DE3827945C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein hydraulische Kupplungen und speziell hydraulische Kupplungen, wie sie bei Unter­ wasserbohr- und Produktionsanwendungen verwendet werden. Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine Kupplung mit Druckausgleichskanälen im Körper des Steckers zum Ablassen von Seewasser, welches im Ringraum zwischen dem Stecker und der Buchse eingeschlossen ist und zum Vermeiden von Implosionen der Dichtung im Ringraum bei Trennung der Kupplungsteile.

Hydraulische Unterwasserkupplungen sind dem Fachmann be­ kannt. Eine solche Kupplung besteht im allgemeinen aus Stecker und Buchse mit abgedich­ teten Fluiddurchlässen, die dadurch verbunden werden. Die Buchse ist im allgemeinen ein zylindrischer Kör­ per mit einer Längsbohrung mit relativ großem Durchmesser am einen Ende und einer Längsbohrung mit relativ kleinem Durchmesser am anderen. Die schmale Bohrung ermöglicht eine Verbindung mit hydraulischen Leitungen, während die große Bohrung den Stecker der Kupplung abdichtet und glei­ tend aufnimmt. Der Stecker enthält einen zylindrischen Teil am einen Ende mit einem Außendurchmesser, der unge­ fähr gleich dem Durchmesser der großen Bohrung in der Buchse der Kupplung ist. Der Stecker enthält auch eine Verbindung an seinem anderen Ende, um eine Verbindung mit hydraulischen Leitungen zu ermöglichen. Wenn der zy­ lindrische Teil des Steckers in die große Bohrung der Buchse eingefügt ist, fließt entsprechend verschiedenen Ausführungsformen der Anordnung Fluid zwi­ schen dem Stecker und der Buchse.

Bei der Benutzung von Unterwasserkupplungen können der Stecker und die Buchse miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden, während die Kupplungen unter Wasser bleiben, und zwar entweder von Hand durch einen Taucher oder automatisch in taucherlosen Systemen, wie dies den Fachleuten wohlbekannt ist. Der Stecker und die Buchse sind im allgemeinen verbunden mit sich gegenüberstehenden Platten eines Leitungssystems und sind aneinandergehalten durch Bolzen oder hydrau­ lische Teile, die an den Platten des Leitungssystems angebracht sind. Der Stecker ist normalerweise an einer Platte angebracht, während die Buchse an einer gegenüberliegenden Platte angebracht ist, um dem Stecker fluchtend gegenüberzustehen. Der Stecker und die Buchse können an den Platten des Leitungssystems befestigt sein unter Benutzung unter­ schiedlicher Vorrichtungen, wie z.B. Schrauben oder Ge­ winde. Solche Techniken sind dem Fachmann gut bekannt.

Die große Bohrung der Buchse, welche den Stecker gleitend aufnimmt, enthält typischerweise eine elastomere Ringdichtung innerhalb einer Ringnut. Die elastomere Dichtung schafft eine dichte Passung gegen die Längsfläche des Steckers, wenn Stecker und Buchse miteinander verbunden sind.

Zwei Probleme gab es bei der Benutzung von Unterwasser­ kupplungen mit elastomeren Dichtungen in der Ausneh­ mung des Außensteckers. Diese Probleme sind gemeinsam für manuelle und automatische Systeme zur Verbindung und Trennung der Kupplungsteile.

Das erste Problem tritt auf während der Verbindung des Steckers mit der Buchse. Wenn die Buchse unter Wasser ist, wird die große Bohrung der Buchse mit Seewasser gefüllt. Bei Verbindung der Teile wird dieses eingeschlossene Seewasser in das hydraulische System gedrückt durch beide Teile der Kupp­ lung und verschmutzt das Fluid des hydraulischen Systems.

Das zweite Problem tritt auf bei der Trennung der Kupplungs­ teile. Wenn der Stecker aus der großen Zentralbohrung der Buchse herausgezogen wird, entsteht ein Unter­ druckbereich oder Vakuum innerhalb der Bohrung. Wenn die Endfläche des Steckers den Mittelpunkt der elastomeren Dichtung in der Bohrung der Buchse passiert, hilft die Außenwandung des Steckers der Dichtung nicht mehr, die Dichtung in ihrer Nut zu halten. Zu diesem Zeitpunkt implodieren der Sog des Vakuums und der hydraulische Druck des Seewassers, die an der ela­ stomeren Dichtung vorbeipassieren wollen, die Dichtung aus ihrer Nut heraus und in den Ringraum zwischen dem Stecker und der Buchse. Außerdem erhöht das Vakuum die Schwierigkeit des manuellen Trennens von Stecker und Buchse. Dieser Widerstand gegen die Trennung aufgrund des Vakuums wird vergrößert, wenn Mehrfachkupplungen auf Leitungssystemplatten getrennt werden.

Zur Vermeidung dieses Problems sieht die GB-A 21 50 247 eine Fluidkupplung dieser Art mit einem Stecker und einer Buchse vor, bei welcher der Stecker mindestens einen Ausgleichskanal aufweist. Dieser Ausgleichskanal verbindet die Stirnfläche und die Längsaußenwandung des Steckers miteinander.

Wenn der Stecker aus der Buchse herausgezogen wird, schließen sich die Tellerventile jedes Kupplungselements und daraufhin öffnet sich der Ausgleichskanal, damit Seewasser in den Ringraum zwischen Stecker und Buchse fließen kann, bevor die Stirnfläche des Steckers die Dichtung passiert. Die Seitenwandung des Steckers hält die Dichtung in ihrer Nut, während der Ringraum belüftet oder geflutet wird und beseitigt somit das Unterdruckproblem.

Auch wenn durch diese Lösung, die in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist, die Implosionsgefahr der Dichtung weitgehend vermieden wird, so hat sie doch den erheblichen Nachteil, daß komplizierte Bohrvorgänge am Stecker vorgenommen werden müssen, um den Ausgleichskanal herzustellen. Es müssen nämlich zwei Bohrungen vorgenommen werden, von denen eine von der Stirnseite des Steckers aus durchgeführt werden muß und die andere von der Außenwandung her zur ersten Bohrung verläuft. Diese Bohrungen müssen extrem exakt aufeinander ausgerichtet sein.

Die Herstellung dieser bekannten Ausgleichsöffnung ist somit relativ aufwendig und erfordert hohes handwerkliches Können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde bei der bekannten Kupplung den Herstellungsaufwand für eine solche Ausgleichsöffnung zu verringern, ohne dabei den Vorteil der Vermeidung von Implosionen der Dichtung zu verlieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgleichsöffnung aus mindestens einer von der Stirnwandung aus in der Außenwandung des Steckers verlaufenden Nut besteht, deren Länge höchstens dem Abstand zwischen der Bodenwandung der Aufnahmekammer und der Ringdichtung entspricht.

Fig. 1 ist ein Querschnitt der bekannten Kupplung.

Fig. 2 ist ein Querschnitt des Steckers und der Buchse gemäß der Erfindung mit geöffnetem Ausgleichskanal.

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung enthält einen Stecker 10, eine Buchse 20 und Fluidpassagen, die eine Fluidverbindung zwischen dem Stecker und der Buchse herstellen, wenn der Stecker in die Aufnahmekammer 23 des Außen­ steckers eingeführt ist. Die Fluidverbindung zwischen den Teilen ist hergestellt, wenn die Spitzen 41A und 51A der Tellerventile 40 und 50 sich gegenseitig be­ aufschlagen während der Verbindung der Kupplung. Die Axialbewegung, die nötig ist, um die Kupplungsteile zu verbinden, hebt die Tellerventile an und öffnet die Bohrungen der Grundkörper, um eine Verbindung dazwischen herzustellen. Jedes Tellerventil in einer selbst­ dichtenden Kupplung benutzt teilweise die Fluidkräfte im Körper, um das Tellerventil in Eingriff mit dem Ventilsitz zu halten.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält der bekannte Stecker 10 einen Körper 11 mit einer Längsboh­ rung 12, die sich hindurch erstreckt und einem Teller­ ventil 40, welches gleitend in der Bohrung aufgenommen ist. Der Körper des Steckers enthält eine Schul­ ter 14 und ein Griffteil 13, welches wahlweise mit Gewinde versehen ist oder anderweitig mit einer Leitungssystemplatte verbunden ist. Der Buchsen­ körper 21 enthält auch einen Griffteil 27, der gegebe­ nenfalls an das Leitungssystem geschraubt sein kann. Die Innentellerventilanordnung enthält eine Ventil­ fläche 42, die gegen einen Ventilsitz 43 am einen Ende der Bohrung 12 gehalten wird. Die Tellerventilfeder 44 drückt das Tellerventil 40 gegen den Ventilsitz 43. Die Tellerventilfeder 44 wird am Platz gehalten durch einen Rückhalter 38 und eine Rückhalterklemme 39.

Typischerweise enthält das Tellerventil 40 einen ersten zylindrischen Hohlabschnitt 45, der gleitend in der Zentralbohrung des Innensteckers aufgenommen ist, einen zweiten zylindrischen Hohlabschnitt 46 mit reduziertem Durchmesser, der etwas geringer ist als der Durch­ messer des ersten zylindrischen Abschnittes, und die Öffnungen 47 für den Fluidfluß vom Hohlteil des Ventils zum Äußeren des Ventils. Die Ventilfläche 42 ist typischerweise kegelförmig und enthält wahlweise eine elastomere Ringdichtung 48. Von der Spitze der Ventilfläche erstreckt sich ein Tellerventilkopf 41 der in einer Spitze 41A endet.

Die Buchse 20 enthält einen Körper 21, eine Zentralbohrung 22, ein Tellerventil 50 und eine Auf­ nahmekammer 23 für die gleitende Aufnahme des Innen­ steckers darin. Das Tellerventil 50 der Buchse ist im wesentlichen gleich konstruiert wie das Teller­ ventil 40 des Steckers und enthält einen ersten zylindrischen Hohlabschnitt 55, welcher gleitend auf­ genommen ist innerhalb der Zentralbohrung 22 der Buchse, einen zweiten zylindrischen Hohlab­ schnitt 56 mit Öffnungen 57 und einer Ringdichtung 58. An der Spitze der Ventilfläche 52 ist ein Tellerventil­ kopf 51, der in eine Spitze 51A ausläuft. Das Teller­ ventil enthält eine Ventilfläche 52, die durch eine Tellerventilfeder 54 gegen den Ventilsitz 53 gehalten ist. Die Feder 54 ist verankert durch Rückhalter 68 und eine Rückhalterklemme 69.

Die Aufnahmekammer 23 der Buchse enthält eine Nut 24 mit einer ringförmigen elastomeren Dichtung 25 zum engen Abdichten gegen die Außenwandung 16 des Steckerkörpers. Wenn der Stecker 10 in die Buchse 20 eingreift, kommen die Spitzen 41A und 51A in Eingriff, um die Ventilfläche der Kupplungsteile vom Ventilsitz wegzudrücken und dazwischen eine Fluid­ verbindung herzustellen. Zu diesem Zeitpunkt hat die Außenwandung 16 des Steckers einen engen und dichten Sitz gegen die ringförmige elastomere Dich­ tung 25 in der Aufnahmekammer.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist der Ausgleichs­ kanal 30 eine gebohrte Öffnung auf. Die Öffnung ent­ hält einen ersten Abschnitt 31, der sich von der Stirnwandung 17 des Steckers nach innen erstreckt und verbunden ist mit einem zweiten Abschnitt 32, der sich radial nach außen zur Außenwandung 16 des Steckers erstreckt. Die Länge der gebohrten Öffnungen ist vorzugsweise so, daß der Ausgleichskanal 30 offen bleibt, nachdem die Außen­ wandung des Steckers einen dichtenden Sitz gegen die ringförmige elastomere Dichtung 25 in der Aufnahme­ kammer der Buchse erreicht hat. Deshalb kann eingeschlossenes Seewasser aus dem Ausgleichskanal ab­ fließen, nachdem der Stecker einen engen und dichten Sitz an der Buchse erreicht hat, aber bevor die Tellerventile des Steckers und der Buchse sich geöffnet haben.

Wie in Fig. 2 ge­ zeigt, ist erfindungsgemäß der Ausgleichskanal eine gefräste Nut 35, die die Außenwandung 16 des Steckers mit der Stirnwandung 17 des Steckers verbindet. Wie oben bemerkt, sollte der Ausgleichskanal eine solche Länge haben, daß der Ausgleichskanal offen ist, wenn die Außenwand des Steckers in dichtendem Sitz gegen die elastomere Dichtung in der Aufnahmekammer der Buchse ist, aber die Tellerventile noch nicht in ihrer offenen Stellung. Ein Auslaufen des einge­ schlossenen Seewassers im Ringraum zwischen dem Stecker und der Buchse tritt nur auf, wenn beide Tellerventile geschlossen sind.

Die Konstruktion des Ausgleichskanals kann erfindungsgemäß variiert werden. Eine Variation in der Länge und den Abmessungen des Ausgleichskanals wird gesteuert durch verschiedene Faktoren, inklusive der Menge von Wasser, welches aus dem Ringraum zwi­ schen dem Stecker und der Buchse während Verbindung oder Trennung ausgetrieben bzw. eingeführt werden soll, die Länge der Außenwandung des Steckers und der Aufnahmekammer der Buchse und die Position der elastomeren Dichtung relativ zur Auf­ nahmekammer der Buchse. Es soll verstanden werden, daß der Ausgleichskanal offen sein sollte für jeden Zeitraum, während welchem Seewasser in den Ringraum zwischen Stecker und Buchse eingebracht werden soll oder daraus herausgedrückt werden soll. Das Ende des Ausgleichskanals an der Längsaußenwand des Steckers schließt sich, wenn es das Ende der Aufnahmekammer passiert. So kann die Länge des Ausgleichskanals variiert werden in Ab­ hängigkeit von der Menge des verbliebenen Seewassers, wenn der Ausgleichskanal geschlossen ist.

Claims (1)

1. Hydraulische Kupplung mit Druckausgleich bestehend aus:
   einer Buchse mit einer Aufnahmekammer,
   einem in der Aufnahmekammer gleitend aufgenommenen Stecker,
   je einem Tellerventil in Stecker und Buchse,
   einer in der Außenwandung der Aufnahmekammer angeordneten Ringdichtung, die die Außenwandung des Steckers gegen die Außenwandung der Aufnahmekammer abdichtet, und
   einer Ausgleichsöffnung zwischen Außen- und Stirnwandung des Steckers, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsöffnung aus mindestens einer von der Stirnwandung (17) aus in der Außenwandung (16) des Steckers (10) verlaufenden Nut (35) besteht, deren Länge höchstens dem Abstand zwischen der Bodenwandung der Aufnahmekammer (23) und der Ringdichtung (25) entspricht.