DE60208713T2

DE60208713T2 - Kupplungsvorrichtung für druckfluidleitungen und verfahren zur herstellung einer solchen kupplung mit einer lecknut zur anzeige einer leckage

Info

Publication number: DE60208713T2
Application number: DE60208713T
Authority: DE
Inventors: Mats Sanborn; Stefan Eriksson
Original assignee: Volvo Lastvagnar AB
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: SE0103798D0; US7150473B2; WO2003042591A1; SE0103798L; DE60208713D1; EP1444459B1; EP1444459A1; BR0214144B1; BR0214144A; US20050017504A1; ATE315756T1; SE520508C2

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung für Druckmedienleitungen nach dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung solch einer Kupplungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 6.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Einfachere Kupplungsvorrichtungen für Druckmedienleitungen weisen als Nachteil auf, dass eine unvollständige Kupplung der enthaltenen Kupplungsteile während der Operation aufgrund des Trennens der Kupplungsteile zu einer Druckabnahme führen kann. In solchen Kupplungen hat es sich erwiesen schwierig zu sein, solche Kupplungsfehler während Kontrollen festzustellen, welche beispielsweise aufgrund eines Verlustes der Bremsfunktion in Bremssystemen, welche durch Druckluft betätigt werden, ein hohes Unfallsrisiko verursachen können.
Für Systeme mit unter Druck stehenden Mitteln bzw. Medien, an die spezielle Sicherheitsanforderungen gestellt werden, sind Kupplungsvorrichtungen bekannt, welche angeordnet sind, um die unter Druck stehenden Mittel in einer unvollständigen Verriegelungs- bzw. Arretierstellung entweichen zu lassen. Dabei wird ein akustisches Anzeigesignal zur gleichen Zeit erzeugt, zu welcher unterbunden wird, dass sich die Kupplung ganz trennt, wodurch eine Druckabnahme verzögert wird, siehe bei spielsweise die Dokumente EP 0795 102 B1 und SE 459 279 B . In diesen bekannten Kupplungen bildet die Entweichungsstelle eine Schräge am Ende des einen Kupplungsteils, was sich auf die Platzierung eines wechselwirkenden Dichtungsrings auswirkt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kupplungsvorrichtung zu schaffen, in welcher die Entweichungsstelle bzw. Leckagestelle unter Verwendung einfacher Vorrichtungen geschaffen wird.
Diese Aufgabe wird mittels der Kupplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt, deren Eigenschaften aus dem anhängenden Anspruch 1 hervorgehen.
Die Aufgabe wird auch mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfüllt, dessen Eigenschaften aus dem anhängenden Anspruch 4 hervorgehen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Verwendung eines Beispiels einer Ausführungsform in Bezug auf die beiliegenden Figuren genauer beschrieben, wobei 1 eine teilweise abgeschnittene Seitenansicht der Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer beispielhaften Ausführungsform in einem vollständig gekuppelten Zustand, 2 eine entsprechende Ansicht der Kupplungsvorrichtung in einem unvollständig gekuppelten Zustand, 3 eine teilweise gebrochene Ansicht einer Kupplungsvorrichtung, welche eine Leckagenut zeigt, welche in der Vorrichtung nach der Erfindung enthalten ist, und 4 schematisch das Verfahren zur Herstellung der Kupplungsvorrichtung zeigt.
Wie am besten aus 1 hervorgeht, besteht die im Beispiel gezeigte Kupplungsvorrichtung aus zwei Kupplungsteilen, beispielsweise zum Kuppeln eines Teils, beispielsweise eines Rohrs für Druckmedien, z.B. Druckluft, mit einem feststehenden Teil eines Druckmediensystems, beispielsweise einem nicht gezeigten Druckbehälter. Die zwei Hauptteile der Kupplungsvorrichtung im gezeigten Beispiel bestehen aus einem ersten Kupplungsteil 1, welches eine nicht gezeigte Kupplungsseite zur Anbringung an beispielsweise der Wand des Behälters oder einem anderen feststehenden Teil des Drucksystems und ein zweites Kupplungsteil beispielsweise zur Anbringung eines Druckmedienrohrs aufweist. Die Kupplungsvorrichtung mit ihren zwei Kupplungsteilen 1, 2 erzielt eine Kupplung zwischen zwei Teilen eines Drucksystems. Das erste Kupplungsteil 1 ist als weibliches Teil bzw. aufnehmendes Teil oder Gehäuseteil mit einer kreisförmigen Öffnung 3 geformt, welche axial nach innen zu einem im Wesentlichen zylindrischen Durchgang 5 wird, welcher um die Längsachse 4 der Kupplungsvorrichtung rotationssymmetrisch ist. Das zweite Kupplungsteil 2 ist als ein männlicher bzw. Steck- oder Einführteil konstruiert, welcher bemessen ist, um in die offene Seite 3 des aufnehmenden Teils eingeführt zu werden. Die Kupplungsvorrichtung ist mit Dichtungselementen versehen, um eine Kupplung zwischen den Kupplungsteilen zu erzielen, welche vor Schmutz geschützt und gegen Druck abgedichtet ist. Die Kupplungsteile bestehen hauptsächlich aus einem inneren Dichtungsring 6, welcher in einer ringförmigen Nut 7 im Steckteil 2 angeordnet ist. Der Dichtungsring 6 besteht aus einer elastischen O-Ring-Dichtung aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Gummi oder Kunststoff. Im gezeigten Beispiel ist ein zusätzliches Dichtungselement 8 auf dem Steckteil 2 befestigt und in Kontakt mit einer Sperrangrenzung 9 auf dem Steckabschnitt. Diese Dichtung bildet in erster Linie einen Schutz gegen Schmutz und Staub und soll mit einer konischen Wand 10 an der offenen Seite 3 des aufnehmenden Teils in Dichtungskontakt stehen. Dieses Dichtungselement 8 ist auch ringförmig und besteht vorzugsweise aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Gummi oder Kunststoff. Diese Dichtungselemente 6, 8 können beispielsweise einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt oder alternativ kreisförmige oder ovale Querschnittsformen aufweisen, und erstrecken sich um die nach außen weisende Gehäusefläche 31 des Steckteils 2.
Die Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung weist eine Arretiervorrichtung auf, welche zum arretierenden Halten von zwei Kupplungsteilen aneinander in einem gekuppelten Zustand vorgesehen ist. Die Arretiervorrichtung weist mindestens ein Arretierorgan 11 auf, welches elastisch ist, um konstant zu versuchen, die Arretierstellung zu übernehmen. Im gezeigten Beispiel besteht das Arretierorgan aus einem radial nach außen gerichteten, elastischen Arretierring. Der Arretierring 11 ist in einer nicht gezeigten Aussparung im Steckteil positioniert, so dass er im Wesentlichen axial am Steckabschnitt 2 arretiert ist oder zumindest eine stark beschränkte axiale Beweglichkeit zum Steckteil aufweist. Die Arretiervorrichtung besteht dort aus einer ringförmigen Arretiernut 12 im aufnehmenden Teil, in welcher der Arretierring angeordnet ist, um sich nach innen in eine erste Arretierposition zu biegen. Die Arretiernut 12 weist eine ringförmige Bodenfläche 13 auf, welche beispielsweise eine zylinderförmige Oberfläche und zwei Kontaktflächen 14, 15 aufweist, welche sich parallel zueinander und in einer Radialebene jeweils relativ zur Längsachse 4 des aufnehmenden Teils erstrecken. In der Arretiervorrichtung ist auch eine zweite äußere Arretiernut 16 im aufnehmenden Teil 1 enthalten. Diese Arretiernut weist auch eine ringförmige Bodenfläche 17 auf, welche beispielsweise ein zylinderförmiges Gehäuse und eine Kontaktfläche 18 aufweist, welche axial nach innen in den aufnehmenden Teil gedreht ist, welcher sich in einer Radialebene erstreckt. Die gegenüberliegende Oberfläche 19 der Spur 16 ist jedoch relativ zu einer Radialebene schräg, d.h. bildet eine konische Oberfläche, so dass der Arretierring 11 beim Einführen des Steckteils 2 in den aufnehmenden Teil, radial nach innen zur elastischen Tätigkeit derselben gedrückt wird, um dem Steckteil zu ermöglichen weiter nach innen zur vollständigen Arretierstellung gedrückt zu werden.
Im Prinzip kann die Arretiervorrichtung mit einem einzigen Arretierring 11 funktionieren, welcher in der Innenstellung mit der inneren Arretiernut 12 aufeinander einwirkt und in der äußeren Arretierstellung mit der äußeren Arretiernut aufeinander einwirkt. Um die Sicherheit weiter zu erhöhen, ist die Arretiervorrichtung im gezeigten Beispiel jedoch mit einem zweiten oder äußeren Arretierring 30 versehen, welcher auf dem Steckabschnitt 2 vom ersten Arretierring 11 axial nach außen in einem Abstand von demselben angeordnet ist, welcher kleiner als der Achsenabstand zwischen den Arretiernuten 12, 16 ist, d.h. sich in einem vollständig gekuppelten Zustand befindet, welcher axial zwischen den Arretiernuten 12, 16 positioniert ist. In einer unvollständig arretierten Stellung, beispielsweise wenn der Steckteil 2 nicht eingeführt wurde, so dass der Arretierring 11 in die Arretiernut 12 greift, wird die äußere Arretiernut 30 den äußeren Arretierring 30 ergreifen, so dass er sich in Arretierkontakt mit der äußeren Arretiernut 16 befindet. Zusätzliche Sicherheit wird auch erhalten, wenn einer der Arretierringe eine Fehlfunktion aufweist.
Die Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist einem bekannten Prinzip folgend derart angeordnet, dass sich Druckmedien bzw. unter Druck stehende Mittel in der äußeren Kupplungsstel lung entweichen lässt und dadurch anzeigt, dass eine unvollständige Kupplung besteht. Bei Druckluft besteht die Anzeige in Form eines akustischen Signals, üblicherweise ein zischender Ton.
Die Anzeige wird gemäß der Erfindung mittels einer Leckagenut 20 in dem Kupplungsteil erlangt, welcher nicht das Dichtungsorgan 6 trägt, d.h. im gezeigten Beispiel dem aufnehmenden Teil 1. Die Leckagenut 20 ist im Beispiel in einem Dichtungsabschnitt 21 des aufnehmenden Teils 1 angeordnet, d.h. einem Abschnitt, welcher aufgrund der Wechselwirkung mit dem Dichtungsring 6 druckfest abdichtet. Dieser Abschnitt 21 ist ähnlich wie der Dichtungsring 6 um die Längsachse 4 rotationssymmetrisch und erstreckt sich axial hauptsächlich in der Leckagenut 20 und weist einen Durchmesser auf, welcher dem Außendurchmesser des Dichtungsrings 16 in der Dichtungsstellung entspricht, d.h. in der vollständigen Arretierstellung nach der 1, wobei der elastische Dichtungsring etwas zusammengedrückt wird. Die Elastizität ist jedoch bestimmt dem Druck vom Druckmedium standzuhalten und derart, dass ein Rollen und eine unerwünschte Verformung nicht währen axialen Kupplungsbewegungen entstehen. Im gezeigten Beispiel weist der Dichtungsabschnitt 21 des aufnehmenden Teils 1 eine zylinderförmige Gehäuseoberfläche auf und endet an der axial äußeren Seite der Leckagenut.
Die Leckagenut 20, auf welche von nun an als Lecknut Bezug genommen wird, weist nach der Erfindung einen Achsenfortsatz auf, welcher den Achsenfortsatz der aktiven Dichtungsfläche 23 des inneren Dichtungsrings 6 überschreitet, welcher im Beispiel im Wesentlichen zylinderförmig ist. Zudem weist der Fortsatz der Lecknut einen spitzen Winkel v zu einer Radialebene des aufnehmenden Teils 1 auf und erstreckt sich schrau benförmig oder spiralförmig entlang der Dichtungsfläche 21 des aufnehmenden Teils, siehe 3. Im gezeigten Beispiel erstreckt sich die Leckagenut in mindestens zwei Kreisen und beginnt mit einer inneren Nutseite 24 und endet in einer äußeren Nutseite 25. Wie aus den 2 und 3 hervorgehen wird, wird die Positionierung der Lecknut 20 ausgewählt relativ zur Position des Dichtungsrings 6 in der unvollständig arretierten oder unvollständig gekuppelten Stellung zu sein, dass sich die innere Nutseite 24 axial in die aktive Dichtungsfläche 23 des Dichtungsrings 6 erstreckt, während sich die äußere Nutseite 25 axial aus dieser Oberfläche erstreckt. Zudem ist die Breite eines einzelnen Nutabschnitts 26 geeigneter Weise kleiner als die Breite der Oberfläche 23 des Dichtungsrings 6 und die Elastizität wird derart ausgewählt, dass der Dichtungsring die Leckagenut nicht vollständig in jedem Abschnitt füllt. Unter diesen Umständen bildet die Lecknut 20 einen freien Durchgang zum Durchlassen der Druckmedien in der unvollständig gekuppelten oder arretierten Stellung nach den 2 und 3, mittels welchem bei Luft oder Gas eine Anzeige eines akustischen Signals erhalten wird, wie beispielsweise einem zischenden oder „quietschenden" Ton. Der äußere Dichtungsring 8 liefert in diesem Fall auch einen freien Durchgang über einen ringförmigen Spalt 32, welcher zwischen dem Ring und der konischen Wand 10 des aufnehmenden Teils 1 in der äußeren, arretierten Stellung gebildet ist.
In der vollständig gekuppelten oder arretierten Stellung nach 1 ist der Dichtungsring 6 axial in der Lecknut 20 positioniert und befindet sich mit der Dichtungsfläche 21 des Steckteils 2 in Dichtungskontakt. Der äußere Dichtungsring 8 ist axial außerhalb der Lecknut 20 angeordnet und befindet sich in der inneren Arretierstellung in Dichtungskontakt und bildet folglich eine Barriere gegen Schmutz gegen die konische Wand 10 des Steckteils.
Mittels des spitzen Winkels v der Lecknut 20 und der Schrauben-/Spiralform derselben wird ermöglicht, dass die Nut mittels Drehbearbeitung zusammen mit der Herstellung von mindestens einigen Oberflächen des Kupplungsteils vernünftig hergestellt wird, welches mit der Lecknut, beispielsweise der konischen Wand 10 des aufnehmenden Teils 1 oder der Gesamtfläche des Innenhohlraums desselben zu versehen ist. In 4 wird schematisch gezeigt, wie die Form der Innenfläche 27 durch beispielsweise die Drehung des Steckteils 2 um die Längsachse 4 desselben mit einer Fräsmaschine 28 hergestellt wird, welche an der Innenfläche während einer kombinierten Bewegung axial und radial arbeitet, um Material in der Oberfläche abzutragen und folglich die Lecknut vom einen Ende derselben zum anderen Ende derselben zu fräsen. Die relative Drehgeschwindigkeit und Achsengeschwindigkeit der Bewegung und die Radialbewegung des Werkzeugs und Materials, d.h. der Steckteil werden hierdurch während dem Fräsen der Lecknut 20 derart synchronisiert, dass der erwünschte Fortsatz erhalten wird, d.h. in dem Beispiels beispielsweise die Schräge mit dem Winkel v. Die Nut kann eine Tiefe aufweisen, welche zu den Enden sukzessiv kleiner wird, oder relativ abrupt enden, was beides vom Standpunkt der Produktion aus geeignet ist. Mittels der vorprogrammierten Maschine kann die Nut in ein und demselben Herstellungsmoment wie die konische Wand oder der Rest des Hohlraums hergestellt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele der Ausführungsformen beschränkt, welche auch in den Zeichnungen gezeigt werden, aber kann innerhalb des Bereiches der anhängenden Ansprüche verändert werden. Es ist beispielsweise möglich, nur einen einzigen Arretierring oder einen einzigen Dichtungsring zu verwenden. Im gezeigten Beispiel wird ein Druckmedium, Luft, verdichtet, aber andere Druckmedien sind auch möglich, wie beispielsweise andere Gase oder verdichtete Fluide, wie beispielsweise Hydrauliköl. Dies macht die Anzeige der Leckagen sichtbar, bis die Leckage des Fluids eine akustische Anzeige geben kann. Zudem ist es möglich die Arretierringe durch andere Arretierelemente zu ersetzen, welche auf entsprechende Weise zwischen einer Arretierstellung und einer Freigabestellung geschaltet werden können. Zudem können die Arretierringe, Arretiernuten, Dichtungsringe und auch die Leckagenuten die Positionen ändern, so dass sie anstelle im aufnehmenden Abschnitt im Steckabschnitt und umgekehrt positioniert sind.

Claims

Kupplungsvorrichtung für Druckmedienleitungen, bestehend aus zwei miteinander koppelbaren Kupplungsteilen in Form eines weiblichen Kupplungsteils (1) und eines männlichen Kupplungsteils (2), das in das weibliche Teil einsetzbar ist, wobei eine Verrieglungseinrichtung vorgesehen ist, die das Koppeln des männlichen Teils mit dem weiblichen Teil und in einer inneren Verrieglungsstellung das Halten der Kupplungsteile vollständig miteinander gekoppelt erlaubt, wobei die Verrieglungseinrichtung wenigstens ein Verriegelungsorgan (11, 30) in einem der Kupplungsteile (2, 1) aufweist, welche in der Verriegelungsstellung in einer Ausnehmung (12) in dem anderen Kupplungsteil (1, 2) anbringbar ist, wobei eine oder mehrere Dichtorgane (6, 8) in der Verrieglungsstellung für das Erreichen einer Dichtung zwischen den Kupplungsteilen vorgesehen sind, wobei das andere Kupplungsteil (1, 2) eine weitere Ausnehmung (16) aufweist, in die das Verrieglungsorgan für das Verriegeln der Kupplungsteile in einer äußeren Verrieglungsstellung beim Koppeln der beiden Kupplungsteile miteinander eingebracht ist, wobei in der äußeren Verrieglungsstellung eine unvollständige Dichtung vorliegt, und wobei die beiden Kupplungsteile verriegelt und unvollständig miteinander derart gekoppelt sind, dass sie an einem Trennen gehindert sind, jedoch beide zusammen in die innere Verrieglungsstellung für ein vollständiges Koppeln der Kupplungsteile anbringbar sind, wodurch bei Vorhandensein eines Druckmediums eine Anzeige erreichbar ist, dass aufgrund des Vorhandenseins von Druckmediumleckage die äußere Verrieglungsstellung eingenommen worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseober fläche (21) einer der beiden Kupplungsteile (1, 2) eine Leckagenut (20) aufweist, die unter einem spitzen Winkel (v) in Richtung auf die radiale Ebene dieses Teils der Kupplungsteile mit einem axialen inneren Ende (24) und einem axialen äußeren Ende (25) verläuft und so angeordnet ist, dass in der inneren Verrieglungsstellung die Leckagenut axial außerhalb des Dichtorgans angeordnet ist, und dass in der äußeren Verrieglungsstellung dass axiale innere Ende der Leckagenut in axialer Richtung innerhalb des Dichtorgans und dessen axiales äußeres Ende axial außerhalb des Dichtorgans angeordnet ist, wodurch Druckmedium das Dichtorgan (6) passieren kann.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (20) aus einer schraubspiralenförmigen Nut besteht.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige aus einem hörbaren Leckageton besteht.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckagenut (20) in der radialen nach innen weisenden Gehäusefläche (21) des weiblichen Teils (1) angeordnet ist, und dass das Dichtorgan aus einem Dichtring (6) besteht, der in der radialen nach außen weisenden Gehäusefläche (31) des männlichen Teils (2) angeordnet ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der weibliche Teil (1) in seiner Gehäusefläche außerhalb der Leckagenut (20) eine konische Wand (10) aufweist, und dass das männliche Teil (2) axial außerhalb des Dichtrings einen zweiten Dichtring (8) besitzt, der in der inneren Verrieglungsstellung in dichten Kontakt mit der konischen Wand ist und in der äußeren Verrieglungsstellung einen Kanal für Druckmedium über einen ringförmigen Spalt (32) zwischen dem zweiten Dichtring (8) und der konischen Wand freilässt.
Verfahren zur Herstellung einer Kupplungsvorrichtung für Druckmediumleitungen, bestehend aus zwei miteinander koppelbaren Kupplungsteilen in Form eines weiblichen Teils (1) und eines in das weibliche Teil einsetzbaren männlichen Teils (2), mit einer Verrieglungseinrichtung, die das Koppeln des männlichen Teils an dem weiblichen Teil erlaubt, und die in einer inneren Verrieglungsstellung die Kupplungsteile vollständig miteinander gekoppelt hält, wobei wenigstens ein Verrieglungsorgan (11, 30) an einem der Kupplungsteile (2, 1) in der Verrieglungsstellung in einer Ausnehmung (12) in dem anderen Kupplungsteil (1, 2) angebracht ist, wobei ein oder mehrere Dichtorgane (6, 8) in der Verrieglungsstellung ein Dichten zwischen den Kupplungsteilen erreichen, wobei das andere Kupplungsteil (1, 2) eine weitere Ausnehmung (16) aufweist, in die das Verrieglungsorgan zum Verriegeln der Kupplungsteile in einer äußeren Verrieglungsstellung eingebracht ist, wenn die beiden Kupplungsteile miteinander gekoppelt sind, wobei in der äußeren Verrieglungsstellung eine unvollständige Dichtung vorliegt und die beiden Kupplungsteile verriegelt und unvollständig miteinander so gekoppelt sind, dass sie an einem Trennen gehindert sind, jedoch weiter in die innere Verrieglungsstellung für das vollständige Kuppeln der Kupplungsteile bringbar sind, wodurch bei Vorhandensein von Druckmedium eine Anzeige, dass die äußere Verriegelungsstellung eingenommen worden ist, durch Vorhandensein von Druckmediumleckage erreichbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gehäusefläche (21) eines der Kupplungsteile (1, 2) eine Leckagenut hergestellt worden ist, die sich unter einem spitzen Winkel (v) in Richtung auf die radiale Ebene des Kupplungsteils mit einem inneren Ende (24) oder einem axialen äußeren Ende (25) erstreckt und so positioniert ist, dass die Leckagenut in der inneren Verriegelungsstellung außerhalb des Dichtorgans (6) angeordnet ist, und das in der äußeren Verriegelungsstellung das axiale innere Ende der Leckagenut axial innerhalb des Dichtorgans und dessen axiales äußeres Ende axial außerhalb des Dichtorgans angeordnet ist, wodurch Druckmedium das Dichtorgan (6) passieren kann, und dass die Leckagenut (20) zusammen mit wenigstens einigen Oberflächen der beiden Kupplungsteile (1, 2) durch Drehbearbeitung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die relativen Drehzahlen, die axiale Bewegungsgeschwindigkeit und die radiale Bewegung des für die Drehmaschine und das betreffende Kupplungsteil (1, 2) verwendeten Werkzeugs so synchronisiert werden, dass die gewählte Ausdehnung der Leckagenut (20) erreicht wird.