DE3000619C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum Verbinden von Druck­ mittelleitungen nach den Oberbegriff des Anspruchs 1, insbeson­ dere eine hebelbetätigbare Kupplung zum lösbaren Verbinden von im Durchmesser großen Hochdruck­ leitungen, wenn eine oder beide der Leitungen unter Druck stehen.

Die für diesen Zweck bekannten Kupplungen besitzen eine mit einem Ventil versehene Muffe an einer der Leitungen und einen mit einem Ventil versehenen Nippel an der ande­ ren Leitung. Wenn die Muffe und der Nippel voneinander getrennt sind, ist das in jedem dieser Teile vorhandene Ventil geschlossen, so daß kein Druckmittel aus den Leitungen austreten kann. Nach dem Verbinden des Nippels mit der Muffe müssen die Ventile geöffnet werden. Zu diesem Zweck ist die Muffe gewöhnlich mit einem Hand­ griff oder Hebel versehen, durch dessen Verschwenken eine Ventilanordnung und die Muffe derart relativ zuein­ ander gedreht werden, daß beide Ventile öffnen. Bei Leitungen, die unter hohem Druck (über 70 bar) stehen und einen großen Innendurchmesser von mindestens 12,7 mm haben, ist für eine Relativbewegung zwischen der Ventil­ anordnung und der Muffe eine so starke Kraft erforder­ lich, daß das Ventil von Hand nicht oder nur sehr schwer betätigt werden kann.

Bekannte hebelbetätigte Kupplungen mit einer Muffe, die mit einem Ventil versehen ist, und einem Nippel, der mit einem Ventil versehen ist, sind in den US-PS 36 80 591, 40 09 729, 37 10 823 und 40 74 698 angegeben. Eine bekannte Kupplung, die eine Muffe mit einem Ventil und einen Nippel mit einem Ventil besitzt und in der die Ventile durch Beaufschlagung mit einem Druckmittel­ druck geöffnet werden, ist in der US-PS 37 30 221 ange­ geben.

Eine Kupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US-PS 37 30 221 bekannt. Die vorbekannte Kupplung besitzt eine Muffe mit einem Ventil und einem Nippel mit einem Ventil. In ihr können die Ventile durch Beaufschlagung mit einem Druckmittel­ druck geöffnet werden. Die Betätigung erfolgt dabei durch den Druck in der Kupplung, der einer volumenveränderlichen Kammer zugeführt wird. Die volumenveränderliche Kammer ist mit der Druckleitung selbst verbunden, nicht mit dem Druckraum zwischen den beiden Kupplungsteilen, also zwischen der Muffe und dem Nippel. Hierdurch ist es möglich, daß auf der Nippel-Seite ein höherer Druck herrscht als auf der Muffen-Seite; dann wird dem Gegendruckraum der (geringere) Druck der Muffenseite zugeführt, während auf der Nippel-Seite ein höherer Druck herrscht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupplung zum Verbinden von Druckmittelleitungen der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei der Verwendung an im Durchmesser großen Hochdrucklei­ tungen mit einem Hebel betätigbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der gattungsgemäßen Kupplung zum Verbinden von Druckmittelleitungen durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Es ist ein Kanal vorgesehen, der bei geschlossener Hülsen-Ventilanordnung und bei geschlossener Nippel-Ventilanordnung den Druckraum mit dem Gegendruckraum verbindet, so daß Druckmittel von dem Druck­ raum in den Gegendruckraum strömt, wenn die Hülsen-Ventilanord­ nung und die Nippel-Ventilanordnung durch eine Nockeneinrichtung geöffnet werden. Umgekehrt strömt Druckmittel von dem Gegen­ druckraum zu dem Druckraum, wenn die Hülsen-Ventilanordnung und die Nippel-Ventilanordnung durch die Nockeneinrichtung geschlos­ sen werden. Die Nockeneinrichtung dient zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen der Muffe und der Hülse. Weiterhin trachtet das in dem Gegendruckraum befindliche Druckmittel, die Hülse zum Nippel hin zu bewegen. Durch diese Anordnung ist ge­ währleistet, daß sofort nach dem Öffnen der Ventilanordnungen ein Druckausgleich wirksam wird, so daß die durch die Nocken­ einrichtung zur Bewegung der Hülse aufzubringende Kraft sofort, also unmittlbar nach dem Aufsteuern der Ventilanordnungen, vermindert wird. Die Betätigung erfolgt durch den Druck in der Kupplung, der einer volumenveränderlichen Kammer zugeführt wird. Die Verbindung der volumenveränderlichen Kammer mit dem Druck­ raum zwischen den beiden Kupplungsteilen stellt sicher, daß der in dem Gegendruckraum herrschende Druck stets gleich groß ist wie derjenige Druck, der auf die Ventilanordnung wirkt.

In der nachstehend ausführlich beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Kupplung eine an einer Leitung befestigte Muffe und einen an einer anderen Leitung befestigten Nippel. Die Muffe ist mit einer von einer Hülse getragenen Tellerventilanordnung und mit einem Hebel versehen, mit dem eine Relativbewe­ gung zwischen der Muffe und der Hülse herbeigeführt werden kann. Die Hülse besitzt eine ringförmige Gegen­ druckfläche, die zusammen mit der Muffe einen volumenver­ änderlichen Gegendruck begrenzt. In dem Nippel ist eben­ falls eine Tellerventilanordnung vorgesehen.

Wenn die Muffe und der Nippel voneinander getrennt sind, dann sind die in diesen beide Teilen angeordneten Tellerventilanordnungen geschlossen, so daß kein Druckmittel aus den Leitungen austreten kann. Wenn der Nippel und die Muffe miteinander verbunden worden sind, begrenzen die Tellerventilanordnungen einen zwischen ihnen vorhandenen Druckraum und bleiben die Tellerventil­ anordnungen geschlossen, so daß der zwischen ihnen vor­ handene Druckraum von dem in den Leitungen vorhandenen Druckmitteldruck abgesperrt ist. Über einen in der Hülse vorhandenen Kanal steht der Druckraum mit dem Gegendruck in Verbindung, so daß in diesem Zustand der Kupplung die Gegendruckfläche der Hülse nur mit dem Luft­ druck in dem zwischen den Tellerventilen vorhandenen Druck­ raum beaufschlagt ist.

Wenn der Hebel verschwenkt wird und die Tellerventilan­ ordnungen sich zu öffnen beginnen gelangt zwischen ihnen der vorhandene Druckraum unter den Einfluß des hohen Druckmitteldrucks in einer oder beiden der Leitungen. Mit dem derart erhöhten Druck wird die eine Stirnfläche der Hülse beaufschlagt, wodurch ein Verschwenken des Hebels ein Widerstand entgegengesetzt wird. Diese Kraft wird jedoch im wesentlichen ausgeglichen durch eine im Gegen­ sinn dazu auf die Hülse einwirkende Kraft, die darauf zu­ rückzuführen ist, daß der Druck in dem zwischen den Teller­ ventilen vorhandenen Druckraum auch auf die Gegendruck­ fläche einwirkt. Infolge des fortgesetzten Vorschubes der Hülse gegenüber der Muffe nimmt das Volumen des Gegen­ druckraums zu; diesen Volumen wird mit Druckmittel aus dem zwischen den Tellerventilen vorhandenen Druckraum gefüllt.

Wenn vor dem Abtrennen des Nippels von der Muffe die in diesen beiden Teilen vorhandenen Tellerventilanordnungen geschlossen werden sollen, wird durch Verschwenken des Hebels die Hülse zurückgezogen, so daß das Volumen des Gegendruckraumes kleiner wird und Druckmittel aus diesem Raum durch den Kanal zurück in den zwischen den Teller­ ventilen vorhandenen Druckraum strömen kann und nicht über eine eigene Leitung in einen Behälter zurückgeführt zu werden braucht.

Die Erfindung schafft somit eine handbetätigbare Kupplung, mit der im Durchmesser große Hochdruckflüssigkeitsleitun­ gen verbunden werden können, während die Leitungen unter Druck stehen. Die eine Leitung ist mit einer Muffe und einer Hülse versehen sowie mit einem Hebel zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen der Muffe und der Hülse. Die andere Leitung ist mit einem Nippel versehen. Wenn der Nippel und die Muffe miteinander verbunden worden sind, ist zwischen ihnen ein Druckraum vorhanden, der zunächst von beiden Leitungen abgetrennt ist. Dann wird durch Ver­ schwenken des Hebels die Hülse zu dem Nippel hin vorge­ schoben, wodurch die in der Hülse und in dem Nippel vor­ gesehenen Tellerventile geöffnet werden und über den zwischen ihnen vorhandenen Druckraum die Leitungen mit­ einander verbunden werden. Die Hülse besitzt eine Gegen­ druckfläche, die unter bestimmten Bedingungen mit dem zwischen den Tellerventilen vorhandenen Druckraum in Ver­ bindung steht, so daß der hohe Flüssigkeitsdruck aus jeder der Leitungen auf die Hülse einen Gegendruck aus­ übt.

Weitere Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

Fig. 1 in einer Seitenansicht, teilweise geschnitten die Kupplung bei geschlossenen Tellerventilen in der Muffe und dem Nippel und

Fig. 2 in einer ähnlichen Darstellung wie Fig. 1 die Kupplung mit offenen Tellerventilen in der Muffe und im Nippel.

Die in der Fig. 1 gezeigte Kupplung besitzt eine Muffe 11, eine Hülse 12, eine Hebeleinrichtung 13 und einen Nippel 14.

Die Muffe 11 besitzt einen zylindrischen Muffenkörper 18 und ein mit diesem verschraubten Endstück 19, das mit einer geeigneten Klemmschraube festgelegt ist. Der Muffen­ körper 18 trägt an seinem vorderen Ende eine Rasteinrich­ tung 20 zum lösbaren Festlegen des Nippels 14 an der Muffe 11. Diese Rasteinrichtung 20 besitzt in bekannter Weise mehrere Rastkugeln 21, die in je einem radialen Loch des Muffenkörpers 18 angeordnet sind. Gemäß Fig. 1 werden die Rastkugeln 21 von einer Rasthülse 22 in einer radial einwärtsgelegenen Stellung gehalten, so daß der Nippel 14 an der Muffe 11 festgelegt ist. Wenn die Rasthülse 22 gegen die Wirkung der Feder 23 in der einen oder anderen Richtung bewegt wird, können sich die Rast­ kugeln radial auswärtsbewegen, so daß der Nippel 14 gegenüber der Muffe 11 freigegeben wird.

Die Hebeleinrichtung 13 besitzt einen Handgriff oder Hebel 27, der mittels eines Zapfens 29 auf einer Welle 28 befestigt ist. Diese sitzt in einer geeigneten Radialöff­ nung des Endstückes 19 und ist mit einem Sprengring derart festgelegt, daß die Welle 28 mittels des Hebels 27 ge­ dreht werden kann. In der Welle 28 sind flache Vertiefungen ausgebildet, in die ein federbelastetes Rastglied 30 der­ art eingreift, daß die Welle 28 entweder in der in Fig. 1 gezeigten Stellung (Schließstellung) oder in der in Fig. 2 gezeigten Stellung (Offenstellung) gehalten wird. In ein Loch der Welle 28 greift ein Zapfen 31 ein, der einwärts in eine Ringnut der Hülse 12 vorsteht. Auf beiden Seiten dieser Ringnut sind Lagerringscheiben 32 vor­ gesehen, welche die Reibung herabsetzen und einen übermäßigen Verschleiß zwischen der Ringnut in der Hülse 12 und dem Zapfen 31 verhindern.

Die Hülse 12 trägt eine der Muffe zugeordnete Ventilanord­ nung 33. Der Nippel 14 trägt eine ihm zugeordnete Ventil­ anordnung 34. Jede Ventilanordnung besitzt einen Haupt- Ventilteller 35, der einen Dichtring 36 trägt. Jeder Haupt-Ventilteller 35 ist mit einem ihm zugeordneten, zylindrischen Ventilschaft 37 verbunden, der in einer ihm zugeordneten Lagerringscheibe 38 verschiebbar gelagert ist. Jede Lagerringscheibe 38 ist mit Hilfe von Speichen 39 festgelegt, die mit der Lagerringscheibe einstückig sind und sich von ihr radial auswärts erstrecken und mit einem geeigneten Sprengring festgelegt sind.

Jede Ventilanordnung 33 und 34 besitzt ferner einen Vor­ steuer-Ventilteller 40, der in dem einen Ende des Ventil­ schafts 37 verschiebar gelagert ist und sich dicht an eine komplementäre Dichtfläche des Haupt-Ventiltellers 35 anlegt. Jeder Haupt-Ventilteller 35 ist mittels einer Feder zu seiner Schließstellung hin belastet. Jeder Vor­ steuer-Ventilteller 40 ist von einer Feder 42 zu seiner Schließstellung hin belastet.

Die Ventilanordnungen 33 und 34 begrenzen einen zwischen ihnen vorhandenen Druckraum 43. Die Stirnfläche der Hülse 12 ist an deren Austrittsende mit dem Druck in dem Druckraum 43 beaufschlagt. Wenn der Druck in dem Druck­ raum 43 relativ hoch ist, d. h. höher als 70 bar, übt dieser Druck auf die austrittsseitige Stirnfläche der Hülse 12 eine beträchtliche Kraft aus, die trachtet, die Hülse 12 von dem Nippel 14 weg nach links zu bewe­ gen.

Die Hülse 12 besitzt ferner eine ringförmige Gegendruck­ fläche 48, die dem Eintrittsende der Hülse 12 zugekehrt und so angeordnet ist, daß der die Gegendruckfläche beaufschlagende Druckmitteldruck die Hülse 12 nach rechts zu dem Nippel 14 hin zu bewegen trachtet. Zwischen der Gegendruckfläche 48 der Hülse 12 und der Muffe 11 ist ein volumenveränderlicher Gegendruckraum 49 vorhanden, der über einen die Hülse 12 radial und axial durchsetzen­ den Kanal 50 mit dem Druckraum 43 in Verbindung steht, wenn die Ventilanordnungen 33 und 34 geschlossen oder ganz oder teilweise offen sind.

Jetzt sei die Wirkungsweise der in den Zeichnungen dar­ gestellten Kupplung erläutert. Die Hülse 12 ist an ihrem Eintrittsende mit einer nicht gezeigten, ersten Leitung verschraubt. Der Nippel 14 ist an seinem Austrittsende mit einer nicht gezeigten, zweiten Leitung verschraubt. Die Ausdrücke "Eintrittsende" und "Austrittsende" wer­ den hier nur der Klarheit halber verwendet. Natürlich kann das Druckmittel in der einen oder anderen Richtung durch die Kupplung strömen. Häufig wird die Kupplung zusammen mit einer zweiten Kupplung derart verwendet, daß vorlaufendes Druckmittel durch die eine Kupplung und rücklaufendes Druckmittel durch die andere Kupplung strömt.

Wenn die Muffe 11 und der Nippel 14 voneinander ge­ trennt sind, befindet sich die Hebeleinrichtung 13 in der in Fig. 1 gezeigten Schließstellung und ist daher die Hülse 12 zurückgezogen. Dann wird der Nippel 14 in das Austrittsende der Muffe 11 eingeführt und mit den Rastkugeln 21 festgelegt. In diesem Zustand der Kupplung kann in der ersten oder in der zweiten Leitung oder in beiden Leitungen ein Druckmitteldruck vorhanden sein. Da die in der Muffe und in dem Nippel vorhandenen Ventil­ anordnungen 33 und 34 geschlossen sind, enthält der Druckraum 43 nur unter relativ niedrigem Druck stehende Luft. In diesem Zustand wird über den Kanal 50 in dem Gegendruckraum 49 derselbe Druck aufrechterhalten wie im Druckraum 43.

Zum Öffnen der Ventilanordnungen 33 und 34 in der Muffe und dem Nippel werden durch Verschwenken des Hebels 27 die Welle 28 und der Zapfen 31 gedreht, so daß der axiale Vorschub der Hülse 12 zu dem Nippel 14 hin beginnt. Dieser Bewegung wird zunächst ein Widerstand entgegengesetzt, der auf die Reibung an den Dichtflächen auf die Wirkung der Federn 42 und auf die in der Hülse 12 und dem Nippel 14 vorhandenen Druckmitteldrücke zurückzuführen ist, mit denen die Rückseite jedes der relativ kleinen Vorsteuer- Ventilteller 40 beaufschlagt wird. Wenn die Vorsteuer- Ventilteller 40 öffnen, gelangt auch der Druckraum 43 unter den Einfluß der in der Hülse 12 und dem Nippel 14 vorhandenen Druckmitteldrücke. Die Beaufschlagung der rechten Stirnfläche der Hülse 12 mit dem jetzt in dem Druckraum 43 vorhandenen Druck wirkt der weitergehenden Bewegung der Hülse 12 nach rechts entgegen. Diese Wider­ standskraft wird jedoch im wesentlichen ausgeglichen durch den im Gegendruckraum 49 vorhandenen Druckmitteldruck, der gleich dem Druckmitteldruck in dem Druckraum 43 ist.

Infolgedessen brauchen für den fortgesetzten Vorschub der Hülse 12 nach rechts auf den Hebel 27 keine über­ mäßig hohen Drehmomente ausgeübt werden. Bei geöffneten Vorsteuer-Ventiltellern 40 greifen diese an den Haupt- Ventiltellern 35 an, so daß auch diese öffnen. Während dieses Vorschubes der Hülse nimmt das Volumen des Gegen­ druckraumes 49 zu und wird dieses zunehmende Volumen mit Druckmittel aus dem Druckraum 43 gefüllt. Nach einem Ver­ schwenken des Hebels 27 um volle 180° befindet sich die Kupplung in ihrer vollständig geöffneten Stellung, die in der Fig. 2 gezeigt ist und in der Druckmittel in der einen oder anderen Richtung frei durch die Kupplung strömen kann.

Zum Trennen der Kupplung wird der Hebel 27 aus seiner in Fig. 2 gezeigten Stellung verschwenkt, so daß der Zapfen 31 die Hülse 12 von dem Nippel 14 weg nach links bewegt. Während der Bewegung der Hülse 12 nach links nimmt das Volumen des Gegendruckraums 49 ab und strömt Druck­ mittel aus dem Gegendruckraum 49 durch den Kanal 50 in den Druckraum 43 zurück. Während der fortgesetzten Bewe­ gung der Hülse 12 nach links schließen zuerst die Haupt- Ventilteller 35 und danach die Vorsteuer-Ventilteller 40, bis die Kupplung wieder die in der Fig. 1 gezeigte Schließstellung eingenommen hat. In dieser ist der Druck­ raum 43 sowohl gegenüber dem Druckmitteldruck in der mit der Hülse 12 verbundenen Leitung als auch gegenüber dem Druckmitteldruck in der mit dem Nippel 14 verbundenen Leitung abgesperrt. Jetzt wird die Rasthülse 22 relativ zu dem Muffenkörper 18 derart bewegt, daß sich die Rastkugeln 21 radial auswärts bewegen und dadurch den Nippel 14 freigeben können, der nun von der Muffe 11 ab­ genommen werden kann.

Claims (3)

1. Kupplung zum Verbinden von Druckmittelleitungen, bestehend aus
einer Muffe (11), in der eine ein inneres und ein äußeres Ende aufweisende Hülse (12) längsverschieblich gelagert ist, die eine Hülsen-Ventilanordnung (33) trägt, welche in eine die Enden der Hülse (12) über einen Strömungsweg verbindende Offenstellung und in eine den Strömungsweg zwischen den Enden der Hülse (12) absperrende Schließstellung bringbar ist,
einer mit der Muffe (11) in der Nähe von deren innerem Ende kuppelbaren Nippel (14), der eine Nippel-Ventilanordnung (34) trägt, welche in eine Offenstellung und in eine Schließ­ stellung bringbar ist,
einer Rasteinrichtung (20) zur lösbaren Verrastung (Kupp­ lung) der Muffe (11) mit dem Nippel (14), wobei die Hülsen- Ventilanordnung (33) und die Nippel-Ventilanordnung (34) im gekuppelten Zustand zwischen sich einen Druckraum (43) be­ grenzen,
wobei das innere Ende der Hülse (12) eine dem Nippel (14) zugewandte, dem Druck in dem Druckraum (43) ausgesetzte Stirnfläche aufweist, und
wobei die Hülse (12) eine von dem Nippel (14) abgewandte Gegendruckfläche (48) aufweist, die einen volumenveränder­ lichen Gegendruckraum (49) zwischen der Hülse (12) und der Muffe (11) begrenzt,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Muffe (11) und der Hülse (12) eine Hebel­ einrichtung (27-32) zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen der Muffe (11) und der Hülse (12) angeordnet ist, und
daß ein Kanal (50) vorgesehen ist, der bei geschlossener Hülsen- und Nippel-Ventilanordnung (33, 34) den Druckraum (43) mit dem Gegendruckraum (49) verbindet, so daß Druck­ mittel von dem Druckraum (43) in den Gegendruckraum (49) oder zurück strömt, wenn die Hülsen- und Nippel-Ventil­ anordnung (33, 34) durch die Hebeleinrichtung (27-32) geöffnet oder geschlossen werden,
wobei die Hülse (12) durch den Druckmitteldruck in dem Gegendruckraum (49) zum Nippel (14) hinbewegbar ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen-Ventilanordnung (33) einen Haupt-Ventilteller (35) und einen Vorsteuer-Ventilteller (40) aufweist, die beide eine dem Druckraum (43) zugewandte und dem darin herrschen­ den Druck ausgesetzte Fläche aufweisen, wobei die Fläche des Vorsteuer-Ventiltellers (40) kleiner ist als diejenige des Haupt-Ventiltellers (35) und wobei bei einer Bewegung der Hülse (12) in Richtung auf den Nippel (14) zu der Vorsteuer- Ventilteller (40) vor dem Haupt-Ventilteller (35) öffnet.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (50) durch die Hülse (12) verläuft und daß die Gegendruckfläche (48) eine Ringfläche am äußeren Umfang der Hülse (12) umfaßt.