Schraub- & Schnell-Kupplung – ein Vergleich
Ein hydraulischer Antrieb besteht im Prinzip aus einem Hydraulikaggregat und mindestens einem hydraulischen Verbraucher, welcher über Leitungen mit dem Hydraulikaggregat verbunden ist. Die Hydraulikleitungen werden je nach Zweckmäßigkeit mit Schraub- oder mit Schnellverschlusskupplungen versehen als bewusst gewollte Möglichkeiten zum Öffnen und Schließen der Hydraulikleitungen.
Hydraulikkupplung, Verbindungselement zwischen Hydraulikaggregat und Verbraucher
Eine Kupplung, egal ob als Schraub- oder Schnellverschluss ausgeführt, besteht im einfachsten Fall aus zwei Teilen, einer Muffe und einem Nippel, wobei der Nippel in die Muffe geschoben oder geschraubt wird.
Physikalische Zusammenhänge in Bezug auf Hydraulik
Soll innerhalb einer Hydraulikleitung eine Bewegung der hydraulischen Flüssigkeit stattfinden, so ist ein Druckgefälle entlang der Hydraulikleitung erforderlich. Nur als Folge eines solchen Druckgefälles kann auch ein Durchfluss entstehen. Der Druck ist definiert als Quotient Kraft / Flächeneinheit. Dabei wird die Kraft in der Regel in Newton oder Kilonewton angegeben. Der Druck wird dagegen in bar angegeben.
1 bar = 1
KN / m2 (Kilonewton / Quadratmeter)
Eine weitere wichtige Größe im Zusammenhang mit der Hydraulik ist die hydraulische Kapazität, mit deren Hilfe das Druckgefälle im Inneren der hydraulischen Leitung entlang der Strömung beschrieben wird. Bildet man das Verhältnis von Volumenstrom zu dessen Druckänderung, so erhält man eine annähernd proportionale Größe, die als hydraulische Kapazität definiert ist.
Schraubkupplung
Bei Hydraulikverschraubungen, die nur selten oder gar nicht geöffnet werden müssen, verwendet man Schraubkupplungen. Die Verbindung von Muffe und Stecker erfolgt durch Verschrauben, indem die Muffe mit ihrem Innengewinde auf das Außengewinde des Steckers aufgeschraubt wird. Das Besondere an der Schraubkupplung ist der zunächst drucklose Zustand im Inneren der Schraubkupplung, auch im bereits verschraubten Zustand. Erst bei Druckbeaufschlagung der hydraulischen Flüssigkeit durch Öffnen eines hydraulischen Ventils wird der Durchfluss durch die Schraubkupplung freigegeben. Bei Druckentlastung wird auch der Durchfluss wieder gestoppt. Die Schraubkupplung hat damit auch im verschraubten Zustand eine beidseitige Absperrfunktion.
Schnellkupplung
Wenn eine Hydraulikleitung öfters mal geöffnet oder geschlossen werden muss, wie dies beispielsweise bei einem Frontlader an einem Traktor der Fall ist, verwendet man zweckmäßigerweise eine Schnellkupplung. Dieser Schnellverschluss besteht im Prinzip aus zwei Teilen, der Kupplung und dem Nippel, auf welchen die Kupplung beim Schließen geschoben wird.
Funktionsprinzip Schnellkupplung
Am Außendurchmesser der Muffe ist eine axial verschiebbare Hülse angebracht, deren Stirnseite durch eine Druckfeder immer in vorderster Stellung bündig mit der Stirnseite der Muffe gehalten wird. In dieser Stellung werden am Innendurchmesser der Muffe befindliche Kugeln in radialer Richtung zur Bohrungsmittelachse der Muffe gedrückt und dort gehalten. Wenn zum Schließen der Hydraulikleitung der Stecker in die Muffe geschoben werden soll, muss die Außenhülse der Muffe gegen den Federdruck axial nach hinten geschoben werden. Dadurch werden die Kugeln freigegeben und können, wenn der Stecker in die Muffe geschoben wird, radial nach außen ausweichen. Wenn der Stecker in der Muffe am Anschlag ist, wird die Hülse losgelassen. Die Kugeln werden radial nach innen in eine rundum laufende Nut am Stecker gedrückt. Stecker und Muffe sind damit axial verriegelt.
Bauarten, Varianten der Schnellkupplung
Die Schnellkupplung wird noch in folgende Bauarten und Varianten unterteilt:
- Monokupplung
Die Monokupplung ist eine einfache Variante der Schnellkupplung, welche nur eine Leitung verbindet. Die Monokupplung hat zwei Teile, Muffe und Stecker. - Durchgangskupplung
Die Durchgangskupplung hat in ihrem Inneren kein Ventil. Wenn ihre beiden Teile verschlossen und damit gekoppelt sind, hat das strömende Medium immer einen freien Durchgang. - Clean-Break-Kupplung
Die Clean-Break-Kupplung ist auch noch unter dem Namen Trockenkupplung bekannt. Sie hat beim Kuppeln und Entkuppeln nur sehr minimale Leckageverluste, was mittels Trocken- und leckarmer Ventile erreicht wird. - Verschlusskupplung
Die Verschlusskupplung ist durch ihren selbsttätigen Absperrmechanismus in ihren beiden Teilen gekennzeichnet. Wenn das strömende Medium durch ein hydraulisches Ventil abgesperrt wird, verschließen Spitz- oder Ringkolbenventile sowohl Muffe als auch Stecker. Der Volumenstrom kommt damit zum Stillstand und wird drucklos. - Multikupplung
Die Multikupplung vereinigt mehrere hydraulische Leitungen und kann diese beispielsweise durch eine einzige Ansteuerung öffnen und wieder schließen. Die Multikupplung eignet sich für komplexe Maschinen und Anlagen mit vielen Druckleitungen. Zugleich ermöglicht die Multikupplung eine gewisse Übersicht über viele vorhandene Druckleitungen. Ein weiterer Vorteil der Multikupplung ist die kurze Rüstzeit bei notwendigen Umbauten, was zugleich auch mit Kosteneinsparung verbunden ist.
Die Multikupplung kann handbetätigt sein oder auch durch ein hilfskraftbetätigtes Dockingsystem erfolgen. Diese Hilfskraftbetätigung kann hydraulisch, pneumatisch oder auch elektrisch bewirkt werden.
Multikupplungen werden beispielsweise zur Steuerung von Schnellwechselsystemen für Industrieroboter eingesetzt. Bei der Betätigung von Schweißzangen oder Greifern kommt es auf präzise und ortsgenaue Positionierung an. Diese geforderten Eigenschaften können unter Zuhilfenahme von Multikupplungen erfüllt werden.
Fazit
Schraub- und Schnellkupplungen haben als Verbindungselemente für flüssige und gasförmige Medien besondere Eigenschaften, welche sie zu unverzichtbaren Bauteilen in vielen technischen Anlagen und Maschinen werden lassen. Für die vielen vorkommenden Einsatzfälle mit all ihren Besonderheiten wurden auch zahlreiche Varianten von Schraub- und Schnellkupplungen entwickelt. Bei fachgerechter Auswahl und Dimensionierung können sowohl wirtschaftliche Abläufe von Maschinen und Anlagen erreicht als auch die Leckageverluste beim Öffnen und Schließen von Kupplungselementen minimiert werden.
Die Verwendung von Schnellkupplungen ist eine praktikable Methode, um hydraulisch arbeitende Maschinen schnell an ein Hydraulikaggregat anzuschließen. Schließen und Öffnen von Hydraulikleitungen ist mit solchen Schnellverschlüssen jederzeit möglich. Besonders vorteilhaft bei Schnellkupplungen ist, dass zum Öffnen und Schließen keine zusätzlichen Hilfswerkzeuge notwendig sind.
Dagegen werden Schraubkupplungen vorzugsweise dort verwendet, wo ein Wechseln der Anschlüsse nicht so häufig erforderlich ist. Dies hat primär auch etwas damit zu tun, dass zum Öffnen und Schließen eines Schraubanschlusses zumindest ein Schraubenschlüssel notwendig ist.
