DE3901652C2 - Druckausgeglichene Hydraulikkupplung mit Metalldichtungen - Google Patents
Druckausgeglichene Hydraulikkupplung mit MetalldichtungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Hydraulik
kupplungen und im speziellen auf Hydraulikkupplungen,
welche bei Unterwasser-Bohrungen und Fertigungen Verwen
dung finden. Im speziellen bezieht sich die Erfindung auf
eine druckausgeglichene Hydraulikkupplung, bei welcher der
Fluiddruck keine trennende Kraft zwischen das Stecker
element und das Buchsenelement aufbringt.
Eine gattungsgemäße Hydraulikkupplung ist aus DE-OS 38 04 077
bekannt.
Die Kupplungen bestehen im wesentlichen aus einem
Steckerelement und einem Buchsenelement mit in diesen ver
laufenden, abgedichteten, miteinander in Verbindung bring
baren Fluidkanälen. Das Buchsenelement ist im wesentlichen
in Form eines zylindrischen Körpers ausgebildet, welcher
an einem Ende eine Längsausnehmung mit einem relativ
großen Durchmesser und an dem anderen Ende eine Längsaus
nehmung mit einem relativ kleinen Durchmesser aufweist.
Die Ausnehmung kleinen Durchmessers erleichtert Verbindun
gen mit Hydraulikleitungen, während die Ausnehmung großen
Durchmessers das Steckerelement der Kupplung abdichtet und
verschiebbar aufnimmt. Das Steckerelement umfaßt an einem
Ende einen zylindrischen Bereich, welcher einen äußeren
Durchmesser aufweist, welcher im wesentlichen gleich zu
dem Durchmesser der größeren Ausnehmung in dem Buchsen
element der Kupplung ist. Das Steckerelement umfaßt
weiterhin an seinem anderen Ende eine Verbindungseinrich
tung zur Erleichterung einer Verbindung mit Hydrauliklei
tungen. Wenn der zylindrische Bereich des Steckerelements
in die große Ausnehmung des Buchsenelements in Überein
stimmung mit vielfältigen Ausgestaltungsformen der Ein
richtung eingeführt ist, wird eine Fluidströmung zwischen
dem Steckerelement und dem Buchsenelement ermöglicht.
Bedingt durch die hohen axialen Kräfte, welche während der
Betätigung der Kupplung und während deren Gebrauch auf das
Stecker- und Buchsenelement aufgebracht werden, wenn die
Hydraulikkupplungen in Systemen mit relativ hohem Druck
verwendet werden, ergeben sich Probleme. Bei derartigen
Kupplungen ist es erforderlich, daß die Fluidkraft, welche
auf die Stirnfläche des Steckerelements oder des Buchsen
elements wirkt, überwunden wird, bevor eine Fluidverbin
dung zwischen den Elementen hergestellt wird. Bei einem
System relativ hohen Druckes können die auf die Ventil
elemente aufgebrachten Kräfte eine Verbindung mit dem
Steckerelement sehr erschweren. Weiterhin wird während des
Gebrauchs ein Fluiddruck zwischen dem Steckerelement und
dem Buchsenelement aufgebracht, welcher versucht, diese
voneinander zu trennen. Die Kraft, welche erforderlich
ist, um die Elemente miteinander zu verbinden und die sich
dann ergebende Neigung der Elemente, sich zu trennen,
stellen charakteristische Probleme des bekannten Standes
der Technik dar. Hochdrucksysteme und Unterwasserverwen
dungen bringen weiterhin Probleme hinsichtlich der Ab
dichtung der Verbindung zwischen dem Stecker und dem
Buchsenelement mit sich.
Idealerweise sollen Hydraulikkupplungen, soweit dies mög
lich ist, druckausgeglichen sein, so daß der Fluiddruck
die Verbindung nicht behindert und nicht zu einer Trennung
des Steckerelements von dem Buchsenelement führt. Bevor
zugterweise sollten die Elemente zur Verhinderung eines
Fluidverlustes beim Kuppeln und Trennen Ventileinrichtun
gen umfassen, um beim Kuppeln automatisch zu öffnen und
beim Trennen automatisch zu schließen.
In Fig. 1 ist ein einer bekannten Ausführungsbeispiel der
Kupplung dargestellt, welches ein Steckerelement 10 sowie
ein Buchsenelement 20 umfaßt und Fluidkanäle aufweist,
welche eine Fluidverbindung zwischen dem Steckerelement
und dem Buchsenelement ermöglichen, wenn das Steckerele
ment vollständig in das Buchsenelement eingeführt ist. Die
Fluidverbindung ist so ausgebildet, daß kein nennenswerter
Druck gegen die Stirnfläche des Steckerelementes aufge
bracht wird, und zwar weder während der Einführung noch
danach. Die Fluidverbindung zwischen dem Steckerelement
und dem Buchsenelement wird durch einen radialen Kanal an
der Außenseite der Längsfläche des Steckerelements zu
einem korrespondierenden radialen Fluidkanal in der Aus
nahmekammer des Buchsenelementes ausgebildet.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Beispiel
umfaßt das Steckerelement 10 einen Körper 31, eine zentri
sche Ausnehmung 32, eine Ventilanordnung 33 und einen
radialen Kanal 34. Der Körper 31 des Steckerelements um
faßt zuerst einen Eingriff 41, welcher wahlweise mit
einem Gewinde versehen ist oder in anderer Weise mit einer
Verteilerplatte 11 verbunden ist. Das Steckerelement 10
und das Buchsenelement 20 sind im wesentlichen mit gegen
überliegenden Platten eines Verteilers verbunden und
werden mittels Bolzen oder hydraulischen Elementen, welche
an den Platten der Verteiler angebracht sind, zusammenge
halten. Das Steckerelement ist üblicherweise an einer
Platte 11 angebracht, während das Buchsenelement an einer
gegenüberliegenden Platte 21 befestigt ist, so daß es dem
Steckerelement zugewandt und fluchtend zu diesem angeord
net ist. Das Stecker- und das Buchsenelement können an den
Verteilerplatten in verschiedenster Weise befestigt sein,
beispielsweise mittels Schrauben oder Gewinden. Die Tech
niken zur Befestigung der Elemente an den Verteilerplatten
sind dem Fachmann bekannt.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, umfaßt das Steckerelement
10 einen Eingriff 41, welcher an einem Flansch 42 des
Steckerelements endet und weist eine abgeschrägte Schulter 43
auf. Die Schulter 43 ist nach unten in Richtung auf
das erste Ende der zylindrischen Sondenwandung 44 abge
schrägt, welche in einer Sondenstirnfläche 45 endet. Die
zylindrische Sondenwandung 44 ist zum verschiebenden Ein
griff mit dem Buchsenelement geeignet, so wie dies nach
folgend beschrieben werden wird. Der Körper 31 des
Steckerelements, welcher zylindrisch ausgebildet ist, um
faßt somit den Eingriff 41, den Flansch 42, die Schulter
43, die Sondenwandung 44 und die Sondenstirnfläche 45.
Der Körper des Steckerelementes ist weiterhin mit einer
zentralen Ausnehmung 32 versehen. Diese Ausnehmung 32 kann
mehrere Abwandlungen in ihrem Durchmesser aufweisen und
erstreckt sich durch den Körper des Steckerelements 10.
Bei diesem bekannten Beispiel umfaßt das erste
Ende der zentrischen Ausnehmung einen innen mit einem
Gewinde versehenen Abschnitt 50 zur Verbindung mit einer
Hydraulikleitung. Angrenzend und innenliegend zu dem
Gewindeabschnitt ist ein zylindrischer Kanal 51 ausgebil
det, welcher sich in Längsrichtung in dem Steckerelement
körper erstreckt und an einem Ventilsitz 52, welcher in
Form einer abgeschrägten Schulter ausgebildet ist, endet.
Benachbart zu dem Ventilsitz ist ein zylindrischer Kanal
ausgebildet, welcher einen geringeren Durchmesser auf
weist und welcher eine Aufnahmeausnehmung 53 für die Ventil
spindel 65 umfaßt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Kupplung
ist die Ausnehmung 53 für die Ventilspindel
kleiner als der zylindrische Kanal 51 zur verschiebbaren
Aufnahme der Ventilspindel 65.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Ventilanordnung 33 ver
schiebbar in der zentrischen Ausnehmung 32 des Stecker
elementes ausgebildet. Verschiedene Teile der Ventilan
ordnung des Steckerelements sind auch in der perspektivi
schen Explosionsansicht des Steckerelements gemäß Fig. 5
dargestellt. Die Ventilanordnung umfaßt einen hohlen
zylindrischen Ventilkopf 61, welcher einen äußeren Durch
messer aufweist, der so bemessen ist, daß dieser in der
zylindrischen Ausnehmung 32 des Steckerelementes ver
schiebbar ist, sowie einen hohlen zylindrischen Körper
bereich 62, welcher einen äußeren Durchmesser aufweist,
welcher geringfügig kleiner ist, als der Durchmesser des
Ventilkopfes. Der zylindrische Körperbereich 62 umfaßt
Ventilkörperöffnungen 63 für eine Fluidströmung von dem
hohlen Bereich des Ventiles zu der Umgebung des Ventiles.
Der zylinderische Körperbereich 62 endet an einer Ventilstirn
fläche 64, welche konisch ausgebildet ist und so dimen
sioniert ist, daß diese in dem Ventilsitz 52 an dem Ende
der Ausnehmung des Steckerelementes aufsitzt. Von der
Ventilstirnfläche 64 aus erstreckt sich eine Ventilspindel 65,
welche zylindrisch ausgebildet ist und sich längs der
Längsachse des Steckerelementes erstreckt. Die Ventil
spindel 65 ist an der Spitze der konischen Form der Ven
tilfläche angeordnet und ist verschiebbar in der
Ausnehmung 53 des Steckerelementes aufgenommen, wel
ches sich durch den Ventildurchlaß 66 erstreckt.
Um die Ventilstirnfläche 64 in eine geschlossene Position
gegen den Ventilsitz 52 zu drücken, wird eine Ventil
schraubenfeder 71 verwendet. Die Ventilschraubenfeder 71 ist in
dem zylindrischen Kanal 51 angeordnet und an einem
hohlen Federansatz 72 verankert, welcher durch ein ring
förmiges Federelement 73, welches in die Federansatzbohrung
69 an der inneren Fläche des zylindrischen
Kanals 51 des Steckerelements 10, wie in Fig. 1, einge
führt ist, verankert. Das gegenüberliegende Ende der
Ventilschraubenfeder 71 befindet sich in Anlage an der
Schulter 67 zwischen dem hohlen Ventilkopf 61 und dem
hohlen zylindrischen Körperbereich 62. Die Ventilstirnfläche
64 wird durch die Ventilschraubenfeder 71 in eine geschlos
sene Position gegen den Ventilsitz 52 vorgespannt.
Weiterhin ist in Fig. 1 dargestellt, daß eine ringförmige
Ventilspindeldichtung 74, welche die Außenumfangsfläche
der Ventilspindel 65 umgibt, in der Ventilspindel-
Dichtungsnut 75 gesichert ist, um die Ventilspindel gegen
einen Fluidverlust durch die Ausnehmung 53 ab
zudichten.
Wenn die Ventilstirnfläche 64 sich in einer geschlossenen Posi
tion gegen den Ventilsitz 52 befindet, so wie dies in
Fig. 1 dargestellt ist, dichtet die Ventilanordnung 33 ein
Fluid gegen eine Strömung zwischen der zentralen Ausneh
mung 32 und den radialen Kanälen 34 des Steckerelements
ab. Eine oder mehrere radiale Kanäle 34 in dem Körper des
Steckerelements erstrecken sich zwischen der stromab oder
nach innen gewandten Seite des Ventilsitzes 52 und dem
äußeren Umfang der Sondenwandung 44 des Steckerelementes
nach außen. Am Umfang der Buchsen-Aufnahmeausnehmung sind
Dichtungen 76 und 77 angeordnet, welche zur Abdich
tung eines Fluids gegen einen Austritt an der stromab oder
stromaufwärts gelegenen Seite der radialen Kanäle 34 und
85 in dem Steckerelement und dem Buchsenelement abdichten.
Die innen gelegene Dichtung 76 und die außen gele
gene Dichtung 77 dienen somit dazu, sicherzustel
len, daß eine Fluidströmung direkt und in radialer Rich
tung zwischen dem Steckerelement 10 und dem Buchsenelement
20 erfolgt. Die Dichtungen 76 und 77 sind in Form
elastomerer O-Ringdichtungen ausgebildet.
Wie in Fig. 2 dargestellt, werden die Ventilanordnungen 33
des Steckerelements 10 und die Ventilanordnung 82 des
Buchsenelements 20 jeweils in eine geöffnete Position vor
gespannt, wenn die Ventilspindelfläche 68 des Steckerele
mentes die wechselseitig gegenüberliegende Ventilspindel
fläche 108 des Buchsenelementes berührt. Der Ventildurchlaß
66 in dem Steckerelement 10 wird zwischen der Ventilstirn
fläche 64 und dem Ventilsitz 52 gebildet, wenn sich die
Ventilanordnung 33 in einer geöffneten Position befindet.
Daraufhin kann Fluid durch das Steckerelement 10 über den
zentralen Durchgangskanal 51, die Ventilkörperöffnungen
63, den Ventildurchlaß 66 und die radialen Kanäle 34 strö
men. Eine Fluidströmung wird somit in die radialen Kanäle
85 des Buchsenelementes 20 zwischen der äußeren und der
inneren Dichtung 76 und 77 geleitet.
Das Buchsenelement 20 umfaßt einen Körper 80, eine zentra
le Ausnehmung 81, eine Ventilanordnung 82 sowie einen
Durchlaßkanal 83, 84 und 85, welcher radiale Abschnitte umfaßt,
und einen Längsabschnitt zur Fluiddurchleitung durch
diesen. Der Körper 80 des Buchsenelementes umfaßt einen
Eingriff 90, welcher wahlweise mit der Verteilerplatte 21
verschraubt sein kann. Der Buchsenelementkörper 80 umfaßt
weiterhin eine Schulter 91, welche angrenzend an den Ein
griff 90 ausgebildet ist und einen zylindrischen Haupt
körper 92, welcher an einem Ende an der Fläche 93 des
Buchsenelementes endet. Die zentrale Ausnehmung 81 weist ver
schiedene Durchmesserbereiche auf, bezüglich ihrer Längs
erstreckung durch den Körper 92 des Buchsenelementes 20.
An einem ersten oder äußeren Ende der zentrischen Aus
nehmung 81 ist ein mit einem Gewinde versehener innerer
Abschnitt 95 zur Verbindung mit einer mit Gewinde versehenen
Hydraulikleitung ausgebildet. Der Gewindeabschnitt 95 der
zentrischen Ausnehmung 81 endet an einem zylindrischen
Kanal 96, welcher verschiebbar eine Ventilanordnung 82
aufnimmt. Der zylindrische Durchlaßkanal 96 endet innen an
einem Ventilsitz 97 zur Anlage der Ventilfläche 104.
Innerhalb des Ventilsitzes 97 ist eine engere Ventilspin
delbohrung 98 vorgesehen, welche verschiebbar die Ventil
spindel 106 der Ventilanordnung 82 des Buchsenelements 20
aufnimmt. Angrenzend an die Ventilspindelbohrung 98 ist
eine zylindrische Aufnahmekammer 107 ausgebildet, welche
verschiebbar die Sonde des Steckerelements 10 aufnimmt.
Wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, die Endfläche 68 der Ven
tilspindel 65 des Steckerelements 10 und die gegenüberlie
gend angeordnete Fläche 108 der Ventilspindel 106 des
Buchsenelements 20 verschiebbar miteinander in Kontakt ge
bracht sind, werden die Ventilanordnungen 33 und 82 in
offene Stellungen gedrückt, um eine Fluidströmung in den
radialen Durchlaßkanälen zwischen dem Steckerelement und
dem Buchsenelement zu ermöglichen.
Bei der dargestellten bekannten Kupplung
ist die Ventilanordnung 82 des Buchsenelements
20 im wesentlichen ähnlich zu der Ventilanordnung 33 des
Steckerelements 10 und umfaßt einen hohlen Ventilkopf 110,
welcher verschiebbar in der zylindrischen Durchlaßaus
nehmung 81 des Buchsenelements 20 angeordnet ist. Die
Ventilanordnung 82 des Buchsenelementes umfaßt weiterhin
einen hohlen zylindrischen Körperbereich 111, welcher an
grenzend an den Ventilkopf 110 ausgebildet ist. Der zylin
drische Körperbereich 111 weist einen äußeren Durchmesser
auf, welcher geringfügig geringer ist, als der äußere
Durchmesser des hohlen Ventilkopfes 110. Der zylindrische
Körperbereich 111 umfaßt Ventilkörperöffnungen 112 zur
Fluidströmung zwischen der Innenseite und der Außenseite
des zylindrischen Körperbereichs 111. Angrenzend an den
zylindrischen Körperbereich 111 ist eine Ventilfläche 104
vorgesehen, welche zur Anlage an den Ventilsitz 97 im we
sentlichen konisch ausgebildet ist. Weiterhin ist eine
Ventilspindel 106 vorgesehen, welche in Form eines läng
lichen zylindrischen Abschnitts ausgebildet ist, welcher
in der Ventilspindelfläche 108 endet. Die Ventilspindel
106 ist an der Spitze der konischen Form der Ventilfläche
104 angeordnet und erstreckt sich durch die Ventilspindelbohrung
98. Die Ventilspindel 106 des Buchsenelements 20 ist
weiterhin mit einer Spindeldichtung 114 versehen, welche
in einer Ringnut 115 der Ventilspindeldichtung angeordnet
ist. Die Ventilspindeldichtung 114 verhindert somit einen
Fluidverlust durch die Ventilspindelbohrung 98.
Um die Ventilanordnung 82 des Buchsenelementes in die
geschlossene Position zu bringen, ist eine Ventilschrau
benfeder 119 zwischen der Schulter 118 des Ventilkopfes
110 und einem Federring 120, welcher einen in einer
Sprengringnut 122 angeordneten Sprengring 121 umfaßt,
gelagert. Die Ventilanordnung 82 des Buchsenelements 20
und die Ventilanordnung 33 des Steckerelements 10 sind in
ihrem Aufbau und in ihrer Funktionsweise im wesentlichen
identisch. Wenn sich jedes Ventil in einer geöffneten
Stellung befindet, bei welcher die wechselseitig gegen
überliegenden Flächen 68 und 108 der beiden Ventilspin
deln sich miteinander in Kontakt befinden, so wie dies in
Fig. 2 gezeigt, ist die Vorspannkraft der Ventilschrauben
feder nicht ausreichend, um die Rückschlagventile in der
geschlossenen Stellung zu halten. Die Durchlaßkanäle zur
Fluidverbindung zwischen dem Steckerelement und dem
Buchsenelement gestatten somit eine Fluidströmung 99, ohne
daß ein wesentlicher Druck auf die Führungsfläche des
Steckerelements 10 aufgebracht würde.
Die Fluidkanäle in dem Buchsenelement 20 umfassen einen
ersten radialen Durchlaßkanal 84, welcher radial von dem
inneren Ende des Ventilsitzes 97 aus angeordnet ist, sowie
einen zweiten radialen Durchlaßkanal 85, welcher an der
Aufnahmekammer 107 des Buchsenelements 20 angeordnet ist,
und einen Längs-Durchlaßkanal 83, welcher eine Verbindung
zwischen dem ersten und dem zweiten radialen Durchlaßkanal
84 und 85 bildet. Wenn sich das Steckerelement 10 in einem
vollständig in das Buchsenelement 20 eingeführten Zustand
befindet, ist der radiale Durchlaßkanal 34 am äußeren Um
fang der Sondenwandung 44 des Steckerelements 10 passend
zu dem zweiten radialen Durchlaßkanal 85 des Buchsenele
mentes 20 zu einer Fluiddurchströmung durch diese ausge
richtet. Ein ringförmiger Schlitz 87, welcher um den Um
fang der Aufnahmekammer 107 des Buchsenelements 20 ge
schnitten ist, ermöglicht es, eine Fluidverbindung zwi
schen dem Steckerelement und dem Buchsenelement ohne prä
zise fluchtende Ausrichtung des Steckerelements und des
Buchsenelements zueinander oder eine exakte Dreh-Orientie
rung des Steckerelements bezüglich des Buchsenelementes zu
erhalten. Die innen gelegene und außen gelegene
Dichtung 76 und 77 an den Seiten der Aufnahmekammer 107
des Buchsenelements 20 dichten eine Fluidströmung ab, mit
Ausnahme zwischen den jeweiligen radialen Durchlaßkanälen
34 und 85 des Steckerelements und des Buchsenelements.
Eine Fluidströmung an dem Kontaktpunkt zwischen dem
Steckerelement und dem Buchsenelement ist rechtwinklig zu
der Längsachse des Steckerelementes und des Buchsenele
mentes, wobei der radiale Durchlaßkanal 34 des Stecker
elements 10 und der zweite radiale Durchlaßkanal 85 des
Buchsenelementes 20 miteinander in Verbindung sind. Es
ergibt sich somit keine Längskraft, welche durch das Fluid
zwischen dem Steckerelement und Buchsenelement aufgebracht
wird.
In Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3
von Fig. 1 dargestellt, welche die Fluidkanäle
der bekannten Kupplung zeigt. Wie be
schrieben, erstrecken sich vier radiale Durchlaßkanäle 34
zwischen dem innenliegenden Ende des Ventilsitzes 52 des
Steckerelements 10 und dem äußeren Umfang der Sondenwan
dung 44. Es ist zu erwähnen, daß erfindungsgemäß jede
Anzahl von Fluiddurchlaßkanälen 34 verwendet werden kann,
abhängig von den gewünschten Fluidströmungscharakteristi
ken.
In Fig. 3 ist ein Betriebszustand dargestellt, bei welchem
das Buchsenelement 20 in das Steckerelement 10 eingeführt
ist, wobei die zweiten radialen Durchlaßkanäle 85 des
Buchsenelements 20 so dargestellt sind, daß sie sich zwi
schen dem Schlitz 87 in der Aufnahmekammer 107 des Buch
senelements 20 und dem Längs-Durchlaßkanal 83 erstrecken.
Der Ringschlitz 87 ist am Umfang der Aufnahmekammer 107
des Buchsenelements 20 geschnitten, so daß eine Fluidver
bindung zwischen dem Steckerelement und dem Buchsenelement
auch dann gewährleistet ist, wenn jeder radiale Durchlaß
kanal 34 des Steckerelements 10 sich nicht in einer in
Längsrichtung oder in Drehrichtung fluchtenden Zuordnung
zu dem zweiten radialen Durchlaßkanal 85 des Buchsenele
ments 20 befindet. Wie oben erwähnt, können ein, zwei oder
jede andere Anzahl von Fluiddurchlaßkanälen an der
Kupplung ausgebildet sein.
Die Anzahl der radialen Durchlaßkanäle 34 und 85 muß
nicht gleich sein, auch wenn bei der gezeigten bekannten Kupplung
eine gleiche Anzahl von Durchlaßkanälen 34 und
85 vorgesehen ist.
Wenn das Steckerelement 10 in das Buchsenelement einge
führt ist, paßt bevorzugterweise jeder radiale Durchlaß
kanal 34 des Steckerelements 10 zu einem separaten zwei
ten radialen Durchlaßkanal 85 des Buchsenelements 20, so
daß die Durchlaßkanäle 34 und 85 gegenseitig positioniert
sind, um eine Fluidverbindung zwischen den Elementen zu
erleichtern. Der Ringschlitz 87 gestattet jedoch eine
Drehung des Steckerelements 10 relativ zu dem Buchsen
element 20 und eine Axialbewegung des Steckerelements 10
relativ zu dem Buchsenelement 20, während eine radiale
Fluidverbindung zwischen den Elementen aufrechterhalten
wird.
Bei der gezeigten bekannten Kupplung umfaßt
die Herstellung des Stecker- und des
Buchsenelements die maschinelle Bearbeitung oder Bohrung
der Fluiddurchlässe. Da die radialen Bereiche
und der Längsbereich der Fluiddurchlaßkanäle 83, 84 und 85
maschinell bearbeitet oder in dem Buchsenelement 20 ge
bohrt werden, erstrecken sich die Durchlaßkanäle durch den
Außenumfang des Buchsenelementes und zu der Vorderfläche
93 des Buchsenelementes. Diese Ausdehnung der radialen und
longitudinalen Fluid-Durchlaßkanäle des Buchsenelementes
sind mit Stopfen 141 abgedichtet, um einen Flüssigkeits
verlust zu vermeiden. Es ist verständlich, daß diese wei
teren Ausdehnungen der Kanäle und die zugehörigen Stopfen
141 nur durch die Herstellung bedingt und nicht wesentlich sind. Wenn
eine andere Herstellungstechnik zur Herstellung der Vor
richtung verwendet wird, beispielsweise ein Gießverfahren,
können die Verlängerungen der Durchlaßkanäle und die
Stopfen 141 nicht erforderlich sein und daher weggelassen
werden.
Wie in Fig. 2 und in der Schnittansicht entlang der Linie 4-4 Fig. 4 dar
gestellt, umfaßt das Buchsenelement 20 weiterhin eine oder
mehrere Entlüftungsdurchlässe zur Abführung von Wasser
von der Aufnahmekammer 107 des Buchsenelements 20. Jeder
Entlüftungskanal 131 stellt eine Verbindung zwischen der
zentrischen Aufnahmekammer 107 und der Außenfläche des
Buchsenelementes 20 dar. Eine ringförmige Entlüftungs
lochdichtung 132 in einer Entlüftungsdichtungsnut
dient dazu, eine Fluidströmung lediglich von der Aufnahme
kammer 107 nach außen zu ermöglichen, wenn das Stecker
element 10 in das Buchsenelement 20 eingeführt wird und
eine Flüssigkeit aus der zentrischen Aufnahmekammer 107
herausgedrückt wird.
Bei Kupplungen
speziell zur Verwendung bei Unterwasseranwendungen
kann bei einer Trennung des Steckerelements von
dem Buchsenelement Seewasser in die Aufnahmekammer 107 des
Buchsenelements eindringen. Obwohl dieses Seewasser wegen
der Ventilanordnungen 33 und 82 daran gehindert wird, in
die Hydraulikleitungen einzudringen, wenn das Stecker
element 10 anfänglich in die Aufnahmekammer 107 einge
schoben wird, kann eine hydraulische Versperrung in der
Kammer auftreten, welche ein leichtgängiges Einführen des
Steckerelements 10 verhindert. Der Entlüftungskanal 131
sieht eine Maßnahme vor, um das eingeschlossene Seewasser
bei einem Einführen des Steckerelements 10 aus der Kammer
107 zu verdrängen. Sollten weiterhin die ringförmige Son
dendichtung 77 oder die Ventilspindeldichtungen 74 und 114
eine Fluidleckage bewirken, wird der sich daraus ergebende
Aufbau eines Hydraulikfluiddruckes in der Aufnahmekammer
107 durch den Entlüftungskanal 131 vermieden. Das Fluid
kann durch den Entlüftungskanal entweichen, und der Aufbau
eines Druckes, welcher einer Trennkraft zwischen dem
Steckerelement und dem Buchsenelement bewirken würde, wird
verhindert.
Das Buchsenelement 20 kann modifiziert werden, um die Ver
wendung von Metalldichtungen zur Abdichtung zwischen dem
Steckerelement 10 und der Aufnahmekammer 107 zu ermögli
chen.
Diese bekannte Kupplung verwendet elastomere O-Ring-Dichtungen.
Wird eine solche Kupplung bei sehr hohem Druck oder stark korrodierenden
Bedingungen eingesetzt, sind diese Dichtungen oft nicht
widerstandsfähig genug.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Hydraulikkupplung zu
schaffen, die auch bei sehr hohem Druck und stark korrodierenden
Bedingungen eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine hydraulische Kupplung
nach Anspruch 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen besondere
vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, daß steigender Fluiddruck die
Dichtwirkung erhöht, da die Metalldichtungen jeweils einen Hohlraum
aufweisen, welcher mit dem Fluid der Kupplung verbunden ist,
wobei die Dichtungen in Abhängigkeit von dem Fluiddruck in den
Hohlräumen radial in dichtendem Kontakt mit der zentrischen Ausnehmung
der Buchse und der Umfangsfläche des Steckers expandierbar
sind.
Die Fluidverbindung zwischen dem erfindungsgemäßen
Steckerelement und dem Buchsenelement wird zwischen einem
radialen Kanal an der äußeren Längsfläche des Steckerelements
und einem dazu passenden radialen Kanal an der
Seitenwand der Aufnahmekammer des Buchsenelementes ausgebildet.
Wenn das Steckerelement vollständig in die Aufnahmekammer
des Buchsenelementes eingeführt ist, wird eine
Fluidverbindung zwischen den beiden Elementen über die
zueinander passenden radialen Kanäle hergestellt. Die
Führungsflächen der gegenseitig gegenüberliegenden Ventilspindeln
der beiden Elemente gelangen miteinander in Kontakt
und führen dadurch dazu, daß Rückschlagventile in den
jeweiligen Elementen in ihre geöffnete Position gebracht
werden. Wenn sie sich in dieser geöffneten Position befinden,
kann ein Fluid durch die Ventilauslässe, welche
durch die geöffneten Rückschlagventile gebildet werden,
und durch die radialen Kanäle innerhalb der Ventilsitze
strömen. Um den Umfang des Steckerelements sind radial
expandierbare Metalldichtungen so angeordnet, daß die
Radialkanäle sich zwischen den Dichtungen befinden. Ein
Fluiddruck in der Kupplung drückt die Dichtungen in dichtenden
Eingriff mit der Wandung der Aufnahmekammer und dem
Umfang des Steckerelements.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht eines bekannten
Steckerelementes, welches zum Teil in ein
Buchsenelement einer Kupplung
eingeführt ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht des Steckerelementes der
Kupplung, welches vollständig
in das Buchsenelement eingeführt
ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Kupplung entlang der
Linie 3-3 von Fig. 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4
von Fig. 2;
Fig. 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung des
Steckerelements der Kupplung;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Steckerelements,
welches mit Metalldichtungen versehen ist,
im vollständig eingeführten Zustand; und
Fig. 7 eine Schnittansicht der Metalldichtungen von
Fig. 6.
Nun wird die Erfindung unter Bezug auf die Fig. 6 und 7 beschrieben.
Die erfindungsgemäße Kupplung unterscheidet sich von der bekannten
in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Kupplung dahingehend, daß
Metalldichtungen zur Abdichtung zwischen dem Stecker und der
Aufnahmekammer 107 der Buchse verwendet werden. Wie in Fig. 6
dargestellt, umfaßt deshalb die Aufnahmekammer 107 eine erste
ringförmige Schulter 201, welche an ihrem Umfang angeordnet ist
und welche zu einer Ausbildung eines Bereiches größeren Durchmessers
und eines Bereichs kleineren Durchmessers der Aufnahmekammer
107 führt. Der Bereich mit größerem Durchmesser wird durch den
Wandabschnitt 202 begrenzt, während der Bereich mit kleinerem
Durchmesser durch den Wandabschnitt 203 begrenzt ist. Der Schlitz
87, in dem - wie bei der bekannten Kupplung gezeigt wurde - der
radiale Kanal 85 endet, ist in diesem Fall in dem Wandabschnitt
202 im Bereich des größeren Durchmessers ausgebildet.
Der Bereich größeren Durchmessers, welcher durch Wandabschnitt
202 definiert ist, kann mehrere unterschiedliche
Durchmesserbereiche längs seiner Länge zwischen der ersten
ringförmigen Schulter 201 und der Vorderfläche 93 des
Buchsenelementes aufweisen. Die Durchmesserveränderungen
definieren eine oder mehrere ringförmige Schultern, zusätzlich
zu der ersten ringförmigen Schulter 201. In einem
ersten, in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt
der Wandabschnitt 202 einen ersten inneren Wandabschnitt 220 zwischen der
ersten ringförmigen Schulter 201 und eine zweite ringförmige
Schulter 222. Ein zweiter innerer Wandabschnitt 221 ist
zwischen der zweiten Schulter 222 und dem nach innen gerichteten
Ende des Schlitzes 87 angeordnet. Ein dritter
innere Wandabschnitt 230 erstreckt sich zwischen dem nach außen
gerichteten Ende des Schlitzes 87 und einer dritten ringförmigen
Schulter 232. Ein vierter innerer Wandabschnitt 231 ist
zwischen der dritten ringförmigen Schulter 232 und der
Vorderfläche 93 des Buchsenelementes angeordnet. Die
zweite Schulter 222 und die dritte Schulter 232 bilden Anschläge
zur Positionierung von Metalldichtungshaltern 204
und 207 in der Aufnahmekammer 107.
Die Metalldichtungshalter umfassen einen inneren Halter
204 und einen äußeren Halter 207, wobei jeder Halter geeignet
ist, die innere Metalldichtung 208 und die äußere
Metalldichtung 209 jeweils zu halten. Der innere Halter
204 ist in Form eines zylindrischen, buchsenartigen Elementes
ausgebildet, welches einen Außendurchmesser aufweist,
welcher im wesentlichen gleich ist zu dem Durchmesser
der Aufnahmekammer 107 im Bereich der Wandung 202.
Der innere Halter 204 ist somit geeignet, in die Aufnahmekammer
107 eingeschoben zu werden, wird jedoch in seiner
Längserstreckung durch die erste Schulter 201 gehalten.
Der innere Durchmesser des inneren Halters 204 ist im
wesentlichen gleich zu dem Durchmesser der Aufnahmekammer
107 im Bereich des Wandabschnitts 203. Die Wanddicke des
inneren Halters 204 ist geringfügig größer als die Weite
der ersten Schulter 201.
Der innere Halter 204 umfaßt radial ausgerichtete Durch
lässe 205, welche sich durch die Wand des Halters 204
erstrecken. Ein ringförmiger Halterschlitz 206 ist an
der Innenfläche des Halters 204 ausgebildet und dient, wie
anschließend im einzelnen beschrieben werden wird, dem
selben Zweck wie der ringförmige Schlitz 87 in der Auf
nahmekammer 107. Das heißt, eine exakte longitudinale und
rotatorische Ausrichtungen zwischen den radialen Durch
laßkanälen 34 in dem Steckerelement 10 und den Durchlässen
205 in dem Halter 204 ist nicht erforderlich, um eine
Fluidströmung durch den Schlitz 206 zu ermöglichen.
Der äußere Halter 207 ist ähnlich zu dem inneren Halter
204 ausgebildet, das heißt, er ist in Form eines zylindrischen,
buchsenartigen Elements ausgestaltet, welches einen äuße
ren Durchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich ist
zu dem Durchmesser der Aufnahmekammer 107 in dem Bereich
des Wandabschnitts 202 und einen inneren Durchmesser, welcher im
wesentlichen gleich ist zu dem Durchmesser der Aufnahme
kammer 107 in dem Bereich des Wandabschnitts 203. Somit weist der
äußere Halter 207 eine Wanddicke auf, welche gering
fügig größer ist, als die kombinierte Breite der Schul
tern 201, 222 und 232, und für eine Einschiebung in die
Aufnahmekammer 107 geeignet ist.
Die innere Metalldichtung 208 und die äußere Metalldich
tung 209 sind C-förmige Elemente, welche jeweils Innen
durchmesser aufweisen, die durch innere Kanten 210 fest
gelegt sind, sowie Außendurchmesser, die durch äußere Kan
ten 211 bestimmt sind, und Hohlräume 212. Die Außendurch
messer der Dichtungen 208 und 209 sind im wesentlichen
gleich zu dem Außendurchmesser der Halter 204 und 207. Die
Innendurchmesser der Dichtungen 208 und 209 sind im we
sentlichen gleich zu den Innendurchmessern der Halter 204
und 207.
Die innere Metalldichtung 208 ist in die Aufnahmekammer
107 eingeführt und liegt gegen die erste Schulter 201 an.
Die Dichtung 208 ist so ausgerichtet, daß ihr Hohlraum 212
sich von der ersten Schulter 201, wie in Fig. 7 darge
stellt, weg öffnet.
Der innere Halter 204 ist nachfolgend in die Aufnahme
kammer 107 eingeführt, sein Ende 213 liegt gegen die
innere Dichtung 208 im wesentlichen an den inneren und
äußeren Kanten 210 und 211 der Dichtung an. Der innere
Halter 204 ruht auf der zweiten ringförmigen Schulter 222.
Die Schulter 222 dient dazu, jede Fehlausrichtung des Hal
ters zu verhindern, und verhindert weiterhin eine über
mäßige Kompression oder ein Verknicken der Metalldichtung
208 während des Zusammenbaus und der Verbindung der Kupp
lung. Nachdem der innere Halter 204 in die Aufnahmekammer
eingeführt ist und an der Schulter 222 anliegt, wird die
Metalldichtung 208 zur Druckausübung positioniert, so wie
dies nachfolgend im einzelnen noch beschrieben werden
wird. Wenn der innere Halter 204 auf diese Weise angeord
net ist, sind die Durchlässe 205 eng in axialer Richtung
ausgerichtet, obwohl der Schlitz 87 eine gewisse Fehlaus
richtung ermöglicht.
Die äußere Metalldichtung 209 wird nachfolgend in die Auf
nahmekammer eingeführt und ruht auf dem Ende 214 des
inneren Halters 204. Die äußere Dichtung 209 ist so aus
gerichtet, daß ihr Hohlraum 212 sich zu dem Ende 214 des
inneren Halters 204 hin öffnet.
Der äußere Halter 207 wird in die Aufnahmekammer 107 ein
geführt und sein Ende 215 gegen die äußere Dichtung 209 ange
legt. Der äußere Halter 207 ruht an der dritten Ringschul
ter 232. Die Schulter 232 dient dazu, den Halter exakt
auszurichten, und verhindert eine unerwünschte übermäßige
Kompression oder ein Verknicken der Metalldichtung 209
während dem Zusammenbau und der Verbindung der Kupplungs
elemente. Dies stellt sicher, daß die Metalldichtung 209
in ausreichender Weise für einen Dichtungsvorgang positio
niert ist, wenn sie mit Fluiddruck beaufschlagt wird.
In den Wandabschnitt 202 ist eine Halteringnut 216 ausgebildet,
welche einen Haltering 217 aufnimmt. Der Haltering 217
weist einen Innendurchmesser auf, welcher geringer ist,
als der Außendurchmesser des äußeren Halters 207, und
hält, wenn er in der Nut 216 angeordnet ist, den Halter
207 in der Aufnahmekammer 107. Somit sind die innere
Dichtung 208, der innere Halter 204, die äußere Dichtung
209 und der äußere Halter 207 in der Aufnahmeausnehmung
107 gehalten. Die Positionen der zweiten ringförmigen
Schulter 222 und der dritten ringförmigen Schulter 232,
die Längen der Halter 204 und 207 und die Höhen der Dich
tungen 208 und 209 können so gewählt werden, daß eine
geringfügige axiale Kompression auf die Dichtungen 208 und
209 aufgebracht wird, wenn der Haltering 217 an seinem
Platz eingesetzt ist. Eine derartige axiale Kompression
bewirkt, daß die Dichtungen 208 und 209 geringfügig radial
ausgedehnt werden. Eine derartige Wirkung kann für gewisse
Anwendungsfälle erwünscht sein.
Das oben beschriebene und in den Fig. 1, 2 und 5 gezeigte
Steckerelement kann ohne weitere Modifikation bei dem in
Fig. 6 beschriebenen Buchsenelement 20 verwendet werden.
Wenn das Steckerelement 10 in die Aufnahmeausnehmung 107
des Buchsenelements 20 eingeführt ist, so wie dies in
Fig. 6 dargestellt ist, erstreckt sich das Steckerelement
10 durch den äußeren Halter 207, die äußere Dichtung 209,
den inneren Halter 204 und die innere Dichtung 208. Die
inneren Kanten 210 der Dichtungen 209 und 208 befinden
sich in einem dichtenden Eingriff mit dem Steckerelement,
wobei dieser Zustand erreicht wird, bevor die gegenseitige
Anlage der Ventilspindeln 65 und 106 erfolgt. Deshalb ge
währen die Metalldichtungen 208 und 209
eine Fluidabdichtung zwischen dem
Steckerelement und dem Buchsenelement, bevor eine Fluid
verbindung zwischen den beiden Elementen hergestellt wird.
Weiterhin gestattet der ringförmige Schlitz 206, ebenso
wie der Schlitz 87, eine in Längsrichtung und in Dreh
richtung erfolgende Mißausrichtung zwischen den radialen
Durchgangskanälen 34 in dem Steckerelement und den Aus
lässen 205 in dem inneren Halter 204.
Wenn eine Kupplung, bei welcher ein Buchsenelement der in
Fig. 6 gezeigten Ausführungsform verwendet wird, zusammen
gesetzt und mit Druck beaufschlagt wird, wird eine Fluid
verbindung zwischen dem Buchsenelement und dem Stecker
element durch die radialen Durchgangskanäle 34, den Hal
terschlitz 206, die Durchlässe 205, den Schlitz 87, die
zweiten radialen Durchgangskanäle 85, die Längs-Durch
gangskanäle 83 und die ersten radialen Durchgangskanäle 84
gebildet. Wenn dieser Strömungsweg eingerichtet wird, wird
ein Fluiddruck auf die Hohlräume 212 der inneren und der
äußeren Metalldichtung 208 und 209 aufgebracht. Das Fluid
ist nicht gegenüber den Hohlräumen 212 abgedichtet, so daß
die Dichtungen 208 und 209 mit Druck beaufschlagt werden.
Das Fluid gelangt in die Hohlräume 212, nachdem es ent
weder an dem Außendurchmesser oder an dem Innendurchmesser
des inneren Halters 204 vorbeigelangt ist, da der Außen
durchmesser und der Innendurchmesser des Halters sich
nicht in dichtender Beziehung zu dem jeweiligen Stecker-
bzw. Buchsenelement befindet. Der Fluiddruck in den Hohl
räumen 212 drückt die inneren Kanten 210 und die äußeren
Kanten 211 der Dichtungen in eine radiale Bewegung, wo
durch die Dichtungen 208 und 209 radial expandieren und
ihre Außendurchmesser vergrößern, wobei die Innendurch
messer verringert werden. Die äußeren Kanten 211 werden
gegen die Wandung 202 des Steckerelementes gedrückt, wäh
rend die inneren Kanten 210 gegen die Umfangswandung des
Steckerelements 10 gedrückt werden. Der Dichtungseffekt
wird durch das Vorhandensein eines Fluiddruckes in den
Dichthohlräumen 212 verstärkt.
Claims (4)
1. Hydraulische Kupplung, für eine Fluidverbindung, mit
einem Stecker mit einem axialen Stecker-Fluidkanal und mindestens einem ersten radialen Kanal, der sich zwischen dem Stecker-Fluidkanal und der äußeren Umfangsfläche des Steckers erstreckt,
einer Buchse mit einer zentrischen Ausnehmung für die Aufnahme des Steckers und mit mindestens einem zweiten radialen Kanal,
gekennzeichnet durch
buchsenartige innere und äußere Halter (204, 207), die in die zentrische Ausnehmung der Buchse eingreifen, wobei der innere Halter (204) einen radialen Fluiddurchlaß (205) zur Fluidverbindung mit dem zweiten radialen Kanal (85) aufweist,
eine erste ringförmige Metalldichtung (208), die zwischen einer Schulter (201) der zentrischen Ausnehmung und dem inneren Halter (204) angeordnet ist, und
eine zweite ringförmige Metalldichtung (209), die zwischen dem inneren Halter (204) und dem äußeren Halter (207) angeordnet ist,
wobei der Stecker durch die beiden Metalldichtungen (208, 209) und die beiden Halter (204, 207) in die Buchse einsteckbar ist, so daß eine Fluidverbindung vom zweiten radialen Kanal (85) über den radialen Fluiddurchlaß (205) und den ersten radialen Kanal (34) zu dem Stecker-Fluidkanal entsteht, und
wobei die erste und zweite Metalldichtung (208, 209) zur dichtenden Anlage an die zentrische Ausnehmung der Buchse und zur dichtenden Anlage an die Umfangsfläche des Steckers ausgebildet sind.
einem Stecker mit einem axialen Stecker-Fluidkanal und mindestens einem ersten radialen Kanal, der sich zwischen dem Stecker-Fluidkanal und der äußeren Umfangsfläche des Steckers erstreckt,
einer Buchse mit einer zentrischen Ausnehmung für die Aufnahme des Steckers und mit mindestens einem zweiten radialen Kanal,
gekennzeichnet durch
buchsenartige innere und äußere Halter (204, 207), die in die zentrische Ausnehmung der Buchse eingreifen, wobei der innere Halter (204) einen radialen Fluiddurchlaß (205) zur Fluidverbindung mit dem zweiten radialen Kanal (85) aufweist,
eine erste ringförmige Metalldichtung (208), die zwischen einer Schulter (201) der zentrischen Ausnehmung und dem inneren Halter (204) angeordnet ist, und
eine zweite ringförmige Metalldichtung (209), die zwischen dem inneren Halter (204) und dem äußeren Halter (207) angeordnet ist,
wobei der Stecker durch die beiden Metalldichtungen (208, 209) und die beiden Halter (204, 207) in die Buchse einsteckbar ist, so daß eine Fluidverbindung vom zweiten radialen Kanal (85) über den radialen Fluiddurchlaß (205) und den ersten radialen Kanal (34) zu dem Stecker-Fluidkanal entsteht, und
wobei die erste und zweite Metalldichtung (208, 209) zur dichtenden Anlage an die zentrische Ausnehmung der Buchse und zur dichtenden Anlage an die Umfangsfläche des Steckers ausgebildet sind.
2. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß
die erste und zweite Metalldichtung (208, 209) jeweils
einen Hohlraum (212) aufweisen, welcher mit dem Fluid der
Kupplung verbunden ist, wobei die Dichtungen (208, 209) in Abhängigkeit
von dem Fluiddruck in den Hohlräumen (212) radial
in dichtenden Kontakt mit der zentrischen Ausnehmung der
Buchse und der Umfangsfläche des Steckers expandierbar
sind.
3. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß
die zentrische Ausnehmung eine zweite Schulter (222)
zum Ausrichten des inneren Halters (204) und eine dritte
Schulter (232) zum Ausrichten des äußeren Halters (207) in
Längsrichtung der Buchse aufweist.
4. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß
die Buchse einen radialen Entladungskanal, der
sich von der zentrischen Ausnehmung zur Außenfläche der
Buchse erstreckt, und eine Entladungsdichtung aufweist,
derart, daß beim Einstecken des Steckers in der zentrischen
Ausnehmung der Buchse vorhandenes Fluid, Luft
oder Wasser über den Entladungskanal und die Entladungsdichtung
abgeführt wird.
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