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Ventilkupplung für fluidische Systeme
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Beschreibung: Die Erfindung betrifft eine Ventilkupplung, insbesondere
Ventil-Meßkupplung für fluidische Systeme mit hohen Arbeitsdrücken, bestehend aus
einer unter Leitungsdruck stehenden Kupplungsbuchse, in deren Bohrung ein federbelastetes
und mechanisch betätigbares Rückschlagventil angeordnet ist.
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Ventilkupplungen dieser Art dienen zum Beispiel zur Herstellung von
Irüf- oder Meßanschliissen an Druckleitungen, wobei in der Regel die Kupplungsbuchse
mit Außengewinde fest an der Druckleitung eines zum Beispiel Hydraulik-oder Eneumatiksystems
installiert ist. Für die Dauer der Prüf- oder Meßarbeiten wird auf diese Kupplungsbuchse
ein als Hohlzapfen ausgebildeter Dichtnippel mittels Oberwurfmutter aufgeschraubt,
der fest mit einem Schlauch verbunden ist. Die Kupplungen können beispielsweise
unter Druck, d.h. ohne die Anlage stillzusetzen, über Meßschläuche mit den entsprechenden
Meßgeräten verbunden werden. Bei Anschluß fest installierter Geräte, zum Beispiel
Manometer, Manometer-Wahlschaltern und Druckschaltern können die flexiblen Meßschläuche
wie Elektrokabel verlegt werden, so daß eine aufwendige Rohrverlegung entfällt.
Mit solchen Neßkupplungen lassen sich daher die effektiven Arbeitsdrücke direkt
am Hydraulikgerät messen, wobei kein Lösen von Entlüftungsschrauben und Rohrverschraubungen
erforderlich ist. Solche Kupplungen finden bei den verschiedensten Bauelementen
und Regelungen von Hydraulik- oder Pqeumatiksystemen Verwendung. Nach dem Trennen
des Kupplungsanschlusses wird auf die Kupplungsbuchse mit Außengewinde eine Schutzkappe
aufgeschraubt, die den Zweck hat, das Eindringen von Schmutz in die Kupplungsbuchse
zu verhindern und welche darüberhinaus eine zusätzliche Abdichtungsfunktion übernimmt,
für den Ball, daß ein in die Kupplungsbuchse Installier-
tes Rückschlagventil
nicht absolut dicht schließt.
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Ventilkupplungen der genannten Art gehen beispielsweise aus der DE-FS
27 56 084 hervor, wobei die Ventilkörper als Kegel oder Kugeln ausgebildet sind.
Bei dieser bekannten Ventilkupplung ist der Ventilkörper als Rückschlagventil auf
einer Druckfeder federbeweglich angeordnet und weist an seinem oberen Kontaktende
einen Strömungskanal auf. Die Ventilkupplung ist -dabei mit einem Dicht- und Verdrehsicherungsring
versehen, dessen Dichtfunktion jedoch nur dann gewährleistet ist, wenn eine entsprechende
Schlauch- oder Verschlußkappe mit ihrem Dichtnippel fest auf die Kupplungsbuchse
aufgeschraubt ist.
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Sobald diese Kappe gelöst ist, bzw. falls eine solche Kappe überhaupt
nicht vorhanden ist - wie zum Beispiel bei Nanometerwahlschaltern -, erfolgt die
Abdichtung des Druckmediums nur noch durch das entsprechende Rückschlagventil. Ein
Rückschlagventil für solche Hochdruck-Ventilkupplungen zeigt jedoch konstruktionsbedingt
je nach Viskosität des Druckmediums eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Undichtheit
bzw. ist unter Serienbedingungen jedenfalls nicht als praktisch dichte Ausführung
darstellbar.
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Für Verschlauchungen in der allgemeinen Hydraulik und für Gasfülleinrichtungen
von Hydraulikspeichern ist eine derartige Ausbildung ausreichend, doch ergeben sich
schon dann Reklamationen wegen Undichtheit, wenn zum Beispiel bei mehreren Ventilkuppiunp;en
gleichzeitig die Kappen gelöst werden, um mit einer Neßeinrichtung nacheinander
mehrere etelle zu prüfen; wenn bei Hydraulikspei chern Gas dru ck-Prüfeinri ehtungen
ohne-Nachfüllmöglichkeit benutzt werden, oder wenn die Ventilkupplungen zur Uberwachung
von Anlagen mit brenn-
baren Gasen etc. eingesetzt sind.
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Zur Anwendung in Nanometer-Wahlschaltern ist der Einsatz solcher Ventilkupplungen
wegen ständiger Leckage an den jeweils nicht benutzten Anschlüssen überhaupt nicht
möglich. Es ist bei den genannten Ventilkupplungen auch schon versucht worden, das
Rückschlagventil mit gummielastischen Dichtungen bzw. üblichen 0-Ringen auszustatten,
jedoch konnte hierdurch trotz anfänglicher, genügender Dichtheit nicht in allen
Fällen ein positives Ergebnis erzielt werden. Bei langen Meßleitungen und großen
Totvolumina in Manometern oder in dem angeschlossen Kreislauf und insbesondere bei
niedrigviskosen Flüssigkeiten ( <- 40 mm2/sec ) oder höheren Betriebsdrücken
bzw. bei Irüfeinrichtungen für Hydrospeicher erfolgt ein Auswaschen der gummielastischen
Dichtung, da eine hohe Druckdifferenz beim Abheben des Ventils eine sehr starke
Strömung des verwendeten Mediums an der Dichtung bewirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen
und insbesondeIc eine Ventilkupplung, vorzugsweise eine Ventil-Neßkupplung vorzuschlagen,
welche für fluidische Systeme mit hohen Arbeitsdrücken und Medien unterschiedlichster
Viskosität geeignet ist, wobei Maßnahmen vorgeschlagen werden, die aus einem elastomeren
Werkstoff bestehende Dichtung gegen Kavitation und Auswaschungen zu schützen und
die Wirkung von großen Volumina in Meßleitungen oder dergleichen des angeschlossenen
Kreislaufs auf die elastomere Dichtung auszuschalten.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei der eingangs aufgeführten
Ventilkupplung ein zylindrischer Ventilkörper, welcher mit der Außenkante und/oder
Stirnfläche
seiner Dichtschulter im geschlossenen Ventilzustand-gegen einen aus elastomeren
Werkstoff bestehenden Dichtring preßt, mit der Kupplungsbuchse bzw einer in der
Kupplungsbuchse angeordneten Dichtbuchse einen abdichtbaren Strömungskanal bildet,
wobei stromabwärts und/oder stromaufwärts zum Dichtring weitere Dichtungen angeordnet
sind, welche bei Aufstoßen des Ventilkörpers ihre Dichtfunktion erst nach dem Abheben
des Dichtringes von der Dichtschulter vorzugsweise verzögert beenden. Durch diese
Maßnahme nach der Erfindung wird sichergestellt, daß die aufgrund der hohen Druckdifferenz
entstehende Strömung unmittelbar nach dem Ablösen des elastomeren Dichtringes von
seiner Ventilschulter gedrosselt oder nahezu zum Stillstand gebracht wird.
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Gemäß der Erfindung erstreckt sich die Abnahme der Dichtfunktion der
stromabwärts und/oder stromaufwärts zum Dichtring angeordneten Dichtungen während
des Aufstoßvorganges des Ventilkörpers im Vergleich zur Abnahme der Dichtfunktion
des Dichtringes üben einen längeren Hubweg. Auf diese Weise über die stromabwärts
und/oder stromaufwärts zum Dichtring angeordneten Dichtungen noch ihre Dichtfunktion
aus, während aufgrund de. kürzeren Hubweges des Dichtringes dieser der nachteiligen
Wirkung einer sonst entstehenden Strömung und einer sich dadurch ausbildenden Kavitation.
oder AusTvaschllng entzogen ist.
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Gemäß der Erfindung sind die Dichtungen, welche stromabwärts und/oder
stromaufwärts zum Dichtring vorhanden sind, als Drosselstrecken und/oder Lab;yrinthdichtungen
ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, den #uckausgleich in definierter und vorbestimmter
Weise ablaufen zu lassen. MeSsungen haben gczeigb, daß die Wirkung der
Reduzierung
der Geschwindigkeit; des an den Dichtungen vorbeiströmenden Mediums üblicherweise
schon ausreicht, um Auswaschungen und Kavitationen an dem Dichtring selbst zu verhindern.
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Die stromabwärts und/oder stromaufwärts zum Dichtring angeordneten
Dichtungen weisen in Weiterbildung der Erfindung jeweils einen in einer Ringnut
gelagerten kavitations- und verschleißfesten Dichtring auf.
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Der zylindrische Ventilkörper weist gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Axialbohrung auf, die in radial gerichtete Bohrungen übergeht,
wobei über den Radialbohrungen die Dichtschulter angeordnet ist, der sich die zylindrische
Drosselstrecke mit einem kegelförmigen Endstück anschließt, wobei die Kupplungsbuchse
zur Aufnahme der Dichtschulter des Ventilkörpers sowie der Dichtbuchse eine erweiterte
Bohrung aufweist.
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Die Kupplungsbuchse ist im unteren Teil ihrer Bohrung mit einem Schulterstück
versehen, gegen das sich die Ventilfeder abstützt, während das obere Ende der Kupplungsbuchse
einen nach der Montage gefertigten, die Dichtbuchse sichernden Bördelring aufweist.
Hierdurch wird die Montage erheblich vereinfacht, da die gesamten Elementevon einer
Seite eingeführt werden können und das Ventil- und Dichtsystem danach durch Herstellung
des Bördelringes verankert werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtbuchse
mehrteilig ausgebildet, wobei das untere Teil einen Ringsteg aufweist, dessen radiale
Außenseite mit der Innenwand der Kupplungsbuchse eine Dichtringkammer zur Aufnahme
des Dichtringes bildet, dessen radiale Innenseite die äußere Begrenztrng der Dichtung
darstellt.
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Der Ringsteg ist in vorteilhafter Weise als Anschlag für die DichtschuIt#er
des Ventilkörpers ausgebildet Die Dichtschulter preßt mit ihrer Außenkante und/oder
Stirnfläche im geschlossenen Ventilzustand gegen den Dichtring,und die axiale Außenfläche
der Dichtschulter bildet mit der erweiterten Bohrung der Ktipplungsbuchse einen
Ringkanal. Das obere Teil der Dichtbuchse bildet mit dem unteren Teil der Dichtbuchse
eine Ringnut zur Aufnahme eines 0-Ringes, gegen den im geschlossenen Ventilzustand
ein Nippel einer Uberwurfschutzkappe anliegt.
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Die Erfindung wird anhand einiger in en Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Hierbei zeigen: Figur 1 eine Ventilkupplung im Naßstan 5 : 1, zur
Hälfte im Axialschnitt im geschlossenen Zustand des Ventils; Figur 2 eine Ventilkupplung
in einem Manometerwahlschalter im geöffneten Zustand und Figur 3 eine weitere Ausführungsform
einer Ventilkupplung im gleichen Maßstab und ebenfalls zur Hälfte im Axialschnitt
im geschlossenen Zustand des Ventils.
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Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, ist das Nanometerwahlschalter-Gehäuse
2a bzw. die Kupplungsbuchse 2 mit einer Bohrung 29 versehen und nimmt die Ventilfeder
6, den darüber befindlichen Ventilkörper 5 und eine aus zwei Teilen bestehende Dichtbuchse
3 auf.
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Die Kuppluiigsbuchse 2 ist an ihrem unteren Ende mit einem Außengewinde
26 versehen, so daß diese in einfacher Weise mit dem Hydraulik- oder Pneumatiksystem
verbunden
werden kann. Bei einem WahlschaT£-er-Gehäuse 2a, entsprechend
Figur 2 entfällt simlgemaß das Außengewinde 26.
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Der Ventilkörper 5 weist in dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Axialbohrung 13 auf, die in radial gerichtete Bohrungen 8 übergeht.
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Die Ausführungsform nach Figur 2 weist statt dessen eine fertigungsgünstige
Spiralnut 33 auf.
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Über den Radialbohrungen 8 bzw. der Spiralnut 33 ist der Ventilkörper
5 mit einer Dichtschulter 9 versehen, der sich eine Dichtung in Form einer Drosselstrecke
16 und ein kegelförmiges Endstück 31 anschließen.
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Im unteren Teil ihrer Bohrung 29 ist die Kupplungsbuchse 2 mit einem
Schulterstück 30 versehen, gegen das sich die Ventilfeder 6 abstützt. Das obere
Ende der Kupplungsbuchse 2 weist dagegen einen nach der Montage gefertigten Bördelring
15 auf, der die Dichtbuchse 3 sichert.
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Durch diese konstruktiven Maonahmen ist es in vorteilhafter Weise
möglich, die Montage des gesamten Systems von einer Seite durchzuführen, wobei nacheinander
die Feder 6, der Ventilkörper 5 und die Dichtbuchse 3 eingeführt werden. Nach dieser
Montage erfolgt die Herstellung des Bördelringes, so daß das gesamte System in einfacher
Weise fixiert ist. Um den einfachen Einbau der erforderlichen 0-Ringe zu gewährleisten,
ist die Dichtbuchse 3 mehrteilig ausgebildet, wobei das untere Teil 20 einen Ringsteg
21 aufweist, dessen radiale Außenseite mit der Innenwandung des Wahlschalter-Gehäuses
2a bzw. der Kupplungsbuchse 2 eine Dichtringkammer zur Aufnahme des Dichtringes
1 darstellt. Die radiale Innenseite des Ringsteges 21 bildet mit dem
Ventilkörper
5 oberhalb seiner Dichtschulter 9 eine weitere Dichtung in Form einer zylindrischen
Drosselstre-cke 16 mit einem Drosselspalt einer definierten Länge und Breite.
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Der Ringsteg 21 dient gleichzeitig als Anschlag für die Dichtschulter
9 des Ventilkörpers 5 im geschlossenen Zustand des Ventils. In diesem geschlossenen
Zustand preßt die Dichtschulter 9 mit ihrer Stirnfläche bzw.
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Außenkante gegen den Dichtring 1, der sich in der Dichtringkammer
14 befindet. Die axiale Außenfläche der Dichtschulter 9 ist derartig dimensioniert,
daß sie mit der erweiterten Bohrung der Kupplungsbuchse 2 einen Ringspalt bildet,
der in einen Ringkanal 11 übergeht. Dieser Ringkanal 11 ist über die radialen Bohrungen
8 und der Axialbohrung 13 bzw. der Spiralnut mit der Bohrung 18 der Kuppluiigsbuchse
2 strömungsmäßig verbunden.
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Die zylindrische Drosselstrecke 16 des Ventilkörpers 5 kann in einer
besonderen Ausführungsform der Erfindung eine Ringnut zur Aufnahme eines Dichtringes
17 aus plastischem Material, aus einem mineralfaserverstärkten Polytetrafluoräthylen
oder zur Aufnahme eines Kolbenringes aus Grauguß aufweisen. Diese Dichtringe sind
kavitationsfest und verschleißarm.
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Das obere Teil 4 der Dichtbuchse 5 bildet mit dem unteren Teil 20
eine Ringnut 23 zur Aufnahme eines O-Ringes, gegen den im geschlossenen Zustand
des Ventils nach Figur 1 ein Nippel 24 einer Uberwurfschutzkappe 25 anliegt.
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Wie aus der Figur 1 hervorgeht, preßt die obere Stirnfläche bzw. die
Außenkante der Dichtschulter 9 im ge-
schlossenen Ventilzustand
gegen den aus einem elastomeren Werkstoff bestehenden Dichtring 1. Stromabwärts
zum Dichtring 1 bildet der Ventilkörper 5 mit dem Ringsteg 21 der Dichtbuchse 3
eine in Form einer Drosselstrecke ausgebildete Dichtung 16.
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Wird der Ventilkörper 5 mit Hilfe des Hohlzapfens 32 aufgestoßen,
so hebt der Dichtring 1 von der Schulter 9 des Ventilkörpers 5 ab, während die als
Drosselstrecke ausgebildete Dichtung 16 ihre Dichtfunktion weiterhin aufrechterhält,
bis der Ringsteg 21 den kegelförmigen Teil 31 des Ventilkörpers 5 verläßt.
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Wie insbesondere aus der Figur 2 deutlich hervorgeht, erstreckt sich
die Abnahme der Dichtfunktion der bei diesem Ausführungsbeispiel stromaufwärts angeordneten
Dichtung 16 zum Dichtring 1 während des Aufstoßvorganges des Ventilkörpers 5 mit
Hilfe des Hohlzapfens 32 im Vergleich zur Abnahme der Dichtfunktion des Dichtringes
1 über einen längeren Hubweg, welcher u.a. durch die Höhe des Ringsteges 21 definiert
ist. In der als Drosselstrecke ausgebildeten Dichtung 16 kann für besondere Anforderungen
eine Ringnut 22 vorgesehen sein, in der sich ein Dichtring 17 befindet, der kavitations-
und verschleißfest aus-gebildet ist Dieser Ring dient zur Überbrückung der Fertigungstoleranzen
der metallischen Teile.
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Die Vermeidung einer Strömung oder Reduzierung der Geschwindigkeit
des an der Dichtung 1 vorbeiströmenden Mediums bewirkt, daß eine Auswaschung oder
Kavitation dieser Dichtung verhindert wird. Damit wird erreicht, daß das gesamte
Dichtuiigssystem bei äußerst hohen Drücken und auch für Gase anwendbar ist, wobei
durch die Zuordnung und Ausbildung der verschiedenen Dich-
tungen
eine äußerst lange Lebensdauer sichergestellt wird.
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Aus der Figur 3 geht eine weitere Ausführungsform der Erfindung hervor,
bei der ebenfalls, ie bei der Ausführungsform nach Figur 1, ein zylindrischer Ventilkörper
5 vorhanden ist, der mit der Stirnfläche und/ oder Außenkante seiner Dichtschulter
9 im geschlossenen Ventil zustand gegen einen aus elastomeren Werkstoff bestehenden
Dichtring 1 preßt. Der Ventilkörper 5 bildet mit der Kupplungsbuchse 2 einen abdichtbaren
Strömungskanal 11, wobei stromaufwärts zum Dichtring 1 eine weitere Dichtung 18
angeordnet ist, welche beim Aufstoßen des Ventilkörpers 5 ihre Dichtfunktion erst
nach dem Abheben des Dichtringes 1 von der Dichtschulter 9 verzögert beendet. Damit
stellt die Ausführungsform nach der Figur 3 bezüglich der Zuordnung der Dichtung
18 zur Dichtung 1 die sich ergebende Umkehrung dar, welche im übrigen die gleiche
Wirkungsweise aufzeigt, wie die Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2.
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In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform können auch die
nach den Figuren 1 bzw. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen miteinander kc.oiniert
werden, derart, daß sowohl. stromabwärts als auch stromaufwärts zum Dichtring 1
weitere Dichtungen angeordnet sind, die ihrerseit als Di.chtkombinationen ausgebildet
sein können, beispielsweise einer Drosselstrecke oder Labyrinthdichtung in Kombination
mit Dich bringen.
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In allen Ausführungsformen ist der Dichtring 1 aus einem Elastomer
hergestellt, während die bei den Dichzungen 16, 17 und 18 verwendeten Dichtringe
aus einem kavitationsfesten Material bestehen.