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Unter Druck kuppelbare Verbindungskupplung
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Die Erfindung betrifft eine unter Druck kuppelbare Verbindungskupplung
für Hydraulikleitungen mit einer nicht druckbelasteten geberseitigen und einer unter
Druck stehenden verbraucherseitigen Kupplungshälfte, wobei in jeder Kupplungshälfte
eine Ventilführung angebracht ist in der je ein federbelastetes, hydraulisch beaufschlagbares
Ventil axial verschiebbar angeordnet ist derart, daß die Ventilköpfe beim Kupplungsvorgang
aufeinander gedrückt werden und hierbei das nicht druckbeaufschlagte Ventil der
Geberseite um den doppelten möglichen Ventilhub des druckbeaufschlagten Ventils
der Verbraucherseite verschoben wird.
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Derartige Verbindungskupplungen sind in ihrer grundlegenden funktionellen
Ausführung bereits durch einschlägige Normen bekannt. Der Kuppelvorgang geht danach
so vor sich, daß das geschlossene Ventil der druckbelasteten verbraucherseitigen
Kupplungshälfte beim Kuppeln soweit in die druckentlastete geberseitige Kupplungshälfte
eintaucht, daß deren nur unter Federdruck stehendes Ventil um den doppelten möglichen
Hub des verbraucherseitigen Ventils verschoben wird. Sobald die Geberseite durckbelastet
wird und der Druckausgleich im System hergestellt ist, drückt das geberseitige Ventil
das
verbraucherseitige Ventil um dessen einfachen Ventilhub gegen einen Anschlag in
Offenstellung, wodurch der Durchfluss des Mediums freigegeben ist.
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Nachteilig wirkt sich bei diesen bekannten Verbindungskupplungen aus,
daß das für einen doppelten Hub ausgelegte geberseitige Ventil bei Druckstößen und
Druckschwankungen mit Axialbewegungen reagiert, die zu einem teilweisen oder kurzzeitigen
völligen Schliessen des verbraucherseitigen Ventils führen. Dadurch wird der Durchflussquerschnitt
eingeengt oder gar valaig abgesperrt.
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Um dies weitgehend auszuschtten, wurde bereits vorgeschlagen in der
geberseitigen Kupplungshälfte eine verstärkte Ventilfeder einzusetzen, Eine derartige
verstärkte Feder kann jedoch den beschriebenen Nachteil bei den im allgemeinen recht
hohen Druckstößen der die Kupplung durchfliessenden Hydraulikflüssigkeit, nicht
ausschalten. Es wurde daher auch schon vorgeschlagen diese labile Axial lage des
geberseitigen Ventils dadurch zu beseitigen, daß die geberseitige Kupplungshälfte
aus zwei miteinander verschraubbaren Teilen besteht, wobei diese Teile soweit zusammen-
oder auseinandergeschraubt werden können, daß entweder der einfache oder der doppelte
Ventilhub einzustellen und zu fixieren. ist0 Diese Anpassung der Kupplung wird als
recht nachteilig empfunden, da sie zum einen nur mit Werkzeug auszuführen ist und
daher öfters nicht vorgenommen wird, oder weil sie, da sich der beschriebene Nachteil
erst im Betrieb bemerkbar macht, vergessen wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine Verbindungskupplung der beschriebenen
Art anzugeben, bei der die Offenstellung
der Kupplung auch bei Druckstößen
und Druckschwankungen beibehalten wird, ohne daß zusätzliche Manipulationen nach
dem Kuppeln der beiden Kupplungshälften notwendig sind. Erreicht wird dies in erfindungsgemäßer
Weise dadurch, daß die in Schliessrichtung des geberseitigen Ventils hydraulisch
beaufschlagbaren Flächen größer sind als diejenigen in Gegenrichtung.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß Druckstöße beziehungsweise
Druckschwankungen sich stets nur in Schliessrichtung des geberseitigen Ventils auswirken,
wodurch beide Ventile, also sowohl das der geberseitigen, wie auch das der verbraucherseitigen
Kupplungshälfte, in ihrer Offenstellung verbleiben, da das geberseitige Ventil je
nach Herstellung des Druckausgleichs das verbraucherseitige Ventil gegen einen Anschlag
in die Offenstellung verschoben hat. Trotzdem wird durch diese Maßnahme die normale
Funktion der Verbindungskupplung nicht beeinträchtigt, da der Schliess- beziehungsweise
Öffnungsmechanismus der Ventile sonst vollkommen gleich bleibt. Selbstverständlich
kann nach wie vor, zusätzlich zu der Maßnahme nach der Erfindung, noch eine verstärkte
Feder auf das geberseitige Ventil einwirken um insbesondere bei gerade beginnendem
Druckausgleich ein sicheres Verfahren der Ventile in die Offenstellung zu erreichen.
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Die größere hydraulisch beaufschlagbare Fläche kann im einfachsten
Falle dadurch gebildet sein, daß der Querschnitt des geberseitigen Ventils größer
ist als derjenige des verbraucherseitigen Ventils. Die Fläche kann aber auch dadurch
vergrößert werden, daß mit dem geberseitigen Ventil eine senkrecht zur Schliessrichtung
stehende Prallplatte verbunden ist. Diese Maßnahme ist insbesondere dann sehr wirksam,
wenn das geberseitige
Ventil mit einem Ventilschaft in einer zentrisch
fest angeordneten Führungsbuchse geführt ist und die Prallplatte in Schließstellung
des Ventils mit geringem Abstand von der Rückseite dieser Führungsbuchse angeordnet
ist. Es wird dann die Prallplatte von dem strömenden Medium lediglich in Schliessrichtung
des geberseitigen Ventils beaufschlagt, während sie in der Gegenrichtung durch die
Führungsbuchse abgedeckt ist. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, daß sich
die Prallplatte in erfindungsgemäßer Weise in Schließrichtung des geberseitigen
Ventils kegelförmig verjüngt.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Ventilführung in der
verbraucherseitigen Kupplungshälfte eine zentrisch fest angeordnete Führungsbuchse
oder ein entsprechender Führungsstift und diejenige in der geberseitigen Kupplungshälfte
ein fest mit dem Ventil verbundener, an der Innenwandung des Kupplungsgehäuses geführter
Ringkolben ist. Durch diese Maßnahme wirkt der Ringkolben zusätzlich zu dem Querschnitt
des Ventils als hydraulisch beaufschlagbare Fläche, wobei diese Fläche des Ringkolbens,
zusammen mit den Streben die ihn mit dem Ventil verbinden, den jeweiligen Druckverhältnissen
angepasst werden kann. In Weiterbildung dieses Gedankens wird nach der Erfindung
außerdem vorgeschlagen, daß die Ventilführung des geberseitigen Ventils eine zentrisch
angeordnete Führungsbuchse oder ein entsprechender Führungsstift ist, und daß die
Führung buchse beziehungsweise der Führungsstift mit einem an der Innenwandung des
Kupplungsgehäuses geführter Ringkolben
verbunden ist. Hier ist also
die Ausweichbewegung des geberseitigen Ventils unterteilt in einmal die Bewegung
des eigentlichen Ventils und zum anderen in die Bewegung der Ventilführung. Zweckmäßigerweise
wird hierbei die auf das Ventil einwirkende Federkraft geringfügig kleiner gehalten
als die auf den Ringkolben einwirkende Federkraft, um so eine saubere Trennung der
axialen Bewegungsvorgänge zu erreichen. Auch hier kann zusätzlich selbstverständlich
wieder der Ringkolben sowie die zur Verbindung mit dem Ventil beziehungsweise der
Führungsbuchse oder dem Führungsstift diendenden Stege in Schliessrichtung des geberseitigen
Ventils strömungsgünstig verlaufen.
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Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Brfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt und zwar zeigen: Fig. 1 in den Teilfiguren 1a, 1b und 1c
Ventilstellungen während des Kupplungsvorganges, Fig. 2 eine Ventilausführung mit
Prallplatte, Fig. 3 eine Ventilausführung mit Ringkolben und Fig. 4 eine Ventilausführung
mit an einem Ringkolben befestigter Führungsbuchse.
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In dem Gehäuse 1 einer geberseitigen Kupplungshälfte wie auch in dem
Gehäuse 2 einer verbraucherseitigen Kupplungshälfte ist je ein Ventil 3, 4 axial
verschiebbar angeordnet.
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Die Ventile stoßen bei Annäherung der beiden Kupplungshälften 1, 2
mit auf den Ventilkegeln angebrachten Ventilköpfen 5, 6 aneinander (Pig.la). Da
das verbraucherseitige Ventil 4 unter hydraulischem Druck an den Ventilsitz der
Kupplungshälfte 2 angepresst wird, schiebt beim Kuppeln dieses Ventil 4 das geberseitige
Ventil 3 in dessen
Kupplungshälfte 1 hinein, und zwar um den Weg
si + Der Weg s2 entspricht der möglichen Axialbewegung des verbraucherseitigen Ventils
4 bis zu einem im Kupplungsgehäuse 2 befindlichen Anschlag; der Weg s1 entspricht
dem Ventilweg des geberseitigen Ventils 3 um eine Offenstellung der Kupplung zu
erreichen. Das geberseitige Ventil 3 muß also, da das verbraucherseitige Ventil
4 sich gegen den hydraulischen Druck nicht in Offenstellung eindrücken läßt, um
den Weg sl + s2 in die geberseitige Kupplungshälfte 1 hinein verschoben werden,
wie dies Fig. 1b zeigt. Nachdem geberseitig Druck aufgebaut wurde, verschiebt sich
auch das geberseitige Ventil 3 in Schliessrichtung (in der Zeichenebene nach rechts),
nimmt hierbei auch das verbraucherseitige Ventil 4 mit, so daß sich nunmehr die
Offenstellung nach Fig. lc ergibt.
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Bei Druckstößen oder Druckschwankungen kann sich das Ventilsystem
zwar nicht mehr in Richtung auf das verbraucherseitige Ventil 4 verschieben, da
dort ein Anschlag vorgesehen ist der den Ventilweg auf die Weglänge s2 beschränkt,
jedoch ist ein Ausweichen entgegen der Schliessrichtung des geberseitigen Ventils
3 in der Zeichenebene nach links) möglich, so daß das verbraucherseitige Ventil
4 hierdurch in die Schließstellung verschoben werden kann. Bisher mrde versucht
diesen Nachteil dadurch zu mildern, daß das geberseitige Ventil 3 mit einer gegenüber
der verbraucherseitigen Ventilschliessfeder 8 stärkeren Feder 7 ausgestattet wurde.
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Die labile Axiallage des Ventils 3 wurde durch diese Maßnahme allein
jedoch nicht ausreichend stabilisiert, um die Auswirkungen von Druckschwankungen
zu eliminieren.
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In den Zeichnungsfiguren 2 bis 4 sind Varianten der erfindungsgemäßen
Kupplung gezeigt, die ein Flattern der Ventile 3, 4 bei Druckstößen beziehungsweise
Druckschwankungen des durchgeleiteten Mediums vermeiden. So ist in Fig. 2 das geberseitige
Ventil 13, das in einer Führungsbuchse 9 axial verschiebbar gelagert ist, rückseitig
mit einer Prallplatte 10 verbunden. Die Prallplatte 10 weist einen solchen Durchmesser
auf, daß sie gerade mit der Rückseite der Führungsbuchse 9 abschliesst. Belastet
ist das Ventil 13 mit einer Ventilschließfeder 7.
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In Fig. 2 ist der Beginn des Kupplungsvorganges dargestellt, bei dem
die Kupplungshälften 1, 2 soweit einander genähert wurden, daß die Ventilköpfe 5,
6 aneinander liegen. Da das verbraucherseitige Ventil 4 durch hydraulischen Druck
beaufschlagt ist, wird das geberseitige Ventil 13 beim Weiterführen des Kupplungsvorganges
in die Kupplungshälfte 1 um den Weg sl + in die Führungsbuchse 9 hinein verschoben.
Nach Aufbau des Druckes auf die Geberseite schiebt das geberseitige Ventil ag, unterstützt
durch die Ventilschliessfeder 7, das verbraucherseitige Ventil 4 um den Weg s2 zurück,
bis dieses verbraucherseitige Ventil 4 anschlägt und somit die Stellung nach Fig.
1c erreicht ist.
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Druckstöße in Schliessrichtung des geberseitigen Ventils 13 wirken,
verstärkt durch die Beaufschlagung der Prallplatte 10 in gleicher Richtung, also
ebenfalls in Schliessrichtung des Ventiles 13 und halten somit die Ventile in der
Offenstellung; Verdichtungsstöße hingegen die in der Gegenrichtung wirken, können
sich auf die Prallplatte kaum auswirken, wodurch eine entsprechende Rückwärtsbewegung
auch nicht stattfindet.
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In ig. 3 ist das geberseitige Ventil 23 über Stege 11 mit einem Ringkolben
12, der im Kupplungsgehäuse 1 geführt ist, verbundene Belastet ist der Ringkolben
12 durch eine Druckfeder 14 die sich ab Gehäuse abstützt.
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Durch die um die Fläche des Ringkolbens 12 vergrößerte Fläche des
Ventils 23 ergeben sich die gleichen Wirkungen wie bei der Prallplatte 10 nach Fig.
2, Druckstöße in Schliessrichtung des Ventiles 23 werden also durch den Anschlag
des Ventiles 4 aufgenommen, während sich in der Gegenrichtung wirkende Verdichtungsstöße
auf diesen Ringkolben 12 nichtauswirken können.
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Eine ähnliche Ausführung ist in Fig. 4 gezeigt, jedoch ist hier an
einem Ringkolben 22 der ebenfalls wieder durch eine Druckfeder 24 belastet ist,
eine Führungsbuchse 19 angebracht in der das geberseitige Ventil 35 axial verschiebbar
gelagert ist. Bei dieser Anordnung kann der Verschiebeweg beim Kuppeln der beiden
Kupplungshälften 1, 2aufgeteilt werden in den Weg s des Ventiles 33 in der Führungsbuchse
19, sowie den Weg s2 den die Führungsbuchse 19 zusammen mit dem Ringkolben 22 zurücklegt.
Eine exakte Trennung dieser Wege kann auf einfache Weise durch Abstimmung der Federn
17, 24 erreicht werden. Der Effekt, der letztlich zum Verbleib der gekuppelten Verbindung
in der Offenstellung, (wie Fig. ic), führt, ist auch hier der gleiche, da sich Druckstöße
in Schliessrichtung des Ventiles 33 durch die Wegbegrenzung des verbraucherseitigen
Ventiles 4 ebensowenig auswirken können wie Verdichtungsstöße in der Gegenrichtung,
was noch dadurch unterstützt werden kann, daß insbesondere die Stege 11 in Richtung
eines eventuellen Verdichtungsstoßes, also in Schließrichtung des verbraucherseitigen
Ventiles 4, strömung
günstig geformt sind. Selbstverständlich ist
bei dieser Ausftiiirung auch eine Verbindung des Ventiles 93 mit einer Prallplatte
10, wie in Fig. 2 dargestellt, möglich; ebenfalls ist es denkbar bei sämtlichen
Konstruktionen die Federkraft der Federn 7, 14, 17, 24 den jeweiligen Druckverhältnissen
anzupassen.
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L e e r s e i t e