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Kupplung für eine Kälteanlage - Dokument DE4000210A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE4000210A1 11.07.1991
Titel Kupplung für eine Kälteanlage
Anmelder Aeroquip Corp., Jackson, Mich., US
Erfinder Spalink, Robert D., Jackson, Mich., US;
Knowles, Steven M., Leslie, Mich., US;
Kusztowny, John T., Ann Arbor, Mich., US
Vertreter Hauck, H., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing., 8000 München; Graalfs, E., Dipl.-Ing., 2000 Hamburg; Wehnert, W., Dipl.-Ing., 8000 München; Döring, W., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dr.-Ing.; Beines, U., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 4000 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 05.01.1990
DE-Aktenzeichen 4000210
Offenlegungstag 11.07.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.07.1991
IPC-Hauptklasse F16L 29/02
IPC-Nebenklasse F25B 45/00   
Zusammenfassung Es wird eine Kupplung für eine Kälteanlage, genauer gesagt eine verbesserte Ventilkonstruktion zur Maximierung des Strömungsmitteldurchsatzes in einer Kupplung mit kleinem Durchmesser mit minimalen Druckverlusten beschrieben. Bei der Kupplung ist eine rasche Montage der inneren Teile möglich, die zu Reparaturzwecken und zum Austausch der Dichtungsringe, die bei den selbstabdichtenden Ventilen Verwendung finden, entfernt werden können.

Beschreibung[de]

Kupplungen finden bei Strömungsmittelkreisen weit verbreitete Anwendung. Solche Strömungsmittelkupplungen besitzen normalerweise selbstabdichtende Ventile und Kugelfreigabe- Muffen für eine rasche Trennung und sind in vielen verschiedenen unterschiedlichen Größen vorhanden, so daß sie an verschiedenartigen Leitungen und Strömungsmittelkreisen befestigt werden können. Vorrichtungen dieser Art sind in den US-PS&min;en 27 09 093, 27 39 374 und 27 65 181 beschrieben.

In derartigen Strömungsmittelkupplungen treten Druckverluste auf, da das Medium durch Drosselstellen in den Kupplungen strömt, beispielsweise zwischen der Ventildichtung und seinem zugehörigen Sitz. Im Stand der Technik ist keine Strömungsmittelkupplung anzutreffen, die geringe Abmessungen besitzt und in Kältemittelkreisen eingesetzt werden kann, bei der die Kupplungsteile lösbar und wieder koppelbar sind und bei der niedrige Druckverluste auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung mit geringen Abmessungen und einem selbstabdichtenden Ventil zu schaffen, das eine maximale Durchflußöffnung bei einem möglichst niedrigen Strömungswiderstand aufweist. Durch die Form des Kupplungsdurchganges benachbart zur Ventildichtung sollen große Durchflußöffnungen erhältlich sein.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung einer verbesserten Kupplung, bei der die selbstabdichtenden Ventile einen O-Ring aufweisen, der mit einer zylindrischen Dichtungsfläche in Eingriff steht, und bei der eine Reihe von Teilen Verwendung findet, die zum Austausch der O-Ringe einfach entfernbar sind.

Erfindungsgemäß soll ferner eine Kupplung zur Verfügung gestellt werden, die federvorgespannte selbstabdichtende Ventile besitzt, wobei die Federkräfte nicht verwendet werden, um das Ventil des anderen Kupplungsteiles zu verschieben, wie dies üblich ist, sondern ein fester Teil in einem Kupplungsteil dazu verwendet wird, um das Ventil des gegenüberliegenden Kupplungsteiles zu öffnen, wenn die Teile miteinander gekuppelt werden.

Bei der praktischen Ausführungsform der Erfindung ist einer der Kupplungsteile an einer Entleerungs- oder Beschickungsleitung befestigt, während der andere Kupplungsteil an einem Kältekreis befestigt ist. Bei den Kupplungsteilen finden standardmäßige Verbindungseinrichtungen Verwendung, bei denen eine ringförmige Hülse, die am Aufnahmeteil der Kupplung montiert ist, radial verschobene Einschlagkugeln lagert, welche in eine Ausnehmung im Einführteil der Kupplung greifen und eine Verriegelung herbeiführen.

Die selbstabdichtenden Ventileinheiten innerhalb des Aufnahmeteils und des Einführteils der Kupplung stehen jeweils mit einem festen Element des gegenüberliegenden Teiles in Verbindung, so daß sie im vollständig gekuppelten Zustand geöffnet werden. Jedes Ventil besitzt eine Druckfeder, die es in den geschlossenen Zustand vorspannt und auf diese Weise während des Entkuppelns automatisch abdichtet.

Die selbstabdichtenden Ventileinheiten sind so konstruiert, daß in der gekuppelten Position der Teile eine große Durchflußöffnung mit einem niedrigen Strömungswiderstand erzeugt wird. Derartig große Durchflußöffnungen der knapp bemessenen Kupplung werden durch die Form des Durchtrittskanales benachbart zu den O-Ring-Dichtungen erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Kupplungseinheit des Standes der Technik, die im gekuppelten Zustand dargestellt ist;

Fig. 2 einen Schnitt durch das Aufnahmeteil einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kupplung;

Fig. 3 einen Schnitt durch das Einführteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Kupplung; und

Fig. 4 einen Schnitt durch die Kupplungsteile im gekuppelten Zustand, wobei die selbstabdichtenden Ventile in ihren offenen Positionen dargestellt sind.

Bei der in Fig. 1 dargestellten typischen Kupplung 10 des Standes der Technik ist mit 12 ein Aufnahmeteil und mit 14 ein Einführteil bezeichnet. Das Aufnahmeteil 12 besitzt einen Axialkanal 16, in dem ein federvorgespanntes selbstabdichtendes Ventil 18 angeordnet ist, das zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position axial bewegbar ist. Das Ventil 18 trägt einen Dichtungsring 19 und wird durch die Wirkung einer Feder 20 in die geschlossene Position vorgespannt, in der der Dichtungsring 19 mit dem Ventilsitz 22 in Eingriff steht und den Axialkanal 16 abdichtet. In entsprechender Weise besitzt das Einführteil 14 einen Axialkanal 24, in dem ein federvorgespanntes selbstabdichtendes Ventil 26 angeordnet ist, das zwischen einer offenen und geschlossenen Position axial bewegbar ist. Das Ventil 26 trägt einen Dichtungsring 27 und wird durch die Wirkung einer Feder 28 in die geschlossene Position vorgespannt, in der der Dichtungsring 27 mit einem Ventilsitz 30 in Eingriff steht und den Axialkanal 24 abdichtet. Wenn die Teile 12 und 14 miteinander gekuppelt sind, wobei Anschlagkugeln 29 in einer Ausnehmung 21 angeordnet sind, treten die Ventile 18 und 26 miteinander in Eingriff und verschieben sich in die offene Position, in der Durchflußöffnungen 32 und 34 benachbart zu den Dichtungsringen 19 und 27 erzeugt und die Kanäle 16 und 24 in Strömungsmittelverbindung miteinander gebracht werden. Wenn eine der Federkräfte nur schwach ist, besteht die Möglichkeit, daß sich eines der Ventile nicht vollständig öffnet. Wenn die Ventile 18 und 26 die Durchflußöffnungen 32 und 34 im Vergleich zum Durchmesser der Kanäle nur geringfügig öffnen, wird in der Kupplung 10 ein hoher Strömungswiderstand erzeugt.

Die Erfindung ist in den Fig. 2-4 dargestellt, wobei mit 36 ein Kupplungsaufnahmeteil und mit 38 ein Kupplungseinführteil bezeichnet sind. Jedes Teil besitzt einen Axialkanal und ein inneres Ende zur Verbindung mit einer entsprechenden Strömungsmittelleitung, die nicht gezeigt ist.

Das Aufnahmeteil 36 weist einen zylindrischen Axialkanal 40 und ein inneres Ende 42 zur Befestigung an einer Entleerungs- oder Beschickungsleitung auf, die nicht gezeigt ist. Das andere Ende bildet eine Öffnung 44 und umfaßt eine Hülse 46, die in Axialrichtung durch eine angelegte Kraft bewegbar ist. Die Hülse 46, die über eine Druckfeder 48 in die geschlossene Position vorgespannt wird, lagert radial verschiebbare Anschlagkugeln 50 und besitzt eine Gegenbohrung 52, die die Kugeln 50 befreit, wenn die Hülse 46 in der offenen Position ist. Ein Ring 54 enthält die Kugeln in der Gegenbohrung 52, wenn sich die Hülse 46 in der offenen Position befindet. Eine koaxiale Sonde 56 ist innerhalb des Axialkanales 40 angeordnet und besitzt einen Dichtungsring 58 benachbart zu einem Abschnitt 60 mit maximalem Durchmesser, um mit dem Inneren einer axial gleitfähigen, federvorgespannten Ventilhülse 62 in Eingriff zu treten.

Die Ventilhülse 62 kann in dem Aufnahmekanal 40, der die Sonde 56 umgibt, gleiten. Eine ringförmige Ausnehmung 64 an der inneren Zylinderfläche der Ventilhülse 62 besitzt einen maximalen Durchmesser benachbart zum zylindrischen Ventilsitz 66. Die Ventilhülse 62 wird durch eine Schraubenfeder 68 in die geschlossene Position vorgespannt, in der der Ventilsitz 66 den Dichtungsring 58 aufnimmt und einen abgedichteten Zustand herstellt. Der Abschnitt 60 an der Sonde 56 begrenzt die Bewegung des Ventiles 62 im Kanal 40 durch Eingriff mit einer konischen Fläche 69. Eine von einem Ring 72 fixierte Spinne 70 hält die Sonde 56 in axialer Ausrichtung zur Ventilhülse 62 und dient ferner als Lager für die Feder 68. Ein Dichtungsring 74 an der Innenseite des Aufnahmeteiles 36 hält eine Strömungsmitteldichtung zur Außenfläche der Ventilhülse 62 aufrecht. Ein anderer Dichtungsring 76 an der Innenseite des Aufnahmeteiles 36 hält eine Strömungsmitteldichtung zur Außenfläche des Einführteiles 68 aufrecht, wenn sich dieses in der gekuppelten Position befindet.

Das Einführteil 38 besitzt einen Axialkanal 78, ein inneres Ende 80 zur Befestigung an der Leitung einer Kälteeinheit, die nicht gezeigt ist, und ein Verlängerungsende 82, das in der Lage ist, axial in die Aufnahmeöffnung 44 eingeführt zu werden, um die beiden Teile durch Verriegelungseingriff der Anschlagbälle 50 in einer ringförmigen Ausnehmung 44, die an der Außenseite des Einführteiles 38 ausgebildet ist, miteinander zu kuppeln.

Eine im Einführkanal 78 angeordnete Ventileinheit umfaßt ein federvorgespanntes zylindrisches Ventil 86, das zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position gleiten kann und einen Dichtungsring 88 benachbart zu einem stufenförmigen Abschnitt 90 mit maximalem Durchmesser trägt. Das Ventil 86 wird normalerweise durch Wirkung einer Feder 94 in die geschlossene Position gedrückt, in der der Dichtungsring 88 im zylindrischen Sitz 92 angeordnet ist, der sich benachbart zum maximalen Durchmesser einer ringförmigen Ausnehmung 96 befindet. Die Bewegung des Ventiles 86 im Kanal 78 wird durch Eingriff der Ventilstufe 90 mit der konischen Fläche 91 begrenzt. Die Feder 84 wird an einem Ende durch eine Spinne 93 gelagert, die es ermöglicht, daß die Feder 94 das Ventil 86 in axialer Ausrichtung zum Kanal 78 halten kann. Eine Kappe 98 kann zeitweise in das Verlängerungsende 82 eingesetzt werden, um zu verhindern, daß Fremdpartikel in das Einführteil eindringen.

Zur Verbindung der beiden Kupplungsteile 36 und 38 ist es lediglich erforderlich, das Verlängerungsende 82 in die Aufnahmeöffnung 44 einzusetzen. Indem man das Aufnahmeteil 36 in einer Hand hält und die Hülse 46 in axialer Richtung von der Öffnung 44 wegzieht, können die Kugeln 55 radial verschoben werden. Die Gleitbewegung der Aufnahmeöffnung 44setzt sich über das Verlängerungsende 82 fort, bis die Bewegung begrenzt wird und eine Freigabe der Hülse 46 auftritt, woraufhin sich die gespannte Feder 48 zurückzieht und hierdurch die Hülse 46 geschlossen wird sowie die Anschlagkugeln 50 mit der Ausnehmung 84 am Einführteil 38 in Eingriff treten, so daß die beiden Teile 36 und 38 miteinander gekuppelt werden. Die gekuppelte Position der Teile ist durch die Kupplung 100 wiedergegeben, die in Fig. 4 gezeigt ist. Während der Kupplung tritt das Verlängerungsende 82 mit der Ventilhülse 62 des Aufnahmeteiles in Eingriff und verschiebt dieses. Gleichzeitig tritt die Sonde 56 des Aufnahmeteiles mit dem Ventil 86 des Einführteiles in Eingriff und verschiebt dieses. Hierdurch werden die Ventile 62 und 86 gegen die Wirkung ihrer Federn 68 und 94 in die offene Position bewegt. Durch das Öffnen der Ventile 62 und 86 werden die Axialkanäle 40 und 78 miteinander in Strömungsmittelverbindung gebracht. Diese Art und Weise des Öffnens der Ventile 62 und 86 ist im Gegensatz zu den Ventilen 18 und 26 bei der vorstehend beschriebenen Kupplung 10 des Standes der Technik unabhängig von den Federkräften.

Wenn sich bei der Kupplung 100 die Ventile 62 und 86 in der offenen Position befinden, ist der maximale Durchmesser der ringförmigen Ausnehmung 64 an der Ventilhülse 62 radial zum Stufenabschnitt 60 mit maximalem Durchmesser und dem Dichtungsring 58 an der Sonde 56 ausgerichtet, während der Stufenabschnitt 90 mit maximalem Durchmesser und der Dichtungsring 88 am Ventil 86 des Einführteiles radial zum maximalen Durchmesser der ringförmigen Ausnehmung 96 ausgerichtet sind. Hierdurch werden benachbart zu den Dichtungsringen 58 und 88 große Durchflußöffnungen mit einem niedrigen Strömungswiderstand und minimalen Druckverlusten in der Kupplung 100 erzeugt. Um die Kupplung 100 zu entkuppeln, wird die Hülse 46 des Aufnahmeteiles in axialer Richtung vom Einführteil 38 wegbewegt. Zur gleichen Zeit wird durch das Abziehen des Aufnahmeteiles 36 in der gleichen Richtung ein Ausrücken der Kugeln 50 erreicht, wodurch die Teile 36 und 38 entkuppelt werden. Gleichzeitig verschließen sich die Ventile 62 und 86 durch Wirkung der Federn 68 und 94 automatisch, wodurch die Kanäle 40 und 78 der entkuppelten Teile abgedichtet werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Kupplung für das Beschicken und Entleeren von Kältekreisen, gekennzeichnet durch ein Aufnahmeteil (36) mit einem Axialkanal (40), der ein inneres Anschlußende und ein offenes äußeres Ende aufweist, ein Einführteil (38) mit einem Axialkanal (78), der ein inneres Anschlußende und ein offenes äußeres Ende aufweist, das im äußeren Ende des Aufnahmeteiles angeordnet werden kann, Verbindungseinrichtungen, die an den Teilen (36, 38) vorgesehen sind, um die offenen Enden der Teile koaxial miteinander zu koppeln, eine erste selbstabdichtende Ventileinheit (86) innerhalb des Kanales (78) des Einführteiles (38), die einen axial zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegbaren Abschnitt besitzt, und eine zweite selbstabdichtende Ventileinheit (62) innerhalb des Kanales (40) des Aufnahmeteiles (36), die einen axial zwischen einer offenen und geschlossenen Position bewegbaren Abschnitt aufweist, wobei jede der Ventileinheiten (86, 62) einen Ventilsitz (66, 92) und eine mit dem Sitz in Eingriff tretende Dichtung umfaßt und eine ringförmige Ausnehmung (64, 96) benachbart zum zugehörigen Sitz (66, 92) aufweist und wobei die Ausnehmung und der zugehörige Sitz radial zueinander ausgerichtet sind, wenn sich die Ventileinheit in der offenen Position befindet, um auf diese Weise den Strömungswiderstand durch die Ventileinheit zu reduzieren.
  2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitze (66, 92) eine zylindrische Fläche benachbart zu jeder ringförmigen Ausnehmung (64, 96) aufweisen.
  3. 3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen jeweils einen elastischen Ring (58, 88) umfassen, der mit dem zugehörigen zylindrischen Ventilsitz (66, 92) in Eingriff bringbar ist.
  4. 4. Kupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventileinheit (86) ein bewegliches Hülsenventil mit einer Innenfläche umfaßt, daß die zugehörige Ausnehmung (96) und der benachbarte zugehörige zylindrische Ventilsitz (92) an der Innenfläche angeordnet sind, daß die Ausnehmung (96) einen maximalen Durchmesser aufweist, der radial zu der zugehörigen Dichtung ausgerichtet ist, wenn sich die Ventileinheit (86) in der offenen Position befindet.
  5. 5. Kupplung zum Beschicken und Entleeren von Kältekreisen, gekennzeichnet durch ein Aufnahmeteil (36) mit einem Axialkanal (40), der ein inneres Verbindungsende und ein offenes äußeres Ende aufweist, ein Einführteil (38) mit einem Axialkanal (78) mit einem inneren Verbindungsende und einem äußeren Ende, das im äußeren Ende des Aufnahmeteiles angeordnet werden kann, an den Teilen ausgebildete Verbindungseinrichtungen zum wahlweisen Kuppeln der offenen Enden der Teile in koaxialer Lage zueinander, ein erstes selbstabdichtendes Ventil (86) im Kanal (78) des Einführteiles (38), das zwischen einer offenen und geschlossenen Position axial bewegbar ist und einen maximalen Durchmesser benachbart zu einem ersten Dichtungsring (88) besitzt, wobei der Kanal (40) des Einführteiles (38) eine zylindrische Dichtungsfläche aufweist, die den ersten Dichtungsring (88) in der geschlossenen Position aufnimmt und mit diesem in Eingriff tritt, und wobei im Kanal (40) des Aufnahmeteiles benachbart zur zylindrischen Fläche eine ringförmige Ausnehmung (64) angeordnet ist, mit der der maximale Durchmesser des ersten Ventiles radial ausgerichtet ist, wenn sich das erste Ventil in der offenen Position befindet, eine selbstabdichtende Ventilhülse (62) im Kanal (40) des Aufnahmeteiles (36), die zwischen einer offenen und geschlossenen Position axial beweglich ist und ein äußeres Ende, eine innere zylindrische Fläche und eine ringförmige Ausnehmung (64) zwischen dem äußeren Ende des Ventiles und der zylindrischen Fläche aufweist, und eine koaxiale Sonde (56), die im Kanal (40) des Aufnahmeteiles angeordnet ist und ein freies Ende besitzt, das sich in Richtung auf das offene Ende des Aufnahmeteiles erstreckt und einen maximalen Durchmesser benachbart zum Dichtungsring (58) aufweist, wobei die Ventilhülse (62) die Sonde umgibt, der Dichtungsring der Sonde in der zylindrischen Fläche der Ventilhülse angeordnet ist und mit dieser in Eingriff steht, wenn sich die Ventilhülse in der geschlossenen Position befindet, die Ausnehmung der Ventilhülse radial zum maximalen Durchmesser der Sonde ausgerichtet ist, wenn sich die Ventilhülse in der offenen Position befindet, und das Einführteil und Aufnahmeteil (36, 38) jeweils lösbare Verbindungseinrichtungen zur Verbindung der offenen äußeren Enden der Teile aufweisen, um einen offenen Kanal zwischen den Teilen im vollständig gekuppelten Zustand vorzusehen, wobei eine Druckschraubenfeder (48, 94) in jedem Teil jedes Ventil in Richtung auf seine geschlossene Position vorspannt und das Einführteil mit dem äußeren Ende der Ventilhülse und die Sonde mit dem ersten Ventil in Eingriff stehen, nachdem die Teile miteinander verbunden worden sind, um das Ventil und die Ventilhülse in ihre offenen Positionen zu verschieben.






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