DE69220502T2

DE69220502T2 - Hydraulische anschluszstücke

Info

Publication number: DE69220502T2
Application number: DE69220502T
Authority: DE
Inventors: Nigel Williamson
Original assignee: NWD International Inc
Current assignee: NWD International Inc
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2012-10-23
Also published as: US5533764A; EP0756119A3; EP0756119B1; US5516156A; DE69232503D1; DE69232503T2; EP0756119A2; EP0609380A1; WO1993008423A1; EP0609380B1; CA2122151A1; CA2122151C; ATE154681T1; DE69220502D1; AU2918992A; US5516157A; ES2174008T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft hydraulische Kupplungen. Insbesondere ist das Gebiet der Erfindung das der hydraulischen Toranschlußstücke, wie sie beispielsweise bei Automobilen, Flugzeugen oder dgl. verwendet werden.
Es gibt auf dem derzeitigen Markt viele Toranschlußstücke bzw. -armaturen, die derart ausgebildet sind, daß sie eine Rohrleitung oder einen Hydraulikschlauch mit einer Leistungseinrichtung wie beispielsweise Bremszylinder usw. verbinden. Die am häufigsten verwendeten Anbringungsverfahren sind das Anschlußstück nach Rohr-zu-Tor-Art und das Anschlußstück nach "Banjo"-Art. Ersteres wird bei Brems- und Klimaanlagensystemen und letzteres vorwiegend bei Bremssystemen verwendet.
Das Problem bei beiden Technologien liegt darin, daß sie zu Lecks neigen, die sowohl teuer als auch gefährlich sind. Gewährleistungs- als auch interne Kosten der Bestimmung derartiger Lecks können sehr groß werden, und die umweltmäßige Erwägung der Wirkungen eines solchen Verlustes an kontaminierenden Fluiden kann nicht ignoriert werden.
Tradionell hat die Hydraulikbedarfsindustrie eine bessere Oberflächenfertigbearbeitung und engere Herstellungstoleranzen zur Minimierung der Wahrscheinlichkeit für Lecks empfohlen. Dies hat jedoch bei der adäquaten Lösung des Problems versagt. Zur adäquaten Lösung dieses Problems müssen die Ursachen der Lecks bei zwei Toranschlüssen des Standes der Technik geprüft werden. Nachfolgend wird die Beschreibung von Rohr-zu-Tor- Anschlüssen gegeben, die eine Prüfung ihrer inhärenten Unzulänglichkeiten enthält.
Das in Figur 1 gezeigte Rohr-zu-Tor-Anschlußstück des Standes der Technik weist ein Rohr 1 auf, das einen erhöhten Wulst 2 aufweist, der hinter einem Abschnitt 3 reduzierten Durchmessers sitzt. Dieser Durchmesser 3 muß eine sehr glatte Oberflächenfertigbearbeitung aufweisen. Oft weist das Rohr-zu- Tor-Anschlußstück ein O-Ring-Sicherungsteil 4 auf. Der Umfang des Wulstes 2 wird während des Formungsprozesses stark beansprucht, und diese Beanspruchungen können zu einem Brechen führen, obgleich eine richtige Spezifizierung der Rohrzusammensetzung dieses Problem verbessern kann. Jedoch tragen die Spezifizierung der chemischen Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Härte, Wanddicke oder spezielle Herstellungsverfahren für die Rohrleitung weiter zur Teuerung des Anschlußstückes bei.
Das Rohr 1 wird mittels einer Rohrmutter 6 mit einem passenden Tor 5 zusammengefügt. Das Tor 5 hat eine sehr fein bearbeitete interne Konfiguration, die erforderlich ist, damit das Tor 5 eine feine Oberflächenfertigbearbeitung aufweist, um zuverlässig zu dichten.
Mit dem erforderlichen O-Ring 11 wie in Figur 2 zusammengefügt kommt der Wulst auf dem Rohrabschnitt in dichten axialen Kontakt mit dem flachen Teil 9 im Boden des Tores 5. Der O-Ring 11 wird den Konus 10 des Tores 5 hinabbewegt und bildet eine Dichtung im konischen Bereich und längs eines Abschnitts der parallelen Grenzfläche zwischen den Flächen 7 und 8.
Obgleich nicht unmittelbar ersichtlich ist, warum eine Kupplung dieser Konstruktion die Quelle so vieler Lecks sein sollte, offenbart eine detaillierte Analyse, daß die Grenzfläche für einen zuverlässigen Langzeitdienst nicht ideal ist. Die folgenden Abschnitte beschreiben Probleme, die dem Rohr-zu-Tor- Anschlußstück des Standes der Technik inhärent sind.
Ein Problem umfaßt den Kontakt des Rohrwulstes mit einer flachen Bodenbasis des Tores, der im wesentlichen eine Gegenüberlage ist, wobei der Wulst durch den von der Rohrmutter ausgeübten Druck plastisch verformt wird. Es besteht sehr wenig Elastizität in der Grenzfläche. Wenn das Metall des Rohres nach dem Zusammensetzen einmal einen Sitz bzw. eine Einstellung einnimmt, können nachfolgende Druckkräfte, Vibration, Biegung, Erwärmung, Kühlung usw. einen Spalt hervorrufen, der sich mit der Zeit nur verschlechtert.
Ein anderes Problem betrifft die Orientierung des O- Ringes. Da er sowohl im konischen Bereich als auch in der parallen Grenzfläche angeordnet ist, wird der O-Ring während des Zusammenbaus in eine eingeschnürte Form gebracht, wobei ein Abschnitt im relativ großen konischen Abschnitt des Tores verbleibt. Wenn der O-Ring mit der Zeit einen Sitz bzw. eine Einstellung einnimmt, wird der unfähig, sich in der Tasche zu bewegen, da er durch den konischen Abschnitt gefangen ist. Damit ein O-Ring richtig arbeitet, muß er sich in Abhängigkeit von Druckdifferenzen bewegen können. Deshalb neigt die unrichtige Positionierung des O-Rings in der Torgrenzfläche dazu, den O- Ring daran zu hindern, sich zu bewegen und verschlechtert so die Langzeiteigenschaften des Anschlußstücks.
Ein zusätzliches Problem betrifft die Tatsache, daß die einzige Dichtung im Rohr-zu-Tor-Anschlußstück durch den O-Ring gebildet wird. Ohne den O-Ring an Ort und Stelle dichtet das Rohr, wenn es mit dem Tor zusammengefügt ist, auch gegen niedrige Drücke nicht. Auch kann eine Fehlausrichtung von Komponenten können einen beschädigten O-Ring zur Folge haben, und bei diesem häufigen Problem erscheint ein Leck unmittelbar.
Ein weiteres Problem besteht bei einer Situation, bei welcher das Rohr-zu-Tor-Anschlußstück in Klimaanlagesystemen verwendet wird, aufgrund der durchdringenden Natur von Kühlmitteln. O-Ringe sind insbesondere unter Druck gegen Freon durchlässig. Wenn der O-Ring die einzige Dichtung in einem System ist, tritt durch den durchlässigen O-Ring ein konstanter und unwiederbringlicher Verlust von Kühlmittel an die Atmosphäre auf. Dieser Verlust ist aufgrund der Langsamkeit der Durchdringung des O-Rings zuerst langsam, wird jedoch schneller, wenn der O-Ring mit der Zeit einen Sitz bzw. eine Stellung einnimmt, und es treten größere Leckwege auf.
Erforderlich ist eine verbesserte hydraulische Kupplung, welche die elastischen Eigenschaften der Materialien benutzt.
Weiter ist eine verbesserte hydraulische Kupplung erforderlich, welche sekundäre Dichtungen aufweist.
Es besteht ein zusätzliches Bedürfnis nach einer verbesserten hydraulischen Kupplung für Kühlmittelsysteme, welche Metall-zu-Metall-Dichtungen aufweist.
Ein noch weiteres Bedürfnis besteht nach einer verbesserten hydraulischen Kupplung, welche die Zahl potentioneller Leckwege minimiert.
Ein noch anderes Bedürfnis besteht nach einer hydraulischen Kupplung, welche zum Zusammenbau weniger Drehmoment benötigt.
Die oben hervorgehobenen Probleme sind, obgleich sie sehr verschieden erscheinen, auf sehr verschiedene Weise miteinander verknüpft. Primär weisen beide Systeme ein einziges Dichtungsverfahren auf, deren eines elastomerisch ist und das andere nur die plastische Metall-zu-Metall-Verformung aufweist. Ein anderes gemeinsames Merkmal liegt darin, daß es bei jeder Ausführung wenig Bedarf an elastischem Speicher gibt, da beispielsweise plastische Verformung von Komponenten bei beiden Ausführungsformen als ein Ergebnis ihrer Gegenüberlage auftreten.
Die elastische Verformung passender Komponenten wird bevorzugt, da der elastische Speicher des Materials (Metall oder Gummi oder dgl.) eine kontinuierliche Dichtungskraft ausübt. Vergleichsweise übt eine plastische Verformung des Materials, welches die Anschlußkomponenten permanent derformiert, keine zusätzliche Dichtungskraft aus. Sowohl Metalle als auch gummiartige Materialien sind beiden Deformationsformen unterworfen, da Metallmaterial beim Zusammenbau durch hohes Drehmoment plastisch verformt werden kann, während elastische Materialien durch Sättigung mit der Zeit verformt werden können.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geben der Torgrenzfläche Mehrfachdichtungen und verwenden, wo es möglich ist, in der Grenzfläche einen elastischen Speicher aus metallischen Komponenten. Dies wird durch die Verwendung elastischer Komponenten in den Fällen erreicht, bei denen dies in Verbindung mit sich verjüngenden kontaktierenden metallischen Flächen möglich oder wünschenswert ist, welche die Erzeugung einer Grenzfläche ermöglichen, die durch einen elastischen Speicher vergrößert wird. Bei aus weicheren Materialien bestehenden Toren kann eine metallische Komponente mit einem komplementären sich verjüngenden Teil oder eine Polymerharzkomponente verwendet werden, um eine Kontaktdichtung ähnlicher Integrität zu erzeugen. Die spitz zulaufend sich vejüngenden metallischen Flächen bilden eine hohe Einheitsbelastung, welche die Notwendigkeit der zum Erreichen der bei den Anschlußstückkomponenten benötigten hohen Drehmomente erforderlichen teuren Materialien begünstigt.
Aus der GB-A-2207722 geht eine hydraulische Kupplung hervor, bestehend aus einem Tor, das eine Öffnung, einen Abschnitt, der einen mit der Öffnung in Kommunikation stehenden Durchgang definiert, einen Innengewindeabschnitt, der in Kommunikation mit dem Durchgang steht, und eine der Öffnung zugekehrte konische Fläche aufweist, einer Kanaleinrichtung zum Erzeugen einer Fluidkommunikation mit dem Tor, die eine Lippe aufweist, welche sich zu einem Dichtungskontakt mit der konischen Fläche des Tores verformt, und einer Verbindungseinrichtung zum dichten Befestigen der Kanaleinrichtung am Tor, wobei die Verbindungseinrichtung einen umgebenden Rand und einen Außengewindeabschnitt aufweist, der in den Innengewindeabschnitt des Tores schraubbar ist und durch Schrauben die Lippe in Dichtungskontakt mit der konischen Fläche des Tores drückt, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung eine derartige Kupplung dadurch gekennzeichnet ist, daß sich der umgebende Rand separat von der Lippe durch die durch das Schrauben erzeugte Kraft ebenfalls zu einem Dichtungskontakt mit der konischen Fläche verformt.
Eine Ausführungsform betrifft ein modifiziertes Rohr-zu- Tor-Anschlußsystem. Dieses System erfordert ein spezielles Tor, das in eine Rohrmutter eingeschraubt ist. An der Basis des Tores befindet sich ein Konus relativ spitzen Winkels. Es gibt ähnliche und geläufige Tore, obgleich sie dazu neigen, viel komplizierter als das Tor des vorliegenden Aufbaus zu sein. Dieses Tor kann einfach durch Verwendung eines Formschneiders oder -bohrers hergestellt werden, um seinen kleinen Gewindedurchmesser und den Konus gleichzeitig zu ergeben, wobei keine spezielle Oberflächenfertigbearbeitung erforderlich ist. Der Konus beginnt beim kleinen Gewindedurchmesser und nimmt nach Innen zunehmend ab. Es gibt keine komplizierten Teile und Erfordernisse zur feinen Dimensionierungs- und/oder Oberflächen- Fertigbearbeitung.
In das Tor sind ein geformtes Rohr und eine Rohrmutter eingebaut. Dieser Aufbau weist jedoch kein Rohr mit Wulst auf, sondern macht Gebrauch von einem erweiterten Rohrende, das eine Lippe zum Halten eines O-Ringes aufweisen kann. Die Mutter weist eine Schulter auf, die an dem erweiterten Rohrende anliegt und dieses in das Tor drückt, wobei die Lippe in die konische Fläche des Tores gedrückt wird. Diese Lippe kann auch einem anderen Zweck dienen, beispielsweise dazu, während des handfesten Zusammenbaus von Komponenten eine Dichtung zu verhindern. Ohne diese Lippe, die während des handfesten Zusammenbaus von Komponenten mit dem konischen Sitz im Tor zusammenwirkt, würde der O-Ring vor Ausübung eines Drehmoments auf Komponenten mit Schraubenschlüsseln dichten, und die Tatsache, daß Zusammenbaudrehmomente nicht zur Erzeugung der Metall-zu- Metall-Dichtung ausgeübt werden, liegt nicht nahe. Durch Fest- oder Anziehen der Mutter mittels Schraubenschlüssels wird die Lippe in Dichtungskontakt mit der konischen Fläche gedrückt, um eine primäre Metall-zu-Metall-Dichtung zu bilden. Bei aus weicherem Material hergestellten Toren kann die Lippe mit einem komplementären Konus versehen sein, um die Erzeugung der primären Metall-zu-Metall-Dichtung zu erleichtern.
Die Mutter der Kupplung weist einen dünnwandigen Führungsabschnitt auf, der während des Zusammenbaus an den Sitz am Boden des Tores angepaßt ist, um eine Metall-zu-Metall-Dichtung sowohl mit dem Konus des Tores als auch mit der Außenseite des erweiterten Abschnitts des Rohres zu erzeugen. Bei aus weicherem Material hergestellten Toren kann ein Polymerharzring den Führungsabschnitt der Mutter ersetzen, um einen Dichtungskontakt sowohl mit dem Konus des Tores als auch mit der Außenseite des erweiterten Abschnitts des Rohres zu erzeugen. Wahlweise kann ein O-Ring auf dem erweiterten Abschnitt des Rohres vor dem dünnwandigen Abschnitt der Rohrmutter angeordnet werden, der den erweiterten Abschnitt des Rohres und den Konus im Rohr während des Zusammenbaus kontaktiert, jedoch im Aufbau nicht zu einer Dichtung zusammengedrückt wird. Die Lippe kontaktiert den Konus des Tores bevor der dünnwandige Abschnitt der Rohrmutter den Konus während des Zusammenbaus kontaktiert. Der O-Ring ist auf dem erweiterten Abschnitt des Rohres zwischen der Lippe am Führungsende und dem dem dünnwandigen Abschnitt der Rohrmutter angeordnet, so daß beim Zusammenbau der O-Ring nicht komprimiert wird aber in Kontakt mit dem dem erweiterten Abschnitt des Rohres, dem Torkonus und dem Führungsende des dünnwandigen Abschnitts der Rohrmutter steht.
Die Erfindung umfaßt auch eine Ausführungsform, bei welcher das Tor ein anderes Rohr und eine Aufnahmemutter aufweist, und die eine verbesserte Rohr-zu-Rohr-Kupplung bereitstellt.
Die obengenannten Merkmale, Eigenschaften und Aufgaben dieser Erfindung, und die Art und Weise ihrer Anbringung oder Realisierung werden deutlicher, und die Erfindung selbst wird besser verstanden, wenn Bezug auf die folgende Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird, in denen:
Figur 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Rohr-zu-Tor-Kupplung des Standes der Technik vor dem Zusammenbau ist;
Figur 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer zusammengebauten Rohr-zu-Tor-Kupplung des Standes der Technik ist;
Figur 3 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Rohr-zu-Tor-Kupplung nach der vorliegenden Erfindung vor dem Zusammenbau ist;
Figur 4 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer zusammengebauten Rohr-zu-Tor-Kupplung nach der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 5 eine vergrößert dargestellte Schnittansicht der aneinanderliegenden Teile des Tores, der Mutter und des Rohres nach Figur 4 ist;
Figur 6 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Rohr-zu-Tor-Kupplung nach der vorliegenden Erfindung vor dem Zusammenbau ist;
Figur 7 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht der zusammengebauten Kupplung nach Figur 6 ist;
Figur 8 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des entsprechend einer Rohr-zu-Rohr-Kupplung nach der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Rohres ist;
Figur 9 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Polymerharzringes der Rohr-zu-Rohr-Ausführungsform ist;
Figur 10 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Aufnahmerohres der Rohr-zu-Rohr-Ausführungsform ist;
Figur 11 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Aufnahmemutter der Rohr-zu-Rohr-Ausführungsform ist;
Figur 12 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Verriegelungsmutter der Rohr-zu-Rohr-Ausführungsform ist;
Figur 13 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht der zusammengebauten Rohr-zu-Rohr-Ausführungsform ist;
Figur 14 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der Rohr-zu-Tor-Kupplung nach der vorliegenden Erfindung ist; und
Figur 15 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer fünften Ausführungsform der Rohr-zu-Tor-Kupplung nach der vorliegenden Erfindung ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft hydraulische Kupplungen, insbesondere Kupplungen, welche die elastischen Eigenschaften von Materialien zur Bildung eines Dichtungskontaktes zwischen angepaßten Komponenten verwendet, beispielsweise Metalle oder O-Ringe,.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die in den Figuren 3-5 gezeigte Rohr-zu-Tor-Kupplung. Eine Rohrmutter 204 ist über einem erweiterten Abschnitt 207 des Rohres 203 angeordnet und weist ein Ende mit einer Wand oder einem umgebenden Rand 208 auf, die bzw. der relativ dünn ist. Auch liegt ein Schulterabschnitt 211 der Mutter 204 an einem Übergangsabschnitt 210 des Rohres 203 an. Die dünne Wand 208 kann einen Konus aufweisen, der an eine konische Fläche 215 des Tores 201 angepaßt ist, obgleich ein solcher Konus zum Praktizieren der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist. Die dünne Wand 208 der Mutter 204 ist so ausgebildet, daß sie während des Zusammenbaus mit der konischen Fläche 215 am Boden des Tores 201 zusammenpaßt und auf die Außenseite des erweiterten Abschnitts 207 des Rohres 203 trifft. Alternativ kann, wo es erwünscht ist, ein O-Ring 209 zur zusätzlichen Dichtungssicherheit vorgesehen sein. In vielen Situationen sind O-Ringe keine akzeptalen Komponenten in Hydraulik- oder Gassystemen, und die Kupplung funktioniert entweder mit oder ohne O-Ring 209 richtig. Wo keine solche Beschränkung auf die Verwendung von O- Ringen besteht macht die Verwendung eines O-Rings 209 die Konstruktion über lange Zeit sogar zuverlässiger.
Die Rohrmutter 204 ist mit dem Tor 201 durch den Eingriff eines Außengewindes 205 der Mutter 204 in ein Innengewinde 202 des Tores 201 des Tores 201 verbunden. Beim Zusammenbau kontaktiert eine Lippe 206 auf dem erweiterten Abschnitt 207 des Rohres 203 die konische Fläche 215 vor jedem Kontakt mit dem O- Ring 209. Dies stellt sicher, daß es ein sichtbares Leck aus dem Aufbau in dem Fall gibt, daß ein Anziehen mit einem Schraubenschlüssel nicht stattgefunden hat. Bei der Ausübung eines ausreichenden Drehmoments während des Anziehens der Mutter 204 mit einem Schraubenschlüssel drückt der Schulterabschnitt 211 den erweiterten Abschnitt 207 in das Tor 201 und bewirkt, daß die Lippe 206 die konische Fläche 215 kontaktiert und sich verformt, wobei eine Metall-zu-Metall-Grenzfläche zwischen der Lippe 206 unter der konischen Fläche 215 erzeugt wird, die ihrerseits gegen Druck abdichtet. Beim weiteren Anziehen mit dem Schraubenschlüssel wird der O-Ring 209 in Kontakt mit der konischen Fläche 215 gebracht, und schließlich kontaktiert die dünne Wand 208 der Rohrmutter 204 die konische Fläche 215. Wenn schließlich das Schraubenschlüssel-Anzugsdrehmoment ausgeübt wird, wird die dünne Wand 208 der Rohrmutter 204 an die konische Fläche 215 im Tor 201 angepaßt und in Kontakt mit dem erweiterten Abschnitt des Rohres 203 hinunter getrieben. Der Eingriff des erweiterten Abschnitts 207 und der Mutter 204 bildet eine zweite Metall-zu-Metall-Dichtung als Unterstützung der Dichtung zwischen der Lippe 206 und der konischen Fläche 215. Der O-Ring 209, der den Raum zwischen den Metall-zu-Metall- Dichtungen des Aufbaus einnimmt, sitzt in einer so ausbebildeten Tasche 216 und bildet eine dritte Dichtung im Aufbau.
Das Dreidichtungssystem nach der vorliegenden Erfindung ist viel effektiver als die elastische Einzeldichtung, die beim Rohr-zu-Tor-Anschlußstück des Standes der Technik besteht. Unter Bezugnahme auf die Figur 5 ist eine Dichtung 212 zwischen der Lippe 206 und der konischen Fläche 215 ausgebildet, zusätzliche Dichtungen 213 und 214 sind zwischen der dünnen Wand 208 und sowohl der konischen Fläche 215 als auch den erweiterten Abschnitt 207 ausgebildet, und eine andere Dichtung ist durch den O-Ring 209 gebildet. Zusätzliche Vorteile ergeben sich auch aus dem Vorhandensein von Metall-zu-Metall-Dichtungen, wenn sie bei Klimaanlagenkühlrnitteln verwendet werden, die durch elastomerische Dichtungen hindurchgehen können. Das Vorhandensein von Metall-zu-Metall-Dichtungen verhindert selbst die kleinsten Lecks, und selbst wenn die Metaildichtungen versagen, verlangsamen sie die Durchdringungsrate von Kühlmitteln durch die Grenzfläche beträchtlich.
Die Rohr-zu-Tor-Kupplung nach den Figuren 3-5 wird durch Einsetzen der Mutter 204 in das Tor 201 und Schrauben des Gewindes 205 der Mutter 204 in das Gewinde 202 des Tores 201 zusammengebaut. Bei weiterem Drehen der Mutter 204 greifen die Gewinde 205 und 202 ineinander, bis die Lippe 206 die konische Fläche 216 kontaktiert. Durch manuelles Anziehen der Mutter 204 ist der O-Ring 209 noch nicht in Kontakt mit der konischen Fläche 215, und es erscheint ein Leck, wenn unter Druck gesetztes Fluid durch die Grenzfläche eingebracht wird. Durch weiteres Anziehen mit einem Schraubenschlüssel kann die Mutter 204 derart gedreht werden, daß die Lippe 206 auf der konischen Fläche 215 verformt wird. Auch wird wahlweise der O-Ring 209 zum Dichtungskontakt mit der konischen Fläche 215 positioniert. Durch weiteres Anziehen mit dem Schraubenschlüssel kommt die dünne Wand 208 in Kontakt mit der konischen Fläche 215, wird auf diese Weise verformt und bildet eine Dichtung auf der konischen Fläche 215. Schließlich wird die dünne Wand 208 nach innen gedrückt, bis sie sich zum Dichtungskontakt mit dem erweiterten Abschnitt 207 verformt. Das zum Verformen der Lippe 206 und bringen der Mutter 207 zum Dichtungskontakt erforderliche Drehmoment ist relativ klein im Vergleich zu den Drehmomenten, die bei Anschlüssen des Standes der Technik erforderlich sind, da der enge Konus der Fläche 215 die Verformung der Lippe 206 erleichtert.
Außerdem wird bei einem flachen Winkel im Tor die Einheitsbelastung der angepaßten Komponenten, die während des Zusammenbaus erzeugt wird, außergewöhnlich hoch, wodurch die Wahrscheinlichkeit für eine zuverlässige Dichtung vergrößert wird. Die Natur eines Konus ist derart, daß ein elastischer Speicher zwischen angepaßten konischen Flächen hervorgerufen wird, wobei eine Langzeit-Integrität der Grenzfläche selbst unter den agressivsten Einflüssen wie beispielsweise Vibration, Erwärmung und Kühlung, Stoß, Biegung usw. sichergestellt wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung hat das Rohr 203 anfangs einen Außendurchmesser, der größer ist als der Innendurchmesser der Mutter 204. Die Kupplung wird dadurch gebildet, daß zuerst ein Ende des Rohres zusammengedrückt und die Mutter auf dem gepreßten Abschnitt angeordnet wird. Als nächstes wird das zusammengedrückte Rohrende wieder bis zu einem Ausmaß erweitert, bei dem die Mutter auf dem Rohr festgehalten ist, und die Lippe wird ausgebildet. Die Differenz zwischen dem zusammengedrückten Abschnitt und dem Außendurchmesser des Rohres kann so klein wie einige wenige tausendstel Zoll sein, jedoch reicht diese Differenz aus, um die Mutter zfestzuhalten. Die Differenz zwischen dem Außendurchmesser des zusammengedrückten Abschnitts des Rohres liegt im Bereich von 0,010 Zoll (0,25 mm) bis 0,050 Zoll (0,13 mm), insbesondere im Bereich von 0,015 Zoll (0,38 mm) bis 0,030 Zoll (0,76 mm) und beträgt speziell etwa 0,020 Zoll (0,51 mm).
Die Figuren 6 und 7 zeigen eine zweite Ausführungsform der Rohr-zu-Tor-Kupplung nach der vorliegenden Erfindung. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Mutter 204' zwei separate Komponenten, einen Eingriffsabschnitt 217 mit einem Außengewinde 205' und einen metallischen Klemm- oder Kompressionsring 220 auf, der eine dünne Wand 208'aufweist. Dieser Aufbau ist dort vorteilhaft, wo eine reguläre Entfernung des Rohres 203 vom Tor 201 erforderlich ist. Die Mutter 204' kann leichter gedreht und vom Tor 201 entfernt werden, da die dünne Wand 208' am erweiterten Abschnitt 207 angebracht bleibt.
Unter Bezugnahme auf die Figur 6 weist die Rohrmutter 204' einen senkrecht zur Achse der Mutter 204' orientierten Führungsrand 218 auf, der mit einer zugekehrten Fläche 219 an einem Kompressionsring 220 anliegt. Da während des Zusammenbaus an der Mutter 204' ein Drehmoment anliegt, drückt der Führungsrand 218 gegen die Fläche 219 und folglich den Kompressionsring 220 nach unten gegen die konische Fläche 215 des Tores 201, bis ein Dichtungskontakt zwischen der dünnen Wand 208' und dem erweiterten Abschnitt 207 ausgebildet ist. Nach dem Zusammenbau leistet diese Ausführungsform ähnliches wie die in den Figuren 3-5 gezeigte Ausführungsform
Bei der bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung sind die Verbindungsabschnitte der hydraulischen Kupplungen (beispielsweise die Mutter 204 der Rohr-zu-Tor- Kupplung und ein Bolzen 309 der transversalen Kupplung) aus einem Material wie beispielsweise schweißbarer Stahl, rostfreier Stahl, Monel, Titan, Aluminium, Messing und verschiedene bearbeitbare Legierungen sowie gewisse Kunststoffe gefertigt. Die Führungsabschnitte der hydraulischen Kupplung (beispielsweise das Rohr 203 und der Körper 304) sind aus einem Material wie beispielsweise Kupfer, Messing, schweißbarer Stahl, rostfreier Stahl, Titan, Aluminium und verschiedene schmiedbare/bearbeitbare Legierungen sowie gewisse Kunststoffe hergestellt. Der Winkel der konischen Flächen der Kupplungsgrenzflächen (beispielsweise konischen Flächen 215 Rohr-zu-Tor- Kupplung) liegt im Bereich von 5º bis 45º, insbesondere im Bereich von 10º bis 30º und vorzugsweise bei etwa 15º.
Weitere Ausführungsformen sind in den Figuren 8-15 dargestellt und insbesondere für Anwendungen geeignet, bei denen das Torteil aus weicheren Materialen gefertigt ist. Zur Bildung eines Dichtungskontakts um den Umfang des Tores ohne Verformung des weichen Materials des Tores weist das Rohr 203" eine so ausgebildete konische Fläche auf, daß sie der konischen Fläche des Tores 215 angepaßt ist, und die Mutter 204" weist keine dünne Wand auf 1 die sich von einem Außengewinde 205 erstreckt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Rohr-zu-Rohr-Kupplung bereitstellt, ist in den Figuren 8-13 gezeigt. Die Figur 8 zeigt die Figuration des Rohres 203", welches den Übergangsabschnitt 210", den erweiterten Abschnitt 207" und eine Lippe 206" aufweist. Bei dieser Ausführungsform weist jedoch die Lippe 206" einen nach außen gedrehten Abschnitt 223 und einen nach innen gedrehten Abschnitt 224 auf. Der nach innen gedrehte Abschnitt 224 weist eine äußere konische Fläche auf, die zum Konus seines Tores komplementär ist, wobei die komplementäre konische Fläche ein aus weicherem Material gefertigtes Tor weniger wahrscheinlich beschädigt. Die Figur 8 zeigt einen Polymerharzring 225, der so ausgebildet ist, daß er den äußeren Umfang eines erweiterten Abschnitts 207" verschiebbar kontaktiert. Von genereller Ringform kann der Polymerharzring 225 symmetrisch angeordnete konische Flächen 226 aufweisen. Die Figur 14 zeigt eine Mutter 204" mit einem Außengewinde 205", einem Schulterabschnitt 211" und einem Führungsrand 218", wobei die Mutter 204" ähnlich zu dem in den Figuren 8 und 9 gezeigten Muttereingriffsabschnitt 217 von 204' angeordnet ist. Die Mutter 204", der Polymerharzring 225 und das Rohr 203" bilden das auf zunehmende bzw. männliche Element der Rohr-zu-Rohr-Kupplung nach Figur 13.
Das auf zunehmende bzw. weibliche Teil der Rohr-zu-Rohr- Kupplung nach Figur 13 ist durch Kombination des aufnehmenden Rohres 226' und der aufnehmenden Mutter 227 gebildet. Das aufnehmende Rohr 226' ist in der Figur 10 so gezeigt, daß es einen erweiterten Abschnitt 228 und einen konisch nach außen erweiterten Endabschnitt 229 aufweist, wobei der äußere konische Abschnitt 229 eine Torfläche 230 definiert. Die aufnehmende Mutter 227 ist in der Figur 11 so gezeigt, daß sie einen Rohrendabschnitt 231 aufweist, der die Außenflächen des erweiterten Abschnitts 228 und konischen Abschnitts 229, das Innengewinde und eine externe Sechserfläche 233 aufnimmt. Die externe Sechserfläche 233 bildet eine Einrichtung zum rotationsrnäßig stationären Halten der Aufnahmemutter 227 relativ zur Mutter 204", so daß sie ineinandergeschraubt sein können. Die zusammengebaute Rohr-zu-Rohr-Kupplung ist in der Figur 13 gezeigt, bei welcher die Mutter 204" den Polymerharzring 225 in einen Grenzflächensitz zwischen dem erweiterten Abschnitt 207" und der Torfläche 230 gedrückt hat, wobei der nach innen gedrehte Abschnitt 224 der Lippe 206" die Torfläche 230 kontaktiert, und der O-Ring 209 wahlweise auf dem erweiterten Abschnitt 207" zwischen dem Polymerharzring 225 und dem nach dem innen gedrehten Lippenabschnitt 224 angeordnet sein kann.
Die Figuren 8, 9, 12 und 14 zeigen eine vierte Ausführungsform der Rohr-zu-Tor-Kupplung nach der vorliegenden Erfindung. In der dargestellten Ausführungsform ist das Tor 201 durch einen Dichtungsmechanismus an dem Rohr 203" angebracht, der zwei separate Komponenten, eine Mutter 204" mit einem Außengewinde 205" mit einer Klemme oder einem Ring 225 aus Polymerharz, die bzw. der eine konische Fläche 226 aufweisen kann. Dieser Aufbau ist dort vorteilhaft, wo eine Entfernung des Rohres 203" vom Tor 201 erforderlich ist.
Unter Bezugnahme auf die Figur 14 weist die Rohrmutter 204" einen senkrecht zur Achse der Mutter 204" orientierten Führungsrand 218" auf, der am Polymerharzring 225 anliegt. Wenn während des Zusammenbaus ein Drehmoment auf die Mutter 204" ausgeübt wird, drückt der Führungsrand 218" gegen den Polymerharzring 225 und drückt folglich die konische Fläche 226 nach unten zur konischen Fläche 215 des Tores 1, bis ein Dichtungskontakt zwischen dem Innendurchmesser des Polymerharzrings und dem erweiterten Abschnitt 207" ausgebildet ist. Der O-Ring 209 kann wahlweise um den erweiterten Abschnitt 207" zwischen dem Polymerharzring 225 und dem nach außen gedrehten Lippenabschnitt 223 angeordnet sein. Nach dem Zusammenbau leistet diese Ausführungsform das gleiche wie die in den Figuren 3-5 gezeigte Ausführungsform.
Die Figur 15 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Rohr- zu-Tor-Kupplung nach der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind der Gewindeeingriff und die Dichtungsgrenzfläche durch zwei separate Elemente gebildet, die durch einen Block verbunden sind. Insbesondere weist das Tor 201' eine Gewindebohrung 234 und einen separaten Durchgang 235 mit einern konischen Abschnitt 236 auf. Ein Rohr 203" erstreckt sich durch den Block 237 und weist ein Verriegelungselement 238, einen Polymerharzring 225 und wahlweise einen O-Ring 209 auf, der um den erweiterten Abschnitt 207" angeordnet ist. Der Block 237 weist einen gestuften ringförmigen Abschnitt 239 auf, der mit einem Innendurchmesser in Anschlagrelation zum Außendurchmesser einer Schulter 240 des Verriegelungselement 238 steht. Wenn folglich eine Schraube 241 in die Gewindebohrung 234 geschraubt und angezogen wird, übt der Block 237 einen Druck auf das Verriegelungselement aus, der ausreicht, den Dichtungskontakt zwischen dem nach innen gedrehten Lippenabschnitt 224 und der konischen Fläche 236 und den Dichtungskontakt zwischen dem Polymerharzring 225 zwischen dem erweiterten Abschnitt 207" und dem konischen Abschnitt 236 zu bilden.
Der Polymerharzring 225 hat die vorteilhafte Eigenschaft, daß er für Fluide relativ undurchlässig ist und eine relativ harte Außenfläche zur Bildung von Kontaktdichtungen durch Eingriffspassung aufweist. Das Material des Polymerharzrings 225 ist vorzugsweise das von Dupont hergestellte Material TEFLON TM. Der Ring 225 kann jedoch je nach Situation alternativ aus einem dem Kompressionsring 220 der Ausführungsform nach Figur 6 ähnlichen Metall hergestellt sein.

Claims

1. Hydraulische Kupplung, bestehend aus einem Tor (201), das eine Öffnung, einen Abschnitt, der einen mit der Öffnung in Kommunikation stehenden Durchgang definiert, einen Innengewindeabschnitt (202), der in Kommunikation mit dem Durchgang steht, und eine der Öffnung zugekehrte konische Fläche (215) aufweist, einer Kanaleinrichtung (203) zum Erzeugen einer Fluidkommunikation mit dem Tor, die eine Lippe (206) aufweist, welche sich zu einem Dichtungskontakt mit der konischen Fläche des Tores verformt, und einer Verbindungseinrichtung (204) zum dichten befestigen der Kanaleinrichtung am Tor, wobei die Verbindungseinrichtung einen umgebenden Rand und einen Außengewindeabschnitt (205) aufweist, der in den Innengewindeabschnitt des Tores schraubbar ist und durch Schrauben die Lippe in den Dichtungskontakt mit der konischen Fläche des Tores drückt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der umgebende Rand (208) separat von der Lippe durch die durch das Schrauben erzeugte Kraft ebenfalls zu einem Dichtungskontakt mit der konischen Fläche verformt.

2. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsabschnitt und der konische Flächenabschnitt des Tores ein Rohr (226') mit einem konisch nach außen erweiterten Ende (230) aufweisen, und der Außengewindeabschnitt des Tores eine Aufnahmenut (227) aufweist, die um das konisch nach außen erweiterte Ende des Rohres angeordnet ist.

3. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Dichtungsring (209), der zwischen der Lippe und dem umgebenden Rand der Verbindungseinrichtung um die Kanaleinrichtung angeordnet ist.

4. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen Dichtungsring (209), wobei die Kanaleinrichtung zwischen der Lippe und der Verbindungseinrichtung einen Sitzabschnitt (207) aufweist und der Dichtungsring sich auf dem Sitzabschnitt der Kanaleinrichtung befindet.

5. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der umgebende Rand auch die Kanaleinrichtung dichtend kontaktiert.

6. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe eine nach außen gekehrte konische Fläche (224) aufweist, die im wesentlichen komplementär zur konischen Fläche des Tores ist.

7. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen O-Ring (209), wobei die Kanaleinrichtung einen den O-Ring aufnehmenden Sitzabschnitt (207) aufweist, die Lippe anfangs an der konischen Fläche des Tores anliegt und nach manueller Abdichtung der Verbindungseinrichtung einen Dichtungskontakt zwischen dem O-Ring und der konischen Fläche verhindert, wobei die Lippe aus einem Material besteht, das sich nur durch die Ausübung von manuell ausgeübte Drehmomente überschreitenden Drehmomenten verformt, wobei die manuelle Abdichtung zwischen der Verbindungseinrichtung und der Kanaleinrichtung durch die Einschraubung die Lippe nicht verformt, so daß der O-Ring die konische Fläche nicht kontaktiert, und sich bei Ausübung höherer Drehmomente die Lippe zum Dichtungskontakt mit der konischen Fläche des Tores verformt und der O-Ring die konische Fläche des Tores dichtend kontaktiert.

8. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung einen Eingreifabschnitt (217) und einen separaten Kompressionsring (220) aufweist, wobei der Eingreifabschnitt das Außengewinde, der Kompressionsring den umgebenden Rand aufweist und der Eingreifabschnitt und der Kompressionsring angepaßte Flächen (218, 219) aufweisen, so daß der Eingreifabschnitt den Kompressionsring in Dichtungskontakt mit der konischen Fläche des Tores drückt.

9. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsring metallisches Material aufweist.

10. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsring Kunstharzmaterial aufweist.

11. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsring die Kanaleinrichtung dichtend kontaktiert.

12. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe konisch nach außen geformt ist und eine ringförmige Dichtungskontaktlinie (212) mit der konischen Fläche des Tores bildet.

13. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung um die Kanaleinrichtung angeordnet ist, die Kanaleinrichtung einen erweiterten Abschnitt (207) aufweist, die Lippe sich von dem erweiterten Abschnitt erstreckt und die Verbindungseinrichtung in den erweiterten Abschnitt eingreift, um die Lippe in Dichtungskontakt mit der konischen Fläche des Tores zu drücken.

14. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe einen sich von dem erweiterten Abschnitt erstreckenden ersten Abschnitt und einen sich vom ersten Abschnitt erstreckenden und eine nach außen gekehrte, zur konischen Fläche des Tores komplementäre konische Fläche (224) aufweisenden zweiten Abschnitt aufweist.

15. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung eine Schraubeinrichtung (241), einen Block (237) und einen seperaten umgebenden Randabschnitt (225) aufweist, der um die Kanaleinrichtung angeordnet ist, wobei der Block eine erste Öffnung zur Aufnahme der Schraubeinrichtung, eine zweite Öffnung zur Aufnahme der Kanaleinrichtung und eine an den umgebenden Randabschnitt anliegende Schulter (239) aufweist.

16. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe eine nach außen gekehrte, zur konischen Fläche (236) des Tores (201') komplementäre konische Fläche (224) aufweist.

17. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der umgebende Randabschnitt einen Kompressionsring (225) und ein Verriegelungselement (238) aufweist, wobei das Verriegelungselement zwischen der Schulter und dem Kompressionsring um die Kanaleinrichtung angeordnet ist und der Kompressionsring Kunstharzmaterial aufweist.

18. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen um die Kanaleinrichtung zwischen dem Lippenabschnitt und dem Kompressionsring angeordneten O-Ring (209).

19. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Fläche des Tores in einem Winkel relativ zu einer durch den Innengewindeabschnitt definierten axialen Linie angeordnet ist und der Winkel im Bereich von etwa 5º bis 45º liegt.

20. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Fläche des Tores in einem Winkel relativ zu einer durch den Innengewindeabschnitt definierten axialen Linie angeordnet ist und der Winkel im Bereich von etwa 10º bis 30º liegt.

21. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, daß die konische Fläche des Tores in einem Winkel relativ zu einer durch den Innengewindeabschnitt definierten axialen Linie angeordnet ist und der Winkel etwa 15º beträgt.

22. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der umgebende Rand einen mit der konischen Fläche des Tores korrespondierenden externen Konus aufweist.