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Schnellverschlußkupplung
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Das zunehmende Interesse an Gas als Kraftfahrzeugtreibstoff macht
diesen Sektor für die Selbstbedienung interessant. Die hohen Sicherheitsbestimmungen
sowie eine verhältnismäßig komplizierte Anschlußweise erfordern den Einsatz von
Fachpersonal. Zum Anschluß der Tankleitung ist eine bestimmte Reihenfolge einzuhalten.
Es sind große Kräfte von Hand aufzubringen. Die leckfreie Betätigung ist nicht möglich,
was wiederum erhebliche Sicherheitszonen (5 m Radius) verlangt.
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Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, eine auch dem Normal-Benutzer
mögliche Betankungsweise (und das Gerät dazu) für extrem problematische und daher
besonders strengen Sicherheitsbestimmungen unterliegende Medien, wie bspw. Flüssiggas
für Kraftfahrzeuge, anzugeben.
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Hierzu schlägt die Erfindung vor: Verwendung einer druckmittelbetätigten
Schnellverschlußkupplung mit einer in ihrer gefesselten Offenstellung die Druckmittelzufuhr
blockierenden Verriegelungshülse zum Betanken von Gastanks an Kraftfahrzeugen.
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Eine solche Schnellverschlußkupplung entspricht den einschlägigen
Erfordernissen hinsichtlich überdurchschnittlicher Ventilfederkräfte, hoher Haftreibung
der Dichtungen und, durch den Einsatz eines Fremdmediums zur Überwindung der hohen
Ventilschließkräfte, auch dem Erfordernis einer leichten Betätigung. Außerdem ist
die vorauszusetzende Narrensicherheit gegeben durch die in ihrer gefesselten Offenstellung
die Druckmittelzufuhr blockierende Verriegelungshülse. Erst nach Herbeiführung der
Kupplung und der damit zusammenhängenden räumlichen Verlagerung der Verriegelungshülse
wird der Weg für das Druckmittel frei, erst danach der für das Durchflußmedium.
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Eine baulich günstige Schnellverschlußkupplungs, insbesondere zur
Verwendung. nach Anspruch 1, ist gekennzeichnet durch ein von einer verlagerbaren
Handhabe gesteuertes Betätigungsdruckmittel -Öffnungsventil und eine der Handhabe
zugeordnete, deren Verschieben in Öffnungsrichtung blockierende Anschlagkante, welche
in der gefesselten Qffenstellung der Verriegelungshülse einer Sperrkante derselben
gegenüberliegt. Die lediglich durchzuführende Verschiebebewegung des Öffnungsventils
vereinfacht die Handhabung; es ist kein jeweils neu zu betreibender Anschluß der
Leitung erforderlich. Vielmehr befindet sich die Schnellverschlußkupplung wie ein
Zapfhahn bei normalen Betankungseinrichtungen am Ende des Betankungsschlauches,
der hier als Doppeischlauch gestaltet ist, zum einen zur Zuleitung des zu tankenden
Mediums und zum anderen zur Zuleitung des Betätigungsdruckmittels. Eine baulich
vorteilhafte Ausgestaltung besteht weiter darin, daß zur Fesselung der Verriegelungshülse
in Offenstellung ein radial zu ihr federnder Riegel vorgesehen ist, der in der gefesselten
Offenstellung in eine Aussparung der ihn aufweisenden Kupplungshälfte einrastet,
welche Aussparung, in Einsteckrichtung der anderen Kupplungshälfte gesehen, hinter
Verriegelupgskugeln liegt und welcher Riegel in Verriegelungsstellung der Verriegelungshülse
die Verriegelungskugeln in Verriegelungsrichtung belastet. Obwohl ein Riegel kräftemäßig
ausreicht, bietet der meist rotationssymmetrische Aufbau solcher Verschlußkupplungen
die Möglichkeit, mehrere, winkelgleich, senkrecht zur Verschieberichtung der Verriegelungshülse
liegende Riegel vorzusehen, was die Narrensicherheit gegen Mißbrauchsbetätigung
gewährleistet. Durch die leckfreie Arbeitsweise der Kupplungen besteht auch in keiner
Weise die Gefahr, daß Medium in den Riegelbereich gerät.
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Chemische Medien, bspw. solche, die ein Verkleben verursachen würden,
wären nicht in der Lage, die Funktion des Riegels zu beeinträchtigen, was das Einsatzgebiet
solcher Schnel lverschlußkupplungen noch erweitert.
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Weiter ist es von Vorteil, daß der druckmittelbetätigte, in Schließrichtung
federbelastete Verschlußkolben in Verschlußstellung gegen Verschieben in
Öffnungsrichtung
blockiert ist von einem Sperrglied, das von der Verriegelungshülse gesteuert ist
derart, daß die Sperrstellung in der Offenstellung der Verriegelungshülse vorliegt.
Der Verschlußkolben- wird also nicht mehr bloß durch die ihn belastende, in der
Regel schon äußerst stark ausgelegte Feder in Schließrichtung belastet, sondern
in Schließstellung auch noch aktiv durch das Sperrglied gehalten. Ein Hinfallen
des Zapfhahns mit einer in Öffnungsrichtung liegenden Massenbelastung führt auch
nicht zu einem geringen Öffnungsspalt. Die Bedienung ist vereinfacht dadurch, daß
der Anschlußstutzen für die Betätigungsmittelzuleitung zusammen mit der Handhabe
verschieblich ist. Dieser liegt in günstiger Weise eine ein Widerlager bildende
Handhabe benachbart, so daß unter Ausübung einer einfachen Greifbewegung das Druckmittel
zur Beaufschlagung des Verschlußkolbens gegen dessen Federbelastung freigegeben
wird. Die Verriegelungshülse ist unter Zwischenschaltung eines Freiganges mit der
Handhabe gekuppelt. Dies bringt mehrere Vorteile: Zum einen läßt sich die Verriegelungshülse
entgegen ihrer Federbelastung bequem wieder in die Ausgangslage zurückziehen. Der
Bedienende braucht die räumlich kleinere Hülse nicht zu erfassen. Ihm steht vielmehr
die besser greifbare Handhabe zur Verfügung. Andererseits läßt sich durch die Verbindung
von Verriegelungshülse und Handhabe gegebenenfalls eine Drehsicherung herleiten.
Dies ist auch unter Berücksichtigung des weiteren Merkmals von Vorteil, daß der
quergerichtete Zulaufstutzen für das Durchflußmedium als Drehsicherung für die Verriegelungshülse
ausgebildet ist. Die beiden Schläuche können also nicht in verschiedene Richtungen
treten. Dem angestrebten Sicherheitsbedürfnis entsprechend, ist die weitere Maßnahme
getroffen, daß in einem quergerichtet angeordneten Anschlußstutzen für die Tankleitung
ein vom Durchflußmedium selbst zu öffnendes Absperrventil angeordnet ist, welches
einem in derselben Kupplungshälfte in Achsrichtung derselben liegenden selbstschließenden
Ventil vorgelagert ist, welches vom Verschluß-
kolben in Öffnungsrichtung
beaufschlagbar ist. Die Ü#bereckanordnung der genannten Ventile macht es praktisch
unmöglich, das vom vorgelagerten Ventil abgedeckte bzw. schützend überfangene zweite
Ventil mißbräuchlich zu öffnen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung sind
nachstehend anhand eines zeichnerisch veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher
erläutert. Es zeigt: Fig. 1 die insbesondere an Zapfsäulen für Gasbetankungsstellen
verwendete Verschlußkupplung, wobei die eine Kupplungshälfte im Teilschnitt und
die andere Kupplungshälfte in Teildarstellung wiedergegeben ist, das ganze in entkuppeltem
Zustand, Fig. 2 die Schnellverschlußkupplung in gekuppeltem Zustand und Offenstellung
und Fig. 3 die andere Kupplungshälfte in gegenüber Fig. 2 etwas vergrößerter Wiedergabe,
im Teilschnitt.
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Die dargestellte Schnel lverschlußkupplung besteht aus einer praktisch
einen Zapfhahn einer Gastankstelle bildenden Kupplungshälfte i und einer am Tank
bspw. eines Kraftfahrzeuges sitzenden anderen Kupplungshälfte 11.
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Die eine Kupplungshälfte I trägt einen Zulaufstutzen 3 für eine das
Durchflußmedium zuführende Schlauchleitung 4, ferner einen Anschlußstutzen 5 für
eine das Betätigungsmittel zuleitende Schlauchleitung 6.
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Beide Schlauchleitungen führen zu den entsprechenden Quellen und brauchen
nur zur Inspektion oder dergleichen von der Kupplungshälfte I abgenommen zu werden.
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Die räumlich größere Kupplungshälfte I besitzt ein hülsenartiges,
im im Bohrungs-Durchmesser gestuftes Gehäuse 7. Der rechtsseitige, im Querschnitt
größer gehaltene Gehäuseabschnitt 7' ist mit Hilfe eines Stopfens 8 dicht verschlossen.
Der Stopfen setzt sich über einen eingesteckten Hülsenabschnitt 9 einstückig in
eine frei greifbare Handhabe 10 fort. Es handelt sich um einen durchbrochenen, den
allgemeinen Gehäusequerschnitt überragenden Teller oder Kranz.
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Der linksseitige, querschnittskleinere Gehäuseabschnitt 7'' bildet
mündungsseitig eine Dichtfläche 11 aus. Gegen diese tritt ein unter Federbelastung
stehender Ventilkörper 12, der die Kupplungshälfte I normalerweise verschlossen
hält.
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Auf den querschnittskleineren Gehäuseabschnitt 7" ist eine einen ringförmigen
Steckschacht 13 für einen Nippel 14 der anderen Kupplungshälfte II bringende Büchse
15 gesetzt. Letztere überragt die plane Stirnfläche des zylindrischen Abschnitts
7" um ein gewisses Maß in Steckzuordnungsrichtung .
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Im Bereich der Stufe St des Gehäuses 7 ist ein Einsatz 16 befestigt.
In diesem führt sich eine vom#VentiIkörper 12 ausgehende, gehäuseeinwärts gerichtete
Kolbenstange 17. Letztere trägt einen Verschlußkolben 18, der sich peripher in eine
in Richtung der anderen Gehäusehälfte II weisende, an der Innenwand des querschnittsgrößeren
Gehäuseabschnitts 7" führende Ringwand 19 fortsetzt.
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Eine dem Verschlußkolben 1 zugeordnete Druckfeder 20 belastet diesen
in Richtung des Stopfens 8', so daß der Ventilkörper 12 mit seiner endständigen,
schräg zur Längsmittelachse x-x des Gehäuses 7 verlaufenden Dichtfläche 11 gegen
die zugekehrte Dichtfläche 12' des Gehäuseabschnitts 7" tritt. Das über den Zulaufstutzen
3 und über eine anschliessende Querbohrung 21 im Bereich der Stufe St des Gehäuses
7 an den zentralen Medienführungskanal 22 angeschlossene Durchflußmedium ist so
gesperrt. Die Freigabe des Strömungsweges wird unter Erfüllung noch zu erläuternder
Voraussetzungen durch das über den Anschlußstutzen 5 zugeführte Betätigungsdruckmittel
erreicht. Zwischen der Rückfläche des Kolbens 18 und der diesem zugewandten Stirnfläche
des Stopfens 8 verbleibt ein schmaler, druckmittelspeisbarer Zylinderraum 23. Im
Bereich des Zylinderraums liegt hierzu mindestens eine Querbohrung 24, die mit einem
als Schieber ausgebildeten Betätigungsdruckmittel-Öffnungsventil 25 zusammenwirkt.
Es handelt sich um eine auf dem querschnittsgrößeren Gehäuseabschnitt 7' verschieblich
geführte Büchse 26, welcher der Anschlußstutzen 5 zugeordnet ist. Die Stutzenbohrung
setzt sich in einen der Querbohrung 24 etwa durchmesserentsprechende Querbohrung
27 fort, die beiderseits durch Ringdichtungen abgedichtet ist und durch Verlagerung
in den Bereich der Querbohrung 24 den Eintritt des Betätigungsdruckmittels in den
Zylinderraum 23 ermöglicht.
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Die Büchse 26 geht kupplungsmündungsseitig in eine das Gehäuse 7 überragende
Handhabe 28 über. Diese entspricht in ihren Abmessungen der Handhabe 10.
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Der Abstand zwischen der gehäuseseitigen Querbohrung 24 und der Querbohrung
27 der Büchse 26 ist so bemessen, daß deren Verschiebeweg in Entkupplungsstellung
der Kupplungshälfte I nicht ausreicht zur Speisung des Zylinderraums 23, das Betätigungsdruckmittel-Öffnungsventil
25 tritt
vielmehr mit einer deren Verschieben in Öffnungsrichtung
blockierenden Anschlagkante 26' gegen eine in entkuppeltem Zustand gegen eine Sperrkante
29' einer in ihrer sogenannten Offenstellung zurückverlagerten Verriegelungshülse
29 (vergl. Fig. 1 strichpunktierte Linie).
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Zur Sicherung der Verriegelungshülse in der zurückgezogenen Stellung
dient ein Riegel 30. Letzterer sitzt in einer senkrecht zur Längsmittelachse x-x
des Gehäuses 7 ausgerichteten Führungsbohrung, ist topfförmig gestaltet und in Eingriffsrichtung
durch eine Druckfeder 31 belastet. Die Riegelführung ist in einem rotationssymmetrischen
Einsatz 32 der Verriegelungshülse 29 verwirklicht. Ein Einsatz 32 und Ringwand der
Verriegelungshülse 29 durchsetzender Stift 32' sichert die beiden Teile zueinander.
In Verriegelungsstellung (Fig. 1) ragt der Kopf des Riegels 30 sperrend in eine
Aussparung 33 des Gehäuses bzw. der gehäusefesten Büchse 15. Dem Riegelkopf vorgelagert
befindet sich eine Steuerkugel 34. Die Aussparung 33 verjüngt sich in Richtung des
Steckschachtes 13, so daß die Kugel aus der Aussparung 33 nicht heraustreten kann.
Andererseits sind aber Steuerkugeldurchmesser und Länge des Riegels so abgestimmt,
daß der Nippel 14 mit seiner einsteckseitigen, abgeschrägten Steuerfläche 14' den
Riegel über den genau bemessenen Kugelüberstand aus der Aussparung 33 herausdrücken
kann. Dies hat zur Folge, daß eine die Verriegelungshülse 29 entgegen Offenstellung
belastende Druckfeder 35 die Verriegelungshülse 29 wieder vorschiebt (vergl. Fig.
2). In dieser vorgeschobenen Stellung stützt sie sich an einem auswärts gerichteten
Kragen 36 der Büchse 15 ab. Die Druckfeder 35 findet ihr Widerlager einerends an
einer Gehäuseschulter und anderenends an einer vom Einsatz 32 gebildeten Ringschulter.
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Die Aussparung 33 liegt, in Einsteckrichtung der anderen Kupplungshälfte
II gesehen, hinter Verriegelungskugeln 37. Letztere befinden sich in
der
Entkupplungsstellung in Ausweichlage, d. h. sie treten in eine mit Aussteuerfläche
versehene Ringnut 38 der Verriegelungshülse 29 bzw. der Büchse 15 ein. In der vorgetretenen
Lage der Verriegelungshülse 29 hebt die Steuerschräge die Verriegelungskugeln 37
so weit an, daß sie sperrend in eine entsprechend liegende Ringnut 14" des Nippels
14 eingreifen (vergl. Fig. 2). Wie in der genannten Figur ersichtlich, stützen sich
die Verriegelungskugeln 37 bei auf Luke sitzendem Riegel 30 direkt auf der Innenwandung
des die Verriegelungskugeln 37 unterlaufenden Einsatzes 32 ab.
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Die Verriegelungskugeln 37 lagern in einer sich nach innen hin konisch
verjüngenden Radialbohrung 40 der einen Kugelkäfig bildenden Büchse 15. Das reduzierte
Bohrungsende liegt unter dem Durchmesser der Verriegelungskugeln 37.
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Da der Riegel 30 eine Länge aufweist, die der der Wandungsdicke des
Einsatzes 32 entspricht, ergänzt der Riegel 30 die Stützfläche für den Fall, daß
Riegel und Verriegelungskugel überhaupt in Gegenüberlage treten. Dies kann der Fall
sein, wenn die freie Drehung der Teile 7 und 29 - beabsichtigt ist. Ansonsten aber
ist es zweckmäßig, den Bereich des Riegels versetzt anzuordnen zu dem der konischen
Bohrungen 40.
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Die Verriegelungshülse 29 bildet darüber hinaus aber auch noch eine
weitere Sperreinrichtung. Hierzu ist im querschnittsgrößeren Gehäuseabschnitt 7'
ein querverlagerbares Sperrglied 41 angeordnet. Es handelt sich auch hier um eine
Kugel. Diese lagert in einer konischen Bohrung 42 und wird von der Innenwand der
Verriegelungshülse 29 abgestützt.
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In dieser Abstützstellung überragt sie die Innenwand des Gehäuseabschnitts
7' und liegt somit sperrend vor dem der Kugelwölbung entsprechend abgeschrägten
Stirnende 19' der Ringwand 19 des Kolbens 18. In
dieser Stellung
kann der Kolben 18 daher nicht im Sinne der Freigabe des zentralen Medienführungskanals
22 verlagert werden. Dies kann erst geschehen, wenn die Verriegelungshülse in die
in Fig. 2 ersichtliche Lage getreten ist, in der sie auch den Verschiebeweg der
Handhabe 28 und somit des Betätigungsdruckmittel-Öffnungsventiles 25 freigibt. Wie
aus Fig. 2 ersichtlich, weicht das Sperrglied 41 in eine mit Auflaufschräge versehene
Ringnut 43 aus.
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Die Verriegelungshülse 29 ist zum freien Durchtritt des Zulaufstutzens
3 längsgeschlitzt. Der entsprechende Schlitz ist mit 44 bezeichnet. Er weist eine
Länge auf, die dem erforderlichen Bewegungshub der Verriegelungshülse entspricht.
Die Breite des Schlitzes 44 ist auf den Durchmesser des Stutzens 3 so abgestimmt,
daß hieraus eine Drehsicherung zwischen Gehäuse 7 und Verriegelungshülse 29 erreicht
ist Das Sperrglied 41 liegt versetzt zum Schlitz 44.
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Die Verriegelungshülse 29 ist unter Zwischenschaltung eines Freiganges
y mit der Handhabe 28 gekuppelt. Von dieser gehen raumparallel zur Längsmittelachse
x-x des Gehäuses 7 verlaufende Zapfen 45 aus. Letztere durchsetzen Bohrungen 46
eines handhabungsseitig liegenden Kragens 47 der Verriegelungshülse 29. Die Zapfen
köpfe weisen einen Bund 45' als Mitnahmeanschlag auf. Die so mit der Handhabe 28
verbundene Verriegelungshülse 29 läßt sich entgegen der Kraft der Druckfeder 35
in die verriegelte Offenstellung ziehen (entkuppelte Stellung), welche durch den
Riegel 30 gesichert ist.
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Die andere, bspw. mit dem Tank eines Kraftfahrzeuges verbundene Kupplungshälfte
II besteht aus einem Gehäuse 48 mit rechtwinklig orientierten Gehäuseabschnitten
48', 48". Der Gehäuseabschnitt 48' bildet den oben erläuterten, mit der Kupplungshälfte
I zu verbindenden Nippel 14.
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Dieser liegt quergerichtet zum am Gehäuseabschnitt 48" anschließenden
Anschlußstutzen 49 für die Tankleitung 50. Vor der Tankleitung 50 befindet sich
ein unter Durchflußwirkung des Mediums sich selbst öffnendes Absperrventil 51, welches
von einer Druckfeder 52 belastet ist und gegen die konische Ventilsitzfläche 53
tritt. Die dortige Mediendurchtrittsöffnung ist mit 54 bezeichnet. Quer davor liegt
der Medienführungskanal 55, welcher mit der Nippelbohrung in Verbindung steht, jedoch
durch ein Ventil 56 normalerweise verschlossen gehalten wird.
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Letzteres steht unter Federwirkung. Es handelt sich auch hier um eine
Druckfeder 57. Die konisch zulaufende Ventilsitzfläche ist mit 58 bezeichnet. Sie
geht in die Mediendurchtrittsöffnung 59 über. Letztere weist eine Breite auf derart,
daß der über das Betätigungsdruckmittel verlagerbare Verschlußkolben 18, respektive
sein Schaft bzw. das Ventil 12 mit seiner Stirnfläche das Ventil 56 zurückschiebt
und so den Medienweg freigibt. Das quer dazu sitzende zweite Ventil 51 wird durch
den Mediendruck dann zurückgeschoben.
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Die Funktion ist kurz zusammengefaßt wie folgt: Unter Erfassen der
Handhabe 10 wird die Kupplungshälfte I dem ortsfesten Nippel 14 der anderen Kupplungshälfte
II axial zugeführt. Der Nippel kopf überfährt die ausgerückten Verriegelungskugeln
37 und drückt mit seiner Steuerfläche 14' die Steuerkugel 34 nach auswärts. Dabei
wird der Riegel 30 entgegen Federbelastung aus der Aussparung 33 gedrängt. Die Verriegelungshülse
36 schnellt federbelastet in Richtung der Kupplungshälfte II vor, wobei die Steuerschulter
der Ringnut 38 die Verriegelungskugeln 37 in ihre Verriegelungsstellung bringt.
Diese ist durch Abstützung gesichert.
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Durch dieses Manöver hat sich auch die Sperrkante 29' verlagert, so
daß nun auch die sonst eine Verlagerung der Handhabe 28 blockierende Anschlagkante
26' nicht mehr wirkt. Die Handhabe und somit das Öffnungsventil 25 läßt sich frei
verschieben. Es kommt zur Speisung des
Zylinderraums 23. Der Verschlußkolben
fährt vor und öffnet das Ventil 56, wodurch das Befüllen des Tanks einsetzt. Es
liegt die- Situation gemäß Fig. 2 vor. Der Fülldruck schiebt (hier nicht dargestellt)
das Ventil 51 aus seiner Sperrstellung.
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Zur Beendigung oder zum Abbrechen des Füllvorganges braucht lediglich
die Handhabe 28 wieder zurückgezogen zu werden. Die Handhabe 10 bildet dabei eine
bedienungsbequeme Widerlagerhandhabe. Schon bei einem geringen Verschiebeweg wird
das Betätigungsdruckmittel -Öffnungsventil 25 wieder verschlossen, indem sein Querkanal
27 vor die sperrend wirkende Mantelwand des Gehäuseabschnitts 7' fährt. Leckverluste
sind durch beidseitige Anordnung von Dichtungsringen vermieden. Der Austritt des
Betätigungsdruckmittels aus dem Zylinderraum ist ermöglicht durch entsprechende
Bemessung der Länge eines mit dem Querkanal 24 kommunizierenden Verteilungs-Ringkanales
60 (vergl. Fig. 2), welcher Kanal 60 in Betriebszustand durch eine Dichtung 61 verschlossen
ist.
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Sobald diese Dichtung vom erhöhten peripheren Ring 7"' des Gehäuseabschnitts
7' herüntergefahren ist, kann das Druckmittel über einen offenen Ringkanal 62 hinter
der Dichtung 61 entweichen. Die entsprechende Situation ist aus Fig. 1 erkennbar.
Nach Wegfall der Medienbelastung gewinnt die relativ stark ausgelegte Druckfeder
20 die Oberhand. Sie schließt das Ventil 12 unter Zurückverlagerung des Kolbens
18. Die Verriegelung läßt sich nun einfach dadurch aufheben, daß über die Handhabe
28 die Verriegelungshülse 29 entgegen der Kraft der sie belastenden Druckfeder 35
in die Stellung gemäß Fig. 1 zurückgeschleppt wird. Dabei verlieren die Verriegelungskugeln
ihre Abstützung. Die Kupplungshälfte kann vom Nippel 14 abgezogen werden. In der
zurück-
gezogenen Stellung springt dabei zugleich der Riegel 30
wieder in die Aussparung 33 ein. Es liegt die Ausgangsposition gemäß Fig. 1 vor.
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Alle in der Beschreibung erwähnten und in-der Zeichnung dargestellten
neuen Merkmale sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht
ausdrücklich beansprucht sind.
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