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Die
Erfindung betrifft einen Kupplungsnippel zur Herstellung einer druckdichten
Verbindung für den
Durchlaß von
unter Druck stehenden Medien zwischen einem Behälter bzw. einer Leitung und
einem lösbaren
druckdicht anschließbaren
Kupplungsteil.
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Derartige
Kupplungsnippel werden mittels ihres Befestigungsabschnitts druck-
und gasdicht an vorgesehenen Rohrstutzen von Behältern oder Leitungen, insbesondere
von Gastanks, angeschraubt, wobei der Befestigungsabschnitt entweder
ein Innengewinde in dem Nippelgehäuse oder an der Außenseite
des Nippelgehäuses
ein Außengewinde
aufweist. An der gegenüberliegenden
Seite des Nippelgehäuses
ist ein Kupplungs-Anschlußabschnitt
entweder an der Nippelgehäuseinnenseite
oder an der Nippelgehäuseaußenseite
gebildet.
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In
dem Nippelgehäuse
befindet sich ein in Schließrichtung
vorgespanntes Ventilelement, beispielsweise eine Kugel oder dergleichen,
das in seiner Schließstellung
an einem Ventilsitz anliegt.
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Problematisch
ist bei derartigen Nippeln die Einhaltung von dauerhaften Dichtverhältnissen
zwischen Ventilelement und Dichtung. Bisher bekannte Lösungen haben
zudem den Nachteil, daß Ihr
Aufbau recht komplex und ihre Herstellung ziemlich aufwendig ist.
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Es
besteht daher das Bedürfnis
nach Schaffung eines Nippels, insbesondere für Kraftfahrzeug-Gastanks, der
eine sichere Dichtfunktion mit einem einfachen, zur Massenfertigung
geeigneten Aufbau verbindet.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale, gelöst. Bevorzugte
weitere Ausgestaltungen sind den nachgeordneten Patentansprüchen zu
entnehmen.
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Demgemäß besteht
der neuartige Kupplungsnippel aus einem Nippelgehäuse mit
einem Durchflußkanal,
einem an dem Nippelgehäuse
gebildeten Befestigungsabschnitt für einen Behälter und/oder eine Leitung,
einem Kupplungsanschlußabschnitt
und einem in dem Nippelgehäuse
geführten, in
Schließstellung
vorgespannten und durch Druckmedien aufdrückbaren Ventilkolben mit einem
flachen Dichtkegel, welcher in Schließstellung an einem O-Ring in
einem Bereich abdichtet, der von einer mit wenigstens einer Hülse gebildeten
Aufnahmekammer freigelassen ist.
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Aufgrund
der vorgesehenen Gestaltung der Aufnahmekammer und des definierten
Dichtbereichs mit flachem Dichtkegel werden außerordentlich sichere und zuverlässige Dichtungsverhältnisse
mit langen Standzeiten erzielt. Ein Prototyp hat Dauertests mit
100.000 Schaltungen problemlos überstanden.
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Der
erfindungsgemäße Aufbau
des Kupplungsnippels läßt sich
extrem kostensparend gestalten. Das Kupplungsgehäuse ist einteilig und mit wenigen
Produktionsgängen
unkompliziert herstellbar. Die Montage läßt sich außerordentlich einfach nur von
der Kupplungsanschlußseite
her vornehmen, was auch wartungstechnische Vorteile für Kupplungsnippel
besitzt, die fest in einem System montiert sind. Das einteilige
Gehäuse
braucht dann nicht jedesmal ebenfalls gelöst zu werden. Hinzu kommt, daß die separaten
Nippelteile lediglich nur noch in das Nippelgehäuse eingesteckt und am Ende
befestigt zu werden brauchen. Ihre Herstellung als Einzelteile ist
außerordentlich
einfach und kostensparend. Der Kupplungsnippel läßt sich damit vorteilhaft in
Modulbauweise ausbilden, wobei die Montage einen derartigen Grad
an Einfachheit erreicht, daß problemlos
eine Massenfertigung ermöglicht
wird.
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Die
bereits angesprochene einteilige Ausgestaltung des Nippelgehäuses führt zu einer
wesentlichen Vereinfachung der Gesamtkonzeption. In dem Nippelgehäuse sind
bevorzugt axiale Anlageschultern für die Montage separater Nippelteile
vorgesehen, die sich im Durchmesser zum Kupplungsanschlußabschnitt
erweitern. Hierdurch lassen sich die erforderlichen Nippelfunktionsteile
in der richtigen Reihenfolge mit zunehmendem Durchmesser nacheinander
von der Kupplungsanschlußabschnittseite einsetzen.
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Der
Ventilkolben ist gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einem Halteabschnitt
verschiebbar gelagert, welcher Kanäle für den Durchlaß von Druckmedien
bei geöffnetem
Ventilkolben aufweist. Der Halteabschnitt ist entweder in dem Nippelgehäuse selbst
oder als separates einsetzbares Teil, vorzugsweise aus Kunststoff
hergestellt, ausgebildet.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Halteabschnitt
eine Anschlagschulter für
einen Absatz am Ventilkolben gebildet, um den Öffnungsweg des Ventilkolbens
festzulegen und gleichzeitig dafür
Sorge zu tragen, daß die
für die Vorspannung
des Ventilkolbens verwendeten Druckfedern auch in der maximalen Öffnungsstellung
des Ventilkolbens noch Druckmedium passieren lassen.
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Für die Vorspannung
des Ventilkolbens ist entweder eine zylindrische oder eine kegelförmige Schraubendruckfeder
vorgesehen, die sich am Halteabschnitt oder an einer Anlageschulter
des Nippelgehäuses
abstützt.
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Gemäß einer
bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich
des Kupplungsanschlußabschnitts
ein austauschbares Filterelement eingesetzt, welches vorzugsweise
in dem Nippelgehäuse
in einer Hülse
aufgenommen ist, welche gleichzeitig zur Bildung der Aufnahmekammer
beiträgt.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist für die Bildung der Aufnahmekammer
eine radial in dem Nippelgehäuse
geführte
Winkelhülse vorgesehen,
die an einer Anlageschulter im Nippelgehäuse anliegt. Ein Schenkel der
Winkelhülse
ist vorzugsweise als Anschlag für
den Ventilkolben in seiner Dichtstellung ausgebildet, und die Winkelhülse ist
in dem Nippelgehäuse
durch Gewindeverschraubung oder mittels eines Sicherungsrings abgedichtet
befestigt. Vorzugsweise besitzt die Winkelhülse zudem eine Dichtringaufnahmenut
im Kupplungsanschlußabschnitt.
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Der
Dichtkegel des Ventilkolbens beaufschlagt in der Schließstellung
die vorgesehene O-Ring-Dichtung außerordentlich schonend, wozu ein
Winkel zur Nippelgehäuselängsachse
von etwa 10 bis 30°,
vorzugsweise 15 bis 25°,
beiträgt.
Diese Beaufschlagung vergrößert vorteilhaft
auch die Lebensdauer des O-Rings und verhindert Ventilklebeeffekte.
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Die
vorgesehene Winkelhülse
besitzt einen Schenkel, der vorteilhaft auch als Anschlag für den Dichtkolben
fungiert, und die zweite zylinderförmige Hülse mit demselben Außendurchmesser
wie die Winkelhülse
läßt sich
problemlos an der zylinderförmigen
Innenseite des Nippelgehäuses
durch Preßpassung
oder durch Kleben befestigen.
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Günstig ist
weiterhin für
die Gestaltung der Kupplungsnippel, wenn der Ventilkolben in dem
Nippelgehäuse
in einem Halteteil geführt
ist, das schräg nach
innen verlaufende Druckmediendurchlässe zwischen einem ringförmigen Durchflußraum, der
bei geöffneten
Ventilkolben freigebbar ist, und einen Druckmedienauslaß aufweist.
Aufgrund der vorgesehenen Gestaltung läßt sich das Halteteil aus Kunststoff
herstellen, wodurch die Vorzüge
einer billigen Herstellung mit denen eines fehlenden metallischen Geräusches beim
Anschlagen des Ventilkolbens gegen das Halteteil verbunden werden.
Der erfindungsgemäße Kupplungsnippel
ist dadurch in jeder Situation absolut geräuschlos, und überdies über alle
relevanten Temperaturbereiche, insbesondere von –40°C bis +120°C extrem dicht. Er läßt sich
mit einer extrem kurzen Bauweise gestalten und ermöglicht einen
hohen Durchfluß.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zudem zum Schutz des Gewindes
am Befestigungsabschnitt des Nippelgehäuses eine Gewindeschutzdichtung
vorgesehen. Hierdurch wird wirksam verhindert, daß das Druckmedium
mit dem Gewinde in Verbindung kommt, woraus eine bessere Dauerfestigkeit
resultiert.
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen
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1 einen Teilschnitt durch
ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Kupplungsnippels;
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2 einen Schnitt entlang
der Schnittlinie II-II in 1;
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3 einen Teilschnitt eines
weiteren Ausführungsbeispiels
eines Kupplungsnippels zur Dokumentation einer alternativen Winkelhülsenbefestigung
im Gehäuse;
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4 einen Teilschnitt durch
ein weiteres Ausführungsbeispiels
eines Kupplungsnippels;
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5 einen Schnitt entlang
der Schnittlinie V-V in 4;
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6 einen Teilschnitt durch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Kupplungsnippels mit integriertem Schmutzkörperfilter;
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7 eine Draufsicht auf einen
in 6 vorgesehenen separaten
Halteabschnitt zur Führung des
Ventilkolbens;
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8 einen Teilschnitt durch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Kupplungsnippels mit verringertem Nippelgehäuse und
Befestigungsgewinde; und
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9 einen Teilschnitt durch
ein weiteres Ausführungsbeispiels
eines Kupplungsnippels, bei dem die Aufnahmekammer mit zwei Hülsen gebildet ist.
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In
den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Kupplungsnippels 10 dargestellt. Der Kupplungsnippel 10 besitzt
ein einstückiges
Nippelgehäuse 11 mit
einem Durchflußkanal 12,
der von einem längsseitig
an dem Nippelgehäuse 11 gebildeten
Befestigungsabschnitt 13 für einen nicht dargestellten
Behälter
und/oder eine nicht dargestellte Leitung zu einem Kupplungsanschlußabschnitt 14 führt.
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An
dem Gehäuse 11 ist
außen
im Bereich des Befestigungsabschnitts ein Außensechskant 15 angeformt.
Für den
Befestigungsabschnitt selbst ist in einem erweiterten Abschnitt
des Durchflußkanals 12 ein
Befestigungsgewinde 16 vorgesehen. Im Innern des Nippelgehäuses 11 mündet der
Befestigungsabschnitt 13 an einer Anlageschulter 17,
die in dem Nippelgehäuse
ohne Nippelteile den engsten Querschnitt bildet. In 2 ist diese Anlageschulter 17 in
Draufsicht gut erkennbar. An der Anlageschulter 17 liegt
ein Halteabschnitt 18 an, der beispielsweise aus Kunststoff
bestehen kann und sechs radiale Durchlaßkanäle 19 mit annähernd winkligem
Querschnitt aufweist. Der Halteabschnitt 18 besitzt eine zentrale Bohrung 20 zur
gleitend verschiebbaren Aufnahme eines Schaftes 21 eines
Ventilkolbens 22.
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Der
Ventilkolben 22 besitzt eine Kegelspitze 23, die
sich radial bis zu einem eingeformten Bund 24 erstreckt,
an den sich dann eine kegelstumpfartige Dichtfläche 25 anschließt.
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Die
Kegelspitze 23 ist ebenso wie das Nippelgehäuse 11 symmetrisch
zur Gehäuselängsachse X-X
ausgebildet. In der vom Kupplungsanschlußabschnitt 14 zum
Befestigungsabschnitt 13 vorgesehenen Strömungsrichtung
weist der Ventilkolben 22 hinter dem Dichtkegel 25,
der zur Längsachse
X-X einen Winkel von etwa 10 bis 30°, insbesondere etwa 15 bis 25°, bildet,
eine Anlageschulter 26 auf, an der sich eine zylindrische
Schraubendruckfeder 27 abstützt. Das andere Ende der zylindrischen
Schraubendruckfeder 27 liegt an dem Halteabschnitt 18 an,
ohne jedoch die Durchlaßkanäle 19 zu
blockieren, weil radial vom Anlagebereich der Schraubendruckfeder 27 an dem
Halteabschnitt 18 in dem Gehäuse 11 eine Durchlaßanphasung 28 gebildet
ist.
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Von
der Anlageschulter 26 erstreckt sich die Kegelspitze 23 über einen
Absatz 29 zu dem Schaft 21. Der Absatz 29 ist
zur Begrenzung des Eintritts des Ventilkolbens 22 in den
Halteabschnitt 18 vorgesehen, wobei diese Eintrittsbewegung
durch Anschlag des Absatzes 29 an einer Anschlagschulter 30 des
Halteabschnitts 18 realisiert wird.
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Für den Dichtkegel 25 ist
in dem Gehäuse 11 ein
O-Ring 31 in einem Aufnahmekanal 32 vorgesehen.
Die Aufnahmekammer 32 wird an zwei Seiten durch eine Anlageschulter 33 und
einen zylindrischen Abschnitt 34 des Gehäuses 11 und
an der diametral gegenüberliegenden
Seite durch eine Winkelhülse 35 nebst
Anschlagschulter 49 gebildet, wobei der O-Ring 31 zum
Angriff durch den Dichtkegel 25 im Bereich einer Ecke der Aufnahmekammer 32 freiliegt.
Der Bund 36 der Winkelhülse 23 dient
gleichzeitig als Anschlagfläche
für den
Bund 24 an dem Dichtkegel 22.
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Sobald
ein nicht dargestellter Kupplungseinsetzabschnitt dicht angeschlossen
ist, kann Druckmedium in den Kupplungsanschlußabschnitt 14 eingeführt werden,
wodurch der Ventilkolben 22 sich aus seiner Dichtstellung
bis zum Anschlag seiner Anschlagschulter 29 an dem Bund 30 des
Halteabschnitts 18 bewegt und dadurch die Durchlaßkanäle 19 zum
Befestigungsabschnitt 13 freigibt.
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Die
Winkelhülse 35 ist
an einem erweiterten Gewindeabschnitt 37 des Gehäuses 11 festgeschraubt.
Alternativ kann für
die Befestigung der Winkelhülse,
wie bei dem ansonsten gleichen Ausführungsbeispiel gemäß 3 gezeigt, eine Befestigung
durch einen Sicherungsring 38 mit axialer Dichtung 39 ohne
Gewindeverschraubung 37 vorgesehen sein. Die sonstige Ausgestaltung
des Ausführungsbeispiels
gemäß 3 entspricht dem Ausführungsbeispiel
der 1 und 2.
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In
der Winkelhülse 35 ist
eine innere Dichtring-Aufnahmenut 40 für eine Dichtung 41,
beispielsweise eine O-Ringdichtung, für den dichtenden Kupplungsanschluß vorgesehen.
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Zur
Benutzung des Kupplungsnippels 10 ist an den Befestigungsabschnitt 13 zunächst eine
Leitung oder ein Behälteranschluß abdichtend
zu befestigen. Anschließend
wird in den Kupplungsanschlußabschnitt 14 ein
Kupplungsteil dichtend gegen die Dichtung 41 eingeführt, das
dann formschlüssig
an dem Gehäuse 11 befestigt
wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
erfolgt die Befestigung über Spannzangen,
die den Kupplungsanschlußabschnitt 14 übergreifen
und in eine formentsprechende Einschnürung 42 des Gehäuses 11 eingreifen.
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Das
in den 4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel
eines Kupplungsnippels 10'' unterscheidet
sich von dem Kupplungsnippel 10 gemäß 1 und 2 und
Kupplungsnippel 10' gemäß 3 zum einen dadurch, daß eine kegelförmige Schraubendruckfeder 27'' vorgesehen ist, die sich an einer Gehäuseschulter 28'' abstützt. Zum anderen ist das Gehäuse 11'' nicht mit einem separaten Halteabschnitt,
sondern einstückig
mit einem Halteabschnitt 18'' gebildet, wobei
Durchlaßkanäle 19'' mit kreisförmigem Querschnitt für einen
guten axialen Durchfluß auch
bei völlig
geöffneten
Ventilkolben 22 sorgen. Zur Vermeidung von Wiederholungen
wird auf die Beschreibung zu den 1 und 2 mit dem Hinweis verwiesen,
daß identische
oder ähnliche
Zeichen dieselbe Bezugszahl ergänzt
durch '' besitzen.
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Das
in den 6 und 7 gezeigte Ausführungsbeispiel
eines Kupplungsnippels 10''' unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
des Kupplungsnippels 10'' gemäß 4 dadurch, daß statt
einer wiederum auch möglichen
einteiligen Ausbildung im Bereich des Halteabschnitts hier wiederum
ein separater Halteabschnitt 18''' gemäß 7 eingesetzt ist, in den
wiederum rechtwinklige Durchtrittskanäle 19''' gebildet sind.
Außerdem
besitzt der Kupplungsnippel 10''' ein verlängertes
Gehäuse 11''', um
einen zylinderförmigen
Schmutzfilterkörper 45 hinter
dem Kupplungsanschlußbereich 14''' aufzunehmen,
der in einem zylindrischen Abschnitt einer verlängerten Winkelhülse 35''' aufgenommen
ist, und mittels eines Halteelements 46 gehalten wird.
Diese Ausgestaltung des Kupplungsnippels 10''' besitzt den
Vorzug, daß sie
einen austauschbaren Schmutzfilterkörper 45 besitzt, der
nicht nur Beeinträchtigungen
der Funktion des Ventilkolbens 22 durch Schmutz verhindert,
sondern auch insgesamt zu einer Mediumreinigung beim Füllvorgang
beiträgt.
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Das
in 8 gezeigte Ausführungsbeispiel eines
Kupplungsnippels 10''' entspricht in seinem Aufbau dem
gemäß 3. Abweichend davon ist
jedoch das Nippelgehäuse 11''' im
Bereich des Befestigungsabschnitts 13'''' axial verlängert, um ein Montageaußengewinde 47 zur
Befestigung des Nippelgehäuses 11'''' in einer Innengewindebohrung
zu ermöglichen.
Außerdem
ist der Befestigungsabschnitt 13'''' statt mit einem Innengewinde mit
einem Außengewinde 48 versehen.
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In
der 9 ist ein weiterer
Kupplungsnippel dargestellt, der ein Nippelgehäuse 58a aufweist,
in dem ein Durchlaßkanal
gebildet ist. Das Nippelgehäuse 58a ist
hohlzylindrisch ausgebildet, und besitzt in der Figur rechts einen
Druckmediumeinlaß für den Kupplungsanschlußabschnitt,
wobei eine Ringdichtung 58b zur Abdichtung eines nicht
dargestellten Kupplungseinsetzabschnitts vorgesehen ist.
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In
dem Nippelgehäuse 58a ist
ein in Schließstellung,
also in der Figur nach rechts, vorgespannter und durch beaufschlagtes
Druckmedium aufdrückbarer
Ventilkolben 58f geführt,
der sich gegen eine Schraubendruckfeder 58e abstützt, die
ihrerseits gegen einen Halteabschnitt 58l anliegt, der
ebenfalls zur Führung
des Ventilkolbens 58f mit seinem hohlzylindrischen Abschnitt
beiträgt.
Das Halteteil 58l besteht bevorzugt aus Kunststoff und
besitzt Druckmediendurchlässe,
die von einem den Ventilkolben umgebenden ringförmigen Durchflußraum schräg nach innen
zu einem Druckmedienauslaß verlaufen,
der im Befestigungsabschnitt des Kupplungsnippels gebildet ist.
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In
der Figur ist eine Anschlußverschraubung 58s dargestellt,
die auch weggelassen werden kann, wenn der Kupplungsnippel direkt
auf eine Verschraubung bei einem Kraftfahrzeug-Gastank oder dergleichen
aufgebracht werden soll. An der dem Befestigungsabschnitt zugewandten
Seite trägt
das Halteteil eine Gewindeschutzdichtung 58i.
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Der
ringförmige
Durchflußraum
radial von dem Ventilkolben wird weiterhin von einer zylinderförmigen Hülse 58n begrenzt,
die mit ihrer Außenfläche an einer
zylindrischen Innenwand des Nippelgehäuses anliegt und dort durch
Preßpassung
oder durch Kleben befestigt ist. Die Hülse 58n bildet zusammen mit
einer Winkelhülse 58r eine
Aufnahmekammer für einen
O-Ring 58c, wobei eckseitig ein Beaufschlagungsbereich
des O-Rings frei bleibt, der durch einen flachen Dichtkegel des
Ventilkolbens 58f beaufschlagt werden kann. Der flache
Dichtkegel des Ventilkolbens 58f bildet zur Längsachse
des Nippelgehäuses
einen Winkel von etwa 10–30°, insbesondere etwa
15–25°.