeventils im ungekuppelten Zustand zu einer Beaufschlagung eines bis dahin druckfreien Einzelventils mit dem Systemdruck führen. Um den für eine optimale Funktion des Systems notwendigen Volumendurchsatz durch die Kupplungsvorrichtung zu ermöglichen, muß die vom Ventilkörper zu verschließende Öffnung möglichst groß gestaltet sein, während der Ventilschaft einen möglichst geringen Raum einnehmen soll. Hieraus ergibt sich notwendig eine relativ große rückwärtige Fläche des Ventilkopfes, auf welche der Mediendruck wirkt und eine Kraft in Schließrichtung ausübt. Diese Kraft ist proportional zu der Größe der rückwärtigen Ventilkopffläche und dem in der Druckkammer herrschen­ den Mediendruck in Kupplungssollage, d. h. bei geöffnetem Ventil, wird diese Kraft weitgehend kompensiert bzw. durch den Ventilsitz durch diejenige Kraft, die der Mediendruck auf die vorderen Flächen des Ventilkopfes entgegen der Schließrichtung ausübt. Bei geschlossenem Ventil sind diese Vorderflächen jedoch durch den Ventilsitz gegen den Mediendruck abgeschirmt, so daß allein eine Kraft in Schließrichtung wirkt. Das zum Kuppeln notwendige Öffnen eines derart druckbeauf­ schlagten Ventils ist manuell nicht mehr möglich. Häufig wird diese Kraft noch verstärkt durch eine Federvorspannung, die notwendig ist, um im entkuppelten Zustand auch bei druckfreier Druckkammer den Ventilkörper in Schließstellung zu halten. Weiter wird die in Schließ­ richtung wirkende Kraft dadurch verstärkt, daß der Mediendruck auch auf rückwärtsgerichtete Flächen des Ventilschaftes wirkt. Wenigstens die auf die rückwärtige Abschlußfläche des Ventilschaftes wirkende Kraft kann nicht kompensiert werden.

Je nach Konstellation druckfreier und druckbeaufschlagter Einzelventile beim Kuppeln lassen sich insgesamt vier Fälle unterscheiden:

• 1. Speise- und verbraucherkreisseitiges Einzelventil sind drucklos.
• 2. Speisekreisseitiges Einzelventil ist drucklos, verbraucherkreis­ seitiges Einzelventil ist druckbeaufschlagt.
• 3. Speisekreisseitiges Ventil ist druckbeaufschlagt, verbraucher­ kreisseitiges Ventil ist drucklos.
• 4. Speise- und verbraucherkreisseitiges Einzelventil sind druckbe­ aufschlagt.

Fall 1.) stellt den wünschenswerten Zustand dar, in dem eine Kupplung problemfrei möglich ist.

Zur Lösung von Fall 2.) bietet der Stand der Technik die unter Druck kuppelbaren (UDK-)Systeme an, von denen die vorliegende Erfindung ausgeht. Bei diesen Systemen wird dem speisekreisseitigen Ventilkörper zeitweise ein mindestens doppelter Ventilhub, d. h. mindestens einen Ventilhub über die Kupplungssollage hinaus, ermöglicht. Hierdurch können die beiden Kupplungshälften miteinander verriegelt werden, obwohl der druckbeaufschlagte, verbraucherkreisseitige Ventilkörper in seiner Schließstellung verbleibt. Die Öffnung des verbraucherkreisseiti­ gen Ventils nach Verriegelung erfolgt durch Druckbeaufschlagung der Kupplung mit speisekreisseitigem Systemdruck. Die Möglichkeit des speisekreisseitigen doppelten Ventilhubes wird im Stand der Technik auf verschiedene Weisen, z. B. doppelte Federvorspannung des Ventilkörpers oder Lagerung des Ventilkörpers in einer beweglichen Innenhülse, realisiert. Da nach erfolgreichem Kuppeln ein doppelter Ventilhub des speisekreisseitigen Ventilkörpers unterbunden werden muß, um z. B. beim Umschalten der Wegeventile ein unbeabsichtigtes Schließen des verbraucherkreisseitigen Einzelventils zu verhindern, muß der speise­ kreisseitige Ventilkörper in seiner Kupplungssollage arretiert werden. Nach dem z. B. in DE 30 15 601 oder EP 00 34 312 beschriebenen Stand der Technik kann dies durch innere oder äußere Kugelversperrung des Ventilkörpers bzw. der ihn führenden inneren Hülse erfolgen. EP 0 206 813 offenbart die Möglichkeit, an geeigneter Stelle einen Anschlag in den Hubweg des Ventilschaftes einzufahren. Derartige Systeme haben zum einen den Nachteil, daß nach dem eigentlichen Kupplungsvorgang ein weiterer Arretierungsvorgang notwendig ist, dessen Unterlassung zu erheblichen Funktionsstörungen führen kann. Außerdem bieten diese Anordnungen keine Lösung für die oben genannten Problemfälle 3.) und 4.).

DE 37 04 159 A1 schlägt zur Lösung sämtlicher genannter Problemfälle eine Anordnung vor, bei der über einen besonderen Hebelmechanismus einerseits eine Verriegelung, andererseits ein Zurückziehen des speisekreisseitigen Ventilkörpers und schließlich eine Öffnung des verbraucherkreisseitigen Ventilkörpers durch vermehrte Kraftanwendung erzwungen wird. Abgesehen von der erheblichen Kraftanstrengung des Benutzers erscheint dieses Verfahren wenig materialschonend. Außerdem ist auch hier neben dem eigentlichen Kupplungsvorgang ein weiterer Arbeitsschritt notwendig.

Schließlich bieten EP 0 265 569 B1 und EP 0 203 876 B1, die den gleichen Gegenstand unter verschiedenen Aspekten beschreiben, einen weiteren Vorschlag zur Lösung sämtlicher vier Konstellationen an. Ausgehend von dem problematischsten Fall 4.) wird beim Kupplungsvor­ gang ein Hilfsventil in der Stirnfläche des speisekreisseitigen Ventilkopfes geöffnet, durch welches Druck entweichen kann. Fall 4.) wird damit in den nach herkömmlichem UDK-Prinzip lösbaren Fall 2.) überführt. Analoges gilt für eine von Fall 3.) ausgehende Situation. Als nachteilig hierbei muß jedoch angesehen werden, daß über das Hilfsventil Hydraulikflüssigkeit nach außen gelangt. Dies führt zu Verschmutzung von Kupplung und Umwelt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schnellkupplung der vorgenannten Art zu schaffen, die auf einfache und sichere Weise die Kupplung in allen vier genannten Konstellationen ermöglicht und dabei die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, überdies Kupplungen der genannten Art mit einem Rückschlagpuffer zu versehen, der bei plötzlichen Druck­ stößen, z. B. bei Umschalten eines Wegeventils, Material und Mechanik besonders schont.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils von Anspruch 1. Die letztgenannte Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 9. Letzteren kommt eigenständige, erfinderische Bedeutung zu, obwohl sie sich insbesondere in Kombination mit einer Anordnung gemäß An­ spruch 1 als vorteilhaft erweisen.

Den erfinderischen Merkmalen kommt im einzelnen folgende Bedeutung zu. Das grundsätzliche Prinzip der UDK-Kupplung mit möglichem, doppeltem Ventilhub des speisekreisseitigen Ventilkörpers wird beibehalten. Anstatt jedoch, wie beim Stand der Technik, den in den Fällen 3.) und 4.) im speisekreisseitigen Ventil aufgebauten Druck gewaltsam zu überwinden oder ihn durch komplizierte Vorrichtungen unter Leckage abzubauen, wird von vorne herein sichergestellt, daß die auf den speisekreisseitigen Ventilkörper wirkenden Kräfte die manuell aufbringbare Kraft nicht überschreiten. Hierzu wird der Ventilkörper mit einem besonderen Kompensationskragen versehen, dessen vordere, gegen den Ventilsitz gerichtete Kompensationsfläche dem Mediendruck ausgesetzt ist, während seine rückwärtige Fläche zusammen mit rückwärtigen Teilen des Ventilschaftes gegen den Mediendruck abgeschirmt ist. Auf die Kompensationsfläche wirkt nämlich eine entgegen der Schließrichtung gerichtet Kraft. Wird diese Axialkraft in geeigneter Weise auf den Ventilkörper übertragen, erfolgt eine Kompen­ sation der auf die rückwärtigen Flächen des Ventilkopfes wirkenden Kraft. Das Ausmaß der Kompensation ist proportional zur Flächendiffe­ renz zwischen Kompensations- und rückwärtiger Ventilkopffläche.

Die Übertragung der Axialkraft von dem Kompensationskragen auf den Ventilkörper kann gemäß Anspruch 2 durch einstückige Ausbildung des Ventilschaftes mit dem Kompensationskragen als Ringansatz erreicht werden. Besonders günstig ist es jedoch, den Kompensationskragen gemäß Anspruch 3 als axial verschiebliche Hülse auszubilden, die einerseits gegen den Ventilschaft, andererseits gegen den Muffengrund­ körper abgedichtet ist und in Schließstellung des Ventilkörpers mit diesem über einen Anschlag in Wirkverbindung steht. Hieraus ergibt sich nämlich die Möglichkeit, die Verschieblichkeit der Kompensationshülse in rückwärtiger Richtung gemäß Anspruch 5 durch einen weiteren Anschlag am Muffengrundkörper zu begrenzen. Bei weiterem Zurückfah­ ren des Ventilkörpers wird dann die Wirkverbindung zwischen Kompensationshülse und Ventilschaft aufgehoben, wodurch auch die Kompensation der auf die rückwärtige Fläche des Ventilkopfes wirken­ den Kraft aufgehoben wird. Diese Kraftkompensation wird ausschließlich zu einem ersten Öffnen des speisekreisseitigen Ventils beim Kupplungs­ vorgang benötigt. Nach dem Öffnen entweicht mit dem Hydraulikmedium der Druck aus der Druckkammer und der Ventilkörper läßt sich ohne weiteres manuell nach hinten verschieben (hierbei handelt es sich nicht um eine zusätzliche, der Druckentlastung dienende Leckage wie im Stand der Technik gemäß EP 0 265 569 B1 bzw. EP 0 203 876 B1, sondern um einen unvermeidlichen Flüssigkeitsverlust, der bei jedem Kuppelvorgang auftritt und um so geringer ausfällt, je schneller der Kuppelvorgang durchgeführt werden kann). In Kupplungssollage, in der der verbrau­ cherkreisseitige Ventilkörper nach einfachem Ventilhub seine maximale Auslenkung erfahren hat, ist dagegen die Aufhebung der Kraftbegren­ zung nicht nur unschädlich, sondern sogar besonders wünschenswert, da zur Stabilisierung eine möglichst große Kraftwirkung des speisekreissei­ tigen Ventilkörpers gegen den verbraucherkreisseitigen Ventilkörper angestrebt wird.

Um diese im Kupplungszustand gewünschte Vorwärtskraft weiter zu verstärken, kann der speisekreisseitige Ventilkörper gemäß Anspruch 8 mit einem Kanal versehen sein, welcher bei geöffnetem speisekreisseiti­ gen Ventil Hydraulikflüssigkeit zu hinteren Bereichen des Ventilschaftes leitet, auf welche dann eine zusätzliche Kraft in Schließrichtung ausgeübt werden kann. Vorteilhafterweise befindet sich die vordere Kanalöffnung gemäß Anspruch 10 an einer Stelle des Ventilkopfes, die in Schließstellung gegen den Mediendruck abgeschirmt ist, d. h. vor dem Ventilsitz liegt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, daß die zum manuellen Einkuppeln aufzuwendende Kraft minimiert wird, während die zur Stabilisierung des speisekreisseitigen Ventilkörpers notwendige Kraft in Schließrichtung in Kupplungssollage maximiert wird. Diese maximale Kraftaufwendung in Schließrichtung kann auch bei um den doppelten Ventilhub verfahrenem, speisekreisseitigen Ventilkörper zum Öffnen eines druckbelasteten, verbraucherkreisseitigen Ventils genutzt werden.

Bei plötzlichen Druckstößen, z. B. beim Umschalten eines Wegeventils, können jedoch Kräfte in Öffnungsrichtung des speisekreisseitigen Ventilkörpers auftreten, die die vorgenannten Stabilisierungskräfte überschreiten. Dies würde zu einem kurzzeitigen Schließen des verbraucherkreisseitigen Ventils führen. Zur Vermeidung solcher Funktionsstörungen ohne Verwendung einer besonderen Arretierung des speisekreisseitigen Ventilkörpers wird gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 9 eine hydraulische Bremse in Form einer zwischen einer besonderen Pufferkammerhülse und hinteren Teilen des Ventilschaftes gebildeten Pufferkammer variabler Größe vorgeschlagen. Eine derartige Anordnung setzt keinen Kompensations­ kragen voraus, stellt also eine eigenständige Erfindung dar, die jedoch insbesondere in Kombination mit einem Kompensationskragen sinnvoll ist, da je nach Ausführung in vielen Fällen eine gewisse Reduzierung der Stabilisierungskräfte in Kupplungssollage hingenommen werden muß. Notwendige Voraussetzung für eine derartige Hydraulikbremse ist lediglich der zuvor beschriebene Kanal, über welchen hintere Bereiche des speisekreisseitigen Ventilkörpers mit Mediendruck beaufschlagt werden. Erfindungsgemäß wird im hinteren Teil des speisekreisseitigen Ventilkörpers eine Pufferkammerhülse vorgesehen, die vorzugsweise gemäß Anspruch 12 gegen den rückwärtigen Teil des Ventilkörpers vorgespannt ist. Im drucklosen Zustand wird die Vorderfläche der Pufferkammerrückwand durch diese Vorspannung gegen eine rückwärts­ gerichtete Fläche des Ventilschaftes gepreßt. Die Pufferkammer hat dann minimales Volumen. Wird der Kanal im Ventilkörper, der in Verbindung mit der Grenzfläche zwischen Pufferkammerhülse und Ventilkörper steht, mit Hydraulikmedium gefüllt und druckbeaufschlagt, werden Pufferkammerhülse und Ventilkörper gegen die Vorspannung auseinan­ der geschoben, wodurch sich zwischen ihnen die Pufferkammer als mediengefüllter Zwischenraum vergrößert. Findet die Pufferkammerhülse gemäß Anspruch 13 an feststehenden Teilen der Muffe einen Anschlag, wird eine weitere Volumenvergrößerung der Pufferkammer ausschließ­ lich in eine Bewegung des Ventilkörpers in Schließrichtung übersetzt. Diese Bewegung bzw. die zugrundeliegende Kraft dient einerseits der Stabilisierung des speisekreisseitigen Ventilkörpers in Kupplungssolla­ ge, sie dient jedoch auch der Öffnung des gemäß Fall 2.) verschlossenen verbraucherkreisseitigen Ventils. Die Verbindung zwischen Kanal und Pufferkammer ist gemäß Anspruch 11 möglichst eng zu gestalten. Hierdurch wird die Durchflußmenge pro Zeiteinheit beschränkt. Sie sollte jedoch weit genug sein, um die relativ langsamen Vorgänge beim Kuppeln und im Normalbetrieb nicht zu behindern. Plötzliche Druckstö­ ße erfolgen jedoch wesentlich schneller. Kann das Medium in der Pufferkammer diese bei einem Druckstoß nicht schnell genug verlassen, wird ein Zurückfahren des speisekreisseitigen Ventilkörpers und damit ein Schließen des verbraucherkreisseitigen Ventils wirksam verhindert. Da jedoch auch bei schnellen Vorgängen ein gewisser Austausch von Medium erfolgen wird, ist trotz des Anschlags der Pufferkammer an festen Teilen des speisekreisseitigen Ventils eine Federwirkung gegeben, die sich materialschonend auswirkt. Diese Federwirkung ist bei festem Anschlag gemäß dem Stand der Technik nicht gegeben.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteran­ sprüchen, der speziellen Beschreibung sowie den Zeichnungen. Diese zeigen im einzelnen

Fig. 1 erfindungsgemäßes Muffenventil in Schließstellung, mit einem einstückig mit dem Ventilschaft ausgeführten Ringan­ satz als erfindungsgemäßer Kompensationskragen,

Fig. 2 erfindungsgemäßes Muffenventil, teilweise ausgebrochen in Schließstellung, mit einem als besondere Kompensationshülse ausgeführten Kompensationskragen sowie einer Pufferkam­ merhülse,

Fig. 3 erfindungsgemäßes Muffenventil gemäß Fig. 2, jedoch nach Rückversetzung des Ventilkörpers um mehr als den doppelten Ventilhub durch Einführen eines druckbelasteten Steckers,

Fig. 4 Detailansicht des Ventilkopfes gemäß Blickrichtungspfeil VI in Fig. 3,

Fig. 5 erfindungsgemäßes Muffenventil gemäß Fig. 3 in Verriege­ lungsstellung mit einem druckbelasteten Steckerventil,

Fig. 6 erfindungsgemäßes Muffenventil gemäß Fig. 3 in Kupplungs­ sollage,

Fig. 7 erfindungsgemäßes Muffenventil gemäß Fig. 3 während des Entriegelungsvorganges.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Muffenventil 10 mit besonders einfach strukturiertem Kompensationskragen 33. Fig. 1 ist schematisch zu verstehen, da aus Vereinfachungsgründen verschiedene Elemente nicht gezeigt werden, die für die Erfüllung anspruchsvoller Funktionali­ täten erforderlich wären. Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Kraftminimierung durch einen Kompensationskragen 33 ist jedoch gut erkennbar. Weitere, in den Fig. 2-7 im Zusammenhang mit einem als Kompensationshülse 33b ausgeführten Kompensationskragen 33 erläuterten Maßnahmen sind jedoch auch mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform kombinierbar, bei welcher der Kompensationskra­ gen 33 als mit dem Ventilschaft 232 einstückig verbundener Ringansatz 33a ausgestaltet ist.

Das erfindungsgemäße Muffenventil 10 besteht aus einer Außenhülse 11, die bei den gezeigten Ausführungsbeispielen mehrteilig aus Anschluß­ hülse 111, Haupthülse 112 und Verriegelungshülse 113 aufgebaut ist. Im Inneren der Außenhülse 11 ist axial verschieblich ein Muffengrundkör­ per 12 gelagert, der durch eine Verriegelungsfeder 15 aus jeder Auslenkungsrichtung in seine Sollage zurücküberführt wird. In dem Muffengrundkörper 12 ist ein Ventilkörper 30, bestehend aus Ventil­ kopf 31 und Ventilschaft 32, axial verschieblich gelagert. Er wird über eine Ventilvorspannfeder 38 gegen einen Ventilsitz 121 vorgespannt. In der in Fig. 1 gezeigten Schließstellung wird durch die dichtende Anlage des Ventilkopfes 31 am Ventilsitz 121 eine Druckkammer 14, in die ein in der Außenhülse 11 gelegener Zuleitungskanal 17 im Bereich des Ventilkörpers 30 übergeht, gegen den Außenraum abgedichtet. Ein in der Druckkammer 14 aufgebauter hydrostatischer Druck übt auf alle rückwärtsgerichteten Flächen des Ventilkörpers 30 eine in Schließrich­ tung gerichtete Kraft aus. Diese Kraft ist proportional zu dem anliegenden Druck sowie der Größe der senkrecht zur Symmetrieachse stehenden Flächenkomponenten. Auch bei üblicherweise auftretenden Drücken kann die Kraft leicht so groß werden, daß sie beim Einkuppeln manuell nicht überwindbar ist. Der erfindungsgemäße Kompensations­ kragen 33 bietet eine vorwärtsgerichtete Kompensationsfläche 331, an der der hydrostatische Druck angreift und eine Kraft in Öffnungsrichtung auf den Ventilkörper 30 ausübt. Diese Kraft wirkt derjenigen auf den Ventilkopf 31 entgegen und kompensiert die damit. Um zu verhindern, daß auch an den hinteren Flächen 321 des Kompensationskragens 33 bzw. des Ventilschaftes 32 Druckkräfte angreifen, sind diese Flächen gegen den Mediendruck abgeschirmt. Diese Abschirmung erfolgt über eine Weichdichtung 34 an der Lagerfläche zwischen Kompensationskra­ gen 33 und Muffengrundkörper 12. Die auf den Ventilkörper 30 wirkende, druckbedingte, resultierende Kraft ist also auf das Produkt aus hydrostatischem Druck in der Druckkammer 14 und der Flächendifferenz zwischen der rückwärtigen Ventilkopffläche 311 und der Kompensations­ fläche 331 reduziert. Die von der Ventilvorspannfeder 38 in Schließrichtung ausgeübte Kraft dient dem sicheren Verschließen des Ventils auch bei druckfreiem System.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen, die einen axial verschieblichen Muffengrundkörper 12 aufweisen, wird im übrigen auch an anderer Stelle ein Kompensationsfläche eingesetzt: die durch den Muffengrundkör­ per 12 gebildeten Vorder- und Rückwände 142, 141 der Druckkammer 14 sind in ihrer Größe genau aufeinander abgestimmt. Hierdurch eliminieren sich die an diesen Flächen in entgegengesetzte Richtungen wirkenden Kräfte, wodurch der Muffengrundkörper 12 insgesamt kräftefrei bleibt und von der Verriegelungsfeder druckunabhängig in Position gehalten werden kann. Das erfindungsgemäße Prinzip der Reduktion der zur Ventilöffnung notwendigen Kraft durch am Ventilkörper 30 wirkende Kompensationsflächen wird hiervon jedoch nicht betroffen. Vielmehr könnte das erfindungsgemäße Prinzip auch bei starrem Muffengrundkör­ per 12 eingesetzt werden.

Wie erläutert, ist der sich hinter den Ventilkörper anschließende Raum abgeschirmt und daher frei von Hydraulikmedium. Da er je nach Stellung des Ventilkörpers 30 bzw. des Muffengrundkörpers 12 sein Volumen ändern kann, ist eine Entlüftung notwendig. Diese wird über den Entlüftungskanal 18 ermöglicht.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Muffenventil 10 in zu Fig. 1 analoger Stellung, wobei jedoch der Kompensationskragen 33 als axial verschieb­ liche Kompensationshülse 33b ausgebildet ist. Diese ist mit Weichdichtungen 34, 35 einerseits gegen den Ventilschaft 30 und andererseits gegen den Muffengrundkörper 12 abgedichtet. Hierdurch werden wiederum die hinteren Bereich des Ventilschaftes 321 wirksam gegen das Hydraulikmedium abgedichtet und gegen den darin herrschen­ den Druck abgeschirmt. Die Kompensationshülse 33b kann in Schließstellung des Ventils am Ventilschaft 32 einen Anschlag 37 finden. Sinnvollerweise ist sie durch eine Kompensationshülsen- Vorspannfeder 39 gegen den Anschlag 37 vorgespannt. Damit ist wenigstens in Schließstellung des Ventils eine Wirkverbindung zwischen Kompensationshülse 33b und Ventilschaft 32 gewährleistet. Kräfte, die in Öffnungsrichtung auf die Kompensationsfläche 331 der Kompensati­ onshülse 33b wirken, werden so nämlich direkt auf den Ventilschaft 32 übertragen. Dadurch können die auf die rückwärtige Ventilkopfflä­ che 311 wirkenden Kräfte kompensiert werden. In Schließstellung des Ventils sind somit die Wirkungsweisen der als Ringansatz 33a bzw. als Kompensationshülse 33b ausgeführten Kompensationskragen 33 gemäß den Fig. 1 und 2 identisch. Die besonderen Vorteile, die sich aus der Verwendung einer Kompensationshülse ergeben, sind aus den Fig. 3 und 5 ersichtlich. Wird ein druckbelasteter Stecker 20 in die Muffe 10 eingeführt, so ist unabhängig von dem in der Druckkammer 14 herr­ schenden hydrostatischen Druck ein Öffnen des Muffenventils 10 aufgrund der Kräftekompensation ohne weitere möglich. Das druckbela­ stete Steckerventil 20 öffnet sich dagegen nicht, sondern schiebt den muffenseitigen Ventilkörper 30 in seine maximale Auslenkungsposition. Diese übersteigt bei der gezeigten Ausführungsform sogar den doppelten Ventilhub, der zum Einführen eines druckbelasteten Steckers 20 nach dem herkömmlichen UDK-Prinzip mindestens notwendig ist. Hierdurch wird eine automatische Verriegelung des Steckers 20 vermittels der Sperrkugelverriegelung 16 ermöglicht. Fig. 5 zeigt das System nachdem es durch die Wirkung der Verriegelungsfeder 15 in die Verriegelungs­ stellung überführt worden ist. Der muffenseitige Ventilkörper 30 ist um den doppelten Ventilhub zurückversetzt. Die Kompensationshülse 33b hat jedoch zuvor an dem Muffengrundkörper 12 einen Anschlag 36 gefunden, der ihre rückwärtsgerichtete axiale Verschieblichkeit beschränkt. Die Wirkverbindung zwischen Kompensationshülse 33b und Ventilschaft 30 ist damit aufgehoben. In Öffnungsrichtung auf die Kompensationsfläche 331 wirkende Kräfte werden daher nicht mehr auf den Ventilkörper 30 übertragen. Dies hat in der in Fig. 5 gezeigten Stellung den Vorteil, daß die auf die rückwärtige Ventilkopffläche 311 in Schließrichtung wirkenden Kräfte nicht kompensiert werden. Sie können im Gegenteil dazu benutzt werden, das Öffnen des Steckerven­ tils 20 durch Druckbeaufschlagung des Systems zu unterstützen. Damit wirken auf den steckerseitigen Ventilkopf 231 in dieser Öffnungsrich­ tung nicht nur die auf seine Vorderfläche wirkenden Druckkräfte, sondern auch die auf die rückwärtige muffenseitige Ventilkopffläche 311 wirkenden Kräfte, die über die Ventilkopfstirnfläche 313 übertragen werden.

Fig. 6 zeigt das System in Kupplungssollage. Auch in dieser Stellung, stehen die Kompensationshülse 33b und der muffenseitige Ventil­ schaft 30 außer Wirkverbindung. In dieser Stellung ist das Steckerventil 20 geöffnet und der steckerseitige Ventilkopf 231 befindet sich in maximaler Auslenkungslage und im Anschlag 24 mit feststehen­ den Teilen des Steckerventils, im gezeigten Ausführungsbeispiel einem im Inneren einer Außenhülse 21 gehalterten Sternkörper 22. Durch die nicht mehr kompensierte Kraftwirkung auf die rückseitige Fläche 311 des muffenseitigen Ventilkopfes 31 wird das System stabil in dieser Lage gehalten. Die Wirkverbindung zwischen Kompensationshülse 33b und Ventilschaft 30 tritt erst während der in Fig. 7 dargestellten Entriegelungsphase wieder ein, wenn das Muffenventil 10 in seine Schließstellung überführt wird.

Die vorangegangene Beschreibung hat sich ausschließlich auf die mit der Kompensationshülse 33b in Verbindung stehenden Aspekte der in den Fig. 3 und 5-7 dargestellten Ausführungsformen bezogen. Ein weiteres, wesentliches Detail, das eine eigenständige Erfindung darstellt, soll im folgenden beschrieben werden.

Aus Fig. 2 und insbesondere aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß der muffen­ seitige Ventilkörper 30 mit einem zentralen Kanal 322 versehen ist, über welchen Hydraulikflüssigkeit zu hinteren Bereichen 321 des Ventil­ schaftes 32 geführt werden kann. Die vordere Öffnung des Kanals 322 befindet sich im gezeigten Ausführungsbeispiel an der Stirnfläche 313 des Ventilkopfes 31. Ebenso ist es jedoch möglich, durch senkrechte oder schrägliegende Querkanäle 314 den Zentralkanal 322 zugänglich zu machen. Besonders sinnvoll ist es jedoch, diese Zugänge so zu positio­ nieren, daß sie in Schließstellung des Ventils außerhalb der Druckkammer 14, d. h. vor dem Ventilsitz 121 gelegen sind. Ebenso ist es möglich, wie in Fig. 4 gezeigt, die vordere Stirnfläche 313 des Ventilkopfes 31 mit radialen Nuten 314 zu versehen, durch die der Zentralkanal 322 auch bei Anliegen an dem steckerseitigen Ventil­ kopf 231 geöffnet bleibt. Bei geschlossenem Muffenventil 10 ist der Zentralkanal 322 druckfrei und vorzugsweise leer. Bei geöffnetem Ventil 10 jedoch stehen, wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich, die hinteren Bereich 321 des Ventilschaftes 32 mit der Druckkammer 14 über den Zentralkanal 322 in Verbindung. Der hinter dem Ventil­ schaft 32 anliegende Druck übt damit eine Kraft in Schließrichtung auf den Ventilkörper 30 aus. Dies ist, wie zuvor erläutert, in dieser Lage durchaus beabsichtigt, da eine vermehrte Kraft in Schließrichtung auf den muffenseitigen Ventilkörper 30 eine erhöhte Stabilisierung der Kupplungssollage zur Folge hat. In Schließlage des Ventils 10 ist der Kanal jedoch von der Druckkammer abgekoppelt, so daß die Kräfteredu­ zierung durch den Kompensationskragen 33 uneingeschränkt wirksam ist.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine besonders vorteilhafte Pufferkammerhülse 40 vorgesehen. Diese wird durch eine Pufferkammer-Vorspannfeder 42, die im gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Ventil-Vorspannfeder 38 identisch ist, gegen eine rückwärtige Fläche 321 des Ventilschaftes 32 vorgespannt. Die Pufferkammerhül­ se 40 ragt bereichsweise in den Zentralkanal 322 hinein. In diesem Bereich ist keine Dichtung zwischen Ventilschaft 32 und Pufferkammer­ hülse 40 vorgesehen. Vielmehr ist beabsichtigt, Hydraulikflüssigkeit in den dazwischen bestehenden Spalt eindringen zu lassen. In dem hinter der Fläche 321 liegenden Bereich ist die 40 jedoch mit einer Weich­ dichtung 43 gegen den Ventilschaft 32 abgedichtet. Andere Arten der Abdichtungen sind ebenso denkbar. Ist der Kompensationskragen 33 beispielsweise als einstückiger Ringansatz 33a ausgeführt, könnte die Abdichtung der Pufferkammerhülse 40 auch gegen den Muffengrundkör­ per 12 erfolgen. Wird in Öffnungsstellung des Muffenventils 10 das System gemäß Fig. 5 mit Druck beaufschlagt, dringt Hydraulikflüssigkeit in den Spalt zwischen Pufferkammerhülse 40 und Ventilschaft 32 ein.

Wegen der relativen axialen Verschieblichkeit beider Elemente entsteht eine Pufferkammer 41 variabler Größe. Wie zuvor erläutert, kann auf diese Weise in Offenstellung des Muffenventils 10 eine druckbedingte Kraft auf den rückwärtigen Teil 321 des muffenseitigen Ventilkörpers 30 wirken, die Öffnung des Steckerventils 20 unterstützen und die Kupplungssollage gemäß Fig. 6 stabilisieren. Letztgenannter Effekt tritt insbesondere ein, wenn die Pufferkammerhülse 41 an feststehenden Teilen des Muffenventils 10 einen Anschlag findet. Die Öffnung der Pufferkammerhülse 41 gegen den Kanal 322 sollte gerade so weit gestaltet sein, daß die Variation der Pufferkammergröße den im Normalbetrieb auftretenden Geschwindigkeiten folgen kann. Sie sollte jedoch so eng ausgeführt sein, daß die Änderung der Pufferkammergröße hohen Geschwindigkeiten, wie sie bei plötzlichen Druckstößen auftreten, nicht mehr folgen kann. Bei einem plötzlichen Druckstoß könnte der muffenseitige Ventilkörper 30 weit zurückversetzt und das Steckerven­ til 20 kurzzeitig geschlossen werden. Ist die Öffnung der Pufferkammer 41 jedoch so klein gestaltet, daß in dem relevanten Zeitraum nicht genügend Hydrauliksflüssigkeit aus der Pufferkammer 41 zurück in den Kanal 322 bzw. die Druckkammer 14 austreten kann, wirkt das in der Pufferkammer 41 eingeschlossene Medium als Anschlag, der über die Pufferkammerhülse 40 die in Öffnungsrichtung wirkende Kraft des Druckstoßes auf feststehende Teile des Muffenventils 10 überträgt. Eine Rückversetzung des Ventilkörpers 30 wird damit wirksam verhin­ dert. Der enge Auslaß der Pufferkammer 41 wirkt damit als Hydraulikbremse. Andererseits ist diese Ausführungsform wesentlich materialschonender als ein harter Anschlag. Auch während der kurzen Dauer des Druckstoßes können geringe Mengen Hydraulikflüssigkeit aus der Pufferkammer 41 entweichen. Diese reduziert damit ihre Größe, d. h. der Ventilkörper wird geringfügig zurückversetzt. Die so erzielte Federwirkung vermindert die materialstrapazierenden Effekte des Druckstoßes.

Die Pufferkammer 41 kann auch bei Kupplungen ohne Kompensations­ kragen 33 vorteilhaft eingesetzt werden. Besonders günstig ist ihr Einsatz jedoch bei Systemen, die von dem erfindungsgemäßen Kompen­ sationskragen 33 Gebrauch machen und auf einen Anschlag bzw. eine Verriegelung des muffenseitigen Ventilkörpers 30 in Kupplungssollage verzichten.

Natürlich stellen die beschriebenen Beispiele lediglich vorteilhafte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Schnellverschlußkupplung dar. Mannigfache Abwandlungen sind denkbar. Insbesondere betrifft die Erfindung sämtliche Kombinationen der drei grundlegenden Elemente Kompensationskragen 33, Ventilkörperkanal 322 und Pufferkammerhül­ se 40. Auch eine Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien auf Steckerventile 20 ist denkbar.

Bezugszeichenliste

10

Muffenventil

11

Außenhülse von

10

111

Anschlußhülse

112

Haupthülse

113

Verriegelungshülse

12

Muffengrundkörper

121

Ventilsitz

14

Druckkammer

141

Rückwand von

14

142

Vorderwand von

14

15

Verriegelungsfeder

16

Sperrkugelverriegelung

17

Zuleitungskanal

18

Entlüftungskanal

20

Steckerventil

21

Außenhülse von

20

22

Sternkörper

23

Steckerseitiger Ventilkörper

231

Ventilkopf

232

Ventilschaft

24

Anschlag

30

Muffenseitiger Ventilkörper

31

Ventilkopf

311

Hintere Fläche von

31

312

Vordere Fläche von

31

313

Stirnfläche von

31

314

Querkanal

32

Ventilschaft

321

Hintere Fläche von

30

322

Zentralkanal

33

Kompensationskragen

33

a Ringansatz

33

b Kompensationshülse

331

Kompensationsfläche

34

Weichdichtung

35

Weichdichtung

36

Anschlag

37

Anschlag

38

Ventil-Vorspannfeder

39

Kompensationshülsen- Vorspannfeder

40

Pufferkammerhülse

41

Pufferkammer

42

Pufferkammerhülsen- Vorspannfeder

43

Weichdichtung

Claims (13)

1. Unter Druck kuppelbare Schnellverschlusskupplung, insbesondere für Hydraulikmedium führende Hydraulikleitungen,
bestehend aus zwei im Kupplungszustand miteinander verriegelten Ventilen in Form eines Steckers und einer im Kupplungszustand den Stecker aufnehmenden Muffe, von denen eines einem Verbraucher- und das andere einem Speisekreis zuzuordnen ist,
und die jeweils einen axial verschieblichen und in Schließrichtung federbelasteten Ventilkörper mit Ventilkopf und Ventilschaft aufwei­ sen, der in Schließstellung an einem Ventilsitz eines Grundkörpers anliegt und eine Druckkammer gegen die Umgebung abdichtet, wäh­ rend er in Kupplungssollage um einen einfachen Ventilhub von seinem Ventilsitz rückversetzt ist,
wobei wenigstens im speisekreisseitigen Ventil eine Rückversetzung des Ventilkörpers um einen doppelten Ventilhub ermöglicht werden kann,
dadurch gekennzeichnet, daß
in dem speisekreisseitigen Ventil (10) ein Kompensationskragen (33) mit einer vorderen, gegen den Ventilsitz (121) gerichteten und dem Mediendruck ausgesetzten Kompensationsfläche (331) und einer hinteren, gegen den Mediendruck abgeschirmten Fläche mit dem Ventilschaft (32) verbunden oder wenigstens zeitweise mit ihm in Wirkverbindung bringbar ist,
wobei in Schließstellung des Ventils (10) ein hydrostatischer Druck in der Druckkammer (14) eine in Öffnungsrichtung wirkende Axial­ kraft über den Kompensationskragen (33) auf den Ventilkörper (30) ausübt, die eine druckbedingte, in Schließrichtung auf den Ventilkör­ per (30) wirkende Axialkraft mindestens teilweise kompensiert.

2. Schnellverschlusskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kompensationskragen (33) als Ringansatz (33a) einteilig mit dem Ventilschaft (32) ausgebildet ist.

3. Schnellverschlusskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kompensationskragen (33) als axial verschiebliche Hülse (33b) ausgebildet ist, die gegen den Ventilschaft (32) einer­ seits und gegen den Grundkörper (12) andererseits dichtend gelagert ist und die über einen Anschlag (37) am. Ventilschaft (32) mit diesem in eine axialkraftübertragende Wirkverbindung bringbar ist.

4. Schnellverschlusskupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die axiale Verschieblichkeit der Kompensationshülse (33b) in rückwärtiger Richtung durch einen Anschlag (36) am Grundkör­ per (12) begrenzt ist, wodurch die Wirkverbindung zwischen Kom­ pensationshülse (33b) und Ventilschaft (32) aufhebbar ist.

5. Schnellverschlusskupplung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Kupplungssollage die Wirkverbin­ dung der Kompensationshülse (33b) mit dem Ventilschaft (32) aufge­ hoben ist.

6. Schnellverschlusskupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationshülse (33b) in rück­ wärtiger Richtung federbelastet ist.

7. Schnellverschlusskupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der senkrecht zur Axialrich­ tung stehenden Komponente der Kompensationsfläche (331) gering­ fügig kleiner ist, als die Summe der rückwärts gerichteten, in Schließstellung des Ventils (10) mit dem Ventilkörper (32) in Axial­ kraft übertragender Wirkverbindung stehenden und dem Mediendruck ausgesetzten, senkrechten Flächenkomponenten abzüglich der Summe der sonstigen vorwärts gerichteten, in Schließstellung des Ven­ tils (10) mit dem Ventilkörper in Axialkraft übertragender Wirkver­ bindung stehenden und dem Mediendruck ausgesetzten, senkrechten Flächenkomponenten.

8. Schnellverschlusskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (30) einen Kanal (322) aufweist, über den rückwärtige Bereiche (321) des Ventilschaf­ tes (32) dem Mediendruck ausgesetzt werden können.

9. Unter Druck kuppelbare Schnellverschlusskupplung, insbesondere für Hydraulikmedium führende Hydraulikleitungen,
bestehend aus zwei im Kupplungszustand miteinander verriegelten Ventilen in Form eines Steckers und einer im Kupplungszustand den Stecker aufnehmenden Muffe, von denen eines dem Verbraucher- und das andere dem Speisekreis zuzuordnen ist,
und die jeweils einen axial verschieblichen und in Schließrichtung federbelasteten Ventilkörper mit Ventilkopf und Ventilschaft aufwei­ sen, der in Schließstellung an einem Ventilsitz eines Grundkörpers anliegt und eine Druckkammer gegen die Umgebung abdichtet, wäh­ rend er in Kupplungssollage um einen einfachen Ventilhub von seinem Ventilsitz rückversetzt ist,
insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
daß der Ventilkörper (30) einen Kanal (322) aufweist, über den rückwärtige Bereiche (321) des Ventilschaftes (32) dem Mediendruck ausgesetzt werden können
und daß eine relativ zum Ventilschaft (32) axial verschiebliche, dichtend gelagerte Pufferkammerhülse (40) vorgesehen ist, die mit dem Kanal (322) im Ventilkörper (30) in Verbindung steht und eine mediengefüllte Pufferkammer (41) variabler Größe bildet, deren vordere Grenzwand durch hintere Bereiche (321) des Ventilschaf­ tes (32) gebildet wird.

10. Schnellverschlusskupplung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des Kanals (322) an einer Stelle, die in Schließstellung des Ventils (10) außerhalb der Druckkammer (14) liegt, aus dem Ventilkörper (30) austritt.

11. Schnellverschlusskupplung nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Pufferkammer (41) zu dem Kanal (322) im Ventilkörper (30) so eng bemessen ist, daß das Hydraulikmedium nur mit geringem Volumen pro Zeiteinheit passieren kann.

12. Schnellverschlusskupplung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferkammerhülse (40) zwischen feststehenden Teilen (111) des Ventils (10) und hinteren Teilen (321) des Ventilschaftes (32) federbelastet ist.

13. Schnellverschlusskupplung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Verschieblichkeit der Puffer­ kammerhülse (40) in rückwärtiger Richtung durch Anschlag an fest­ stehenden Teilen (111) des Ventils (10) begrenzt ist.