DE10123498B4

DE10123498B4 - Hydraulisches Unterwasser-Kupplungsteil mit Primär- und Sekundärtellerventil

Info

Publication number: DE10123498B4
Application number: DE10123498A
Authority: DE
Inventors: Robert E. Smith Iii
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: US6237632B1; AU4383501A; BR0102149B1; NO317386B1; NO20012626L; DE10123498A1; BR0102149A; GB2363176B; NO20012626D0; GB0111458D0; GB2363176A

Abstract

Hydraulisches Unterwasserkupplungselement mit einem Anschluss an eine Innenbohrung, ersten und zweiten Tellerventilen zum Schließen der Bohrung und ersten und zweiten Stößeln zum Öffnen der ersten und zweiten Tellerventile jeweils in Antwort auf eine axiale Kraft, die auf jeden Stößel ausgeübt wird, und einer ersten zusammenpressbaren Feder (32), die das erste Tellerventil (30) mit dem zweiten Stößel (34) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompression der ersten Feder (32) den zweiten Stößel (34) dazu bringt, das zweite Tellerventil (40) zu öffnen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im ein hydraulisches Unterwasserkupplungselement mit einem Primärtellerventil und einem Sekundärtellerventil für eine höhere Zuverlässigkeit gegenüber Leckage, wenn die Kupplung nicht zusammengefügt ist.
Hydraulische Unterwasserkupplungen sind seit langem bekannt. Die Kupplungen bestehen im allgemeinen aus einem Einsteckelement und einem Aufnahmeelement, mit weichen Dichtungen, die innerhalb des Aufnahmeelementes positioniert sind, um die Verbindung zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnahmeelement abzudichten. Das Aufnahmeelement ist im allgemeinen ein zylindrischer Körper, mit einer Längsbohrung mit relativ großem Durchmesser an dessen einem Ende und einer Längsbohrung mit relativ kleinem Durchmesser an dessen anderem Ende. Die kleine Bohrung erleichtert das Anschließen an Hydraulikleitungen, während die große Bohrung weiche Dichtungen enthält und das Einsteckteil der Kupplung aufnimmt. Das Einsteckelement hat einen zylindrischen Teil oder eine Sonde, an einem Ende einen Durchmesser ungefähr gleich dem Durchmesser der großen Bohrung des Aufnahmeteils der Kupplung. Das Einsteckelement hat an seinem anderen Ende auch einen Anschluß, um die Verbindung mit Hydraulikleitungen zu erleichtern. Wenn der zylindrische Teil des Einsteckelementes in die große Bohrung des Aufnahmeelementes eingesetzt ist, gelangen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung die weichen Dichtungen oder die O-Dichtungsringe entweder am Ende oder der Stirnfläche des Einsteckelementes in Anschlag oder wirken mit der zylindrischen Sondenwand entlang deren Außenumfang zusammen. Hydraulikfluid kann dann frei durch das Aufnahmeelement und das Einsteckelement der Kupplung fließen und die Dichtungen verhindern, daß der Fluidstrom durch die Verbindung und die Kupplung nach außen entweichen kann.
In dem Aufnahmeelement und dem Einsteckelement der Kupplung können Tellerventile installiert sein. Jedes Tellerventil schließt, wenn die Kupplung unterbrochen wird, um zu verhindern, daß Fluid aus dem System, dessen Teil die Kupplung ist, lecken kann. Es wurden Federn oder andere Vorspannmittel verwendet, um die Tellerventile in die normalerweise geschlossene Position zu zwängen.
Vor kurzem wurden bei hydraulischen Unterwasserkupplungen der vorstehend beschriebenen Bauart eine oder mehrere druckgespeiste Metalldichtungen verwendet. Beispielsweise zeigen die US-PSen 4,694,859 und 5,762,106 von Robert E. Smith III der Firma National Coupling Company, Inc. hydraulische Unterwasserkupplungen mit radialen Metalldichtungen, die mit dem Durchmesser der Sonde oder des Einsteckelementes im Eingriff stehen.
Bei hydraulischen Unterwassersystemen der vorstehend beschriebenen Bauart ist es wichtig, die Leckage von Hydraulikfluid sowohl aus den Kupplungen als auch den Hydrauliksystemen, deren Teil die Kupplungen sind, zu verhindern oder zu minimieren. Es ist auch wichtig, das Eintreten von Meerwasser in die Kupplungen und Hydrauliksysteme zu verhindern oder zu minimieren. Während druckgespeiste Metalldichtungen wirksam dazu verwendet worden sind, die Leckage zu stoppen, wenn die Kupplungen verbunden sind, ist es trotzdem möglich, daß eine Leckage um das Tellerventil an den beiden Kupplungselementen auftreten kann, wenn sie nicht miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann sich Schmutz von außerhalb des Hydrauliksystems oder aus dem Hydrauliksystem in und um das Tellerventil ansammeln, wenn die Kupplungselemente voneinander getrennt sind. Wenn dies auftritt, besteht die Gefahr einer Leckage von Hydraulikfluid durch die Kupplungselemente, weil das Tellerventil nicht ordentlich geschlossen ist und am Ventilsitz im Kupplungselement dichtend ansitzt.
Die Leckage von Hydraulikfluid aus einem oder beiden Kupplungselementen birgt das Potential ernsthafter Umweltrisiken sowie auch eines Verlusts der Hydraulikfunktion des Unterwassersystems. Daher wurden Anstrengungen unternommen, um die Leckage zu verringern oder zu eliminieren, indem sichergestellt wurde, dass die Ventile geschlossen sind und abdichten, wenn die Kupplungselemente nicht miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist in der US-PS 6,085,785 von Robert E. Smith III der Firma National Coupling Company, Inc., eine hydraulische Unterwasserkupplung offenbart, die eine größere Feder aufweist, um dazu beizutragen, dass das Tellerventil gegen den Ventilsitz abdichtet und gegen diesen geschlossen ist, um die Leckage zu verhindern oder zu vermindern, wenn die Kupplungselemente gelöst sind.
Es ist wünschenswert, ein Gerät zu verbessern, um sicherzustellen, dass Hydraulikfluid nicht aus einem oder beiden Kupplungselementen leckt, wenn die Kupplungselemente voneinander getrennt sind. Es ist auch wünschenswert, eine hydraulische Unterwasserkupplung mit höherer Zuverlässigkeit beim Unterbrechen des Fließens von Hydraulikfluid zu schaffen, wenn Kupplungselemente unter Wasser gelöst werden.
Die vorliegende Erfindung liegt in einem hydraulischen Unterwasserkupplungselement gemäß Anspruch 1, um eine höhere Zuverlässigkeit gegenüber Leckage des Hydraulikfluids zu schaffen, wenn die Einsteck- und Aufnahmekupplungselemente voneinander getrennt sind. Das primäre oder erste Tellerventil wird durch eine erste Feder in die geschlossene Position gezwängt. Ein erster Ventilstößel zwängt das erste Tellerventil in die offene Position und komprimiert die erste Feder. Das Sekundärtellerventil, welches durch eine zweite Feder in die geschlossene Position gezwängt wird, wird durch einen zweiten Ventilstößel in Antwort auf das Zusammendrücken der ersten Feder geöffnet. Die erste Feder ist zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Stößel angeordnet. Die zwei Ventile können entweder im Einsteckkupplungselement oder im Aufnahmekupplungselement positioniert sein. Das Sekundärtellerventil kann einen größeren Durchmesser haben und kann in dem Abschnitt mit dem größeren Durchmesser der Kupplungselementbohrung positioniert sein oder, falls gewünscht, können sowohl das Primär- als auch das Sekundärtellerventil in der Bohrung mit gleichem Durchmesser positioniert sein.
Die folgenden Figuren bilden einen Teil der vorliegenden Beschreibung, und sind enthalten, um gewisse Aspekte der vorliegenden Erfindung weiter zu demonstrieren. Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf eine oder mehrere dieser Figuren in Verbindung mit der detaillierten Beschreibung der hier präsentierten spezifischen Ausführungsformen besser verständlich.
1 zeigt ein Einsteckelement der Kupplung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegende Erfindung in der Ansicht im Schnitt; und
2 zeigt ein Einsteckelement der Kupplung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht im Schnitt.
1 zeigt eine Schnittansicht eines Einsteckkupplungselementes 10 mit einem zylindrischen Körperabschnitt 15, der an einem Ende 14 und an einer Schulter 18 endet, und einem zylindrischen Sondenabschnitt 16. Der Sondenabschnitt 16 hat vorzugsweise einen stufenförmigen Außendurchmesser und endet an einer Stirnfläche 17 des Einsteckkupplungselementes. Das Einsteckelement hat vorzugsweise eine durchgehende zylindrische Bohrung mit einem ersten Abschnitt 21, der sich bis zu einem konischen Ventilsitz 24 in der Nähe der Stirnfläche erstreckt, und einem zweiten, kleineren Durchmesserabschnitt 20, der sich zum konischen Ventilsitz 23 hin erstreckt.
Das erste oder Primärtellerventil 30 des Einsteckelementes ist innerhalb des ersten Abschnittes 21 der Bohrung verschiebbar positioniert. Das Tellerventil hat einen zylindrischen, hohlen Ventilkörper mit Öffnungen 33. Die Stirnfläche des Ventils hat im allgemeinen eine konische Form und ist so dimensioniert, daß sie in dem Ventilsitz 24 sitzt und mit diesem abdichtet. Eine erste Feder 32 zwängt das erste Tellerventil in die geschlossene Position gegen den Ventilsitz. Der erste Ventilstößel 31 steht an dem ersten Tellerventil vor. Vorzugsweise ist der Stößel 31 ein Stift, der sich in Längsrichtung ausgehend vom Scheitel der konischen Ventilfläche erstreckt.
Die erste Feder 32 erstreckt sich zwischen dem ersten Tellerventil 30 und dem zweiten Stößel 34 und verbindet diese. Der zweite Stößel ist in dem kleineren Abschnitt 21 der Bohrung verschiebbar und hat vorzugsweise einen hülsenförmigen Körper 35 mit einer konischen Fläche mit Öffnungen 36 und einen Stift, der am Scheitel der konischen Fläche des Stößels vorsteht. Bei der in der 1 gezeigten Ausführungsform zwängt die erste Feder 32 den zweiten Stößel in Längsrichtung in eine Position in der Nähe oder anliegend an der Stirnfläche 46 des zweiten Tellerventils 40, wenn das erste Tellerventil 30 geschlossen und gegenüber dem ersten Ventilsitz 24 abgedichtet ist. Bei der ersten Ausführungsform hat das zweite Tellerventil einen Durchmesser, der größer als der des ersten Tellerventils ist, und dieses ist verschiebbar im zweiten Abschnitt 20 der Kupplungsbohrung positioniert. Die zweite Feder 41 zwängt das zweite Tellerventil 40 in die geschlossene oder am Ventilsitz 23 abgedichtete Position. Die zweite Feder 41 ist durch einen Federkragen 42 verankert, der durch einen Sprengring 44 in der Wand des zweiten Abschnittes 20 der Bohrung gehalten ist. Bei der ersten Ausführungsform hat die zweite Feder 41 einen größeren Durchmesser und eine größere Kraftkonstante als die erste Feder 32.
Wenn das Kupplungselement gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung mit dem entgegengesetzten Kupplungselement verbunden ist, ist der erste Stößel 31 in axialer oder Längsrichtung bewegt worden, um das erste Tellerventil 30 zu öffnen, und drückt die erste Feder 32 zusammen. Das Zusammendrücken der ersten Feder bewegt den zweiten Stößel in Längsrichtung oder axialer Richtung gegen die Stirnfläche 46 des zweiten Tellerventils, um das zweite Tellerventil vom Ventilsitz 23 weg zu zwängen. Dadurch wird die zweite Feder 41 zusammengedrückt. Wenn das zweite Tellerventil 40 öffnet, wird es in axialer Richtung solange verschoben, bis es den Federkragen 42 berührt.
Wie in der ersten Ausführungsform gezeigt, bleibt das zweite Tellerventil abgedichtet, um eine Leckage des Hydraulikfluids zu verhindern, bis das erste Tellerventil vollständig geöffnet ist. Das erste Tellerventil kann beispielsweise infolge von Schmutz, der sich in dem Raum zwischen dem ersten Tellerventil und dem Ventilsitz abgesondert hat, leicht geöffnet sein und wird daher nicht abdichten. Wenn dies auftritt, wird das zweite Tellerventil abgedichtet sein, um eine Leckage von Hydraulikfluid durch das Kupplungselement zu verhindern und bleibt solange abgedichtet, bis der erste Stößel das erste Tellerventil in die offene Position zwingt und die erste Feder zwischen dem ersten Tellerventil und dem zweiten Stößel ausreichend zusammengedrückt ist, um das zweite Tellerventil zu öffnen. das zweite Tellerventil bleibt geschlossen und dichtet selbst dann ab, wenn wegen der leichten Öffnung des ersten Tellerventils eine Leckage erfolgt.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das zweite Tellerventil innerhalb einer Hülse in der Kupplungselementbohrung positioniert. Wie dargestellt, hat das Einsteckkupplungselement einen Körperabschnitt 52 und einen Sondenabschnitt 53, der an der Stirnfläche 54 endet. Die Innenbohrung hat einen ersten Abschnitt 57 und einen zweiten Abschnitt 56 mit einem Durchmesser, der größer als derjenige des ersten Abschnittes ist. Der konische Ventilsitz 58 ist in der Nähe der Stirnfläche 54 gelegen. Das erste Tellerventil 49 ist innerhalb des ersten Abschnittes 57 der Bohrung verschiebbar und hat einen Stößel 60, der an seiner konischen Stirnfläche vorsteht. Die erste Feder zwängt das erste Tellerventil in eine geschlossene Position gegen den Sitz 58. Das erste Tellerventil hat eine durchgehende Ventilkörperöffnung 62. Die erste Feder ist zwischen dem ersten Tellerventil 59 und dem zweiten Stößel 63 angeordnet. Der zweite Stößel 63 hat einen hülsenförmigen Körper 64 und eine konische Fläche mit Öffnungen 65 und einen Stift, der an dieser vorsteht, um an der Stirnfläche 71 des zweiten Tellerventils anzuliegen oder diese zu berühren. Wie bei der ersten Ausführungsform kann der erste Stößel an der Fläche 71 des zweiten Tellerventils anliegen oder zu dieser beabstandet sein, wenn das erste Tellerventil abgedichtet ist.
Ein Bohrungsabschnitt 56 mit großem Durchmesser endet an der Schulter 66. Vorzugsweise dichtet die Verbindung zwischen Schulter 66 und der Hülse 73 einen O-Dichtungsring 74 oder irgendeine andere Dichtung ab. Die Hülse 73 hat eine Innenbohrung zur Aufnahme des zweiten Tellerventils 67, das in der normalerweise geschlossenen Position mit dem zweiten Ventilsitz 75 abdichtet, welcher vorzugsweise eine konische Form hat. Das zweite Tellerventil wird gegen den Sitz 75 durch die zweite Feder 69 gezwängt, die durch den Federkragen 72 und den Sprengring 70 an Ort und Stelle gehalten wird. Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist die Hülse 73 im zweiten Abschnitt der Bohrung durch Gewinde 76 an Ort und Stelle gehalten.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, die eine Baugruppe schafft, welche in die Bohrung des Kupplungselementes einsetzbar ist, können beide, die ersten und zweiten Tellerventile die gleiche Größe haben, so dass die Axialkraft bei gewissen Anwendungen zum Öffnen der Tellerventile verringert wird. Wie bei der ersten Ausführungsform bleibt das Sekundärtellerventil während des Kuppelns solange geschlossen, um eine Leckage zu verhindern, bis das erste Tellerventil vollständig geöffnet ist und die erste Feder vollständig zusammengedrückt ist. Die Erfindung verbessert die Zuverlässigkeit der hydraulischen Unterwasserkupplungselemente und verhindert eine Leckage, indem sie ein Sicherungs- oder Sekundärtellerventil schafft. Wenn Schmutz oder irgendwelches andere Material verhindert, dass das erste Tellerventil sich vollständig schließt und am Ventilsitz abdichtet, bleibst das Sekundär- oder Sicherungstellerventil geschlossen, um die Leckage von Hydraulikfluid oder das Eintreten von Meerwasser in das Hydrauliksystem, dessen Teil die Kupplung ist, zu verhindern. Die vorliegende Erfindung kann entweder im Einsteckkupplungselement oder im Aufnahmekupplungselement oder, falls gewünscht, in beiden Kupplungselementen verwendet werden.

Claims

Hydraulisches Unterwasserkupplungselement mit einem Anschluss an eine Innenbohrung, ersten und zweiten Tellerventilen zum Schließen der Bohrung und ersten und zweiten Stößeln zum Öffnen der ersten und zweiten Tellerventile jeweils in Antwort auf eine axiale Kraft, die auf jeden Stößel ausgeübt wird, und einer ersten zusammenpressbaren Feder (32), die das erste Tellerventil (30) mit dem zweiten Stößel (34) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompression der ersten Feder (32) den zweiten Stößel (34) dazu bringt, das zweite Tellerventil (40) zu öffnen.
Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach Anspruch 1, weiterhin mit einer zweiten zusammenpressbaren Feder (69), die mit dem zweiten Tellerventil (40) verbunden ist.
Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Hülse (73), die in die Innenbohrung einsetzbar ist, wobei das zweite Tellerventil (67) in der Hülse verschiebbar ist.
Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach Anspruch 1, wobei die Innenbohrung stufenförmig ist, mit einem ersten Abschnitt (21), in welchem das erste Tellerventil (30) positioniert ist, und einem zweiten Abschnitt (20), in welchem das zweite Tellerventil (40) positioniert ist.
Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach Anspruch 1, wobei der zweite Stößel (34) vom zweiten Tellerventil (40) gelöst ist und am zweiten Tellerventil (40) anliegt, um das zweite Tellerventil (40) zu öffnen.
Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach Anspruch 1, wobei das zweite Tellerventil (40, 67) solange geschlossen ist, bis das erste Tellerventil (30, 59) sich wenigstens um ein vorbestimmtes Maß geöffnet hat.
Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach Anspruch 1, wobei das erste Tellerventil (30, 59) einen kleineren Durchmesser als das zweite Tellerventil (40, 67) hat.
Hydraulisches Unterwasserkupplungselement nach Anspruch 1, wobei der erste Stößel (31, 60) am ersten Tellerventil (30, 59) vorsteht.