DE60002522T2

DE60002522T2 - Kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60002522T2
Application number: DE60002522T
Authority: DE
Inventors: Seiji Itami-shi Kimura
Original assignee: Pascal Engineering Corp
Current assignee: Pascal Engineering Corp
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: US6390126B1; EP1058044B1; JP2000346266A; DE60002522D1; EP1058044A1

Description

KUPPLUNGSVORRICHTUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung mit einer Vaterkupplung und einer Mutterkupplung und insbesondere eine verbesserte Kupplungsvorrichtung, welche ein Ventil am Auslass einer Mutterkupplung aufweist, welche so ausgelegt ist, dass sie eine bestimmte Absperreigenschaft aufweist, um das Austreten eines Fluids aus der Mutterkupplung zu verhindern.
Es wurden eine Vielzahl von Kupplungsvorrichtungen (jeweils mit einer Vaterkupplung und einer Mutterkupplung) für den praktischen Einsatz bei Industriemaschinen vorgestellt, um in einem Fluidzufuhrsystem (z. B. einer Hydraulik- oder Pneumatikanlage) eine Fluidstrecke mit einer anderen lösbar zu verbinden. So umfasst zum Beispiel ein Werkstückträger für das lösbare Halten von ein oder mehreren von einem Bearbeitungszentrum zu bearbeitenden Werkstücken eine oder mehrere Spannhydraulikvorrichtungen. Eine Kupplungsvorrichtung wird für gewöhnlich für das Verbinden einer Hydraulikstrecke mit der Spannhydraulikvorrichtung für die Zufuhr eines hydraulischen Drucks vorgesehen.
Wie in 8 bis 10 gezeigt, umfasst eine vorbekannte Kupplungsvorrichtung 100, die von den gleichen Anmeldern der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde, eine Vaterkupplung 101, eine Mutterkupplung 102 und einen Hydraulikzylinder 103.
Während die Vaterkupplung 101 mit mehreren Schrauben 104 befestigt ist, ist die Mutterkupplung 102 niedriger als die Vaterkupplung 101 angeordnet und ist mit dem Hydraulikzylinder 103 für ein Vor- und Zurückbewegen verbunden. Die Mutterkupplung 102 ist in einem Zylinderkörper 105 des Hydraulikzylinders 103 eingebaut und wird von dem Hydraulikzylinder 103 angetrieben, so dass sie sich zwischen der gekuppelten Stellung und der abgekuppelten Stellung bewegt.
Die Vaterkupplung 101 weist einen an deren unterem Ende vorgesehenen zylindrischen Teil auf, der in das obere Ende der Mutterkupplung 102 eingeführt werden kann. Wenn die beiden Kupplungen 101 und 102 mit einander gekuppelt sind (siehe 10), öffnen sowohl ein Hauptöffnungs-/schließventil 106 als auch ein Hilfsöffnungs-/schließventil 107 in der Vaterkupplung 101 ihre Hydraulikkanäle. Wenn die beiden Kupplungen 101 und 102 voneinander abgekuppelt sind (siehe 8 und 9), schließen sowohl das Hauptventil 106 als auch das Hilfsventil 107 in der Vaterkupplung 101 ihre Hydraulikkanäle.
Wenn ein Ventilschaft 109 des Hilfsventils 107 in der gekuppelten Stellung relativ zum vorstehenden zylindrischen Teil nach oben zurückfährt, kommt sein Ventilkörperteil 110 mit Metallberührung in direkten Kontakt mit der ringförmigen konischen Fläche eines Ventilsitzteils 108 des Hilfsöffnungs-/schließventils 107. Daher kann das Ventil 107 als Sitzventil ausgebildet werden.
Wenn die beiden Kupplungen 101 und 102 sich in der gekuppelten Stellung befinden (siehe 10), öffnen sowohl ein Hauptöffnungs-/schließventil 111 als auch ein Hilfsöffnungs-/schließventil 112 in der Mutterkupplung 102 ihre Hydraulikkanäle. In der abgekuppelten Stellung (siehe 8 und 9) schließen sowohl das Hauptventil 111 als auch das Hilfsventil 112 ihre Hydraulikkanäle. Wie in 9 gezeigt, wird der Kanal zwischen einem zylindrischen Element 113 und einem Schaftelement 114 des Hilfsventils 112 geschlossen, während das Hauptventil 111 seinen Hydraulikkanal in der abgekuppelten Stellung schließt. Da sich das Schaftelement 114 in der gekuppelten Stellung in den vorstehenden zylindrischen Teil der Vaterkupplung 101 bewegt, wie in 10 gezeigt wird, ist es schwierig, das Hilfsöffnungs-/schließventil 112 als Sitzventil auszubilden. Demgemäss lässt das Hilfsventil 112 zum Schließen des Kanals sein Schaftelement 114 an seinem distalen Ende in eine Ventilflächenöffnung des zylindrischen Elements 113 einpassen. Das distale Ende des zylindrischen Elements 113 ist somit mit einem ringförmigen Dichtelement 115 aus Kunstharzmaterial ausgestattet, um das untere Ende des vorstehenden zylindrischen Teils der Vaterkupplung 101 in der gekuppelten Stellung abzudichten.
Bei Verbindung mit einer Hydraulikquelle, die mit einem Öldruckbeaufschlagungsmittel versehen ist, beispielsweise einer elektrischen Druckpumpe, wird dem System Hydrauliköl zugeführt, das etwas Luft enthalten kann. Dadurch können bei Lösen der zwei Kupplungen 101 und 102 voneinander winzige Luftbläschen in der Mutterkupplung 102 eingeschlossen werden und dann mit dem Öl aus dem Hilfsventil 112 austreten, was zu Hydraulikölverlust führt und die Umgebung der Kupplungsvorrichtung verschmutzt.
Durch Vorsehen eines abtrennbaren Aufbaus des Schaftelements 114 der Mutterkupplung 102 wird es zum Beispiel möglich, das Hilfsöffnungs-/schließventil 112 als Sitzventil wie die Vaterkupplung 101 auszubilden. Der Innendruck in der Mutterkupplung 102 wird jedoch in der abgekuppelten Stellung in etwa auf den Umgebungsdruck abgesenkt, wodurch sie kaum auf den Sitzteil drückt. Demgemäss kann das Austreten von Luft und Öl aus dem Hilfsöffnungs-/schließventil 112 nicht verhindert werden. Da das Öl höheren Drucks, das aus dem Hauptöffnungs/schließventil 111 austritt, ferner auf das distale Ende der Mutterkupplung 102 wirken und eine große Kraft auf das Schaftelement 114 ausüben kann, ist die Verringerung des Durchmessers des Schaftelements 114 eine nachteilige Idee.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kupplungsvorrichtung zur Hand zu geben, welche ein Austreten von Fluid aus einem Hilfsöffnungs/schließventil in seiner Mutterkupplung mit einer einfacheren Anordnung verhindern kann und auch das lufthaltige Fluid in der Mutterdichtung abdichten kann, selbst wenn der Druck des Fluids auf dem Wert des Umgebungsdrucks bleibt bzw. ist, wenn seine beiden Kupplungen abgekuppelt werden.
Die endungsgemäße Kupplungsvorrichtung weist eine Vaterkupplung und eine Mutterkupplung auf, die mit der Vaterkupplung lösbar kuppeln kann, um den Kanal eines beaufschlagten Fluids anzuschließen und abzutrennen.
Die Vaterkupplung umfasst insbesondere: einen ersten Ventilmechanismus mit einem vorstehenden zylindrischen Element, das für das teilweise Einführen in die Muterkupplung vorgesehen ist; ein für axiale Bewegungen im Inneren des vorstehenden zylindrischen Elements eingebauten Ventilschaft und einen an dem Ventilschaft vorgesehenen Ventilkörperteil für das Ein- und Ausrücken von der Innenseite mit einem in dem vorstehenden zylindrischen Element vorgesehenen Ventilsitzteil zum Sperren des Kanals eines Fluids zwischen dem vorstehenden zylindrischem Element und dem Ventilschaft; und eine Feder für das Drücken des Ventilschafts hin zu einer Ventilschließstellung.
Die Mutterkupplung umfasst: einen zweiten Ventilmechanismus mit einem Hauptkörpergehäuse mit einer darin vorgesehenen Einrückbohrung, in welche das vorstehende zylindrische Element vorbewegt werden kann, ein in dem Hauptkörpergehäuse angebrachtes Schaftelement, ein an dem Schaftelement angebrachtes zylindrisches Element für axial gleitende Bewegungen, das gegenüber dem distalen Ende des vorstehenden zylindrischen Elements angeordnet ist, sowie einen an dem zylindrischen Element vorgesehenen Ventilkörperteil für das Ein- und Ausrücken von der Innenseite mit einem nahe des distalen Endes an dem Schaftelement vorgesehenen zylindrischen Ventilstirnteil, um den Kanal eines Fluids zwischen dem zylindrischen Element und dem Schaftelement zu sperren; und eine Feder für das Drücken des zylindrischen Elements hin zu einer Ventilschließstellung. Zusätzlich ist an dem distalen Ende des zylindrischen Elements ein ringförmiges Dichtelement mit einem ersten ringförmigen Dichtteil für das Abdichten zwischen dem vorstehenden zylindrischen Element und dem zylindrischen Element in der gekuppelten Stellung und mit einem zweiten ringförmigen Dichtteil, welcher den Ventilkörperteil des zylindrischen Elements bildet, vorgesehen, wobei die ersten und zweiten ringförmigen Dichtteile einstückig ausgebildet sind.
Wenn die Vaterkupplung und die Mutterkupplung abgekuppelt sind, ermöglicht der erste Ventilmechanismus in der Vaterkupplung ein Drücken des Ventilkörperteils des Ventilschafts durch die Feder direkt auf den Ventilsitzteil des vorstehenden zylindrischen Elements, um den Fluidkanal zwischen dem vorstehenden zylindrischen Element und dem Ventilschaft zu sperren. Der zweite Ventilmechanismus in der Mutterkupplung verursacht ein Drücken des zylindrischen Elements durch die Feder hin in die Ventilschließstellung, so dass der Ventilkörperteil des zylindrischen Elements in direkten Kontakt mit dem zylindrischen Ventilstirnteil nahe am distalen Ende des Schaftelements kommt, wodurch der Fluidkanal zwischen dem zylindrischen Element und dem Schaftelement geschlossen wird. Das an dem distalen Ende des zylindrischen Elements angebrachte ringförmige Dichtelement weist den ringförmigen Dichtteil auf, welcher den Ventilkörperteil des zylindrischen Elements umfasst, wodurch die Absperrwirkung des zweiten Ventilmechanismus in der Mutterkupplung erhöht und ein Austreten des Fluids aus dem zweiten Ventilmechanismus verhindert werden, wenn die beiden Kupplungen abgekuppelt werden.
Wenn die Vaterkupplung und die Mutterkupplung in der gekuppelten Stellung nah aufeinander zu bewegt werden, kommen das vorstehende zylindrische Element und das zylindrische Element in direkten Kontakt zu einander und der Ventilschaft und das Schaftelement kommen in direkten Kontakt zu einander. Bei einem direkten Kontakt von Ventilschaft und Schaftelement bewegt sich das vorstehende zylindrische Element teilweise in die Einrückbohrung im Hauptgehäuse der Mutterkupplung, bis der ringförmige Dichtteil des ringförmigen Dichtelements, das an dem zylindrischen Element angebracht ist, zwischen dem vorstehenden zylindrischen Element und dem zylindrischen Element abdichtet. Der erste Ventilmechanismus in der Vaterkupplung ermöglicht ein Wegbewegen des Ventilkörperteils des Ventilschafts von dem Ventilsitzteil des vorstehenden zylindrischen Elements gegen die Federwirkung, so dass der Fluidkanal zwischen dem vorstehenden zylindrischen Element und dem Ventilschaft geöffnet wird. Der zweite Ventilmechanismus in der Mutterkupplung ermöglicht ein Drücken des zylindrischen Elements durch das distale Ende des vorstehenden zylindrischen Elements nach unten und ein Einfahren gegen die Federwirkung der Feder, so dass der Fluidkanal zwischen dem zylindrischen Element und dem Schaftelement geöffnet wird.
Erfindungsgemäß wird das im Wesentlichen aus dem ringförmigen Dichtteil für ein Abdichten zwischen dem vorstehenden zylindrischen Element und dem zylindrischen Element in der gekuppelten Stellung und aus dem anderen ringförmigen Dichtteil, welches den Ventilkörperteil des zylindrischen Elements enthält, bestehende ringförmige Dichtelement an dem distalen Ende des zylindrischen Elements vorgesehen, wodurch die Abdichtwirkung des zweiten Ventilmechanismus in der Mutterkupplung in der abgekuppelten Stellung sichergestellt werden kann, selbst wenn der Druck des Fluids auf dem Wert des Umgebungsdrucks in der Mutterkupplung bleibt bzw. ist, und ein Austreten des lufthaltigen Fluids aus dem zweiten Ventilmechanismus verhindert werden kann. Dadurch wird der Verlust von Fluid, zum Beispiel von Arbeitsöl, vermieden, die Umgebung der Kupplungsvorrichtung wird kaum verschmutzt und die Lebensdauer der Kupplungsvorrichtung wird wesentlich erhöht. Da die beiden ringförmigen Abdichtteile an dem einzigen ringförmigen Dichtelement vorgesehen werden, kann die Anordnung des distalen Endes des zylindrischen Elements vereinfacht werden, was zur Verminderung der Gesamtzahl an Bauteilen beiträgt.
Das ringförmige Dichtelement kann vorzugsweise aus einem elastischen Gummimaterial bestehen. In diesem Fall wird das ringförmige Dichtteil (das Ventilkörperteil des zylindrischen Elements) des ringförmigen Dichtelements elastisch verformt, wenn es in direkten Kontakt mit dem zylindrischen Ventilstirnteil des Schaftelements kommt, wodurch ein Austreten des Fluids oder von Luft aus dem zweiten Ventilmechanismus in der Mutterkupplung zuverlässig verhindert werden kann, selbst wenn der Druck in der Mutterkupplung nahe dem Umgebungsdruckwert liegt. Ferner kann der Ventilsitzteil in dem ersten Ventilmechanismus vorzugsweise eine ringförmige konische Fläche sein, so dass der Ventilkörperteil des Ventilschafts in direkten Kontakt mit dem Ventilsitzteil mit Metallberührung kommt. Dadurch lässt sich der Ventilschaft durch die nachgebende Federkraft hin zur Ventilschließseite drücken, wenn die beiden Kupplungen abgekuppelt werden, und der Ventilkörperteil kann in direkten Kontakt mit der ringförmigen Stirnfläche kommen, wodurch ein Austreten des Fluids aus dem ersten Ventilmechanismus in der Vaterkupplung verhindert wird.
Die Erfindung geht aus der lediglich beispielhaften folgenden Beschreibung unter Bezug auf die Begleitzeichnungen klarer hervor. Hierbei sind:
1 eine vertikale Querschnittansicht einer Kupplungsvorrichtung (abgekuppelter Zustand einer Vaterkupplung und einer Mutterkupplung) nach einer erfindungsgemäßen Ausführung;
2 eine Draufsicht auf die Vaterkupplung;
3 eine Querschnittendansicht entlang der Linie III-III von 1;
4 eine Querschnittendansicht entlang der Linie IV-IV von 1;
5 eine vergrößerte Querschnittansicht eines primären Teils der beiden Kupplungen (abgekuppelte Stellung);
6 eine vertikale Querschnittansicht der beiden Kupplungen (Übergangszustand zur gekuppelten Stellung);
7 eine vertikale Querschnittansicht der beiden Kupplungen (gekuppelte Stellung);
8 eine vertikale Querschnittansicht einer vorbekannten Kupplungsvorrichtung (abgekuppelte Stellung);
9 eine vergrößerte Querschnittansicht eines primären Teils der in 8 gezeigten Kupplungsvorrichtung und
10 eine vertikale Querschnittansicht der in 8 gezeigten Kupplungsvorrichtung (gekuppelte Stellung).
Unter Bezug auf die jeweiligen Zeichnungen wird eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführung beschrieben.
Diese Ausführung wird in Form einer Kupplungsvorrichtung veranschaulicht, welche für das abtrennbare Anschließen eines Hydraulikkanals für das Zuführen und das Ablassen von Hydrauliköl zu und von einer oder mehreren Spannhydraulikvorrichtungen, die an einem Werkstückträger befestigt sind, an dem mehrere zu bearbeitende Werkstücke in einem Bearbeitungszentrum abnehmbar angeordnet sind, ausgelegt ist.
Wie in 1 bis 4 gezeigt wird, umfasst die Kupplungsvorrichtung 1 eine fest durch drei Schrauben 2 an dem Werkstückträger an der oberen Seite angebrachte Vaterkupplung 3, eine an der entgegengesetzten unteren Seite zu der Vaterkupplung 3 vorgesehene Mutterkupplung 4, die an dem Boden eines Bearbeitungszentrums angebracht ist, sowie einen Hydraulikzylinder 5 für das Bewegen der Mutterkupplung 4 zu und von der Vaterkupplung 3 für das Kuppeln und Abkuppeln von der Kupplungsvorrichtung 1.
Zuerst folgen die Beschreibungen für die Vaterkupplung 3.
Wie in 1 bis 3 gezeigt, umfasst die Vaterkupplung 3 ein Hauptgehäuse 6, einen Hydraulikkanal 7 in dem Hauptgehäuse 6, ein Hauptöffnungs-/schließventil 8 für das Öffnen und Schließen des Kanals 7 und ein Hilfsöftnungs-/schließventil 9 für das Öffnen und Schließen des Kanals 7. Das Hauptgehäuse 6 ist vertikal angeordnet und weist am oberen Ende einen Flansch 10 auf, der fest durch die drei Schrauben 2 mit dem (nicht gezeigten) Werkstückträger verbunden ist. Ein einen Teil des Hauptgehäuses 6 bildendes zylindrisches Gehäuse 11 ist durch vier Schrauben 12 an dem unteren Ende des Hauptgehäuses 6 eingesetzt und befestigt.
Wie in 1 und 5 gezeigt, weist das zylindrische Gehäuse 11 einen nach unten vorstehenden zylindrischen Teil 13 an seinem unteren Ende auf. Der vorstehende zylindrische Teil 13 ist so angeordnet, dass er teilweise in die Mutterkupplung 4 eingeführt werden kann. Ein Ventilschaft 14 ist innerhalb des vorstehenden zylindrischen Teils 13 für axiale Bewegungen installiert. Der Ventilschaft 14 umfasst vom oberen zum unteren Ende ein Teil 15 kleinen Durchmessers, ein Teil 16 mittleren Durchmessers, ein Teil 17 großen Durchmessers, eine Gleitführungsfläche 19 und einen Ventilkörperteil 20.
Nun wird das Hauptöffnungs-/schließventil 8 in der Vaterkupplung 3 erläutert.
Wie in 1, 6 und 7 gezeigt, umfasst das Hauptöffnungs-/schließventil 8 ein Ventilsitzelement 23, ein Ventilelement 28, eine Druckfeder 29, ein vorstehendes Ventilsitzelement 31, ein ringförmiges Dichtelement 30, einen Teil 15 kleinen Durchmessers des Ventilschafts 14, den Kanal 25 sowie Öffnungen 26. Das Hauptgehäuse 6 weist eine in einem oberen Bereich desselben vorgesehene Bohrung 22 auf, die sich von Einrückbohrung 21 in dem zylindrischen Gehäuse 11 kontinuierlich erstreckt und einen Innendurchmesser aufweist, der etwas kleiner als der der Einrückbohrung 21 ist. Das Ventilsitzelement 23 von zylindrischer Form wird in die Bohrung 22 beweglich eingeführt. Das Hauptöffnungs-/schließventil 8 umfasst einen Kanal 24 zwischen dem Ventilsitzelement 23 und der Wand der Bohrung 22 und die mit den Kanälen 25 und 27 in Verbindung stehenden Öffnungen 26.
Das Ventilelement 28 ist in dem Ventilsitzelement 23 beweglich eingebaut und wird durch die Druckfeder 29 hin in die Schließstellung vorgespannt (siehe 1). Das ringförmige Dichtelement 30 aus Kunstharzmaterial (zum Beispiel Nylon) ist an dem unteren Ende des Ventilelements 28 angebracht und das Ventilsitzelement 23 weist einen ringförmigen vorstehenden Ventilsitzteil 31 auf, der gegenüber dem ringförmigen Dichtelement 30 angeordnet ist. Wenn das ringförmige Dichtelement 30 gegen den vorstehenden Ventilsitzteil 31 gedrückt wird, wird der Kanal 25 geschlossen. Wenn bezüglich 7 die beiden Kupplungen 3 und 4 mit einander gekuppelt sind, wird das Ventilelement 28 durch den Teil 15 kleinen Durchmessers des Ventilschafts 14 nach oben gegen die Druckfeder 29 bewegt. Die Bewegung des Ventilelements 28 nach oben entlang der Achsenrichtung bewirkt ein Öffnen des Hauptöftnungs-/schließventils 8. Wenn die beiden Kupplungen 3 und 4 voneinander abgekuppelt werden, kommt das ringförmige Dichtelement 30 in Kontakt mit dem vorstehenden Ventilsitzteil 31, wodurch das Hauptöffnungs-/schließventil 8 geschlossen wird.
Nun wird das Hilfsöffnungs-/schließventil 9 in der Vaterkupplung 3 erläutert.
Wie in 1 sowie 5 bis 7 gezeigt wird, ist eine Federaufnahme 32 an dem oberen Ende der Einrückbohrung 21 zwischen dem Ventilsitzelement 23 und dem zylindrischen Gehäuse 11 angebracht. Die Federaufnahme 32 weist einen zylindrischen Führungsteil 33 für das Führen den Teils 16 mittleren Durchmessers des Ventilschafts 14, mehrere Öffnungen 36 zur Verbindung mit einem Kanal 34 (in dem zylindrischen Gehäuse 11 vorgesehen) und einem Kanal 35 auf. Ein oberes Ende einer Druckfeder 37, welche den Ventilschaft 14 nach unten drückt, ist an dem zylindrischen Führungsteil 33 angebracht.
Das Hilfsöffnungs-/schließventil 9 ist ein erster Ventilmechanismus. Sein vorstehender zylindrischer Teil 13 ist mit einem Ventilsitzteil 39 in Form einer ringförmigen konischen Fläche versehen. Der am unteren Ende des Ventilschafts 14 ausgebildete Ventilköperteil 20 kann sich bewegen, so dass er direkt an dem Ventilsitzteil 39 ein- und ausrückt. Der Ventilkörperteil 20 wird durch die Druckfeder 37 nach unten gedrückt. Wenn der Teil ausrückt, wird ein Kanal oder Kanalbereich zwischen dem vorstehenden zylindrischen Teil 13 und dem Ventilschaft 14 ausgebildet. Wenn das Hilfsöffnungs-/schließventil 9 geschlossen ist, bleibt der Ventilkörperteil 20 in direktem Kontakt, einem Metallkontakt, mit dem Ventilsitzteil 39, wodurch der Kanal in dem Hilfsöffnungs-/schließventil 9 geschlossen wird.
Ein Abstandshalter 40 ist in dem zylindrischen Gehäuse 11 für das Steuern des Restdrucks des Hydrauliköls oder des negativen Drucks mittels wahlweisen Anpassens des Volumens in dem Kanal zwischen dem Hauptöffnungs-/schließventil 8 und dem Hilfsöffnungs-/schließventil 9 in der Vaterkupplung 2 angebracht. Die Ziffern 41 bis 43 bezeichnen Dichtelemente, Ziffer 44 einen Anschluss für das Verbinden mit einem Hydraulikrohrverbindungsstück und Ziffer 45 einen Kegel.
Nun wird die Mutterkupplung 4 erläutert.
Wie in 1 und 4 gezeigt, umfasst die Muterkupplung 4 ein Hauptgehäuse 50, einen Hydraulikkanal 51 in dem Hauptgehäuse 50, ein Hauptöffnungs-/schließventil 52 für das Öffnen und Schließen des Kanals 51 und ein Hilfsöffnungs-/schließventil 53. Das Hauptgehäuse 50 ist vertikal angeordnet und ein unteres Gehäuse desselben ist in das untere Ende des Hauptgehäuses 50 eingeschraubt, so dass es einen Teil des Hauptgehäuses bildet.
Unter Bezug auf 1 sowie 5 bis 7 weist das Hauptgehäuse 50 eine Einrückbohrung 55 auf, die in dem oberen Ende desselben für das Aufnehmen des vorstehenden zylindrischen Teils 13 der darin eingerückten Vaterkupplung 3 vorgesehen ist. Ein Schaftelement 56 ist fest in dem Hauptgehäuse 50 angebracht, das sich von dem oberen Ende zu einer Zwischenstufe erstreckt. Das Schaftelement 56 umfasst von dem oberen Ende zum unteren Ende ein zylindrisches Ventilstirnteil 57, einen Teil 58 kleinen Durchmessers, einen Teil 59 mittleren Durchmessers, der im Wesentlichen einen identischen Durchmesser zu dem zylindrischen Ventilstirnteil 57 aufweist, einen Teil 60 großen Durchmessers, einen Flanschteil 61 und einen Ventilsitzteil 62, der im Wesentlichen einen identischen Durchmesser zu dem Teil 60 großen Durchmessers aufweist.
Nun wird das Hauptöftnungs-/schließventil 52 in der Mutterkupplung 4 erläutert.
Wie in 1, 6. und 7 gezeigt, umfasst das Hauptöffnungs-/schließventil 52 einen zylindrischen Ventilkörper 63, einen ringförmigen Vorsprung 65, der an dem zylindrischen Ventilkörper 63 vorgesehen ist, ein ringförmiges Dichtelement 66 aus Kunstharzmaterial, eine Druckfeder 68 sowie mehrere Stifte 69. Das untere Gehäuse 54 weist innen einen Teil großen Durchmessers, einen Teil mittleren Durchmessers und einen Teil kleinen Durchmessers auf, die von dem oberen Ende zu einer Zwischenstufe angeordnet sind. Der zylindrische Ventilkörper 63 ist in dem Teil kleinen Durchmessers des unteren Gehäuses 54 für axiale Bewegungen installiert. Der zylindrische Ventilkörper 63 weist an dem oberen Ende einen Flanschteil 64 auf. Der ringförmige Vorsprung 65 ist an dem oberen Ende des Flanschteils 64 vorgesehen, um in direkten Kontakt mit dem an dem unteren Ende des Ventilsitzteils 62 angebrachten ringförmigen Dichtelement 66 zu kommen.
Die Druckfeder 68 ist zwischen dem Flanschteil 64 und einem Stufenteil 67 für das Drücken des zylindrischen Ventilkörpers 63 nach oben angebracht. Wenn die beiden Kupplungen 3 und 4 ausrücken, kommt der durch die Druckfeder 68 beaufschlagte ringförmige Vorsprung 65 in direkten Kontakt mit dem ringförmigen Dichtelement 66, wodurch das Hauptöftnungs-/schließventil 52 geschlossen wird (siehe 1). Der Flanschteil 61 weist sechs darin bei gleichen Abständen entlang des Umfangs vorgesehene Bohrungen auf. Drei der Stifte 69 werden in abwechselnd drei der sechs Bohrungen eingeführt. Die drei Stifte 69 werden am unteren Ende direkt durch den Flanschteil 64 gestützt. Die verbleibenden drei Bohrungen dienen als Kanäle für das Hydrauliköl. Wie in 1 und 7 gezeigt wird, erstrecken sich die oberen Enden der drei Stifte 69 durch den Teil 60 großen Durchmessers nach oben. Wenn die beiden Kupplungen 3 und 4 gekuppelt sind, werden die Stifte 69 durch ein an dem Schaftelement 56 angebrachtes zylindrisches Element 70 nach unten gedrückt, um den zylindrischen Ventilkörper 63 nach unten gegen die Druckfeder 68 zu bewegen, wodurch der Hydraulikkanal 71 geöffnet wird (was ein Öffnen des Hauptöftnungs/schließventils 52 bewirkt) (siehe 7).
Nun wird das Hilfsöffnungs-/schließventil 53 in der Mutterkupplung 4 beschrieben.
Das Hilfsöffnungs-/schließventil 53 ist ein zweiter Ventilmechanismus. Wie in 5 gezeigt, umfasst das Hilfsöffnungs-/schließventil 53 ein Schaftelement 56 mit einem zylindrischen Ventilstirnteil 57 und ein zylindrisches Element 70 mit einem Ventilkörperteil 73 für das Öffnen und Schließen des Hydraulikkanals 74 zwischen dem zylindrischen Element 70 und dem Schaftelement 56.
Das zylindrische Element 70 ist unterhalb und gegenüber dem distalen Ende des vorstehenden zylindrischen Teils 13 der Vaterkupplung 3 angeordnet und ist in der Einrückbohrung 55 gleitend eingepasst. Das zylindrische Element 70 umfasst vom oberen Ende hin zum unteren Ende einen zylindrischen Teil 75, dessen Länge im Wesentlichen identisch mit der der Einrückbohrung 55 ist, einen Flanschteil 76 und einen unteren Teil 77 des zylindrischen Elements. Wie in 5 gezeigt wird, ist ein ringförmiges Dichtelement 78 aus elastischem Gummimaterial in einer in dem distalen Ende des zylindrischen Teils 75 vorgesehenen Aussparung eingepasst und durch Kleben oder Härten befestigt.
Das ringförmige Dichtelement 78 umfasst einen ringförmigen Dichtteil 78a, der sich von dem oberen Ende des zylindrischen Elements 70 nach außen erstreckt, sowie einen ringförmigen Dichtteil 78b, der sich hin zur Seite der Achsenmitte, dann zum zylindrischen Ventilstirnteil 57 erstreckt, wobei die beiden Teile einstückig als Einheit ausgeführt sind. Der ringförmige Dichtteil 78a dichtet zwischen dem vorstehenden zylindrischen Teil 13 und dem zylindrischen Element 70ab, wenn die beiden Kupplungen 3 und 4 gekuppelt sind. Der als Ventilkörperteil 73 des zylindrischen Elements 70 dienende zylindrische Dichtteil 78b kommt in direkten Kontakt mit dem zylindrischen Ventilstirnteil 57 des Schaftelements 56, wenn die beiden Kupplungen 3 und 4 abgekuppelt werden und schließt den Kanal in dem Hilfsöffnungs/schließventil 53.
Eine Druckfeder 79 ist für das Drücken des zylindrischen Elements 70 hin in die Schließstellung (in die Richtung nach oben) angebracht und mehrere Kanäle 77a sind in dem unteren Teil 77 des zylindrischen Elements vorgesehen. Wenn die beiden Kupplungen 3 und 4 gekuppelt sind, drückt der untere Teil 77 des zylindrischen Elements das obere Ende der Stifte 69 nach unten, wodurch das Hauptöffnungs-/schließventil 52 geöffnet wird.
Ein Abstandshalter 80 ist zwischen dem Teil 60 großen Durchmessers des Schaftelements 56 und der Druckfeder 79 für das Steuern des Restdrucks des Hydrauliköls oder des negativen Drucks mittels wahlweisen Anpassens des Volumens in dem Kanal zwischen dem Hauptöffnungs-/schließventil 52 und dem Hilfsöffnungs-/schließventil 53 in der Mutterkupplung 4 vorgesehen. Die Ziffern 81 bis 85 bezeichnen Dichtungen und Ziffer 86 bezeichnet eine Hydrauliköl-Ablassöffnung.
Nun wird der Betrieb und die Funktion der Kupplungsvorrichtung 1 beschrieben.
Wie in 1 und 5 gezeigt, bleibt bei Ausrücken der beiden Kupplungen 3 und 4 das Hauptöffnungs-/schließventil 8 in der Vaterkupplung 3 in seinem geschlossenen Zustand, wobei der Ventilkörperteil 20 des Ventilschafts 14 durch die Druckfeder 37 gegen den Ventilsitzbereich 39 des vorstehenden zylindrischen Teils 13 gedrückt wird und somit das Hilfsöffnungs-/schließventil 9 geschlossen gehalten wird.
Zu dem Zeitpunkt bleibt das Hauptöffnungs-/schließventil 52 in der Mutterkupplung 4 in seinem geschlossenen Zustand und das Hilfsöffnungs-/schließventil 53 bleibt in seinem geschlossenen Zustand. Im Einzelnen bleibt bei Drücken des Ventilkörperteils 73 des zylindrischen Elements 70 hin zu dem zylindrischen Ventilstirnteil 57 des Schaftelements 56 durch die Druckfeder 79 der Ventilkörperteil 73, welcher Teil des ringförmigen Dichtelements 78 ist, elastisch verformt. Demgemäss wird der Fluidkanal zwischen dem zylindrischen Element 70 und dem Schaftelement 56 gesperrt, wodurch ein Austreten von Öl oder Luft aus dem Hilfsöffnungs-/schließventil 53 verhindert wird, selbst wenn ein Hydrauliköldruck in der Mutterkupplung 4 verbleibt oder der Druck in der Mutterkupplung 4 nahe auf den Umgebungsdruckwert fällt.
Wie in 6 und 7 gezeigt, können beim Kuppeln der Vaterkupplung 3 und der Mutterkupplung 4 miteinander, d. h. die Mutterkupplung 4 wird durch den Hydraulikzylinder 5 hin zur Vaterkupplung 3 bewegt, der vorstehende zylindrische Teil 13 und das zylindrische Element 70 in direkten Kontakt zueinander und gleichzeitig kommen der Ventilschaft 14 und das Schaftelement 56 in direkten Kontakt zueinander. Dann bewegt sich der vorstehende zylindrische Teil 13 der Vaterkupplung 3 in die Einrückbohrung 55 in dem Hauptgehäuse 50 der Mutterkupplung 4, wobei der Ventilschaft 14 und das Schaftelement 56 in direktem Kontakt zueinander bleiben. Wenn der Ventilschaft 14 der Vaterkupplung 3 bezüglich des zylindrischen Gehäuses 11 in die Richtung nach oben zurückgezogen wird, werden die beiden Hauptöffnungs-/schließventile 8 und 52 geöffnet und gleichzeitig werden die beiden Hilfsöffnungs-/schließventile 9 und 53 geöffnet, was die Kanäle in den beiden Kupplungen 3 und 4 durchgehend macht.
In dieser gekuppelten Stellung wird die Öffnung zwischen dem vorstehenden zylindrischen Teil 13 und dem zylindrischen Element 70 durch den ringförmigen Dichtteil 78a des zylindrischen Elements 70 zuverlässig abgesperrt, wodurch ein Austreten von Öl in den Kanälen aus der Öffnung zwischen dem vorstehenden zylindrischen Teil 13 und dem zylindrischen Element 70 verhindert wird.
Für das Schalten in die ausgerückte Stellung zum Trennen der beiden Kupplungen 3 und 4 voneinander, wird die Mutterkupplung 4 durch den Hydraulikzylinder 5 nach unten gehoben. In der ausgerückten Stellung kann das ringförmige Dichtelement 78 elastisch verformt werden, um ein Austreten aus dem Hilfsöffnungs-/schließventil 53 zu verhindern, wenn das Hauptöffnungs-/schließventil 52 in der Mutterkupplung 4 ein Austreten und Zuführen einer Ölmenge höheren Drucks nach oben zum oberen Ende der Mutterkupplung 4 erlaubt.
Wie vorstehend erläutert, weist die Kupplungsvorrichtung 1 der Ausführung einen für das Verbessern der Abdichtwirkung des Hilfsöffnungs-/schließventils 53 ausgelegten ringförmigen Dichtteil 78b des ringförmigen Dichtelements 78 auf, während die beiden Kupplungen 3 und 4 ausgerückt sind, wodurch ein Austreten von Öl und Verlust von Öl verhindert wird, kaum die Umgebung der Kupplungsvorrichtung 1 verschmutzt wird und die Haltbarkeit gewährleistet wird. Ferner ist das ringförmige Dichtelement 78 aus einem hochelastischen Gummimaterial gefertigt, wodurch das Abschirmen von Öl oder Luft in der Vorrichtung sichergestellt wird und dem Hilfsöffnungs-/schließventil 53 eine höhere Dichtwirkung verliehen wird. Zudem werden die beiden ringförmigen Dichtteile 78a und 78b an dem einzigen ringförmigen Dichtelement 78 gebildet, was zur Vereinfachung des Aufbaus am distalen Ende des zylindrischen Teils 78 beiträgt und die Gesamtzahl an Bauteilen verringert.
Die Kupplungsvorrichtung 1 der erfindungsgemäßen Ausführung kann von jeder geeigneten Art für das lösbare Verbinden des Kanals anderer Fluide als Hydrauliköl sein. Es ist auch möglich, den Hydraulikzylinder 5 für das Antreiben der Vaterkupplung 3, nicht der Mutterkupplung 4, in der Kupplungsvorrichtung 1 zu vennrenden oder den Hydraulikzylinder 5 durch ein anderes geeignetes Mittel für das Bewegen einer der beiden Kupplungen 3 und 4 relativ zur anderen zu ersetzen.

Claims

Kupplungsvorrichtung mit einer Vaterkupplung (3) und einer mit der Vaterkupplung (3) lösbar kuppelbaren Mutterkupplung (4) zum Kuppeln und Abkuppeln des Kanals eines Druckmediums, dadurch gekennzeichnet, dass die Vaterkupplung (3) Folgendes umfasst: – ein durch einen Ventilschaft (14) bedienbares erstes Hauptöffnungs/schließventil (8); – einen ersten Hilfsventilmechanismus (9) mit einem für das teilweise Einführen in die Mutterkupplung (4) vorgesehenen vorstehenden zylindrischen Element (13), wobei der Ventilschaft (14) für axiale Bewegungen in der Innenseite des vorstehenden zylindrischen Elements (13) eingebaut ist, und einem an dem Ventilschaft (14) vorgesehenen Ventilkörperteil (20) für das Einund Ausrücken von der Innenseite mit einem in dem vorstehenden zylindrischen Element (13) vorgesehenen Ventilsitzteil (39) zum Sperren des Kanals eines Fluids zwischen dem vorstehenden zylindrischem Element (13) und dem Ventilschaft (14); und – eine Feder (37) für das Drücken des Ventilschafts hin zu einer Ventilschließstellung, die Mutterkupplung (4) Folgendes umfasst: – ein durch ein zylindrisches Element (70) bedienbares zweites Hauptöffnungs-/schließventil (52); – einen zweiten Hilfsventilmechanismus (53), welcher ein Hauptkörpergehäuse (50) mit einer darin vorgesehenen Einrückbohrung (55), in welche das vorstehende zylindrische Element (13) vorbewegt werden kann, ein in dem Hauptkörpergehäuse (50) angebrachtes Schaftelement (56), wobei das zylindrische Element (70) an dem Schaftelement (56) für axial gleitende Bewegungen angebracht und gegenüber dem distalen Ende des vorstehenden zylindrischen Elements (13) angeordnet ist, sowie einen an dem zylindrischen Element (70) vorgesehenen Ventilkörperteil (73) für das Ein- und Ausrücken von der Innenseite mit einem nahe des distalen Endes an dem Schaftelement (56) vorgesehenen zylindrischen Ventilstirnteil (57) umfasst, um den Kanal eines Fluids zwischen dem zylindrischen Element (70) und dem Schaftelement (56) zu sperren; und – eine Feder (79) für das Drücken des zylindrischen Elements (70) hin zu einer Ventilschließstellung und – ein an dem distalen Ende des zylindrischen Elements (70) vorgesehenes ringförmiges Dichtelement (78) mit einem ersten ringförmigen Dichtteil (78b) für das Abdichten zwischen dem vorstehenden zylindrischen Element (13) und dem zylindrischen Element (70) in der gekuppelten Stellung und einem zweiten ringförmigen Dichtteil (78a), welches den Ventilkörperteil (73) des zylindrischen Elements (70) bildet, wobei die ersten und zweiten ringförmigen Dichtteile (78a, 78b) einstückig ausgebildet sind.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Dichtelement (78) aus einem elastischen Gummimaterial besteht.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzteil (39) in dem ersten Ventilmechanismus eine ringförmige konische Fläche ist, so dass der Ventilkörperteil (20) des Ventilschafts (14) in direkten Kontakt mit dem Ventilsitzteil (39) mit Metallberührung kommt.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hauptöffnungs-/schließventil (8) umfasst: – ein Ventilelement (28) mit einem ringförmigen Dichtelement (30); – ein Ventilsitzelement (23) für das Unterbringen des Ventilelements (28) mit einem vorstehenden Ventilsitzelement (31) zur Abdichtung gegenüber dem ringförmigen Dichtelement (30); und eine Druckfeder (29) für das Vorspannen des Ventilelements (28) und des ringförmigen Dichtelements (30) hin zu dem vorstehenden Ventilsitzelement (31); dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (15) des Ventilschafts (14) gegenüber dem Ventilsitzteil (39) für das Bewegen des Ventilelements (28) solcherart, dass bei Kuppeln der Vater- und Mutterkupplungen das Ventilelement (28) und das ringförmige Dichtelement (30) weg von dem vorstehenden Ventilsitzelement (31) gegen die Vorspannung der Druckfeder (29) bewegt werden, vorgesehen ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hauptöffnungs-/schließventil (52) Folgendes umfasst: – einen Ventilsitzteil (623) mit einem ringförmigen Dichtelement (66); – einen durch eine Druckfeder (68) hin zum Ventilsitzteil (62) vorgespannten axial beweglichen zylindrischen Ventilkörper (63) mit einem ringförmigen Vorsprung (65) für das Abdichten mit dem ringförmigen Dichtelement (66) und – sich zwischen dem zylindrischen Element (70) des zweiten Hilfsventilmechanismus und dem zylindrischen Ventilkörper (63) so erstreckende mehrere Stifte (69), dass bei Kuppeln der Vater- und Mutterkupplungen die Stifte (69) durch das zylindrische Element (70) nach unten gedrückt werden, so dass der zylindrische Ventilkörper (63) gegen die Vorspannung der Druckfeder (68) weg von dem ringförmigen Dichtelement (66) bewegt wird.