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Schnellverschlußkupplung für Hydraulikleitungen
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Beschreibung: Es sind bereits Schnellverschlußkupplungen für Hydraulikleitungen
bekannt, die aus einem Stecker- und einem Muffenventil mit je einem durch Federkraft
in Schließlage beaufschlagten Verschlußstück bestehen. Derartige Kupplungen dienen
z.B. zum wahlweisen Ankuppeln von Anbaugeräten an das Hydrauliksystem von Nutzfahrzeugen.
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Um das Kuppeln und Entkuppeln einer drucklosen Kupplungshälfte mit
einer druckbelasteten Kupplungshälfte zu ermöglichen, ist bei diesen Schnellverschlußkupplungen
das Verschlußstück der auf der zunächst drucklosen Seite eingesetzten Kupplungshälfte
um den doppelten öffnungshub verschiebbar, während der öffnungshub des Verschlußstücks
der anderen Kupplungshälfte durch einen Anschlag begrenzt ist, an dem sich das Verschlußstück
in der öffnungsposition anlegt. Da das Verschlußstück der auf der Druckseite eingesetzten
Kupplungshälfte durch Federkraft und Strömungsmitteldruck beaufschlagt ist, bleibt
dieses Verschlußstück beim Kuppeln in Ruhe und das um den doppelten öffnungshub
verschiebbare Verschlußstück der anderen Kupplungshälfte erfährt eine über den einfachen
öffnungshub hinausgehende Axialverschiebung. Wenn nun die beim Kuppeln zunächst
drucklose Kupplungshälfte mit Strömungsmitteldruck beaufschlagt wird, stellt sich
ein Druckausgleich zwischen den beiden Verschlußstücken
ein und
diese gelangen unter der Wirkung der Schließfeder des zunächst um den doppelten
öffnungshub verschobenen Verschlußstückes, die in der Regel größere Härte als die
Schließfeder in der anderen Kupplungshälfte aufweist, in ihre Öffnungsstellungen.
Damit ist der Strömungsweg durch eine derartige Kupplung freigegeben.
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Unbefriedigend bei diesen Kupplungen erscheint, daß in der Öffnungsstellung
das nicht an einem festen Anschlag abgestützte, um den doppelten öffnungshub axial
bewegbare Verschlußstück gewissermaßen schwimmend gelagert ist und in Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen, insbesondere bei auftretenden Druckstößen, Axialbewegungen
über seine einfache öffnungsstellung hinaus ausführen kann. Diesen Axialbewegungen
des genannten Verschlußstücks der einen Kupplungshälfte folgt dann das Verschlußstück
der anderen Kupplungshälfte, wodurch bei dieser zuletzt genannten Kupplungshälfte
Veränderungen des Öffnungsquerschnittes und damit unerwünschte Änderungen der Strömungsverhältnisse
in der Kupplung eintreten. Unter extremen Betriebsbedingungen kann es sogar zu einem
unerwünschten Zuschlagen des Ventils kommen, mit der Folge einer vollständigen Blockierung
des gesamten Hydrauliksystems.
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Besonders kritisch ist jener Betriebszustand, bei dem das Strömungsdruckmittel
das in der öffnungsstellung an einem festen Anschlag abgestützte Verschlußstück
rückseitig anströmt, so daß
an diesem Verschlußstück in seiner Schließrichtung
wirkende Kräfte angreifen, denen die Schließfeder des um den doppelten öffnungshub
axial bewegbaren Verschlußstücks der anderen Kupplungshälfte entgegenwirkt. Da in
der Regel das Steckerventil mit einem um den einfachen Öffnungshub axial bewegbaren
Verschlußstück und das Muffenventil mit einem um den doppelten Offnungshub bewegbaren
Verschlußstück ausgerüstet ist, handelt es sich bei dem vorstehend erwähnten Betriebszustand
um eine Druckmittelströmung vom Steckerventil zum Muffenventil. Wenn bei einer derartigen
Strömung noch Druckstöße auftreten, kann es besonders leicht zu einem Zuschlagen
des Ventils und damit zu einer höchst problematischen Blockierung des gesamten Hydrauliksystems
kommen.
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Diesen Unzulänglichkeiten ist durch die Erfindung nach Patentanspruch
1 abgeholfen und eine Schnellverschlußkupplung der eingangs beschriebenen Art geschaffen,
bei der auch unter extremen Einsatzbedingungen ein unerwünschtes Zuschlagen verhindert
ist. Eingehende Versuche mit einer Musterkupplung gemäß Patentanspruch 1 haben gezeigt,
daß selbst bei extrem erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten und sich plötzlich ändernden
Strömungsrichtungen in der Kupplung kein Zuschlagen beobachtet werden konnte.
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Durch die Erfindung gemäß Patentanspruch 1 wird als besonderer Vorteil
erreicht, daß es zur Sicherung der in der Offenstellung
gewissermaßen
schwimmend in ihren Führungen aufgenommenen Verschlußstücke, die nur durch den die
Axialbewegung des um den einfachen öffnungshub bewegbaren Verschlußstückes begrenztenden
Anschlag einseitig abgestützt sind, keiner komplizierten Sperrmechanismen bedarf,
die in Abhängigkeit von irgendwelchen Betriebsbedingungen wirksam werden. Erfindungsgemäß
ist lediglich die Rückseite des Verschlußstücks derjenigen Kupplungshälfte, bei
der die Axialbeweglichkeit des Verschlußstücks durch einen festen Anschlag auf den
einfachen öffnungshub begrenzt ist, als widerstandsarmes Strömungsprofil mit stetig
verlaufenden Strömungsleitflächen in der Weise ausgebildet, daß bei einer Medienströmung
durch die Kupplung in Schließrichtung dieses Verschlußstücks die auf letzteres in
Schließrichtung einwirkenden dynamischen Kräfte kleiner sind als die in Gegenrichtung
wirkende Differenz der Schließfederkräfte.
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Es sind zwar schon vielfältige Versuche angestellt worden, die Gefahr
des unerwünschten Schließens derartiger Ventile unter extremen Einsatzbedingungen
zu beseitigen. So ist insbesondere schon der Versuch unternommen worden, die Schließfedern
der beiden Kupplungshälften so aufeinander abzustimuen, daß das über den doppelten
öffnungshub axial verschiebbare Verschlußstück der einen Kupplungshälfte nach dem
oeffnen der Ventile jedenfalls in dem in Betracht kommenden Betriebsbereich in einer
stabilen öffnungslage gehalten wird. Im Normalbetrieb konnten
mit
diesen Maßnahmen befriedigende Ergebnisse erzielt werden, nicht aber eine extremen
Einsatzbedingungen genügende Betriebssicherheit, die ein plötzliches Schließen einer
derartigen Strömungsmittelkupplung unter Last ausschließt.
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Diesem Mangel hilft nun die Erfindung gemäß Patentanspruch 1 in einfacher
Weise dadurch ab, daß durch strömungsgünstige Gestaltung des Verschlußstücks, welches
um den einfachen Offnungshub axial bewegbar geführt ist, die beim Strömen des Druckmediums
in Schließrichtung dieses Verschlußstücks auf letzteres einwirkenden Kräfte klein
gehalten werden und jedenfalls kleiner sind als die Differenz der beide Verschlußstücke
einer derartigen Verbindungskupplung in Schließrichtung beaufschlagenden Schließfederkräfte.
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Wie beim Stande der Technik, erfährt bei der erfindungsgemäßen Kupplung
beim Kuppeln der Kupplungshälften das um den zweifachen Öffnungshub bewegbare Verschlußstück
der beim Kuppeln drucklosen Kupplungshälfte eine Axialverschiebung um den zweifachen
Öffnungshub, während das druckbelastete Verschlußstück der anderen Kupplungshälfte
in Schließlage bleibt. Wird nun das um den zweifachen öffnungshub axial verschobene
VerschlußsEck der zunächst drucklosen Kupplungshälfte mit Strömungsmitteldruck beaufschlagt,
so tritt infolge der überwiegenden Federkraft der diesem Verschlußstück zugeordneten
Schließfeder eine Axialverschiebung
der Verschlußstücke ein, wobei
infolge des stirnseitigen Aneinanderliegens der beiden Verschlußstücke das zunächst
in Schließlage gebliebene Verschlußstück in seine öffnungsstellung bewegt wird,
welche durch einen festen Anschlag begrenzt ist.
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Soweit eine Medienströmung in Richtung zu der mit dem um den einfachen
öffnungshub bewegbaren Verschlußstück ausgerüsteten Kupplungshälfte hin stattfindet,
stützt sich infolge der an den Verschlußstücken angreifenden Strömungsmittelkräfte
das genannte Verschlußstück an dem seine Axialbewegung auf den einfachen öffnungshub
begrenzenden, festen Anschlag ab. Insoweit bedarf es für diese Strömungsrichtung
keiner Maßnahmen zur Verhinderung des Zuschlagens. Lediglich bei einer Strömung
in der entgegengesetzten Richtung sind die auf das Verschlußstück in dessen Schließrichtung
wirkenden, dynamischen Kräfte durch strömungsgünstige Verschlußstückgestaltung,
insbesondere der Rückseite des genannten Vers-hlußstückes, so klein zu halten, daß
in dem beachtlichen Betriebsbereich ein Zuschlagen des Ventils gegen die Wirkung
der am anderen Verschlußstück angreifenden Schließ feder nicht stattfinden kann.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Ausgehend von der Erkenntnis, daß es nur in der öffnungsstellung des
um den einfachen Öffnungshub axial beweglichen Verschlußstücks darauf ankommt, widerstandsarme
Strömungsleitflächen zu verwirklichen, löst Patentanspruch 3 die Aufgabe einer äußerst
einfachen Gestaltung mittels Ausbildung der Strömungsleitflächen des fraglichen
Verschlußstücks in Form eines sich rückseitig vom Verschlußstück forterstreckenden
Kegels, der zumindest in der öffnungsstellung zusammen mit den in der fraglichen
Kupplungshälfte feststehend angeordneten Führungsmitteln zusammenwirkt und stetig
ineinander übergehende Strömungsflächen bildet.
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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung beschreibt Patentanspruch
6 dahingehend, daß der sich rückseitig von dem genannten Verschlußstück forterstreckende
Kegel eine in der genannten Kupplungshälfte ortsfeste Führungshülse konzentrisch
umschließt und mit dieser in der Art einer Teleskopführung zusammenwirkt.
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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schnellverschlußkupplung
sowie deren Aufbau und Funktionsweise sollen nachstehend anhand der beigefügten
Zeichnung erläutert werden.
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In der Zeichnung ist die Kupplung in einer Längsschnittansicht mit
zusammengekuppelten Kupplungshälften und in ihren öffnungsstellungen befindlichen
Verschlußstücken veanschaulicht.
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Diese Schnellverschlußkupplung besteht aus einem Steckerventil 10
und einem Muffenventil 11, die unbeschadet ihrer teilweise voneinander abweichenden
Bauarten nachstehend auch als Kupplungshälften bezeichnet werden.
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In der veranschaulichten Kupplungslage ist das Steckerventil 10 in
den einseitig offenen Hülsenteil 12 des Muffenventils 11 eingeschoben und mittels
der Sperrkugeln 13, die in eine umlaufende Nut 14 des Steckerventils eingreifen
und durch eine auf dem Gehäuse des Muffenventils verschiebbar aufgenommene Hülse
15 in ihren Verriegelungslagen gehalten sind. Abgestützt ist die Hülse in axialer
Richtung mittels einer zwischen ihr und dem Gehäuse des Muffenventils verspannten
Feder 16. Bei einer axialen Verschiebung der Hülse 15 gegenüber dem Muffenventil
können, je nach Verschieberichtung der Hülse 15, die Arretierungskugeln 13 in eine
der umlaufenden Ringnuten 17, 18 der Hülse 15 radial ausweichen, in welchen Lagen
das Kuppeln bzw.
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Entkuppeln der beiden Kupplungshälften gelingt, wobei der die Ringnut
14 des Steckerventils vorderseitig begrenzende Rand den Bereich der Arretierungskugeln
passieren kann. Die Abdichtung zwischen dem Muffenventil und dem Steckerventil vermittelt
eine im Hülsenabschnitt 12 aufgenommene Ringdichtung 19.
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Beide Kupplungshälften sind mit in axialer Richtung beweglich geführten
und durch Schließfedern in Schließrichtung belasteten Verschlußstücken versehen.
So besitzt das Steckerventil 10 ein
Verschlußstück 25 in Form eines
Ventilkegels, von dem sich ein Führungszapfen 26 in das Ventil hineinerstredr. Aufgenommen
ist dieser Führungszapfen von einer Führungshülse 27, die in bekannter Weise mittels
sich durch den ringförmigen Strömungskanal hindurcherstreckender Flügel 28 im Gehäuse
des Steckerventils ortsfest angeordnet ist. Zwischen diesen Flügeln 28 und der Rückseite
des Ventilkegels erstreckt sich eine vorgespannte Schließfeder 29, welche den mit
einer umlaufenden Dichtung 30 versehenen Ventilkegel in Anlage an eine kegelige
Dichtfläche 31 im Gehäuse des Steckerventils drückt. Im übrigen besitzt das als
Ventilkegel ausgebildete Verschlußstück 25 einen Kegelkopf 32, der bei in Schließlage
befindlichem Verschlußstück über die Endfläche des Steckerventils hinausragt.
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Hinsichtlich der Verschlußstück-Gestaltung ist das Muffenventil 11
im wesentlichen gleichartig mit dem Steckerventil aufgebaut.
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Bei dem Verschlußstück 35 handelt es sich wiederum um einen Ventilkegel,
von dem sich ein Führungszapfen 36 in das Ventil hineinerstreckt. Dieser Führungszapfen
ist ebenfalls in einer Führungshülse 37 längsverschieblich aufgenommen, die wiederum
mitteL sich radial durch den Strömungskanal hindurcherstreckender Flugel 28 im Gehäuse
des Muffenteils ortsfest angeordnet ist. Zwischen den die Führungshülse 37 tragenden
Flügeln und der Rück-
Verschlußstücks erstreckt sich eine vorgespannte
Schließfeder 39, die das Verschlußstück in Schließrichtung belastet und bei getrennten
Kupplungshälften in der in Fig. 1 ersichtlichen Weise in Schließlage hält. In dieser
Schließlage befindet sich eine umlaufende Dichtung 40 des Ventilkegels in dichtender
Anlage an einer inneren Kegelfläche 41 des Muffenventils, während ein sich auf der
vom Führungszapfen 36 entfernten Seite vom Ventilkegel forterstreckender Kegelkopf
42 in den vom Hülsenteil 12 umschlossenen Raum hineinragt.
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Der Hub S des Steckerventils ist durch die vordere Stirnseite 33 der
den Führungszapfen 26 längsverschieblich aufnehmenden Führungshülse 27 begrenzt,
Demgegenüber befindet sich bei dem Muffenventil die entsprechende Stirnseite 43
der Führungshülse 37 in einem doppelt so großen Abstand von der Rückseite des Verschlußstücks
35, so daß letzteres einen doppelt so großen Hub wie das Verschlußstück 25 im Steckerventil
ausführen kann.
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Im übrigen hat die Schließfeder 39 des Muffenventils größere Härte
als die Schließfeder 29 im Steckerventil.
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Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Ausbildung des Schnellschlußventils
ist die Gestaltung der Rückseite des Verschlußstückes 25 und der Führungshülse 27
im Steckerventil 10. Während im Muffenventil 11 die Führungsmittel für das Verschlußstück
aus einem sich rückseitig vom Verschlußstück forterstreckenden
Führungszapfen
36 und einer beidseitig offenen Führungshülse 37 bestehen, welche Führungshülse
über sich radial erstreckende Flügel 38 im Gehäuse des Muffenventils aufgenommen
ist, handelt es sich bei der den Führungszapfen 26 des Verschlußstücks 25 aufnehmenden
Hülsenführung 27 um einen rotationssymmetrischen Körper mit einer den Führungszapfen
26 aufnehmenden Sacklochführung, die auf der vom Vershlußstück 25 entfernten Seite
durch einen gewölbten Boden 70 abgeschlossen ist. Von der Rückseite des Verschlußstücks
25 erstreckt sich ein Kegel 71 fort und die den Führungskörper 27 begrenzenden Außenflächen
72 verlaufen unter den gleichen Kegelwinkeln wie die Kegelflächen 73 des Kegels
71. Zwischen einer Ansatzfläche 74 der Verschlußstuckführung 27 und der Rückseite
des Verschlußstücks ist die Schließfeder 29 verspannt und in der öffnungsstellung
des Verschlußstücks gelangt die vom Verschlußstück entfernte Stirnseite des Kegels
71 zur Anlage an der aus einer radialen Eindrehung bestehenden Ringfläche 74 der
Verschlußstückführung.
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In dieser Offnungsstellung des Verschlußstücks bilden die Außenflächen
72 der Verschlußstückführung und die Kegelflächen 73 eine im wesentlichen geschlossene,
kegelige Mantelfläche, die auf der vom Verschlußstück entfernten Seite von dem bogenförmigen
Bodenabschnitt 70 der Verschlußstückführung abgeschlossen wird.
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Bei Schnellverschlußkupplungen dieser Art wird das um den einfachen
öffnungshub axial bewegbare Verschlußstück der einen
Kupplungshälfte,
bei der es sich in aller Regel um das Steckerventil handelt, durch die überwiegende
Kraft der Schließfeder 39 der anderen Kupplungshälfte, bei der es sich in der Regel
um das Muffenventil handelt, in der in der Zeichnung veranschaulichten öffnungsstellung
gehalten, in welcher die vom Verschlußstück 25 entfernte Stirnseite des Kegels 71
im Bereich des Ringbundes 74 der Verschlußstückführung anliegt und ein harmonischer
Übergang von den Strömungsflächen 72 der Verschlußstückführung zu der Kegelfläche
73 des rückseitigen Verschlußstückkegels 71 gewährleistet ist. Eine in Richtung
des Pfeils 75 stattfindende Medienströmung im Ventil findet mithin äußerst widerstandsarme
Strömungsleitflächen vor, so daß die infolge einer derartigen Strömung auf das Verschlußstück
25 wirkenden, dynamischen Kräfte minimalisiert sind.