DE3877901T2

DE3877901T2 - Gegen den leitungsdruck verbindbare rohrkupplung.

Info

Publication number: DE3877901T2
Application number: DE8888309811T
Authority: DE
Inventors: Phillip G Fuerst; Robert A Laipply; Brian A Mack
Original assignee: Aeroquip AG
Current assignee: Aeroquip AG
Priority date: 1987-11-09
Filing date: 1988-10-19
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2008-10-20
Also published as: JPH01158286A; EP0316080B1; BR8805761A; CA1306270C; EP0316080A2; EP0316080A3; DE3877901D1; JPH0364754B2; MX166785B; US4786029A

Description

Pneumatisch und hydraulisch betriebene Werkzeuge werden von Kompressoren und Pumpen durch flexible Schläuche mit einem unter Druck stehenden Medium versorgt. Das Schlauchsystem umfaßt eine Kupplung, die verbindbare und lösbare Teile zum wahlweisen Kuppeln des Werkzeugs an den Kompressor oder die Pumpe aufweist.
Wenigstens eines der Kupplungsteile oder -hälften umfaßt normalerweise ein axial bewegliches Ventil, das mit einem Gegenstück an der anderen Kupplungshälfte in Eingriff steht, der das Ventil während des Verbindens der Hälften öffnet und Durchfluß durch die Kupplung ermöglicht.
Normalerweise befindet sich das unter Druck stehende Medium in der mit dem Ventil versehenen Kupplungshälfte und das Einwirken dieses Innendrucks auf quer zur Bewegungsachse des Ventils liegenden Ventiloberflächen bewirkt eine hohe axiale Vorspannkraft auf das Ventil in Richtung der Schließposition. Daher müssen während des Kuppelns sehr hohe axiale Kräfte auf die Kupplungshälften ausgeübt werden, um das Ventil gegen die darauf ausgeübten Kräfte des unter Druck stehenden Mediums zu bewegen. In Systemen, deren Medium unter einem Druck von bis zu 345 bar (5000psi) steht, können die zum Erreichen einer Kupplungsverbindung nötigen Kräfte so hoch werden, daß das System drucklos gemacht werden muß, bevor die Kupplungsteile verbunden werden.
Ein Ziel der Erfindung ist es, eine ein Ventil umfassende, gegen den Leitungsdruck verbindbare Kupplung zur Verfügung zu stellen, bei welcher der Einfluß des unter Druck stehenden Mediums auf das Ventil in Richtung der Schließposition so klein wie möglich ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine gegen den Leitungsdruck verbindbare Kupplung für Hochdrucksysteme zur Verfügung zu stellen, bei der ein axial bewegliches Ventil verwendet wird, bei dem die dem unter Druck stehenden Medium ausgesetzte Fläche genau reguliert und gesteuert werden kann, um zu verhindern, daß übermäßige axiale Ventilöffnungskräfte während des kuppelnden Verbindens der Teile benötigt werden.
Noch ein Ziel der Erfindung ist es, eine gegen den Leitungsdruck verbindbare Kupplung für unter Druck stehende Systeme zur Verfügung zu stellen, bei der ein axial bewegliches Ventil verwendet wird, bei dem die auf das Ventil in Richtung der Schließposition ausgeübten Kräfte so klein wie möglich gemacht werden, die Konstruktion wirtschaftlich und mit herkömmlichen Fertigungsverfahren jederzeit herstellbar ist, und bei der Mittel zum drucklos machen vorgesehen sind, um selbst im Fall einer internen Hydraulikleckage eine Ventilbetätigung zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Kupplungsteil wird in Anspruch 1 beschrieben. Das Ende des Körpers zum Anschließen einer Leitung kann mit einem Schlauch, einer Leitung oder dergl. verbunden werden, während das Verbindungsende zum Kuppeln mit einem entgegengesetzt geformten Kupplungsteil vorgesehen ist. Die Hülse mit offenem Ende, die den Ventilkragen aufnimmt, und die ringförmige, zwischen der Hülse und dem Ventilkragen anschließend an das offene Ende des Kragens eingesetzte Dichtung dienen als Führung, die verhindert, daß die Abschnitte des inneren Endes des Ventils, die einen geringeren Durchmesser als der Kragen haben, dem unter Druck stehenden Medium im Kanal des Körpers ausgesetzt werden. Die Fläche der quer zur Ventillängsachse stehenden Druckfläche steuert die durch das unter Druck stehende Medium auf das Ventil in Richtung seiner Schließposition ausgeübte Längskraft.
Die Hülse ist vorzugsweise mit einem Einrichtungs- oder Rückschlagventil ausgestattet, das unter Druck stehendem Hydraulikmedium, welches in die Hülse und das Ventil eingedrungen sein kann, ermöglicht, zu entweichen, wenn das Ventil in seine offene Position bewegt wird, um richtiges Funktionieren des Ventils während des Kupplungsvorgangs sicherzustellen. Das Entlüftungsventil steht mit dem Körperkanal in Verbindung, und sein Ventilelement verhindert, daß der Druck in dem Kanal auf die Hülse und das Ventil übergreift.
Die Ausführung der Erfindung minimiert die Anzahl von Bauteilen im Vergleich zu bekannten gegen den Leitungsdruck verbindbaren Ausgleichskupplungen, und weil die Hülse in das unter Druck stehende System entlüftet wird, erfolgt kein Austreten von Öl in die Atmosphäre oder das Äußere der Kupplung.
Die vorstehend beschriebenen Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichungnen.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht im Teilschnitt einer dem Stand der Technik entsprechenden, gegen den Leitungsdruck verbindbaren Kupplung, gegenüber der die Erfindung eine Verbesserung darstellt,
Fig. 2 ist eine Ansicht im Teilschnitt einer Kupplung mit den erfindungsgemäßen Konzepten, wobei das Ventil in der Schließposition dargestellt ist,
Fig. 3 ist ein vergrößerter Detailschnitt des Ventilkopfes in geschlossenem Zustand, und
Fig. 4 ist eine vergrößerte Detailansicht im Schnitt der zwischen der Hülse und dem Ventilkragen eingesetzten Dichtung.
Fig. 1 zeigt eine dem Stand der Technik entsprechende, gegen den Leitungsdruck verbindbare Kupplung, gegenüber der die Erfindung eine Verbesserung darstellt. Obgleich das Kupplungsteil, in dem die Erfindung angewendet ist, entweder den männlichen oder den weiblichen Teil der Kupplung bilden kann, ist der dargestellte Kupplungsteil vom männlichen Typ, und die Abmessungen entsprechen den HTMA-Standards.
Die Kupplung umfaßt einen ringfömigen Körper 10, der einen inneren konzentrischen Kanal 12 hat, und Körper und der Kanal sind zum Verbinden des Körpers mit dem Fitting eines Schlauchs oder einer ähnlichen Leitung, die wohlbekannt sind, bei 14 mit einem Innengewinde versehen. Auf dem Körper ist ein Sechskant 16 zum Aufnehmen eines Schraubenschlüssels ausgebildet.
Der Körper 10 ist bei 18 mit einem Gewinde versehen, um eine ringförmige Muffe 20 aufzunehmen, welche eine zylindnsche Fläche 22 mit verringertem Durchmesser aufweist, in der eine Rille 24 zur Aufnahme von Verriegelungskugeln ausgebildet ist. Diese Gestaltung ist als durch die HTMA-Standards festgelegt wohlbekannt. Im Inneren definiert die Kopfmuffe 20 eine Kammer 26.
Ein röhrenförmiges Ventil 28 ist hin- und herbeweglich innerhalb des Kanals 12 und der Kammer 26 montiert. Das Ventil 28 umfaßt eine zylindrische Fläche 30, die von einer im Inneren der Muffe 20 ausgebildeten Gegenfläche mit wenig Spiel aufgenommen wird, und das Ventil umfaßt weiterhin einen röhrenförmigen Kragen 32, der den inneren Bereich der Kammer 26 definiert. Der Kragen 32 umgibt die innere Bohrung 34 des Ventils.
Ein ringförmiger Kopf 36 mit einer konischen Fläche, die dichtend mit einem konischen, auf der Kopfmuffe 20 ausgebildeten Ventilsitz 38 zusammenwirkt, ist auf dem Ventil 28 ausgebildet. Der Kopf 36 umfaßt eine radial angeordnete Fläche 39, die eine quer zu der Längsrichtung des Ventils angeordnete, dem Druck des Mediums in der Kammer 26 ausgesetzte Fläche bildet.
Eine Druckfeder 40 ist innerhalb der Bohrung 34 des Ventils angeordnet und greift an einer Fläche 48 des Ventils und dem Ende eines in dem Kanal 12 befestigten Einsatzkörpers 42 an. Die Feder 40 beaufschlagt das Ventil 28 in Richtung der in Fig. 1 gezeigten Schließposition. Innen ist der Einsatz 42 mit einer zylindrischen Fläche 44 versehen, die teleskopartig den Ventilkragen 32 aufnimmt. Innere Kanäle 46 erlauben das Strömen von unter Druck stehendem Medium zwischen dem Kanal 12 und der Kammer 26, vorbei an dem Einsatzkörper 42.
Das Unter-Druck-Setzen des Inneren des Körpers 10 bewirkt, daß das unter Druck stehende Medium in der Kammer 26 eine Axialkraft auf das Ventil 28 nach links, d.h. in Richtung der Schließposition, ausübt, die der Oberfläche der Ringfläche 39, die keinen von dem unter Druck stehenden Medium verursachten Kräften nach rechts ausgesetzt ist, proportional ist. Eine ringförmige Dichtung 31, die in Eingriff mit der Fläche 30 steht, bildet eine Dichtung zwischen dem Ventil und der Kopfmuffe 20, und der Unterschied zwischen dem Durchmesser der Fläche 30 und dem innersten Durchmesser der Fläche 39 bestimmt die Fläche, die eine Vorspannkraft nch links auf das Ventil 28 erzeugt. Jedoch werden zusätzlich zu den auf Fläche 39 ausgeübten Kräften durch zwischen den Kragen 32 und den Einsatzkörper 42 fließendes Fluid Axialkräfte auf das Ventil 28 ausgeübt, so daß der Druck in Inneren der Ventilbohrung 34 auf die Fläche 48 und das rechte Ende des Kragens 32 wirkt. So üben die durch die Fläche 48 und das Ende des Kragens 32 definierten Flächen eine zusätzliche Axialkraft nach links auf das Ventil 28 aus, und all die vorstehend genannten Drücke müssen überwunden werden, wenn der Körper 10 mit dem anderen Kupplungsteil 51, wie in Fig. 1 gezeigt, verbunden wird.
Das Teil 51 repräsentiert ein herkömmliches weibliches Kupplungsteil, in dem ein Gegenstück 53 mit einer Endfläche 55 ausgebildet ist. Das Kupplungsteil 51 umfaßt außerdem die üblichen, nicht gezeigten, Verriegelungskugeln, die in der Kugelrille 24 aufgenommen werden, wenn die vollständige Verbindung hergestellt wird.
Wenn der Körper 10 zu dem weiblichen Teil 51 ausgerichtet ist und die Teile aufeinander zubewegt werden, so daß das Ende 55 des Gegenstücks mit dem Ende des Ventils 28 in Eingriff gerät, müssen die durch das unter Druck stehende Medium innerhalb des Körpers 10 auf das Ventil 28 ausgeübten Axialkräfte überwunden werden, um das Ventil in den offenen Zustand zu versetzen. Wie bereits dargelegt, kann diese zum Verbinden der Kupplungsteile benötigte Axialkraft sehr hoch sein und erfordern, daß der Druck in der Kammer 26 deutlich gesenkt werden muß, indem die Druckquelle abgeschaltet oder der den Körper 10 versorgende Schlauch oder die Leitung drucklos gemacht wird. Nachdem der Körper 10 vollständig mit dem Teil 51 verbunden ist, wird das Ventil 28 genügend in die offene Position nach rechts bewegt, um zuzulassen, daß Fluid um den Kopf 36 und durch beide Kupplungsteile fließen kann.
Eine ähnliche Kupplung nach dem Stand der Technik ist aus US-A-2 735 696 bekannt.
Die gegen den Leitungsdruck verbindbare Kupplung gemäß der Erfindung ist in den Fig. 2-4 dargestellt, und weil viele der Bauteile identisch mit den vorstehend beschriebenen sind, wurden apostrophierte Bezugszeichen verwendet, um identische Bauteile zu bezeichnen, die auf die oben genannte Weise funktionieren.
Die Verbesserung umfaßt die Verwendung eines in dem Körperkanal 12' befestigten Einsatzkörpers 50, welcher einen vergrößerten Abschnitt 52 aufweist, um darin den O-Ring 54 aus Elastomer aufzunehmen, der dichtend in Eingriff mit der äußeren Oberfläche des Ventilkragens 32' steht. So verhindert die Dichtung 54, daß unter Druck stehendes Medium aus der Kammer 26' in den Einsatzkörper 50 eindringt.
Öffnungen 56 erlauben ein Strömen von unter Druck stehendem Medium um den Einsatzkörper 50 von dem Kanal 12' in die Kammer 26', und das geschlossene Ende des Einsatzkörpers 50 ist konzentrisch mit Gewindegängen 58 zum Aufnehmen eines Kugelkäfigs 60 versehen. Das Ende des Einsatzkörpers 50 ist mit einer ringförmigen Schulter 62 versehen, mit der eine Kugel 64 des Rückschlagventils dichtend in Eingriff steht, und die Kugel wird durch eine Druckfeder 66, die sich auch auf dem Kugelkäfig 60 abstützt, in Eingriff mit der ringförmigen Schulter 62 beaufschlagt. So bildet die Kugel 64 ein Rückschlagventil, das ermöglicht, daß Fluid oder unter Druck stehendes Medium innerhalb des Einsatzkörpers 50 aus diesem in den Kanal 12' strömt. Ein Strömen des unter Druck stehenden Mediums aus dem Inneren des Körpers 10' in den Einsatzkörper 50 wird jedoch wegen des dichtenden Eingriffs der Kugel 64 mit der Schulter 62 verhindert.
Mit der erfindungsgemäßen Kupplung ist unter normalen Umständen die einzige durch das unter Druck stehende Medium auf das Ventil 28' nach links ausgeübte axiale Vorspannkraft die, welche über die Fläche 39' ausgeübt wird. Die Dichtung 54 verhindert, daß das unter Druck stehende Medium von der Kammer 26' in den Einsatzkörper 50 eindringt, und entsprechend werden keine nennenswerten Innendrücke auf die Ventilfläche 48' oder das rechte Ende des Ventilkragens 32' ausgeübt. Die von der Feder 40' auf das Ventil ausgeübten Kräfte sind nicht groß, und der Zweck dieser Feder ist, das Ventil 28' in der Schließposition zu halten, egal, ob der Körper 10' unter Druck steht oder nicht.
Nach dem Verbinden des Körpers 10' mit der anderen Kupplungshälfte wird das Ventil 28' in dem Einsatzkörper 50 nach rechts bewegt. und so sind die zum Erreichen des Kuppelns nötigen Verbindungskräfte relativ gering, wenn man sie mit jenen vergleicht, die bei einer Kupplung nach Fig. 1 nötig sind.
Im Fall, daß über einen längeren Zeitraum unter Druck stehendes Medium, wie Hydrauliköl, durch die Dichtung 54 in den Einsatzkörper 50 dringt und den Einsatzkörper 50 und das Ventil mit Öl füllt, bleibt die Kupplung immer noch benutzbar, weil die Kugel 64 von der Ventilsitzschulter 62 wegbewegt wird, wenn das Ventil 28' nach rechts bewegt wird. In einem solchen Fall wird in dem Ventil und dem Einsatzkörper 50 befindliches Öl in den Körper 10' abgeführt und entweicht nicht in die Atmosphäre oder in die Umgebung.
Es ist erkennen, daß bei der Verwirklichung der Erfindung herkömmliche Fertigungstechniken zum Herstellen des Einsatzkörpers 50 und der damit zusammenhängenden Bauteile verwendet werden können, und daß die erfindungsgemäße Vorrichtung leicht zusammengebaut werden kann und im Vergleich zu bekannten Kupplungen mit Druckausgleich eine verringerte Anzahl von Teilen erfordert.

Claims

1. Gegen den Leitungsdruck verbindbare Kupplung für ein unter Druck stehendes Medium, umfassend

einen röhrenförmigen Körper (10') mit einem axialen Kanal (12'), einem Ende zum Anschließen einer Leitung und einem Verbindungsende, einen in dem Kanal anschließend an das Verbindungsende ausgebildeten, ringförmigen Ventilsitz (38');

ein längliches, zwischen offenen und Schließpositionen axial innerhalb des Kanals bewegliches Ventil (28'), das ein an das Verbindungsende des Körpers anschließendes zugängliches Ende zum Angreifen an ein Kupplungsgegenstück (53) während des Kuppelns und einen Kopf (36'), der in der Schließposition an dem Ventilsitz (38') angreifen kann, aufweist;

eine auf dem Kopf (36') ausgebildete Druckfläche (39'), die dem unter Druck stehenden Medium in dem Kanal ausgesetzt ist, in dem auf die Fläche (39') ausgeübter Druck des Mediums das Ventil (28') in Richtung der Schließposition beaufschlagt, wobei in dem Ventil (28') eine konzentrische Kammer (34') ausgebildet ist;

eine in der Kammer (34') aufgenommene Druckfeder (40' ), die das Ventil (28') in Richtung der Schließposition beaufschlagt;

eine in dem Kanal ausgebildete Führung, auf der eine sich axial erstreckende Führungsfläche ausgebildet ist, wobei das Ventil (28') mit dieser Führungsfläche in Eingriff steht und durch sie während der Bewegung zwischen der offenen und der Schließposition geführt wird, die Führung einen röhrenförmigen Einsatzkörper (50) umfaßt, der konzentrisch innerhalb des Kanals (12') liegt und ein in Richtung des Verbindungsendes des Körpers gelegenes offenes Ende und eine zylindrische Bohrung aufweist, und das Ventil (28') einen zylindrischen Kragen (32') aufweist, der teleskopartig in der Bohrung aufgenommen ist;

eine auf dem röhrenförmigen Einsatzkörper (50) montierte ringförmige Dichtung (54), die verschieblich und dichtend in Eingriff mit dem Ventilkragen (32') steht und verhindert, daß unter Druck stehendes Medium in die Ventilkammer eindringt, wobei die Führung und die ringförmige Dichtung (54) praktisch alle auf dem Ventil (28') ausgebildeten querstehenden Flächen, die von dem zugänglichen Ende des Ventils weg weisen, davor schützen, dem unter Druck stehenden Medium in dem Kanal (12') ausgesetzt zu sein, mit Ausnahme der Druckfläche (39'), wodurch die auf das Ventil (28') durch das Medium in Richtung der Schließposition ausgeübte Axialkraft im wesentlich auf die beschränkt wird, die auf die Druckfläche (39') ausgeübt wird;

und ein Entlüftungs-Rückschlagventil in dem Einsatzkörper (50), das mit dem Körperkanal (12') und der Ventilkammer in Verbindung steht und erlaubt, daß Medium aus der Kammer in den Kanal strömt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungsventil ein Rückschlagventil mit einem Käfig (60), einen in dem Käfig ausgebildeten Ventilsitz (62), eine Kugel (64) in dem Käfig, eine Druckfeder (66) in dem Käfig, die die Kugel (64) in Richtung des Ventilsitzes (62) beaufschlagt, und eine in dem Einsatzkörper (50) ausgebildete Öffnung umfaßt wobei der Käfig (60) des Rückschlagventils in der Öffnung angeordnet ist.