-
TECHNISCHES
GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ganz allgemein Schlauchkupplungen, und insbesondere Kupplungen für den lösbaren Anschluss
einer dicken Schlauchleitung an einen Behälter, wobei es sich dabei um
einen Kupplungstyp mit einem Einsteckelement zur dauerhaften Befestigung
am Behälter
und einem Aufnahmeelement zur dauerhaften Befestigung am Schlauch,
welches in seiner angeschlossenen Stellung unter Drehung mit dem
Einsteckelement verriegelbar ist, handelt.
-
HINTERGRUND
-
Kupplungen dieser Art werden vorwiegend zur
Befüllung
von Tanklastwagen und dergleichen von unten eingesetzt, wobei das
Einsteckelement sowie das Aufnahmeelement in diesem Fall je über ein selbstschließendes Ventil
verfügen,
das beim Verriegeln der beiden Kupplungselemente miteinander, wofür im allgemeinen
eine Bajonettverschlussvorrichtung verwendet wird, geöffnet wird.
Bei vorbekannten Kupplungen bewirkt während einer Verschlussphase
die relative Drehung, dass Rollen in schräg verlaufenden Nutkurven laufen,
die an der inneren Oberfläche
des Aufnahmeelements vorgesehen sind. Die Rollen sind an einer Querwelle
im Gehäuse
des Aufnahmeelements befestigt, welche wiederum mit dem Ventilkolben
im Aufnahmeelement verbunden ist. Auf diese Weise wird dieser Ventilkolben
in das Einsteckelement hineindrückt,
wodurch eine Durchgangsöffnung
entsteht, so dass Flüssigkeit
oder Gas frei durch die Kupplung strömen kann.
-
Insbesondere bei der voranstehend
erwähnten
Verwendung, bei der sich das Einsteckelement unten am Tank befindet,
muss die Verbindung der beiden Kupplungselemente miteinander häufig an Engstellen
erfolgen, wofür
der dicke Schlauch (der in den meisten Fällen einen Dwchmesser von 6–8 cm hat
und dickwandig ausgeführt
ist, um den ziemlich hohen Drucken standzuhalten, welche häufig in
einer Größenordnung
von 0,7– 1,0
Pa liegen) stark gebogen werden muss. Folglich ist die Kupplung
häufig äußerst hohen
Bruchbelastungen ausgesetzt, die auf die Verbindung zwischen dem
Einsteckund dem Aufnahmeelement wirken.
-
Bei bekannten Schlauchkupplungen
führen diese
Belastungen zu Problemen, die unter anderem Materialreibung zur
Folge haben, insbesondere zwischen den Rollen und der Welle, an
der diese Rollen befestigt sind, sowie zwischen den Rollen und den Nutkurven.
Dieses Problem wird noch dadurch verstärkt, dass es bei Ausführungsformen
aus dem Stand der Technik erforderlich war, ein kurzes, auf den
Kolben wirkendes Stellglied zu verwenden, wodurch sich eine unbefriedigende
Stabilität
in der Kupplung ergab. Aus diesem Grund umfassen bestimmte Kupplungen
eine Federpackung, die dem Aufbau mehr Steife verleiht.
-
Ein weiteres Beispiel aus dem Stand
der Technik ist im US-Patent 3,441,055 (Pickell) beschrieben. Bei
Pickell ist eine Kupplung offenbart, bei der eine gegenseitige Drehung
von zwei Teilen durch zwei Griffe bewirkt wird. Um den während der
Drehung der Griffe ausgeübten
Längskräften Rechnung zu
tragen, sind Sperrkugeln in Offnungen vorgesehen. Diese Kugeln greifen
bei Drehung der Griffe in eine Nut im unteren Abschnitt der Kupplung
ein, wodurch der obere und der untere Abschnitt der Kupplung miteinander
verriegelt werden. Dies führt
jedoch zu einer instabilen und unzuverlässigen Verbindung der Kupplung.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, die voranstehend erwähnten Nachteile vorbekannter
Schlauchkupplungen zu vermeiden.
-
Diese Aufgabe wird durch Anwendung
der Erkenntnis gelöst,
dass sich die voranstehend erwähnten
Nachteile vermeiden lassen und als Ergebnis eine Schlauchkupplung mit
im Vergleich zu Kupplungen aus dem Stand der Technik verminderter
Reibung und erhöhter
Steifigkeit erhalten wird, wenn zwei Paare reibungsvermindernder
Rollen zusammen mit einer Verbindungsanordnung verwendet werden,
die Vorsprünge
und Sperrrollen auf dem Einsteck- und dem Aufnahmeelement der Kupplung
umfasst.
-
Diese sowie weitere Aufgaben werden
daher von einer Schlauchkupplung gelöst, wie sie im nachstehenden
Anspruch 1 definiert ist.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Es folgt nunmehr eine ausführlichere
Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Es zeigen:
-
1 eine
Darstellung in Diagrammform der Anordnung der Elemente der Schlauchkupplung
gemäß der Erfindung
an einem Tank;
-
2 die
Elemente, aus der sich die Schlauchkupplung zusammensetzt;
-
3 eine
Querschnittsansicht eines an sich bekannten Einsteckkupplungselements;
-
4 eine
Querschnittsansicht eines Aufnahmeelements in der Schlauchkupplung
gemäß der Erfindung;
-
5 die
in 3 und 4 dargestellten Elemente im zusammengefügten, aber
noch nicht miteinander verbundenen Zustand;
-
6 die
in den 3 und 4 dargestellten Elemente
im zusammengefügten
und miteinander verbundenen Zustand;
-
7 im
Detail einen Nockenabschnitt, der Teil des Einsteckelements ist;
und
-
8 eine
alternative Ausführungsform
eines Stellglieds in der Schlauchkupplung.
-
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Strukturelle
Merkmale
-
In 1 bezeichnet
die Bezugsziffer 70 den unteren Teil eines Behälters, der
zum Beispiel ein auf einem Fahrzeug angebrachter Tank sein kann,
wobei das Einsteckelement 4 einer Schlauchverbindungskupplung
dauerhaft unten am Tank angebracht ist.
-
Dieses Einsteckelement, das wie ein
rohrförmiger
Nippel geformt ist und ein selbstschließendes Ventil umfasst, bildet
eine rohrartige Verlängerung
einer Öffnung
im Boden des Tanks 70 und ist so ausgebildet, dass es mit
einem am Ende eines dicken Schlauchs 72 befestigten Aufnahmeelement 2 zusammenwirkt.
Das Aufnahmeelement 2 soll das untere Ende des Einsteckelements 4 umgeben
und mittels einer Bajonettverschlussvorrichtung und unter Drehung
des Aufnahmeelements 2 daran befestigt werden. Das Aufnahmeelement
umfasst ebenfalls ein selbstschließendes Ventil, das – wie das
Ventil im Einsteckelement 4 – beim Zusammenfügen der
beiden Kupplungselemente geöffnet
wird.
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Schlauchkupplung
gemäß der Erfindung
mit einem an sich bekannten Einsteckelement 4 und dem neuartigen
Aufnahmeelement 2, das die Erfindung verkörpert.
-
Das an sich bekannte Einsteckelement,
welches in 3 auch in
Schnittansicht gezeigt ist, umfasst ein zylindrisches Gehäuse 82,
welches mittels einer Befestigungsvorrichtung 97 mit einer
Hülse 94 und
einer Flachdichtung 96 sowie einem Runddichtring 98 zur
Abdichtung des Gehäuses
an dem Tank 70 angebracht ist (siehe 1). Im Gehäuse 82 des Einsteckelements
ist das der Befestigungsvorrichtung 97 gegenüberliegende
Ende mit einem Kolben 84 versehen, der im Gehäuse in Längsrichtung
beweglich angebracht ist und mittels einer Schraubenfeder 88,
die an einer Halterung 92 im Gehäuse anliegt, unter Federvorspannung
in seiner äußeren Stellung
gehalten wird. Ein Runddichtring 86 vermittelt eine Abdichtung
zwischen dem Gehäuse
und dem Kolben 84 in dessen äußeren Stellung.
-
Das Aufnahmeelement 2, das
in 4 auch in Querschnittsansicht
gezeigt ist, umfasst ebenfalls ein Gehäuse 50 zur Aufnahme
des Einsteckelementgehäuses 82.
Aus diesem Grund umfasst das Gehäuse 50 einen
Umfangsflansch 51 mit geringfügig größerem Innendwchmesser als der
Außendurchmesser
des Einsteckelementgehäuses 82,
wodurch zum Zusammenfügen
der beiden Elemente ein Zustand herbeigeführt werden kann, in dem das
Aufnahmeelement das eine Ende des Einsteckelements umschließt. Nach
dem Zusammenfügen
der Elemente 2, 4 erfolgt eine Drehung dieser
relativ zueinander, wodurch auf Wellen 56a–c angebrachte Sperrollen 54a–c hinter
am Einsteckelementgehäuse 82 vorgesehene
Vorsprünge 83 greifen.
-
Im Gehäuse 50 ist eine zylindrische
Nockenvorrichtung 30 mit zwei schräg verlaufenden Nutkurven 32a,
b vorgesehen. Die Form dieser Nuten ist in Figur 7 deutlicher zu
sehen. Zwischen dem Gehäuse 50 und
der Nockenvorrichtung 30 ist ein Runddichtring 52 angebracht,
der eine Abdichtung zwischen diesen beiden Teilen bewirkt. Die Nockenvorrichtung ist
durch zwei durch das Gehäuse
und die Nockenvorrichtung verlaufende Stellschrauben 58a,
b am Gehäuse 50 befestigt.
Erforderlichenfalls können mehr
als zwei Stellschrauben verwendet werden.
-
Im Inneren dieser Nockenvorrichtung 30 ist wiederum
ein zylindrisches Stellglied 10 lose angeordnet, das beispielsweise
aus Messing, Stahl oder Aluminium oder aus jedwedem anderen für diesen Zweck
geeigneten Material besteht. An seinem einen Ende weist das Stellglied
drei Auskragungen 12a–c auf,
die zum Eingriff in entsprechende Ausnehmungen 85a–c im
Einsteckelementgehäuse 82 vorgesehen
sind. Die Auskragungen tragen Begrenzungsflansche 19a–c,
um ein Heruntergleiten der Sperrrollen 54a–c von ihrer jeweiligen Welle
zu verhindern. Des weiteren ist in einer Umfangsnut ein Runddichtring 14 vorgesehen,
welcher nach dem Zusammenfügen
der beiden Kupplungselemente 2, 4 eine Abdichtung
zwischen dem Einsteckelementgehäuse 82 und
dem Stellglied 10 bewirkt. Es ist auch eine beispielsweise
aus Teflon bestehende Gleitscheibe 18 zwischen dem äußeren Abschnitt
des Stellglieds 10 und der Nockenvorrichtung, sowie ein
Abnutzungs- oder Führungsring 36,
beispielsweise aus Teflon, vorgesehen. Die Funktion der beiden letztgenannten Komponenten
besteht darin, die bei einer Drehung des Stellglieds 10 und
der Nockenvorrichtung 30 relativ zueinander entstehende
Reibung zu verringern.
-
Wie bereits erwähnt wurde und wie es auch in
den Zeichnungen zu sehen ist, ist das Stellglied 10 im
wesentlichen zylinderförmig,
wobei jedoch in der Umhüllungsoberfläche zwei Öffnungen
oder Ausnehmungen 16a, b vorgesehen sind. Diese Öffiiungen sind
in Richtung der Längsachse
verlängert
und ihre Enden sind aus herstellungs- und festigkeitsbedingten Gründen glatt
abgerundet. Die Öffnungen
nehmen eine Querwelle 40 auf, die nachstehend im einzelnen
beschrieben ist.
-
Das Stellglied kann fast genauso
lang sein wie das Gehäuse 50,
in dem es angebracht ist. Dies bedeutet, dass sich die in den Einleitungen
erwähnten
Bruchkräfte
zwischen den Kupplungshälften
besser absorbieren lassen als bei einer wesentlich kürzeren Länge. Dies
führt auch
zu einer Verringerung der Abnutzung, die bei Drehung zwischen den
Rollen 42a, b in den Nutkurven und dem Gehäuse 50 sowie zwischen
der Nockenvorrichtung 30 und dem Stellglied 10 stattfindet.
Außerdem
kann dadurch die Federpackung entfallen, die bei zahlreichen Schlauchkupplungen
aus dem Stand der Technik zum Zwecke der Versteifung des Stellglieds
verwendet wird. Zur Vereinfachung des Herstellverfahrens und zur
Materialverbrauchsreduzierung und somit auch zur Gewichtsverringerung
kann das Stellglied auch etwas kürzer
ausgeführt
werden, als es in 2 und 4 gezeigt ist. In Figur 8
ist ein modifiziertes Stellglied gezeigt, bei dem das äußerste Ende,
das von der die andere Kupplungshälfte aufnehmenden Oberfläche abgekehrt
ist, abgeschnitten ist. Dies führt
nur zu einer äußerst geringen
Verminderung der Fähigkeit
zur Absorbierung von Bruchbelastungen.
-
Im Inneren des Stellglieds 10 befindet
sich ein in Richtung der Längsachse
verschiebbarer Kolben 20. Der Kolben hat eine Kontaktoberfläche 22 mit geringfügig kleinerer
Abmessung als der Kolben 84 im Einsteckelement. Des weiteren
weist der Kolben in der Nähe
dieser Kontaktoberfläche
eine Umfangsnut auf, in der ein Runddichtring 23 zur Abdichtung zwischen
dem Stellglied 10 und dem Kolben 20 vorgesehen
ist.
-
In einer Querbohrung 24 im
Kolben, in der Nähe
seines der Kontaktoberfläche
gegenüberliegenden
Endes, verläuft
eine Welle 40, deren Form am deutlichsten in 4 zu sehen ist. Die Befestigungsposition
der Welle wird mittels eines Sperrstifts 28 gesichert,
der in eine im Kolben im wesentlichen entlang der Kolbenlängsachse
vorgesehene Ausnehmung 26 eingreift.
-
An der Welle 40 sind zwei
Rollenpaare befestigt, nämlich
ein Paar erster, äußerer Rollen 42a, b und
ein Paar zweiter, innerer Rollen 44a, b. Die inneren
Rollen verlaufen in den Ausnehmungen 16a, 16b im
Stellglied, wohingegen die äußeren Rollen
in den Nutkurven 32a, 32b in der Nockenvorrichtung verlaufen.
Am weitesten außen
auf der Welle 40, d. h. an deren Endoberflächen, sind
Kappen 46a, 46b aus einem Material mit niedriger
Reibung, z. B. Teflon, vorgesehen, um die Reibung zwischen Welle 40 und
der Innenseite des Gehäuses 50 zu
verringern.
-
Am Ende des Aufnahmeelementgehäuses 50 ist
auf bekannte Art und Weise ein (in 1 gezeigter)
Schlauch 72 oder dergleichen mittels eines Schlauchanschlusses 60 befestigt,
welcher zum Beispiel ein (nicht dargestelltes) geschraubtes oder
integriertes Drehelement und eine Flachdichtung 62 aus Teflon
oder Vulculan umfasst.
-
Betriebsweise
-
Es folgt nunmehr eine Beschreibung
der Funktion der Schlauchkupplung gemäß der Erfindung. 5 zeigt einen Querschnitt
durch das Aufnahme- und das Einsteckelement 2 bzw. 4 in
deren zusammengefügtem,
aber noch nicht miteinander verbundenem und verriegeltem Zustand. 6 hingegen zeigt die Kupplungshälften in
einer Stellung, in der sie nach Drehung um ca. 100° miteinander
verriegelt sind, wobei der Durchlass zwischen den Kupplungshälften offen
ist.
-
In der anfänglichen Stellung in 5 wurden die Kupplungshälften in
eine Stellung zusammengefügt,
in der die Auskragungen 12 am Stellglied des Aufnahmeelements
in die Ausnehmungen 85 im Einsteckelementgehäuse 82 greifen.
Bei gegenseitiger Drehung der Gehäuse 50, 82 der
Kupplungselemente 2 bzw. 4 wird das Stellglied
mit dem Einsteckelementgehäuse 82 mitgeführt, d.
h. das Stellglied wird in Drehung in und relativ zu dem Aufnahmeelementgehäuse 50 und
der Nockenvorrichtung 30 versetzt. Die auf der Welle 40 vorgesehenen
und in den Öffnungen 16a, 16b im
Stellglied verlaufenden inneren Rollen 44a, 44b nehmen
an dieser Drehbewegung teil. Auf diese Weise wird auch der Kolben 20 in
eine Drehung relativ zum Aufnahmeelementgehäuse 50 und zur Nockenvorrichtung 30 versetzt.
-
Die Drehung der Welle 40 und
entsprechend auch des Kolbens 20 bewirkt eine Bewegung
der äußeren Rollen 42a, 42b in
den schräg
verlaufenden Nutkurven 32a, 32b im Nockenabschnitt.
Sie haben eine derartige Schräge,
dass die Welle 40 und entsprechend auch der Kolben 20 problemlos
in eine lineare Bewegung relativ zum Gehäuse 50 in eine Richtung
zur anderen Kupplungshälfte 4 hin
versetzt wird. Durch diese Bewegung wird wiederum der Kolben 84 in
das Einsteckelementgehäuse 82 gedrückt, was
zu einem Zusammendrücken
der Schraubenfeder 88 führt.
Nach einer Drehung der Elemente um ca. 100° erreichen die äußeren Rollen 42a, b ihre Endstellungen
in den Nutkurven 32a, b, wodurch eine weitere
Drehung blockiert wird. Ein (nicht dargestellter) kleiner Vorsprung
wirkt dann einer Zurückbewegung
der Rollen in den Nutkurven entgegen, so dass eine verriegelte Stellung
erzielt wird.
-
Der Kolben 20 wird dabei
so tief in die andere Kupplungshälfte 4 hineingedrückt, dass
ein Fluid im gasförmigen
oder flüssigen
Zustand an den in 6 mit
Pfeilen gekennzeichneten Strecken entlang frei durch die Kupplung
strömen
kann. Dank der zylindrischen Form des Kolbens 20 wird dabei
das Strömungsmuster
im Vergleich zu Kupplungen aus dem Stand der Technik weicher, wodurch
das Fluid besser strömen
kann.
-
Um die Kupplungshälften wieder voneinander zu
trennen, werden die Gehäuse
relativ zueinander in der entgegengesetzten Richtung zur Verregelungsrichtung
gedreht, wodurch die äußeren Rollen 42a, b und
entsprechend auch der Kolben 20, sowie ebenfalls der Kolben 84 im
Einsteckelement, wieder in ihre anfänglichen Stellungen zurückgehen
und somit ein Durchfluss von Fluid durch die Kupplung verhindert
wird.
-
In 8 ist
eine alternative Ausführungsform von
Stellglied 10 gezeigt. Da es in axialer Richtung befestigt
ist, kann sein dem Schlauch zugekehrtes Ende abgeschnitten werden,
was ein sowohl leichteres als auch einfacher herstellbares Stellglied
ergibt.
-
Aufgrund der Tatsache, dass das Aufnahmeelement
gemäß der Erfindung
zusammen mit bereits existierenden Einsteckelementen mit gleicher
Kupplungsfassung verwendbar ist, ergibt sich eine Austauschmöglichkeit,
die ein Auswechseln der Einsteckelemente unnötig macht, was natürlich ein
Vorteil ist.
-
Obwohl voranstehend bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung bereits beschrieben wurden, liegt es für den Fachmann
auf dem Gebiet nahe, dass diese im Umfang der beigefügten Ansprüche variiert
und modifiziert werden können.
Dabei können beispielsweise
die angegebenen Werkstoffe dahingehend verändert werden, dass die Gleitkomponenten
aus anderen Werkstoffen als Teflon hergestellt werden, die ebenfalls
einen geringen Reibungskoeffizienten haben. Ferner können die
bei den anderen Komponenten verwendeten Werkstoffe passend zu den
Substanzen, für
die die Schlauchkupplung verwendet werden soll, variiert werden.
-
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform werden
Rollen 42a, b und 44a, b verwendet. Diese können natürlich auch
weggelassen oder durch Führungs-
oder Gleitblöcke
ersetzt werden, die die entsprechende Funktion erfüllen.
-
Des weiteren kann die Welle 40,
die bei der bevorzugten Ausführungsform
lösbar
am Kolben 20 befestigt ist, auch integraler Teil des Kolbens
selbst sein.
-
Begrenzungsflansche 19a–c können vorteilhafterweise
durch Stifte ersetzt werden, die in Auskragungen 12a–c eingesetzt
sind und dieselbe Funktion erfüllen.
Dies vereinfacht die Herstellung des Stellglieds.
-
Die Öffnungen oder Ausnehmungen 16a,
b im Stellglied müssen
nicht unbedingt glatt abgerundete Enden haben, sondern können auch
gerade sein oder eine andere zweckdienliche Form haben.
-
Ungeachtet der Tatsache, das bei
der gezeigten Vorrichtung Nuten 32a, b in der
inneren Oberfläche
des Gehäuses 50 vorgesehen
sind, in denen die Welle 40 verläuft, ist auch die umgekehrte Anordnung
denkbar, d. h. an der inneren Oberfläche des Gehäuses sind schräg ausgerichtete
Vorsprünge vorgesehen,
die mit der Welle in Eingriff gehen.