DE3218115C2 - Ventilkupplung für fluidische Systeme - Google Patents

Abstract

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. Ein zylindrischer Ventilkörper preßt mit der Außenkante und/oder Stirnfläche seiner Dichtschulter im geschlossenen Ventilzustand gegen einen aus elastomerem Werkstoff bestehenden Dichtring, der mit der Kupplungsbuchse bzw. einer in der Kupplungsbuchse angeordneten Dichtbuchse einen abdichtbaren Strömungskanal bildet. Stromabwärts und/oder stromaufwärts zum Dichtring sind weitere Dichtungen angeordnet, welche beim Aufstoßen des Ventilkörpers ihre Dichtfunktion erst nach dem Abheben des Dichtringes von der Dichtschulter, vorzugsweise verzögert, beenden.

Description

Die Erfindung betrifft eir.e Ventilkupplung, insbesondere Ventil-Meßkupplung für fluidische Systeme mit hohen Arbeitsdrücken, bestehend aus einer unter Leitungsdruck stehenden Kupplungsbuchse, in deren Bohrung ein federbelastetes Rückschlagventil angeordnet ist, und einem mit dieser fest verbindbaren Kupplungsstecker, wobei der in der Bohrung der Kupplungsbuchse angeordnete federbelastet, zylindrische Ventilkorper des Rückschlagventils beim Einstecken des Kupplungssteckers durch dessen Einsteckende gegen den Federdruck axial in die Offenstellung des Ventils verschoben

wird.

Ventilkupplungen dieser Art dienen zum Beispiel zur Herstellung von Prüf- oder Meßanschlüssen an Druckleitungen, wobei in der Regel die Kupplungsbuchse mit Außengewinde fest an der Druckleitung eines zum Beispiel Hydraulik- oder Pneumatiksystems 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 Meßkupplungen 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 Pneumatiksystemen 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 Kupplunijsbuchse zu verhindern und welche darüberhinaus eine zusätzliche Abdichtungsfunktion iibernimmt, für den Fall, daß ein in die Kupplungsbuchse installiertes Rückschlagventil nicht absolut dicht schließt.

Ventilkuppilungen der genannten Art gehen beispielsweise aus der DE-OS 27 56 084 oder DE-OS 26 06 950 hervor, wobei die Ventilkorper als Kegel oder Kugeln ausgebildet sind. Bei dieser bekannten Ventilkupplung ist der Ventilkörper als Rückschlagventil auf einer Druckfeder federbeweglich angeordnet und weist an einem 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 aufgcschraubt ist.

Sobald diese Kappe gelöst ist, bzw. falls eine solche Kappe überhaupt nicht vorhanden ist — wie zum Beispiel bei Manometerwahlschaltern -, erfolgt die Abdichtung des Druckmediums nur noch durch das entsprechende Rückschlagventil. Hierzu wird beispielsweise auf die DE-AS 10 01 071 verwiesen. 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. Ein Rückschlagventil dieser Art, welches jedoch nur für geringere Drucke geeignet ist, geht aus der DE-OS 14 25 600 hervor.

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 Ventilkupplungen

b5 gleichzeitig die Kappen gelöst werden, um mit einer Meßeinrichtung nacheinander mehrere Meßstellen zu prüfen, wenn bei Hydraulikspeichern Gasdruck-Prüfeinrichtungen ohne Nachfüllmöglichkeit benutzt wer-

den, oder wenn die Ventilkupplungen zur Überwachung von Anlagen mit brennbaren Gasen etc. eingesetzt sind

Zur Anwendung in Manometer-Wahlschaltern ist der Einsatz solcher Ventilkupplungen wegen ständiger Lekkage 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 O-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 angeschlossenen Kreislauf und insbesondere bei niedrigviskosen Flüssigkeiten (= 40mm/sec) oder höheren Betriebsdrücken bzw. bei Prüfeinrichtungen für Hydrospeicher erfolgt ein Auswaschen der gummielastischen Dichtung, da eine hohe Druckdifferenz beim Abheben des Ventils eine sehr starke Strömung des verwendeten Mediums ander Dichtung bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und insbesondere eine Ventilkupplung, vorzugsweise eine Ventil-Meßkupplung vorzuschlagen, welche für fluidische Systeme mit hohen Arbeitsdrükken 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.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei der eingangs aufgeführten Ventilkupplung im oberen Teil der Kupplungsbuchse eine mehrteilig ausgebildete Dichtbuchse zur Aufnahme zweier Dichtringe angeordnet ist, deren unteres Teil einen Ringsteg aufweist, dessen radiale Außenseite mit der Innenwandung der K upplungsbuchse eine Dichtringkammer zur Aufnahme des Dichtringes bildet und dessen radiale Innenseite die äußerere Begrenzung einer an sich bekannten Drosselstrecke darstellt und der Ringsteg als Anschlag für die Dichtschulter des Ventilkörpers ausgebildet ist.

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.

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 über einen längeren Hubweg. Auf diese Weibe üben die stromabwärts und/oder stromaufwärts zum Dichtring angeordneten Dichtungen noch ihre Dichtfunktion aus, während aufgrund des kürzeren Hubweges des Dichtringes dieser der nachteiligen Wirkung einer sonst entstehenden Strömung und einer sich dadurch ausgebildeten Kavitation oder Auswaschung entzogen ist.

Gemäß der Erfindung preßt die Dichtschulter des Ventilkörpers mit ihrer Außenkar.te und Stirnfläche im geschlossenen Ventilzustand gegen den Dichtring und die axiale Außenfläche der Dichtschulter mit der erweiterten Bohrung der Kupplungsbuchse bildet einen Ringkanal.

Das obere Teil der Dichtbuchse bildet mit dem unteren Teil der Dichtbuchse nach der Erfindung eine Ringnut zur Aufnahme eines O-Ringes, gegen den im geschlossenen Ventilzustand ein Nippel einer Überwurfschutzkappe anliegt

Die Drosselstrecke weist in vorteilhafter Weise einen in einer Ringnut gelagerten kavkations- und verschleißfesten Dichtring auf.

Der zylindrische Ventilkörper ist in Weiterbildung der Erfindung mit einer Axialbohrung versehen, die in radial gerichtete Bohrungen übergehi, über denen die Dichtschulter angeordnet ist und der sich die zylindrisehe Drosselstrecke mit einem kegelförmigen Endstück anschließt, wobei die Kupplungsbuchse zur Aufnahme der Dichtschulter eine erweiterte Bohrung aufweist

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Hierbei zeigt

Fig. 1 eine Ventilkupplung im Maßstab 5:1, zur Hälfte im Axialschnitt im geschlossenen Zustand des Ventils;

F i g. 2 eine Ventilkupplung in einem Manometerwählschalter im geöffneten Zustand und

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform einer Ventilkupplung im gleichen Maßstab und ebenfalls zur Hälfte im Axialschnitt im geschlossenen Zustand des Ventils.

Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, ist die Kupplungsbuchse 2 bzw. das Manometerwahlschalter-Gehäuse 2a mit einer Bohrung 29 versehen und nimmt die Ventilfeder 6, den darüber befindlichen Ventilkörper 5 und eine aus zwei Teilen bestehende Dichtbuchse 3 auf. Die Kupplungsbuchse 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 Wahlschalter-Gehäuse 2a, entsprechend F i g. 2 entfällt sinngemäß das Außengewinde 26.

Der Ventilkörper 5 weist in dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Axialbohrung 13 auf, die in radial gerichtete Bohrungen 8 übergeht Die Ausführungsform nach F i g. 2 weist statt dessen eine fertigungsgünstige Spiralnut 33 auf.

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.

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. Durch diese konstruktiven Maßnahmen 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 in die Bohrung 28 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 O-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 Dichtrinfes 1 darstellt. Die radiale Innenseite des Ringsteges 21 bildet mit dem Ventilkörper 5 oberhalb seiner Dichtschulter 9 eine weitere Dichtung in Form einer zylindrischen Drosselstrecke 16 mit einem Drosselspalt einer definierten Länge und Breite.

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. 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. Dierer Ringkanal 11 ist über die radialen Bohrungen 8 und der Axialbohrung 13 bzw. der Spiralnut mit der Bohrung 31 der Kupplungsbuchse 2 strömungsmäßig verbunden.

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 mineralfascrvcrstärkten Polytetrafluoräthylen oder zur Aufnahme eines Kolbenringes aus Grauguß aufweisen. Diese Dichtringe sind kavitationsfest und verschleißarm.

Das obere Teil 4 der Dichtbuchse 3 bildet mit dem unteren Teil 20 eine Ringnut 23 zur Aufnahme eines O-Ringes, gegen den im geschlossenen Zustand des Ventils nach Fig. 1 ein Nippel 24 einer Überwurfschutzkappe 25 anliegt.

Wie aus der F i g. 1 hervorgeht, preßt die obere Stirnfläche bzw. die Außenkante der Dichtschulter 9 im geschlossenen 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.

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.

Wie insbesondere aus der F i g. 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 ausgebildet ist. Dieser Ring dient zur Überbrückung der Fertigungstoleranzen der metallischen Teile.

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 Dichtungssystem bei äußerst hohen Drücken und auch für Gase anwendbar ist, wobei durch die Zuordnung und Ausbildung der verschiedenen Dichtungen eine äußerst lange Lebensdauer sichergestellt wird.

Aus der F i g. 3 geht eine weitere Ausführungsform der Erfindung hervor, bei der ebenfalls, wie bei der Ausführungsform nach Fi g. 1, ein zylindrischer Ventilkörper 5 vorhanden ist der mit der Stirnfläche und/oder Außenkante seiner Dichtschulter 9 im geschlossenen Vcntilzustand 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 F i g. 3 bezüglich der Zuordnung der Dichtung 18 zur Dichtung 1 die sich ergebende Umkehrung dar, welche im übrigen die gleiche Wirkungsweise aufzeigt, wie die Ausführungsforrn nach den F i g. 1 und 2.

ίο In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform können auch die nach den F i g. 1 bzw. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, derart, daß sowohl stromabwärts als auch stromaufwärts zum Dichtring 1 weitere Dichtungen angeordnet sind, die ihrerseits als Dichtkombinationen ausgebildet sein können, beispielsweise einer Drosselstrecke oder Labyrinthdichtung in Kombination mit Dichtringen. In allen Ausführungsformen ist der Dichtring 1 aus einem Elastomer hergestellt, während die bei

den Dichtungen 16, 17 und 18 verwendeten Dichtringe aus einem kavitationsfesten Material bestehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Ventilkupplung, insbesondere Ventil-Meßkupplung für fluidische Systeme mit hohen Arbeitsdrükken, bestehend aus einer unter Leitungsdruck stehenden Kupplungsbuchse, in deren Bohrung ein federbelastetes Rückschlagventil angeordnet ist, und einem mit dieser fest verbindbaren Kupplungsstekker, wobei der in der Bohrung der Kupplungsbuchse angeordnete federbelastete, zylindrische Ventilkorper des Rückschlagventils beim Einstecken des Kupplungssteckers durch dessen Einsteckende gegen den Federdruck axial in die Offenstellung des Ventils verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil der Kupplungsbuchse (2) eine mehrteilig ausgebildete Dichtbuchse (3) zur Aufnahme zweier Dichtringe angeordnet ist, deren unteres Teil (20) einen Ringsteg (21) aufweist, dessen radiale Außenseite mit der Innenwandung der Kupplungsbuchse (2) eine Dichtringkammer zur Aufnahme des Dichtringes (1) bildet und dessen radiale Innenseite die äußerere Begrenzung einer an sich bekannten Drosselstrecke (16) darstellt und der Ringsteg (21) als Anschlag für die Dichtschulter (9) des Ventilkörpers (5) ausgebildet ist.

2. Ventilkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschulter (9) des Ventilkörpers (5) mit ihrer Außenkante und Stirnfläche im geschlossenen Ventilzustand gegen den Dichtring (1) preßt und die axiale Außenfläche der Dichtschulter (9) mit der erweiterten Bohrung (11) der Kupplungsbuchse (2) einen Ringkanal bildet.

3. Ventilkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Teil (4) der Dichtbuchse (3) mit dem unteren Teil (20) der Dichtbuchse (3) eine Ringnut (23) zur Aufnahme eines O-Ringes bildet, gegen den im geschlossenen Ventilzustand ein Nippel (24) einer Überwurfschutzkappe (25) anliegt.

4. Ventilkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstrecke (16) einen in einer Ringnut (22) gelagerten kavitations- und verschleißfesten Dichtring (17) aufweist.

5. Ventilkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Ventilkorper (5) eine Axialbohrung (13) aufweist, die in radial gerichtete Bohrungen (8) übergeht, über denen die Dichtschulter (9) angeordnet ist und der sich die zylindrische Drosselstrecke (16) mit einem kegelförmigen Endstück (31) anschließt und daß die Kupplungsbuchse (2) zur Aufnahme der Dichtschulter (9) eine erweiterte Bohrung (28) aufweist.