DE4006276A1 - Hydraulische kupplung mit innendruckdichtung - Google Patents
Hydraulische kupplung mit innendruckdichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Kupplungen und insbeson
dere hydraulische Kupplungen, in denen eine Metall-Metall
dichtung zwischen einem männlichen und einem weiblichen
Teil verwendet wird.
Hydraulische Unterwasserkupplungen sind seit langem be
kannt. Die Kupplungen bestehen im allgemeinen aus einem
männlichen Teil (Einsteckteil) und einem weiblichen Teil
(Aufnahmeteil) mit Dichtungen, die innerhalb des Aufnahme
teils angeordnet sind, um die Verbindung zwischen dem Ein
steck- und dem Aufnahmeteil abzudichten.
Das Aufnahmeteil hat im allgemeinen einen zylinderförmigen
Körper mit einer Längsbohrung von relativ großem Durchmes
ser an einem Ende und einer Längsbohrung mit relativ klei
nem Durchmesser an dem anderen Ende. Die kleinere Bohrung
erleichtert Anschlüsse an hydraulische Leitungen, während
die größere Bohrung die Dichtungen enthält und das Ein
steckteil der Kupplung aufnimmt. Das Einsteckteil umfaßt
einen zylinderförmigen Abschnitt an einem Ende mit einem
Durchmesser, der ungefähr gleich dem Durchmesser der größe
ren Bohrung im Aufnahmeteil der Kupplung ist. Das Einsteck
teil umfaßt ebenfalls an seinem anderen Ende einen An
schluß, um die Verbindung mit hydraulischen Leitungen zu
erleichtern. Wenn der zylinderförmige Abschnitt des Ein
steckteils in die größere Bohrung des Aufnahmeteils einge
führt wird, gemäß den unterschiedlichen Ausführungsformen
der Vorrichtung, stoßen im allgemeinen O-ringartige Dich
tungen entweder an die Stirnseite oder -fläche des Ein
steckteils oder berühren das Einsteckteil an seinem Umfang.
Das hydraulische Fluid kann dann durch das Aufnahme- und
Einsteckteil der Kupplung hindurchströmen, und die Dichtun
gen verhindern einen Austritt an den Verbindungen der Kupp
lung.
In einigen Fällen kann ein Absperrventil in dem Aufnahme
teil und auch in dem Einsteckteil eingebaut sein. Jedes Ab
sperrventil ist geöffnet, wenn die Kupplung hergestellt
ist, und jedes Absperrventil ist geschlossen, wenn die
Kupplung unterbrochen ist, um so zu verhindern, daß Fluid
aus dem System austritt.
Die Dichtungen, die in der Vergangenheit am häufigsten ver
wendet wurden, sind aus elastomerischem Material und haben
mehrere Nachteile. Die grundlegenden Nachteile sind: 1.
die Unfähigkeit der Dichtung, den zerstörenden Einflüssen
einer Unterwasserumgebung für längere Zeiten zu widerste
hen, und 2. die Unfähigkeit der Weichdichtung, die hohen
Drücke, die dem hydraulischen System auferlegt werden, auf
zunehmen.
Es sind Metalldichtungen entwickelt worden, um sowohl den
zerstörenden Einflüssen der Umgebung als auch den hohen
Drücken besser zu widerstehen. Eine solche Dichtung ist
eine Quetschdichtung, die zwischen dem Ende des Einsteck
teils und der Kupplung und dem inneren Ende der größeren
Bohrung in dem Aufnahmeteil angeordnet ist. Wenn das Ein
steckteil in das Aufnahmeteil eingeführt wird, wird die Me
talldichtung zwischen den zwei Teilen gequetscht, und es
wird zwischen diesen beiden eine Dichtung erzeugt. Im Hin
blick auf den Quetschvorgang kann die Dichtung nur einmal
verwendet werden. Falls die Kupplung aus irgendeinem Grunde
getrennt wird, muß die einmal verwendete gequetschte Dich
tung durch eine neue Dichtung ersetzt werden. Außerdem
müssen das Einsteck- und das Aufnahmeteil vollständig mit
einander in Eingriff verbleiben, um eine Undichtigkeit
längs der Dichtung zu verhindern.
Ein anderer Typ von Metalldichtung wurde zum Abdichten zwi
schen der Stirnfläche des Einsteckteils und einer Schulter
in der Bohrung des Aufnahmeteils verwendet. Die Dichtung
hat eine Vertiefung, die dem Druck in der Kupplung ausge
setzt ist, und die Dichtung strebt daraufhin, in Abhängig
keit von dem Druck, sich in Längsrichtung auszudehnen, um
die Dichtung zwischen der Stirnfläche des Einsteckteils und
der Schulter in dem Aufnahmeteil zu bewirken. Diese Längs
ausdehnung der Dichtung bewirkt, daß das Einsteckteil aus
der Bohrung des Aufnahmeteils herausgezwungen wird. Um die
ser Trennwirkung zwischen Einsteck- und Aufnahmeteil entge
genzuwirken, und um eine dichte Beziehung der Dichtung mit
dem Einsteck- und dem Aufnahmeteil vor Druckbeaufschlagung
der Kupplung sicherzustellen, wird ein äußerer Vorspannme
chanismus verwendet, der das Einsteck- und das Aufnahmeteil
zusammenhält. Der Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß,
falls der Innendruck die Haltekraft des äußeren Vorspannme
chanismus übersteigt, das Einsteck- und das Aufnahmeteil
soweit trennen werden, daß die dichte Beziehung mit der Me
talldichtung unterbrochen ist. Außerdem sind äußere Vor
spannmechanismen teuer und erfordern einen beträchtlichen
Platz, um sie in einer Unterwasserumgebung anzubringen. Der
komplizierte Mechanismus erfordert eine größere Möglichkeit
für das Auftreten von Problemen und Fehlfunktionen.
Aus US-PS 46 37 470 von Weathers et al. ist eine hydrauli
sche Unterwasserkupplung bekannt, die einen Metalldich
tungsring zwischen der Stirnfläche des Einsteckteils und
einer Schulter in der Bohrung des Aufnahmeteils aufweist.
Die Dichtung ist V-förmig im Querschnitt, die Schenkel des
V sind dem Druck in der Kupplung ausgesetzt und neigen
dazu, sich in Längsrichtung auszudehnen, um die Dichtung
zwischen dem Einsteckteil und der Schulter des Aufnahme
teils zu steigern. Die Kupplung von Weathers enthält Belle
ville Dichtungsringe, die verwendet werden, um die Dichtung
bei Verbindung der Teile vor der Druckbeaufschlagung vorzu
spannen. Das Vorspannen hilft, einen Austritt bei niedrigem
Druck zu vermeiden. Die Belleville-Ringe üben eine längsge
richtete Kraft gegen die gegenüberliegenden Teile aus, um
den Metalldichtungsring in festem Kontakt zwischen den Tei
len zu behalten. Wie oben ausgeführt, ist der Vorspannme
chanismus teuer und kompliziert.
Die Einsteck- und Aufnahmeabschnitte der obigen stirnflä
chenartigen Kupplungen sind jeweils einzelne Bauteile, und
die Dichtung sitzt an oder nahe an der Stirnfläche des Ein
steckbereichs. Insbesondere im Fall der stirnflächenartigen
Dichtungen gibt es die Gefahr, daß die Dichtung aus dem
Aufnahmeabschnitt herausgeblasen wird und verlorengeht,
wenn die Kupplung unter Druck getrennt wird. Die oben be
schriebene Kupplung von Weathers offenbart eine Haltevor
richtung, um die Dichtung in Stellung zu halten. Die Halte
vorrichtung ist ein elastomerisches Ringteil, das innerhalb
einer Nut befestigt ist, die in der Bohrung des Aufnahme
teils ausgebildet ist. Aber auch mit dem Elastomerring gibt
es ein Risiko, daß die Metalldichtung aufgrund des Druckes
herausgeblasen wird, wenn die Kupplung gelöst wird.
Ein weiterer Typ einer ringförmigen Metalldichtung ist eine
druckaktivierte Ringdichtung, die zwischen der äußeren
Längsfläche des Einsteckteils und der Bohrungswand des Auf
nahmeteils abdichtet. Eine solche Dichtung wird in US-PS
46 94 859 von Robert E. Smith III beschrieben. Die ringför
mige Metalldichtung sitzt innerhalb des Aufnahmekörpers
fest mittels einer inneren Haltevorrichtung, die die Dich
tung an einer Schulter in der Bohrung des Aufnahmeteils
festhält. Wenn die Haltevorrichtung eingeführt wird, und
durch eine Klemme in Stellung gehalten wird, spannt sie die
Metalldichtung vor, indem sie sie durch leichtes Zusammen
pressen dazu zwingt, sich radial gegen die Oberfläche des
Einsteckteils auszudehnen. Das Einsteckteil ist so ausge
bildet, daß es durch die Haltevorrichtung und durch die Me
talldichtung hindurch eingeführt wird, so daß die Dichtung
an die Umfangsfläche des Einsteckteils in einer abdichten
den Beziehung angreift. Eine Vertiefung in der Dichtung ist
dem Innendruck der Kupplung ausgesetzt, um die Wirksamkeit
der Dichtung zu erhöhen.
Eine weitere Kupplung und Metalldichtung wird in der anhän
gigen Anmeldung Nr. 0 85 982 des Anmelders beschrieben, die
am 14. August 1987 eingereicht wurde. Diese Kupplung zeigt
einen hydraulischen Verbinder mit einer innerlich vorge
spannten Metall-Metalldichtung, in dem die Dichtungsfläche
von innerhalb der Kupplung selbst vorgespannt wird. Die
Dichtung ist eine Metall-Metalldichtung zwischen der Boden
fläche der Einsteckteil-Vorderseite und einem angepaßten
Dichtungssitz in einem Rohrelement. Das Rohrelement kann
sich in der Bohrung des Aufnahmeteils in Längsrichtung ver
schieben. Wenn die Stirnfläche des Einsteckteils gegen das
Rohrelement gedrückt wird, schiebt das Rohrelement gegen
die Vorspannung einer inneren Vorspannungsvorrichtung, die
als ein Federring dargestellt ist. Vor der Druckbeaufschla
gung hilft die Vorspannungsvorrichtung, daß eine Metall-Me
talldichtung zwischen der Vorderfläche des Einsteckteils
und dem Dichtungssitz auf der inneren Bohrung des Rohrele
mentes bleibt. Bei der Druckbeaufschlagung der Kupplung
wird das Rohrelement druckaktiviert, um in Längsrichtung
gegen die Vorderfläche des Einsteckteils zu verrutschen.
Diese Längsbewegung verstärkt die Dichtung. Die Metall-Me
talldichtung ist zwischen der Stirnfläche des Einsteckteils
und dem Dichtungssitz in dem Rohrelement austauschbar, son
dern erfordert eine Wiederherstellung der zusammenpassenden
Oberflächen, wenn diese beschädigt werden sollten.
Die vorliegende Erfindung liefert eine austauschbare Me
tall-Metalldichtung zwischen dem Einsteck und dem Aufnahme-
Kupplungsteil, wobei die Dichtung während der Zusammen
schaltung des Einsteck- und des Aufnahmeteils vorgespannt
wird. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung be
trifft eine Kupplung mit einem Aufnahmeteil, einem Rohrele
ment, einer Dichtung mit einem V-förmigen Querschnitt und
einem Einsteckteil. Das Aufnahmeteil umfaßt eine Längsboh
rung zum einschiebbaren Aufnehmen des Rohrelementes. Das
Rohrelement kann innerhalb der Bohrung des Aufnahmeteils in
Längsrichtung verrutschen, in Abhängigkeit des inneren
Fluiddruckes und hat eine längsgerichtete Aufnahmebohrung,
um das Einsteckteil aufzunehmen. Die Aufnahmebohrung in dem
Rohrelement umfaßt eine innere Schulter, an der eine im
allgemeinen ringförmige Metalldichtung mit einem V-förmigen
Querschnitt angeordnet ist. Bei Einführung des Einsteck
teils in das Rohrelement berührt die Stirnfläche des Ein
steckteils den Schenkel der V-Dichtung. Dadurch wird die V-
Dichtung leicht zusammengedrückt, um die Dichtung vor der
Druckbeaufschlagung der Kupplung vorzuspannen. Dieses Vor
spannen der V-Dichtung verhindert eine Undichtigkeit bei
niedrigen Drücken - bis die Kupplung ausreichend Druck auf
weist, damit die V-Dichtung druckaktiviert wird. Wenn das
System druckaktiviert ist, wird das Rohrelement gegen das
Einsteckteil gezwungen, um die V-Dichtung an dem Einsteck
teil zu halten. Der Druck veranlaßt die V-Dichtung, sich in
Längsrichtung gegen die Vorderfläche des Einsteckteils und
die innere Schulter des Rohrelementes auszudehnen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im
folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zei
gen:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines Verteilers mit Kupplungen
gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Kupplung der
vorliegenden Erfindung, die zeigt, wie die Kupplung mit dem
Verteiler aus Fig. 1 verbunden werden kann;
Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Rohr
element, einer Metalldichtung und einem teilweise ange
schnittenen Körper des Aufnahmeteils;
Fig. 4 einen Schnitt durch das Einsteckteil vor dem Zusam
menbau der Kupplung;
Fig. 5 einen Schnitt durch das Aufnahmeteil vor dem Zusam
menbau der Kupplung;
Fig. 6 einen Schnitt der zusammengebauten Kupplung.
Fig. 1 ist eine vorteilhafte Ansicht eines Verteilers 11,
der gewöhnlich im Zusammenhang mit hydraulischen Unterwas
serkupplungen verwendet wird. Die Kupplungen 12 sind im
allgemeinen an gegenüberliegenden Platten des Verteilers
angeschlossen und werden durch Bolzen oder hydraulische
Teile, die an den Platten befestigt sind, zusammengehalten.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird, wird das Einsteckteil 13 ge
wöhnlich an einer Platte befestigt, während das Aufnahme
teil 14 an der zweiten Platte befestigt wird, so daß es dem
Einsteckteil 13 entgegengerichtet ist und mit diesem ausge
richtet ist. Das Einsteck- und das Aufnahmeteil können an
den Verteilerplatten unter Verwendung unterschiedlicher
Mittel befestigt werden, z.B. durch Schrauben oder Gewinde.
Techniken zum Befestigen der Teile an solchen Platten sind
dem Fachmann gut bekannt.
Fig. 3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer
Kupplung 12 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie darge
stellt, umfaßt die Kupplung 12 als Hauptbestandteile ein
Aufnahmeteil 14 und ein Einsteckteil 13. Das Aufnahmeteil
14 und das Einsteckteil 13, oder Stecker, umfassen jeweils
untergeordnete Bauelemente, die im folgenden ausführlich
beschrieben werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt wird, umfaßt das Aufnahmeteil 14 meh
rere Bauelemente, die einen Körper oder Aufnehmer 21, ein
Rohrelement 22, eine Klemme 24 und eine V-förmige Dichtung
15 umfassen. Ebenfalls eingeschlossen sind ringförmige oder
axiale Weichdichtungen 26 und 27.
Nun auf Fig. 5 bezugnehmend hat der Hauptkörper 21 des Auf
nahmeteils eine zylinderförmige Gestalt mit einer Bohrung
31, die sich längs ihrer Längsachse von einem Aufnahmean
fang 32 zu einem Aufnahmeende 33 hin erstreckt. Die Bohrung
31 hat in ihrer Erstreckung durch den Körper 21 mehrere Un
terschiede in ihrem Durchmesser. Die Bohrung 31 hat ihren
größten Durchmesser an dem Aufnahmeanfang 32. An den Auf
nahmeanfang 32 der Bohrung 31 anschließend befindet sich
eine Nut 34 für die Klemme. Die Nut 34 wird in Verbindung
mit der Klemme 24 benutzt, um das Rohrelement 22 in der
Bohrung 31 zu halten, wie im folgenden ausführlich be
schrieben wird.
Der Durchmesser der Bohrung 31 ist von dem Aufnahmeanfang
32 bis zu einer ersten Schulter 35 einheitlich. Diese erste
Schulter 35 ist eine innere Umfangsschulter, wobei ihre
Ebene rechtwinklig zu der Längsachse des Körpers 21 ist.
Die erste Schulter 35 und eine Stufe 36 legen eine abge
stufte Verminderung des Durchmessers der Bohrung 31 fest,
wie in Fig. 5 gezeigt wird. Es ist offensichtlich, daß die
Stufe 36 einen kreisförmigen Querschnitt hat, der konzen
trisch mit und kleiner als der kreisförmige Querschnitt der
Bohrung 31 an ihrem Aufnahmeanfang 32 ist.
Der verringerte Durchmesser der Bohrung 31 erstreckt sich
von der ersten Schulter 35 zu einer zweiten inneren Schul
ter 37. Die zweite Schulter 37 bestimmt noch einmal eine
abgestufte Verkleinerung im Durchmesser der Bohrung 31. In
bezug auf Fig. 4 ist zu sehen, daß dieser verringerte
Durchmesser ebenfalls eine kreisförmige Gestalt hat und um
die Längsachse des Körpers 21 zentriert ist. Dieser verrin
gerte Durchmesser erstreckt sich von der zweiten Schulter
37 zum Ventilsitz 46. Der Ventilsitz 46 ist konisch geformt
und bewirkt eine Vergrößerung der Bohrung 31 in Richtung
von der Ventilöffnung 41 zu dem Aufnahmeende 33. Der Ven
tilsitz 46 mündet in einer Bohrungswand 43. Die Bohrungs
wand 43 legt einen einheitlichen Durchmesser der Bohrung 31
fest, der sich von dem Ventilsitz 46 zu dem Aufnahmeende 33
hin erstreckt. Direkt an das Aufnahmeende 33 anschließend
ist ein Gewinde 44 für den Eingriff mit einer mit einem
Gewinde versehenen hydraulischen Anschlußleitung oder
Passung. Die Ventilanordnung 25 umfaßt ein Absperrventil
45, eine Ventilfeder 49, einen Federteller 47 und einen
Klemmring 48. Das Absperrventil 45 hat im allgemeinen eine
konische Form und stimmt im wesentlichen mit dem Ventilsitz
46 überein. An dem Gipfelpunkt der konischen Form des
Ventils ist eine Spitze oder ein Stäbchen 50 angeordnet,
das zylinderförmig ist und sich entlang der Längsachse des
Absperrventils 45 erstreckt und sich durch die
Ventilöffnung 41 hindurcherstreckt.
Die Ventilfeder 49 ist innerhalb der Bohrungswand 43 ange
ordnet und steht mit einem Ende in Berührung mit dem Boden
des Absperrventils 47. Das entgegengesetzte Ende der Feder
46 ist mit dem Federteller 47 in Berührung. Der Teller 47
ist ein verlängerter Ring mit kreisförmigem Querschnitt.
Der äußere Durchmesser des Tellers 47 ist etwas geringer
als der Durchmesser der Bohrung 31, wie er durch die Boh
rungswand 43 festgelegt ist, so daß der Teller 47 leicht in
diese eingeführt werden kann. Der Teller 47 wird in der
Bohrung 43 zurückgehalten und wird mit der Feder 49 mittels
eines Klemmrings 48 und einer Nut 48 a für die Klemme in Be
rührung gehalten. Die Klemmennut 48 a ist in der Bohrungs
wand 43 angeordnet und erstreckt sich durchgehend um die
Wand 43 herum. Die Klemme 48 ist eine Federklemme oder ein
Sprengring, der nach innen zusammengedrückt werden kann, um
so seinen Durchmesser für die Einführung in die Bohrung 31
zu verringern und sich deshalb nach außen ausdehnt, um an
den äußeren Durchmesser der Nut 48 a anzugreifen. Der innere
Durchmesser der Klemme 48 ist geringer als der äußere
Durchmesser des Tellers 47, wodurch verhindert wird, daß
der Teller 47 sich aus der Bohrung 31 entfernt.
Wie in Fig. 5 gezeigt wird, ist das "weibliche" Rohrelement
22 im wesentlichen ein Rohr mit kreisförmiger Gestalt. Der
äußere Umfang des Rohrelementes 22 ist abgestuft und hat
zwei unterschiedliche Durchmesser, um so die abgestufte
Bohrung 31 des Aufnahmekörpers 21 zu ergänzen. Das Rohrele
ment umfaßt zusätzlich eine äußere Nut zur Aufnahme einer
Ringdichtung. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, ist der äußere
Durchmesser des Rohrelementes 22 an seinem Aufnahmeanfang
am größten. Der Durchmesser ist von dem Aufnahmeanfang 51
des Rohrelementes 22 bis zu einer ersten äußeren Schulter
52 konstant. Diese erste Schulter 52 ist eine Umfangsschul
ter, deren Ebene rechtwinklig zu der Längsachse des Rohr
elementes ist. Der Durchmesser des Rohrelementes 22 ver
bleibt von der ersten Schulter 52 bis zu einer äußeren
Dichtungsnut 54 wieder konstant. Die Nut 54 ist für die
Aufnahme einer ringförmigen C-Metalldichtung 55 vorgesehen,
wie unten näher ausgeführt wird. Das Aufnahmeende 56, das
ebenfalls rechtwinklig zu der Längsachse des Rohrelementes
22 ist, bestimmt die abschließende Verringerung des äußeren
Durchmessers des Rohrelementes 22.
Das Rohrelement 22 hat eine Aufnahmebohrung 61 entlang der
Längsachse. Wie aus Fig. 5 ganz offensichtlich hervorgeht,
verändert sich der Durchmesser der Bohrung 61 entlang
seiner Längsachse und wird im allgemeinen jeweils durch
eine erste, zweite und dritte Bohrungswand 62, 63 und 64
und einen Dichtungssitz 65 festgelegt. Die Aufnahmebohrung
61 hat ihren größten Durchmesser an dem Aufnahmeanfang 51
des Rohrelementes 22. An dem Aufnahmeanfang ist die erste
Bohrungswand 62 nach innen geneigt (bei 62 a), um den Durch
messer der Bohrung 61 von dem Aufnahmeanfang 51 weg zu ver
ringern. Die erste Bohrungswand 62 bestimmt dann einen kon
stanten inneren Durchmesser. Dieser konstante Durchmesser
erstreckt sich zwischen der ersten Bohrungswand 62 a und
einer geneigten Wand 63 a. Die geneigte Wand 63 a fällt nach
innen ein und verringert dadurch den Durchmesser der Boh
rung weiter. Anschließend an die einwärts geneigte Wand 63 a
hat die zweite Bohrungswand 63 einen konstanten Durchmes
ser. Die zweite Bohrung 63 endet in dem Dichtungssitz 65.
Der Dichtungssitz 65 ist vorgesehen, um eine im allgemeinen
ringförmige Dichtung 15 zu positionieren. Wie aus Fig. 4
ersichtlich ist, positioniert der Dichtungssitz 65 die V-
Dichtung 15 längs in der Bohrung 61, so daß ein Schenkel
der V-Dichtung nahe der inneren Schulter 66 liegt. Die V-
Dichtung 15 ist V-förmig im Querschnitt und bei Druckbeauf
schlagung dichtet der Schenkel gegen die Schulter 66 ab,
während der andere Schenkel gegen die Stirnfläche 78 des
Einsteckteils 13 abdichtet. Der Dichtungssitz 65 endet in
der Schulter 66. Die dritte Bohrungswand 64 erstreckt sich
von der Schulter 66 zu dem Aufnahmeende 56 des Rohrelemen
tes, das in einer Ebene, rechtwinklig zu der Längsachse des
Rohrelementes 22, liegt. Die dritte Bohrungswand 64 ist so
bemessen, daß die Spitze oder das Stäbchen 50 des Absperr
ventils 45 sich durch diese hindurch erstrecken kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Innendurchmes
ser des Rohrelementes 22 nahe dem Aufnahmeanfang 51 eine
innere Ringnut 67 für eine Weichdichtung angeordnet. Eine
Dichtungsnut 68 am äußeren Umfang ist in dem äußeren Durch
messer nahe dem Aufnahmeende 56 des Rohrelementes 22 vorge
sehen. Die Dichtungsnuten am Umfang nehmen ringförmige oder
axiale Weichdichtungen 26 und 27 auf, um jeweils zwischen
der Aufnahmebohrung 61 und dem äußeren Umfang des
Einsteckteils 13 und zwischen dem äußeren Umfang des
Rohrelementes und der Bohrung 31 des Aufnahmeteils
abzudichten. Die ringförmigen Weichdichtungen 26 und 27
sind aus relativ biegsamem Material, z.B. Gummi oder
elastischem Kunststoff. Die ringförmigen Weichdichtungen
sind dicker als die jeweiligen Tiefen der Nuten 67 und 68.
Als Folge stehen die Dichtungen 26 und 27 leicht vor, wenn
sie richtig in den entsprechenden Nuten angeordnet sind.
ln der Bohrung 31 des Aufnahmeteils ist nahe dem Aufnah
meende 32 des Aufnahmekörpers 21 eine Klemmennut 34 ange
ordnet. Diese Nut wird in Verbindung mit der Klemme 24 be
nutzt, um das Rohrelement 22 innerhalb der Bohrung 31 des
Aufnahmeteils zurückzuhalten. Die Klemme 24 ist vorzugs
weise eine Federklemme oder ein Sprengring mit einem äuße
ren Durchmesser, der größer als der Durchmesser der Klem
mennut 34 ist. Der Innendurchmesser der Klemme 24 ist ge
ringer als der Durchmesser der Bohrung 31 und ebenfalls ge
ringer als der Außendurchmesser des Rohrelementes 22. Wenn
die Klemme 22 in der Nut 34 angeordnet wird, übt sie eine
nach außen gerichtete Kraft gegen die Nut 34 aus, um so in
der Nut festgehalten zu werden.
Weiter bezugnehmend auf Fig. 5 wird eine ringförmige V-Me
talldichtung 15, im allgemeinen ringförmig in Vorderansicht
und im allgemeinen V-förmig im Querschnitt, auf dem Dich
tungssitz 65 in der Aufnahmebohrung 61 des Rohrelementes
angeordnet. Die V-Dichtung 15 hat zwei Schenkel, die nach
innen gerichtet sind und im allgemeinen eine V-Form festle
gen. Wenn das Einsteckteil 13 in die Bohrung 61 des Rohr
elementes eingeführt wird, werden die Schenkel des Dich
tungsringes nach innen abgebogen oder leicht zusammenge
preßt. Wenn die Dichtung druckaktiviert ist, wie in Fig. 6
gezeigt wird, veranlaßt der Druck in dem Raum zwischen den
Schenkeln die Schenkel dazu, sich um einen kleinen Betrag
nach außen auszudehnen, sich aber nicht dauerhaft zu ver
formen. Diese Ausdehnung der Dichtung schafft die notwen
dige Abdichtung zwischen der Stirnfläche 78 des Einsteck
teils und der inneren Schulter 66 des Rohrelementes. Mit
anderen Worten dehnt sich die V-förmige Dichtung in Längs
richtung gegen die jeweiligen Dichtungsflächen aus, wenn
die Dichtung druckaktiviert ist. Die V-Dichtung 15 ist vor
zugsweise ein metallisches, elastisches Teil, das in der
Lage ist, seine ursprüngliche Form nach einem Zusammendrüc
ken oder einer Ausdehnung in Längsrichtung wiederzugewin
nen. Die V-Dichtung 15 wird auf dem Dichtungssitz 65 durch
eine Mutter 29 oder eine Sicherungsklemme festgehalten. Die
Mutter kann auf ein passendes Gewinde 30 in der inneren
Bohrung 61 des Rohrelementes 22 aufgeschraubt sein. Alter
nativ kann die Klemme durch eine Klemmennut in der inneren
Bohrung gesichert sein (nicht dargestellt).
Die gesamte Länge des Rohrelementes 22 ist geringer als die
Länge der Aufnahmebohrung 31 zwischen der Klemme 24 und der
Schulter 37. Das Rohrelement 22 kann zwischen einer ersten,
zurückgestellten Position (gezeigt in Fig. 6) in Berührung
mit der Klemme 24 und einer zweiten, eingedrückten Position
gegen die Schulter 37 schwimmen. Diese vollständig einge
drückte Position ist in Fig. 5 dargestellt. An jeder dieser
extremen Positionen und an jeder dazwischenliegenden Posi
tion behält die C-Metalldichtung 55 ihre Position in bezug
zu der Außenwand des Rohrelementes oder der Stufe 36. Wenn
das Rohrelement 22 sich innerhalb der Aufnahmebohrung 31
verschiebt, bewegt sich folglich auch der Punkt, an dem die
C-Dichtung 55 an die Wand der Aufnahmebohrung angreift, in
Längsrichtung. Der Fluiddruck, der auf die Aushöhlung der
C-Dichtung wirkt, hält die Dichtung zwischen dem Rohrele
ment und der Wand der Aufnahmebohrung.
Das Einsteckteil 13 umfaßt, wie in Fig. 4 gezeigt wird, im
allgemeinen drei zylinderförmige Formen. Ein Steckerangriff
72 ist ein Zylinder mit im wesentlichen gleichförmigem
äußeren Durchmesser. Ein Gewinde 73 kann an der äußeren
Oberfläche vorgesehen sein, um die Befestigung an einen
Kupplungsverteiler zu erleichtern, wie oben beschrieben
wurde, oder die äußere Oberfläche glatt gearbeitet sein und
der Stecker 13 kann mittels Stellschrauben (nicht darge
stellt) an dem Verteiler befestigt werden. Der Steckeran
griff 72 und die Steckerwand 74 liegen längs der gleichen
Längsachse und sind durch eine erste Schulter 76 miteinan
der verbunden. Die erste Schulter 76 umfaßt einen kegel
stumpfartigen, konischen Abschnitt 76 a, wobei der größere
Durchmesser zum Angriff 72 gerichtet ist und der kleinere
Durchmesser mit dem Ende der Steckerwand 74 übereinstimmt.
Der Steckerkopf 75 ist ein im allgemeinen zylinderförmiges
Teil, das längs einer Ausdehnung einer Längsachse der Stec
kerwand 74 liegt. Der Steckerkopf 75 ist mit der Wand 74
mittels einer zweiten, kegelstumpfartigen, konischen Schul
ter 77 verbunden. Die zweite Schulter 77 ist ein kegel
stumpfartiger Kegelabschnitt, dessen größerer Durchmesser
in das Ende der Steckerwand 74 übergeht und dessen kleine
rer Durchmesser zu der Stirnseite des Steckerkopfes 75 ge
richtet ist. Der Steckerkopf 75 schließt mit einer Stirn
fläche 78 ab. Die Stirnfläche 78 ist so ausgebildet, daß
sie mit der V-Metalldichtung 15 in der Aufnahmebohrung 61
des Rohrelementes zusammenwirkt, wenn das Einsteckteil 13
in diese eingeschoben wird. Wenn das Einsteckteil 13 voll
ständig in die Aufnahmebohrung 61 des Rohrelements 22 in
Berührung mit der V-Dichtung 15 eingeschoben worden ist,
sind die Schenkel der Dichtung 15 leicht zusammengedrückt,
um die V-Dichtung vorzuspannen. Diese Kompression der V-
Dichtung wird durch die Länge des Einsteckteils in bezug zu
der Schulter 77 des Einsteckteils, der Position der schrä
gen Wand 63 a und der Schulter 66 des Aufnahmeteils und
ebenfalls durch die Position der V-Dichtung 15 in dem Auf
nahmeteil in bezug zu der inneren Schulter 66 gesteuert.
Das Vorspannen der V-Dichtung 15 verhindert eine Undichtig
keit bei niedrigen Drücken oder bis die V-Dichtung mit ge
nügend Druck beaufschlagt ist, so daß sie druckaktiviert
wird.
Weiter auf Fig. 4 bezugnehmend, hat der Durchgang oder die
Bohrung 61 einen runden Querschnitt, ist auf der Längsachse
des Einsteckteils 13 zentriert und erstreckt sich von einem
Aufnahmeende 82 zu der Stirnfläche 78 des Einsteckteils.
Nahe der Stirnfläche 78 neigt sich die Bohrung 81 nach
innen, um einen Ventilsitz 84 für die "männliche" Teller
ventilanordnung 80 zu bilden. An die Stirnfläche 78 des
Einsteckteils angrenzend hat die Bohrungswand einen kleine
ren inneren Durchmesser und liegt wieder parallel zur
Längsachse des Steckers 13. Die äußere Steckerwand 74 um
faßt ebenfalls eine geneigte Fläche (zweite Schulter 77),
die mit der angepaßten geneigten Fläche 63 a des Rohrelemen
tes übereinstimmt. Das Einsteckteil umfaßt ferner eine Ven
tilöffnung 97, die im wesentlichen den gleichen Durchmesser
hat wie die Ventilöffnung 41 in dem Aufnahmekörper 21.
Wie in dem Aufnahmeteil umfaßt die "männliche" Ventilanord
nung 80 ein Absperrventil 86, eine Ventilstange 87, eine
Ventilfeder 89, einen Tellerring 88 und einen Klemmring 90.
Der Aufbau dieser Ventilanordnung 80 ist im wesentlichen
der gleiche wie der Aufbau der entsprechenden Ventilanord
nung 25 in dem Aufnahmeteil. Eine Klemmennut 89 a ist in der
Bohrungswand 81 nahe dem Abschlußende 82 des Steckers ange
ordnet. Die Klemmennut 89 a hält einen Klemmring 90 und die
ser wiederum eine Tellerfeder 88 innerhalb der Bohrung 81.
In der Bohrung 81 ist an das Abschlußende 82 des Einsteck
teils 13 auch ein Gewinde 91 angeordnet, um ein mit einem
Gewinde versehenen anzuschließendes schlauchförmiges Teil
oder eine entsprechende Passung (nicht dargestellt) aufzu
nehmen.
Die Betätigung der Kupplung gemäß der vorliegenden Erfin
dung umfaßt zunächst das Einführen des Einsteckteils in das
Aufnahmeteil, um die V-Dichtung in Längsrichtung leicht zu
sammenzudrücken. Dadurch erfolgt das Vorspannen der V-Dich
tung. Das Einführen des Einsteckteils in das Aufnahmeteil
drückt die V-Dichtung 15 leicht zusammen und gegen das Roh
relement 22, wodurch das Rohrelement gezwungen wird, sich
in die eingedrückte Position in der Aufnahmebohrung 31 zu
bewegen.
Die Spitze der Ventilstange 85 des Einsteckteils berührt
dann die Spitze der Ventilstange 50 des Aufnahmeteils und
ein fortgesetzter Einschub des Einsteckteils in die Bohrung
31 veranlaßt die Ventile 45 und 86 aufeinander Öffnungs
kräfte auszuüben. Der Einschub des Einsteckteils 13 in die
Aufnahmebohrung kann durch die Relativstellungen der Schul
tern des Rohrelementes, der Aufnahmebohrung und des Ein
steckteils, genauso wie durch die gewünschte Kompression
beim Vorspannen der V-Dichtung begrenzt werden.
Wenn sich die Ventile 45 und 86 öffnen, werden die Bohrun
gen 81 und 31 dem Druck in den angeschlossenen Leitungen
ausgesetzt und in Abhängigkeit von dem Druck wird das Rohr
element 22 gegen das Einsteckteil gezwungen. Wenn der in
nere Leitungsdruck in dem System ansteigt, wächst der Dich
tungsdruck zwischen der Stirnfläche 78 des Einsteckteils
und der Schulter 66 in dem Rohrelement. Der anwachsende
Druck zwingt die Schenkel der V-Dichtung zunehmend dazu,
sich in Längsrichtung auszudehnen, während das Rohrelement
in die zurückgesetzte Position gezwungen wird, wie in Fig.
6 gezeigt wird. Das Rohrelement verschiebt sich innerhalb
der Aufnahmebohrung, um sicherzustellen, daß die Dichtung
aufrechterhalten wird, auch wenn es Toleranzen und/oder
kleine Unterschiede in den Längsabmessungen zwischen jedem
der zehn oder mehr zusammenpassenden Kupplungsteile auf
jeder sich gegenüberliegenden Verteilerplatte gibt. Um To
leranzen der Verbindungsverteilerplatte und/oder eine ge
ringe Trennung der Verteilerplatten 11 aufgrund einer Ab
biegung, wenn die Kupplungen druckbeaufschlagt sind, aus
zugleichen, zwingt der Druck innerhalb der Kupplung das
Rohrelement 22 dazu, sich auf die Stirnfläche 78 des Ein
steckteils hin zu bewegen. Der Druck übt eine
längsgerichtete Kraft auf das Rohrelement 22 aus, indem er
auf die Aushöhlung der C-Metalldichtung 55 einwirkt und auf
die elastische Sicherungsdichtung einwirkt. Folglich wird
der Innendruck dazu verwendet, das Rohrelement 22 gegen die
rückgestellte Position zu zwingen und die V-Dichtung 15 in
abdichtendem Kontakt gegen die Stirnfläche 78 des Einsteck
teils zu halten. Die Bewegung des Rohrelements 22 ist durch
eine Sicherungsklemme 24 in der Aufnahmebohrung begrenzt.
Wie gezeigt wurde, wird mit der vorliegenden Erfindung die
Notwendigkeit einer äußeren Vorspannvorrichtung oder Feder
ringen zum Vorspannen beseitigt. Statt dessen wird die V-
Dichtung vor der Druckbeaufschlagung leicht zusammenge
drückt und dann wird der Leitungsdruck dazu benutzt, das
Rohrelement 22 gegen die Stirnfläche des Einsteckteils zu
zwingen und dadurch die Dichtung zu verstärken. Die V-Dich
tung ist austauschbar und wird durch eine Gewindemutter
oder eine Sicherungsklemme 29 in dem Rohrelement festgehal
ten.
Claims (18)
1. Hydraulische Unterwasserkupplung mit
- - einem Aufnahmeteil mit einer ersten Durchgangsbohrung (31), wobei in der ersten Bohrung (31) eine erste Umfangs schulter (35) angeordnet ist;
- - einem rohrähnlichen Element (22) zum Einschieben in die erste Bohrung (31) und auf der ersten Umfangsschulter (35) positionierbar, wobei das rohrähnliche Element (22) eine zweite Durchgangsbohrung (61) aufweist, in der eine zweite Umfangsschulter (66) vorgesehen ist;
- - einem Einsteckteil (13) mit einer Stirnfläche (78) zum abdichtenden Einschub in das rohrähnliche Element (22); und
- - einer im allgemeinen ringförmigen Metalldichtung (15), die in der zweiten Bohrung (61) zwischen der Stirnfläche (78) des Einsteckteils und der zweiten Schulter (66) posi tionierbar ist, wobei die Metalldichtung (15) so ausgebil det ist, daß sie sich in Abhängigkeit vom Fluiddruck in der Kupplung in Längsrichtung ausdehnt, um eine Fluiddichtung zwischen der zweiten Umfangsschulter (66) und der Stirnflä che (78) des Einsteckteils zu bilden.
2. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Metalldichtung
im allgemeinen einen V-förmigen Querschnitt aufweist, und
daß das geschlossene Ende des V-förmigen Querschnittes der
Wand (63) der zweiten Bohrung (61) und das offene Ende des
V-förmigen Querschnittes der Mittelachse der Kupplung
entgegengerichtet ist.
3. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß ein Sicherungsele
ment (29) vorgesehen ist, das die Metalldichtung (15) in
der zweiten Bohrung (31) nahe der zweiten Umfangsschulter
(66) festhält.
4. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß ein Sicherungsele
ment (24, 34) vorgesehen ist, um das rohrähnliche Element
(22) in der ersten Bohrung (31) des Aufnahmeteils festzu
halten.
5. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß das rohrähnliche
Element (22) so ausgebildet ist, daß es von der ersten
Schulter (35) weg gegen die Stirnfläche (78) des
Einsteckteils (13) verschiebbar ist, um die Metalldichtung
in Abhängigkeit des Fluiddruckes in der Kupplung zu
verstärken.
6. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 5, da
durch gekennzeichnet, daß das rohrähnliche
herum und eine zweite, im allgemeinen ringförmige Metall
dichtung (55), die in der Nut (54) positionierbar ist, um
faßt.
7. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 6, da
durch gekennzeichnet, daß die zweite Metall
dichtung (55) abhängig vom Druck in der Kupplung ist, um
eine Fluiddichtung zwischen der ersten Bohrung (31) und dem
rohrähnlichen Element (22) zu bilden.
8. Hydraulische Unterwasserkupplung mit
- - einem Aufnahmeteil (14) mit einer ersten Durchgangsboh rung (31) in Längsrichtung, in der eine erste Umfangsschul ter (35) angeordnet ist;
- - einem "weiblichen" Rohrelement (22), das in die erste Bohrung (31) einschiebbar ist und in Abhängigkeit vom Fluiddruck in der Kupplung von einer ersten, zusammenge drückten Position gegen die erste Schulter (35) in eine zweite, zurückgesetzte Position, an die Stirnfläche (78) des Einsteckteils (13) angrenzend, verschiebbar ist, wobei das Rohrelement (22) eine zweite Durchgangsbohrung (61), in der eine zweite Umfangsschulter (66) vorgesehen ist, auf weist;
- - einem Einsteckteil (13) mit einer Stirnfläche (78); und
- - einer biegbaren Metalldichtung (15), die auf der zweiten Schulter (66) positionierbar ist, wobei die Metalldichtung (15) eine innere Eintiefung hat, und wobei der Druck in der Eintiefung die Dichtung (15) dazu zwingt, sich in Längs richtung gegen die zweite Schulter (66) und die Stirnfläche (78) des Einsteckteils (13) auszudehnen.
9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Metalldichtung (15) wiederholt so
positionierbar ist, daß die Eintiefung der Mittelachse der
Kupplung entgegengerichtet ist.
10. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie ferner ein Sicherungselement (29)
aufweist, das so ausgebildet ist, daß die Metalldichtung
(15) in der zweiten Längsbohrung (61) festgehalten wird.
11. Kupplung nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Sicherungselement (29) eine Ge
windemutter und ein passendes Gewinde in der zweiten Boh
rung (61) umfaßt.
12. Kupplung nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Sicherungselement (29) eine
Klemme und eine Nut für die Klemme in der zweiten Bohrung
(61) umfaßt.
13. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zweite Längsbohrung (61) ferner
eine dritte, geneigte innere Schulter und das Einsteckteil
eine passend geneigte äußere Schulter aufweist.
14. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie ferner einen Dichtungssitz nahe
der zweiten Umfangsschulter (66) aufweist, wobei der Dich
tungssitz (65) so ausgebildet ist, daß die Dichtung (15) in
einem Abstand zu der zweiten Schulter (66) angeordnet ist.
15. Kupplung mit
- - einem Aufnahmeteil (14) mit einer Durchgangsbohrung in Längsrichtung und einer in der Bohrung liegenden ersten in neren Schulter;
- - einem Rohrelement, das in die Längsbohrung einschiebbar ist und mit dieser in abdichtendem Eingriff steht, wobei das Rohrelement eine Zentralbohrung und eine zweite innere Schulter nahe einem Ende der zentralen Bohrung aufweist, wobei das Rohrelement in Abhängigkeit zum Innendruck in der Kupplung das Rohrelement dazu zwingt, sich in Längsrichtung weg von der ersten inneren Schulter zu verschieben;
- - einer im allgemeinen ringförmigen Metalldichtung mit einem V-förmigen Querschnitt, wobei die Metalldichtung wie derholt in die zentrale Bohrung nahe der zweiten inneren Schulter einsetzbar ist, wobei die Dichtung in Abhängigkeit zum Innendruck in der Kupplung die V-Dichtung dazu zwingt, sich in Längsrichtung auszudehnen, um die Dichtungswirkung zu vergrößern;
- - einem Einsteckteil, das in die zentrale Bohrung des Rohr elementes einschiebbar ist und eine Stirnfläche aufweist, die mit der Metalldichtung abdichtend zusammenwirken kann; und
- - Sicherungselementen, die so ausgebildet sind, daß sie die Metalldichtung in der zentralen Bohrung des Rohrelementes zurückhalten.
16. Kupplung nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stirnfläche des Einsteckteils so
ausgebildet ist, daß sie die Metalldichtung zum Vorspannen
der Metalldichtung beim Einschub in das Einsteckteil in die
Zentralbohrung des Rohrelementes vor der Druckbeaufschla
gung der Kupplung zusammendrückt.
17. Kupplung nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine dritte innere Schulter innerhalb
der zentralen Bohrung des Rohrelementes vorgesehen ist, wo
bei die dritte innere Schulter so ausgebildet ist, daß sie
den Einschub des Einsteckteils in die zentrale Bohrung des
Rohrelementes begrenzt.
18. Kupplung nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein zweites Sicherungselement vorge
sehen ist, das so ausgebildet ist, daß es das Rohrelement
in der Längsbohrung des Aufnahmeteils zurückhält.
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