DE4203785A1 - Leitungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur Verbindung von Leitungen für fließfähige Medien mit Behältern über Behälterkupplungen, wobei die Kupplung ein an die Behälterkupplung angepaßtes Kupplungselement sowie ein einstellbares Kupplungsventil aufweist.

Derartige Kupplungen werden verwendet, um von unten zu befüllende, ortsbewegliche Behälter mit Flüssigkeiten zu versorgen. Diese sind beispielsweise als Straßentank­ wagen oder Eisenbahnkesselwagen ausgebildet. Die Flüssigkeit wird dabei über einen beweglichen Bodenver­ ladearm bzw. über einen Schlauch zugeführt.

Aus dem Bereich der Flugzeugbetankung sind Voll­ schlauchkupplungen bekannt, die jedoch aufgrund eines labilen Verschlußsystems und einer Verkantungsneigung nicht in ausreichender Weise zur Verwendung bei einer Bodenbefüllung geeignet sind. Es entstehen bei der Verwendung derartiger Kupplungen Zwischenräume, die von den verwendeten Weichdichtungen nicht überbrückt werden können. Daraus resultiert eine undichte Kupplungsver­ bindung mit Tropfleckagen. Die aus dem Bereich der Flugzeugbetankung bekannten Kupplungen werden auch als API-Vollschlauchkupplungen bezeichnet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kupplung der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß eine einfache Betätigungsmöglichkeit geschaffen, eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet sowie eine steuerbare Ventilfunktion bereitgestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein in einem Pneumatikzylinder geführter und extern ansteuerbarer Pneumatikkolben auf einen eine geringere Querschnittfläche als der Pneumatikkolben aufweisenden hydaulischen Druckübersetzungskolben einwirkt, der über eine mechanische Verbindung das Kupplungselement mit der Behälterkupplung verkoppelt und daß über eine Zylinderhohlwelle Hydraulikflüssigkeit aus dem Bereich des Druckübersetzungskolbens in den Bereich einer Führungsbuchse geleitet wird, in der ein von der Hydraulikflüssigkeit verstellbarer Behälterkupplungs­ kolben zur Positionierung eines Ventiltellers der Behälterkupplung sowie ein Ventilzylinder zur Positio­ nierung des den Durchtrittsquerschnitt versperrenden Kupplungsventils verschieblich gelagert sind.

Bei dieser Ausbildung besteht der Vorteil, daß alle verwendeten beweglichen Bauelemente sich in mechanisch einfacher Weise entlang einer Längsachse der Kupplung anordnen lassen und eine sehr übersichtliche und störungsunanfällige Ausführungsform bereitgestellt wird. Insbesondere ist es möglich, eine Vielzahl der verwendeten verschieblichen Bauelemente koaxial zuein­ ander anzuordnen, so daß eine den hydraulischen Drücken zuverlässig widerstehende mechanische Widerstandsfähig­ keit gewährleistet ist. Durch die Konbination der pneu­ matischen Verstellung und der hydraulischen Verstellung ist es möglich, durch die realisierte Kraftübersetzung mit einem vergleichsweise geringen pneumatischen Druck alle erforderlichen Verstellbewegungen durchzuführen. Von der Verstellung des Pneumatikzylinders wird sowohl die Verriegelung der Kupplung, die Öffnung eines Ventil­ tellers im Bereich der Behälterkupplung als auch die Öffnung des Kupplungsventils abgeleitet.

Insbesondere durch die Verwendung der Zylinderhohlwelle ist es möglich, durch einen geeigneten Transport der Hydraulikflüssigkeit Bewegungen von verschieblichen Bauelementen in unterschiedlichen Richtungen durch­ zuführen. Hierdurch können der Ventilteller der Behälterkupplung und das Kupplungsventil zur Ermög­ lichung eines Materialflusses in entgegengesetzte Rich­ tungen verstellt werden.

Zur einfachen Fertigung sowie zur Gewährleistung einer übersichtlichen Montage wird vorgeschlagen, daß der Behälterkupplungskolben und ein vom Behälterkupplungs­ kolben verstellter Ventilöffnungskolben im Ventil­ zylinder und der Ventilzylinder in einer Führungsbuchse geführt sind, die starr mit einem Kupplungsgehäuse ver­ bunden ist.

Zur Durchführung von Verstellbewegungen in unter­ schiedlichen Richtungen bei gleichzeitigem einfachen mechanischen Aufbaues wird vorgeschlagen, daß die Zylinderhohlwelle starr mit dem Ventilzylinder gekoppelt ist und im Bereich ihres dem Drucküber­ setzungskolben zugewandten Endes eine geringere Quer­ schnittfläche als im Bereich ihres dem Ventilöffnungs­ kolben zugewandten Endes aufweist.

Eine exakte Führung sowie eine Vermeidung von gegen­ seitigen Behinderungen der beweglichen Bauelemente wird dadurch erreicht, daß die mechanische Verbindung zwischen dem Druckübersetzungskolben und dem Kupplungs­ element aus einer Verriegelungsstangenbuchse sowie Schubstangen ausgebildet ist.

Zur zeitlichen Abstimmung der durchzuführenden Verstell­ bewegungen sowie zur Ermöglichung einer automatischen Rückkehr in einen Ausgangszustand wird vorgeschlagen, daß zur Rückstellung Druckfedern vorgesehen sind.

Eine dichte Verbindung der Behälterkupplung mit dem Ventilgehäuse kann dadurch erreicht werden, daß das Kupplungselement im wesentlichen aus einem Kugelauf­ nahmering sowie einer Kugelverriegelungsschale aus­ gebildet ist, innerhalb des Kugelaufnahmeringes Ausneh­ mungen zur Aufnahme von Verriegelungskugeln vorgesehen sind und die Kugelverriegelungsschale schräg zu einer Längsachse angeordnete Auflaufflächen zur radialen Positionierung der Verriegelungskugeln aufweist. Durch die Dimensionierung des Kupplungsaufnahmeringes und die Anordnung der Verriegelungskugeln ist es insbesondere auch möglich, eine Adaption an standardisierte Behäl­ terkupplungen vorzunehmen, die in großen Stückzahlen montiert sind. Insbesondere ist dabei an eine Adaption an Behälterkupplungen gedacht, die an API-Vollschlauch­ kupplungen anschließbar sind.

Zur Vermeidung eines Herausfallens der Verriegelungs­ kugeln sowie eine gleichzeitige radiale Verstellbewe­ gung wird dadurch ermöglicht, daß Ausnehmungen zur Auf­ nahme der Verriegelungskugeln zur Halterung der Verrie­ gelungskugeln mit einer in Richtung auf die Längsachse weisenden Verjüngung versehen sind.

Eine definierte Materialflußrichtung wird dadurch er­ reicht, daß zur Verhinderung eines Rücklaufens des fließfähigen Mediums im Bereich eines Rohrleitungsan­ schlußbogens ein Rückschlagventil angeordnet ist.

Zur Verhinderung von unkontrollierten Ventilpositionie­ rungen und hieraus resultierenden Leckagen wird vorge­ schlagen, daß zur Vermeidung von unbeabsichtigten Ventilöffnungen eine von der Behälterkupplung betätig­ bare Signalstange vorgesehen ist, die über ein Frei­ schaltventil eine Pneumatikversorgung eines den Pneuma­ tikzylinder ansteuernden Schieberventiles steuert.

Für einen flexiblen Einsatz ist vorgesehen, daß das Schieberventil handbetätigt ausgebildet ist.

Zur Integration in elektrische Überwachungseinrichtun­ gen wird vorgeschlagen, daß das Schieberventil als ein elektrisch betätigtes Ventil ausgebildet ist.

Zur Bereitstellung eines ausreichenden Durchlaßquer­ schnittes wird vorgeschlagen, daß der Ventilteller und das Kupplungsventil durch die durch die Zylin­ derhohlwelle hindurchgeleitete Hydraulikflüssigkeit in entgegengesetzte Richtungen positionierbar sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Kupplung, bei der in der bezüglich einer Mittellinie der Hohl­ welle unteren Zeichnungshälfte die Bauelemente in einer Ruhepositionierung dargestellt sind, bei der kein pneumatischer Druck einwirkt und bei der in der oberen Zeichnungshälfte eine Positionierung der Bauteile nach einer Durch­ führung aller Verschiebungsbewegungen nach einer Beaufschlagung durch den pneumatischen Steuerdruck eingezeichnet sind und

Fig. 2 eine Skizze zur Verdeutlichung der Richtungen der durchgeführten Verstellbewegungen der ein­ zelnen Bauelemente ausgehend von einem druck­ losen Zustand bei einer Beaufschlagung mit dem pneumatischen Steuerdruck.

Die Kupplung ist entsprechend der in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsform mit einem Schieberventil (1) ausgestattet, das zur Einleitung von Druckluft vorge­ sehen ist und handbetätigbar realisiert werden kann. Nach einer Öffnung des Schieberventils (1) kann Druck­ luft in einen Innenraum eines Pneumatikzylinders (2) strömen und auf einen Pneumatikkolben (3) einwirken. Der Pneumatikkolben (3) ist mechanisch starr mit einem hydraulischen Druckübersetzungskolben (4) verbunden. Sowohl der Pneumatikkolben (3) als auch der Drucküber­ setzungskolben (4) sind in Richtung einer Längsachse der Kupplung verschieblich. Der Pneumatikkolben (3) ist innerhalb einer Laufbuchse geführt und wirkt auf Hydrauliköl ein. Bei einer Längsverschiebung des Druck­ übersetzungskolbens (4) erfolgt über das Hydrauliköl eine Verschiebung eines Verschlußkolbens (5). Der Verschlußkolben (5) ist ebenfalls in der Laufbuchse geführt. Der Verschlußkolben (5) wirkt auf eine Verrie­ gelungsbuchse (6) ein, die über zwei Schubstangen (7) mit einer Kugelverriegelungsschale (8) fest verbunden ist. Die Kugelverriegelungsschale (8) bildet gemeinsam mit Verriegelungskugeln (22) ein Kupplungselement aus. Die Kugelverriegelungsschale (8) ist mit einer schräg zur Längsachse angeordneten Auflauffläche versehen, die bei einer Längsverstellung der Kugelverriegelungsschale (8) eine Positionierung der Verriegelungskugeln (22) in einer quer zur Längsachse verlaufenden Richtung vor­ nimmt. In Richtung der Längsachse sind die Verriege­ lungskugeln (22) von einem Kugelaufnahmering (23) fixiert, der in Richtung auf die Längsachse eine konische Verjüngung eines für die Verriegelungskugeln (22) vorgesehenen Aufnahmeraumes aufweist. Diese Ver­ jüngung ist derart dimensioniert, daß zwar eine Radial­ verschiebung der Verriegelungskugeln (22) möglich ist, ein Herausfallen der Verriegelungskugeln (22) aus dem Kugelaufnahmering (23) jedoch verhindert wird. Insbe­ sondere ist daran gedacht, zur definierten Positionie­ rung der Verriegelungskugeln (22) Kugelbohrungen im Kugelaufnahmering (23) vorzusehen.

Vor der Durchführung der Verriegelung wird eine Behälterkupplung (13) in den Kugelaufnahmering (23) eingeführt. Die Behälterkupplung (13) ist mit einer Verriegelungsnut versehen, in die die Verriegelungs­ kugeln (22) eingreifen. Die Verriegelungsnut ist eben­ falls mit einer schräg zur Längsachse angeordneten Auf­ lauffläche versehen. Hierdurch wird bei einer Radial­ verstellung der Verriegelungskugeln (22) eine feste Verspannung der Behälterkupplung (13) relativ zum Kupp­ lungsgehäuse gewährleistet. Insbesondere ist hierdurch auch sichergestellt, daß ein Ventilteller (12) der Behälterkupplung (13) fest gegen eine Kupplungsventil­ fläche gedrückt wird. Im Bereich der Kupplungsventilfläche ist eine Flächenformdichtung (25) vorgesehen, die eine zuverlässige Abdichtung sicher­ stellt.

Die Verstellbewegung der Verriegelungsstangenbuchse (6) in Richtung der Längsachse erfolgt solange, bis die Verriegelungsstangenbuchse (6) gegen eine Führungs­ buchse (9) stößt, die ortsfest innerhalb des Kupplungs­ gehäuses (19) angeordnet ist. Nachdem das Hydrauliköl mit vergleichsweise geringer Verstellkraft diese Positionierung der Verriegelungsstangenbuchse (6) durchgeführt hat, wirkt der innerhalb des Hydrauliköls herrschende Druck auf eine innerhalb der Verriegelungs­ stangenbuchse (6) verschieblich geführte Zylinderhohl­ welle (10) ein, die im wesentlichen rohrförmig ausge­ bildet ist und ein dem Druckübersetzungskolben (4) zu­ gewandtes offenes Ende aufweist. Der Druckübersetzungs­ kolben (4) fördert deshalb Hydrauliköl durch die Zylinderhohlwelle (10) hindurch und verschiebt einen Behälterkupplungskolben, der auf einen Ventilöffnungs­ kolben (11) einwirkt. Der Ventilöffnungskolben (11) fährt in Richtung auf den Ventilteller (12) aus und drückt diesen bis zu einem vorgesehenen Anschlag in die Behälterkupplung (13) hinein. Hierdurch wird der den Behälter abdichtende Ventilteller (12) in eine ge­ öffnete Positionierung verschoben.

Die Zylinderhohlwelle (10) ist im Bereich ihres dem Druckübersetzungskolben (4) zugewandten Endes mit einer kleineren Querschnittfläche als im Bereich ihres dem Ventilöffnungskolben (11) zugewandten Endes versehen. Hieraus resultiert, daß der sich aufbauende Hydraulik­ druck eine Verschiebung der Zylinderhohlwelle (10) in eine dem Druckübersetzungskolben (4) zugewandte Rich­ tung verursacht. Aufgrund dieser Verstellbewegung der Zylinderhohlwelle (10) wird gleichfalls ein Ventilzylinder (15) verschoben, der fest mit der Zylin­ derhohlwelle (10) verbunden ist. Im Bereich seines der Behälterkupplung (13) zugewandten Endes ist der Ventil­ zylinder (15) mit einem Kupplungsventil (14) verbunden. Durch die Verschiebung der Zylinderhohlwelle (10) wird somit das Kupplungsventil (14) geöffnet. Die Verstell­ bewegung des Kupplungsventils (14) wird durch einen Anschlag an der Führungsbuchse (9) begrenzt. Nach einer Öffnung des Kupplungsventils (14) ist es möglich, daß das zu fördernde Medium über einen Rohrleitungsan­ schlußbogen (16) in den zu befüllenden Behälter ge­ leitet wird. Zur Sicherung ist im Bereich des Rohrlei­ tungsanschlußbogens (16) ein Rückschlagventil (17) an­ geordnet.

Zu einer Beendigung des Befüllvorganges wird das Schieberventil (1) geschlossen und der dem Pneumatik­ kolben (1) zugeordnete Druckraum entlüftet. Zur Gewähr­ leistung einer automatischen Rückstellung der verscho­ benen Bauelemente sind Druckfedern (18, 21, 24) vorge­ sehen. Durch die jeweilige Dimensionierung der Druck­ federn (18, 21, 24) wird auch sichergestellt, daß die bereits erläuterten Verstellbewegungen zur Verbindung der Kupplungsteile sowie zur Öffnung der Ventile in der erforderlichen Reihenfolge durchgeführt werden. Die Druckfeder (18) drückt das Kupplungsventil (14) in den dafür vorgesehenen Ventilsitz im Bereich des Kupplungs­ gehäuses (19). Eine Abdichtung des Kupplungsventiles (14) erfolgt mit Hilfe eines Dichtungsringes (20), bei­ spielsweise eines O-Ringes. Nach der Positionierung des Kupplungsventiles (14) erfolgt über die Druckfeder (21) eine Verschiebung des Ventilöffnungskolbens (11) in seine Ausgangspositionierung. Hierdurch wird der Ventilteller (12) in den ihm zugeordneten Ventilsitz zurückgeführt.

Nach der Durchführung dieser Abdichtungsfunktion wird von der Druckfeder (24) die Verriegelungsstangenbuchse (6) zurückgeschoben und löst über die Schubstangen (7) und die Kugelverriegelungsschale (8) das Kupplungsge­ häuse (19) von der Behälterkupplung (13). Aufgrund der bereits abgeschlossenen Abdichtungsvorgänge werden hierbei Leckagen zuverlässig vermieden.

Zur Verhinderung eines unkontrollierten Druckanstieges innerhalb des Kupplungsgehäuses (19) bei einem Tempera­ turanstieg und einer hieraus resultierenden Volumenver­ größerung des eingeschlossenen Mediums ist das Rück­ schlagventil (17) mit einem entgegengesetzt arbeitenden Druckentlastungsventil (26) versehen, das den maximal zwischen dem Rückschlagventil (17) und dem Kupplungs­ ventil (14) auftretenden Druck begrenzt. Durch eine entsprechende Dimensionierung kann beispielsweise eine Begrenzung auf 2 bar vorgesehen sein. Bei einem Über­ schreiten dieses Grenzdruckes wird das überschüssige Volumen in den Bereich des Rohrleitungsanschlußbogens (16) abgeleitet.

Zur Vermeidung einer unbeabsichtigten Öffnung des Kupp­ lungsventils (14) ohne ein vorhergehendes Einführen der Behälterkupplung (13) in den Kugelaufnahmering (23) ist eine Signalstange (27) vorgesehen, die von der Behäl­ terkupplung (13) verschoben wird. Erst nach einem voll­ ständigen Einführen der Behälterkupplung (13) in den Kugelaufnahmeraum (23) betätigt die Signalstange (27) ein pneumatisches Freischaltventil (28), das die Druck­ luft in den Bereich des Schieberventils (1) leitet. Erst nach dieser Positionierung der Signalstange (27) verursacht eine Betätigung des Schieberventils (1) Ver­ stellbewegungen der Kupplung. Zur Ermöglichung einer einfachen Handhabung sind die verwendeten pneumatischen Baugruppen mit flexiblen Schläuchen versehen.

Eine Fernbetätigung der Kupplungsfunktionen wird bei­ spielsweise durch die Verwendung von elektrisch ange­ steuerten Ventilen ermöglicht. Bei Verwendung der­ artiger elektrisch ansteuerbarer Ventile ist es mög­ lich, beispielsweise eine Ferntrennung von kompletten Kupplungsgruppen vorzunehmen. Dies ist vor allem beim Auftreten von Ausnahmezuständen, beispielsweise einem Feueralarm, zweckmäßig. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, ein automatisches Abkuppeln beim Ansprechen einer Überfüllsonde innerhalb des zu befüllenden Behäl­ ters vorzunehmen.

Zur Verdeutlichung der Richtung der durchgeführten Ver­ stellbewegungen ist in Fig. 2 ein Balkendiagramm ange­ geben, bei dem die den Balken zugeordneten Nummern den Nummern der jeweils verstellten Bauelemente ent­ sprechen. Das Längenverhältnis der einzelnen Balken entspricht etwa dem Längenverhältnis der durchgeführten Verstellbewegungen.

Claims (12)

1. Kupplung zur Verbindung von Leitungen für fließ­ fähige Medien mit Behältern über Behälterkupplun­ gen, wobei die Kupplung ein an die Behälterkupplung angepaßtes Kupplungselement sowie ein einstellbares Kupplungsventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem Pneumatikzylinder (2) geführter extern ansteuerbarer Pneumatikkolben (3) auf einen eine geringere Querschnittfläche als der Pneumatik­ kolben (3) aufweisenden hydraulischen Drucküber­ setzungskolben (4) einwirkt, der über eine mecha­ nische Verbindung das Kupplungselement mit der Behälterkupplung (13) verkoppelt und daß über eine Zylinderhohlwelle (10) Hydraulikflüssigkeit aus dem Bereich des Druckübersetzungskolbens (4) in den Bereich einer Führungsbuchse (9) geleitet wird, in der ein von der Hydraulikflüssigkeit verstellbarer Behälterkupplungskolben zur Positionierung eines Ventiltellers (12) der Behälterkupplung (13) sowie ein Ventilzylinder (15) zur Positionierung des den Durchtrittsquersschnitt versperrenden Kupplungs­ ventils (14) verschieblich gelagert sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterkupplungskolben und ein vom Behälterkupplungskolben verstellter Ventilöffnungs­ kolben (11) im Ventilzylinder (15) und der Ventil­ zylinder (15) in einer Führungsbuchse (9) geführt sind, die starr mit einem Kupplungsgehäuse (19) verbunden ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zylinderhohlwelle (10) starr mit dem Ventilzylinder (15) gekoppelt ist und im Bereich ihres dem Druckübersetzungskolben (4) zuge­ wandten Endes eine geringere Querschnittfläche als im Bereich ihres dem Ventilöffnungskolben (11) zu­ gewandten Endes aufweist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung zwischen dem Druckübersetzungskolben (4) und dem Kupplungselement aus einer Verriegelungsstangen­ buchse (6) sowie Schubstangen (7) ausgebildet ist.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückstellung Druckfedern (18, 21, 24) vorgesehen sind.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement im wesent­ lichen aus einem Kugelaufnahmering (23) sowie einer Kugelverriegelungsschale (8) ausgebildet ist, innerhalb des Kugelaufnahmeringes (23) Ausnehmungen zur Aufnahme von Verriegelungskugeln (22) vorge­ sehen sind und die Kugelverriegelungsschale (8) schräg zu einer Längsachse angeordnete Auflauf­ flächen zur radialen Positionierung der Verriege­ lungskugeln (22) aufweist.

7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen zur Aufnahme der Verriege­ lungskugeln (22) zur Halterung der Verriegelungs­ kugeln (22) mit einer in Richtung auf die Längs­ achse weisenden Verjüngung versehen sind.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung eines Rück­ laufens des fließfähigen Mediums im Bereich eines Rohrleitungsanschlußbogens (16) ein Rückschlag­ ventil (17) angeordnet ist.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von unbeabsich­ tigten Ventilöffnungen eine von der Behälterkupp­ lung (13) betätigbare Signalstange (27) vorgesehen ist, die über ein Freischaltventil (28) eine Pneumatikversorgung eines den Pneumatikzylinder (2) ansteuernden Schieberventiles (1) steuert.

10. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberventil (1) handbe­ tätigt ausgebildet ist.

11. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberventil (11) als ein elektrisch betätigtes Ventil ausgebildet ist.

12. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (12) und das Kupplungsventil (14) durch die durch die Zylinder­ hohlwelle (10) hindurchgeleitete Hydraulikflüssig­ keit in entgegengesetzte Richtungen positionierbar sind.