DE4335593A1

DE4335593A1 - Einsteckteil für eine hydraulische Unterwasserkupplung

Info

Publication number: DE4335593A1
Application number: DE19934335593
Authority: DE
Inventors: Robert E Smith
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2013-10-20
Also published as: GB9320771D0; AU4875893A; GB2272032A; NO313396B1; US5232021A; NO933900L; AU668415B2; DE4335593C2; NO933900D0; BR9304363A; GB2272032B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein hydrauli sche Kupplungen und im einzelnen hydraulische Kupplungen für Unterwasserbohr- und fördereinrichtungen. Insbesondere umfaßt die Erfindung ein Einsteckteil für eine hydraulische Unterwasserkupplung, das so gestaltet ist, daß der Raum zwischen dem Einsteckteil und einem Aufnahmeteil auf Mee resdruck eingestellt ist.

Hydraulische Unterwasserkupplungen sind seit langem be kannt. Die Kupplungen bestehen im allgemeinen aus einem Einsteckteil und einem Aufnahmeteil mit dichten, beide Teile verbindenden Fluiddurchgängen. Das Aufnahmeteil ist ganz allgemein ein zylindrischer Körper mit einer Längsboh rung mit relativ großem Durchmesser an einem Ende und mit einer Längsbohrung mit relativ kleinem Durchmesser am ande ren Ende. Die kleine Bohrung erleichtert die Herstellung von Verbindungen zu hydraulischen Leitungen, während die große Bohrung auf das Einsteckteil der Kupplung dicht auf steckbar ist. Das Einsteckteil umfaßt einen zylinderförmi gen Abschnitt an einem Ende mit einem Außendurchmesser, der etwa gleich dem Durchmesser der großen Bohrung in dem Auf nahmeteil der Kupplung ist. Das Einsteckteil umfaßt zudem einen Verbindungsanschluß an seinem anderen Ende, um die Herstellung einer Verbindung zu hydraulischen Leitungen zu erleichtern. Wenn der zylinderförmige Abschnitt des Ein steckteils in die große Bohrung des Aufnahmeteils einge schoben worden ist, wird entsprechend verschiedenen Ausfüh rungsformen der Vorrichtung ein Fluidfluß zwischen dem Ein steck- und dem Aufnahmeteil etabliert.

Probleme treten bei der Verwendung hydraulischer Kupplungen in Systemen mit relativ hohen Drücken auf, aufgrund der starken Axialkräfte, die auf das Einsteckteil und das Auf nahmeteil während ihres Kupplungsvorganges und während ihres Betriebes wirken. In solchen Kupplungen muß die auf die Stirnfläche des Einsteck- oder Aufnahmeteils gerichtete Fluidkraft erst überwunden werden, bevor die Fluidverbin dung zwischen den Teilen hergestellt wird. In einem System mit relativ hohen Drücken kann ein Unterdruck in dem abge dichteten Raum zwischen den Teilen beim Lösen der Kupp lungsteile voneinander bewirken, daß die Dichtung aus ihrer Position zwischen den Teilen weggezogen wird. Zudem können die Dichtungen zwischen den Teilen zu einer hydraulischen Sperre werden, wenn die Kupplungsteile miteinander verbun den und/oder voneinander gelöst werden, da das Meerwasser zwischen den Teilen nicht aus dem abgedichteten Hohlraum zwischen den Elementen entweichen kann, oder es wird, wenn die Teile voneinander getrennt werden, zwischen beiden ein Vakuum gebildet.

Idealerweise sollten hydraulische Kupplungen soweit wie möglich einen ausgeglichenen Druck aufweisen, so daß ein Fluiddruck die Verbindung oder Abtrennung von Einsteck- und Aufnahmeteil nicht behindert. Vorzugsweise sollten die Teile zur Vermeidung eines Fluidverlustes während des An- oder Entkuppelns Ventilelemente umfassen, die beim Zusam menkuppeln automatisch öffnen und beim Entkuppeln automa tisch schließen. Ferner sollte das Kupplungsteil Dichtungen aufweisen, die sowohl hohen Drücken als auch einer Korro sion in Unterwasserumgebung widerstehen können. Die vorlie gende Erfindung löst all diese Bedürfnisse und Anforderun gen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einsteckteil für eine hydraulische Kupplung der vorstehenden Art, bei dem der Körper des Einsteckteils so ausgebildet ist, daß er die Verbindung oder Lösung der Kupplung aufgrund des abgedich teten Raumes zwischen den Teilen auf nicht-hydraulischer Weise unterstützt. Das Einsteckteil der vorliegenden Erfin dung erlaubt, daß Meerwasser zwischen den Teilen strömen kann, damit die Dichtungen während des Verbindungs- oder Ablösungsvorganges unter Meerwasserdruck gehalten werden. In einer Ausführungsform ist der Körper des Einsteckteils mit ein oder mehreren konkaven Vertiefungen um seinen äuße ren Umfang herum versehen. Die konkaven Vertiefungen liegen zu jeder der Dichtungen in der Bohrung des Aufnahmeteils in axialem Abstand, wenn das Einsteckteil in die Bohrung voll ständig eingeschoben ist. Wenn das Einsteckteil aus der Bohrung des Aufnahmeteils teilweise herausgezogen oder in dieselbe teilweise eingeschoben ist, geben die konkaven Vertiefungen die entsprechenden Dichtungen frei und schaf fen einen Raum, in dem durch einen Spalt zwischen dem Ein steck- und dem Aufnahmeteil eindringendes Meerwasser um die Dichtungen herum strömen kann. Somit halten die konkaven Vertiefungen jede Dichtung auf Umgebungsdruck, wenn das Einsteckteil teilsweise in die Bohrung des Aufnahmeteils eingeführt oder aus derselben teilweise herausbewegt ist.

Vorzugsweise werden radialexpandierende Metalldichtungen verwendet, um den ringförmigen Raum zwischen dem Einsteck- und dem Aufnahmeteil abzudichten. Der Fluiddruck in der Kupplung bewirkt, daß die Dichtungen sich radial ausdehnen und an der Wand der Aufnahmekammer und dem Umfang des Ein steckteils anliegen. Die konkaven Vertiefungen sind in be zug zu jeder der Dichtungen axial angeordnet, um gleichzei tig alle Dichtungen von dem Umfang des Einsteckteils frei zugeben, wenn die Teile voneinander getrennt werden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt des Einsteckteils gemäß einer er sten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt eines Aufnahmeteils, das mit dem Einsteckteil aus Fig. 1 verwendet werden kann;

Fig. 3 einen Querschnitt eines vollständig in das Aufnahme teil eingeschobenen Einsteckteils gemäß der Ausfüh rungsform aus Fig. 1;

Fig. 4 einen Querschnitt eines Bereichs des teilweise aus dem Aufnahmeteil herausgezogenen Einsteckteils gemäß der Ausführungsform aus Fig. 1;

Fig. 5 einen Querschnitt des Einsteckteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 einen Querschnitt eines Bereichs des vollständig in ein Aufnahmeteil eingeschobenen Einsteckteils gemäß der Ausführungsform aus Fig. 5;

Fig. 7 einen Querschnitt eines Bereichs des teilweise aus dem Aufnahmeteil herausgezogenen Einsteckteils gemäß der Ausführungsform aus Fig. 5.

Auf Fig. 1 Bezug nehmend umfaßt eine bevorzugte Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung ein Einsteckteil 10, das einen Griffteil 11 mit Außengewinde, einen Flansch 12, eine konisch zulaufende Schulter 13, eine zylindrische Steckerwandung 14 und eine Stecker-Stirnseite 15 aufweist. Die zylindrische Steckerwandung 14 ist für einen gleitenden Eingriff mit einer Aufnahmekammer oder -bohrung in einem Kupplungsaufnahmeteil, wie es weiter unten beschrieben wird, ausgebildet.

Das Einsteckteil 10 ist zudem mit einer zentralen Bohrung 22 versehen, die in ihrer Erstreckung durch den Körper des Einsteckteils 10 mehrere Veränderungen ihres Durchmessers aufweisen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das erste Ende der zentralen Bohrung einen mit einem Innen gewinde versehenen Abschnitt 30, der zur Herstellung einer Verbindung mit einer hydraulischen Leitung ausgebildet ist. Angrenzend an den Gewindeabschnitt liegt ein zylindrischer Durchgang 31, der sich in Längsrichtung innerhalb des Kör pers des Einsteckteils erstreckt und an einem eine schräge Schulter bildenden Ventilsitz 32 endet. Neben dem Ventil sitz liegt ein zylindrischer Durchgang 33 mit reduziertem Durchmesser.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist eine Ven tilanordnung 43 in dem Einsteckteil gleitend innerhalb des zylindrischen Durchgangs 31 aufgenommen. Die verschiedenen Teile der Ventilanordnung umfassen eine konische Ventilflä che 51, die so bemessen ist, daß sie auf dem Ventilsitz 32 paßt, und einen hohlen zylindrischen Abschnitt 52 mit einem etwas geringeren Außendurchmesser als der des zylindrischen Durchgangs 31. Eine Schraubenventilfeder 31 stößt an den hohlen Zylinderabschnitt 52 und zwingt die Ventilfläche 51 in eine Schließstellung gegen den Ventilsitz 32. Die Schraubenventilfeder ist innerhalb des zylindrischen Durch gangs angeordnet und an einem hohlen Federkranz 62 veran kert, welcher durch einen Klemmring 63 an der Innenfläche des zylindrischen Durchgangs des Einsteckteils 10 in Stel lung gehalten wird. Wenn die konische Ventilfläche 51 sich in einer Schließstellung am Ventilsitz befindet, verhindert die Ventilanordnung ein hydraulisches Fluid am Durchfluß durch das Einsteckteil.

In Fig. 2 ist ein Aufnahmeteil 20 zur Verwendung entspre chend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus Fig. 1 dargestellt. Das Aufnahmeteil umfaßt einen Griffteil 79 mit Außengewinde, einen Körper 80, eine Ventilbohrung 81, eine Ventilanordnung 82 und eine Aufnahmekammer 83. Ein oder mehrere Radialdichtungen 84, 85, 86 sind in dem ring förmigen Raum zwischen dem Einsteckteil und der Aufnahme kammer des Aufnahmeteils positionierbar. Die Dichtungen werden mit Dichtung-Halteelementen 48, 49, 50 in Stellung gehalten. Die Aufnahmekammer kann in ihrer Erstreckung durch den Körper des Aufnahmeteils in ihrem Durchmesser mehrere Veränderungen aufweisen. In einer bevorzugten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ventilan ordnung 82 des Aufnahmeteils im wesentlichen gleich der Ventilanordnung 43 des Einsteckteils.

Vorzugsweise ist der Außendurchmesser der Steckerwandung 14 ein wenig kleiner als der Innendurchmesser der in der Auf nahmekammer 83 des Aufnahmeteils angeordneten Dichtung-Hal teelemente 48, 49, 50. Ein oder mehrere Radialdichtungen 84, 85, 86 können sich radial in die Aufnahmekammer er strecken, um an den Außenumfang der Steckerwandung an zugreifen, wenn diese eingeschoben wird. Zusätzlich können ein oder mehrere der Radialdichtungen durch das hydrauli sche Fluid in der Kupplung unter Druck gesetzt sein, so daß die Dichtung sich mit ihrem Innenumfang radial nach innen ausdehnt und an der Steckerwandung dichtend anliegt.

Die Steckerwandung 14 weist ein oder mehrere konkave Ver tiefungen 90, 91, 92 auf, die in einem Abstand zueinander um ihren äußeren Umfang herum angeordnet sind. Vorzugsweise haben die konkaven Vertiefungen eine Tiefe von 0,508 mm (0,02 inches) in dem Körper des Einsteckteils. Zum Beispiel beträgt in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Radius der Steckerwandung des Einsteckteils 16,383 mm (0,645 inches), während der Radius der Steckerwandung an jeder konkaven Vertiefung 15,875 mm (0,625 inches) beträgt.

Wenn das Einsteckteil in die Aufnahmekammer eingeschoben wird, bewegen sich die konkaven Vertiefungen 90, 91, 92 hinter die Dichtungen. Wenn eine konkave Vertiefung mit einer Dichtung fluchtet, entweicht Meerwasser aus der Auf nahmekammer durch den zwischen der konkaven Vertiefung und der Dichtung geschaffenen Raum. Somit geben die Radialdich tungen an unterschiedlichen Positionen an der Aufnahmekam mer die Steckerwandung frei, wenn die konkaven Vertiefungen mit den Dichtungen fluchten, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Die konkaven Vertiefungen erlauben den Durchgang von Meer wasser in die Aufnahmekammer und aus dieser heraus, so daß eine hydraulische Sperre zwischen dem Einsteck- und dem Aufnahmeteil vermieden wird. Wenn das Einsteckteil voll ständig in die Aufnahmekammer eingeführt worden ist, wie in Fig. 3 dargestellt, liegen die Dichtungen an der Stecker wandung an, da die konkaven Vertiefungen in axialem Abstand zu den Dichtungen angeordnet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Radialdich tungen 84, 85 unter Spannung stehende Metallhohldichtungen. Diese Dichtungen werden in dem Ringraum zwischen dem Ein steck- und dem Aufnahmeteil durch ein inneres Halteelement 48 und ein mittleres Halteelement 49 zurückgehalten. Die Halteelemente 48, 49 können mit einer Klemme oder mit einem äußeren Halteelement 50, das mit der Aufnahmekammer des Aufnahmeteils verschraubt ist, in Stellung gehalten werden. Wahlweise kann eine Sicherheitsdichtung 86, die vorzugs weise eine Elastomerdichtung mit schwalbenschwanzförmiger Gestalt ist, zwischen dem mittleren Halteelement 49 und dem äußeren Halteelement 50 verwendet werden.

Eine in Fig. 5 bis 7 gezeigte zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Einsteckteil 17, das eine Steckerwandung 18 mit einem gestuften Außenumfang aufweist. Der gestufte Außenumfang hat zwei oder mehr und vorzugs weise vier unterschiedliche Durchmesser 26, 27, 28, 29 mit äußeren Schultern 36, 37, 38 zwischen jedem Durchmesser. Der gestufte Außenumfang läßt einen Durchgang von Meerwas ser in die Aufnahmekammer oder aus der Aufnahmekammer zu, wenn das Einsteckteil in die Aufnahmekammer des Aufnahme teils eingeschoben oder aus derselben herausgezogen wird. Ferner kann der gestufte Körper ein oder mehrere konkave Vertiefungen aufweisen.

Ein Aufnahmeteil zur Verwendung mit der zweiten Ausfüh rungsform umfaßt Radialdichtungen 56, 57, 58 und Dichtung- Halteelemente 52, 53, 54. Vorzugsweise sind die Radialdich tungen 56, 57 unter Spannung stehende Metallhohldichtungen und ist die Radialdichtung 58 eine Gummidichtung mit einem zwischen den Halteelementen 53 und 54 sitzenden Schwalben schwanz.

Die Halteelemente und Dichtungen der zweiten Ausführungs form der Erfindung sind so bemessen, daß sie dichtend an der Steckerwandung anliegen, wenn das Einsteckteil voll ständig in die Aufnahmekammer eingeschoben ist, wie in Fig. 6 gezeigt wird. Während des Einschiebens oder Herausziehens des Einsteckteils in die bzw. aus der Aufnahmekammer liegt jede Dichtung frei und läßt ein Hinterströmen der Dichtun gen durch Meerwasser in die Aufnahmekammer oder aus dersel ben heraus zu, wie in Fig. 7 gezeigt wird.

Claims

1. Einsteckteil zum Einschieben in ein Aufnahmeteil in einer hydraulischen Unterwasserkupplung, wobei das Ein steckteil (10) eine äußere Umfangsfläche (14) und das Auf nahmeteil (20) mindestens eine Radialdichtung (84, 85, 86) zur dichtenden Anlage an der äußeren Umfangsfläche (14) des Einsteckteils (9) aufweist, gekennzeichnet durch mindestens eine Vertiefung (90, 91, 92) in der äußeren Umfangsfläche (14) des Einsteckteils (10), die axialen Abstand von der mindestens einen Radialdichtung hat, wenn das Einsteckteil (10) voll in das Aufnahmeteil eingeschoben ist, so daß die Radialdichtung dichtend an der äußeren Umfangsfläche an liegt, wobei die mindestens eine Vertiefung (90, 91, 92) eine ausreichende Tiefe hat, um die Radialdichtung außer Dichtungseingriff mit der äußeren Umfangsfläche zu bringen, wenn die Radialdichtung beim teilweisen Herausziehen des Einsteckteils (10) aus dem Aufnahmeteil (20) mit der konka ven Vertiefung fluchtet.

2. Einsteckteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zu mindest eine in Ruhestellung geschlossene Ventileinrichtung (82) zum Regeln des Hydraulikfluidflusses zwischen dem Ein steckteil (10) und dem Aufnahmeteil (20).

3. Einsteckteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine in Ruhestellung geschlossene Ven tileinrichtung geschlossen ist, wenn die Radialdichtung beim teilweisen Herausziehen des Einsteckteils (10) aus dem Aufnahmeteil (20) mit der konkaven Vertiefung fluchtet.

4. Einsteckteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangsfläche des Einsteckteils gestuft ist.

5. Einsteckteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialdichtung eine unter Spannung stehende Metall dichtung mit innenliegendem Hohlraum ist.

6. Einsteckteil nach Anspruch 5, ferner mit einem Halteele ment zum in Stellung halten der unter Spannung stehenden Metalldichtung, wenn das Einsteckteil vollständig oder teilweise aus der Aufnahmekammer herausgezogen ist.

7. Hydraulische Unterwasserkupplung mit:

a) einem Aufnahmeteil, das eine Aufnahmekammer mit minde stens einer unter Spannung stehenden Radialdichtung, die in die Aufnahmekammer einsetzbar ist, aufweist und einen In nen- und einen Außenumfang hat, und einem Dichtung-Halte element, das eine Innenbohrung aufweist und nahe der Dich tung an die Aufnahmekammer angreifen kann, um die Dichtung in Stellung zu halten und axial zusammenzudrücken, wodurch der Innenumfang der Dichtung radial nach innen in die In nenbohrung des Dichtung-Halteelements vorsteht; und
b) einem Einsteckteil, das in die Aufnahmekammer einschieb bar ist, wobei das Einsteckteil einen zylindrischen Körper mit einer Umfangsnut aufweist, wobei der zylindrische Kör per des Einsteckteils an dem Innenumfang der Dichtung an liegt, wenn das Einsteckteil durch das Dichtung-Halteele ment in die Aufnahmekammer eingeschoben wird, wobei der zy lindrische Körper die Dichtung freigibt, wenn mindestens eine Umfangsnut mit der Dichtung fluchtet.

8. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 7, in der der zylindrische Körper des Einsteckteils eine Vielzahl von Umfangsnuten aufweist.

9. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 7, in der die unter Spannung stehende Radialdichtung eine C-förmige Metalldichtung ist.

10. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 7, fer ner mit jeweils einem Ventil in dem Einsteckteil und dem Aufnahmeteil, wobei die Ventile so positioniert sind, daß entgegengesetzte Kräfte ausgeübt werden müssen, um zu be wirken, daß sich die Ventile öffnen, wenn das Einsteckteil in die Aufnahmekammer eingeschoben wird.

11. Hydraulische Unterwasserkupplung nach Anspruch 7, in der der zylindrische Körper des Einsteckteils mindestens zwei getrennte konzentrische Oberflächen mit einer zwischen den Oberflächen liegenden Stufe umfaßt.

12. Einsteckteil zum Einschieben in eine passende Kammer in einer hydraulischen Unterwasserkupplung, mit:

a) einem Körper, der eine sich von einem ersten zu einem zweiten Ende hindurch erstreckende Längsbohrung, wobei die Bohrung einen Ventilsitz nahe dem ersten Ende aufweist;
b) einem Ventil, das innerhalb der Bohrung gleitfähig aus gebildet ist, wobei das Ventil ein Spannelement umfaßt, das Ventil in eine in Ruhestellung geschlossene Position gegen den Ventilsitz zwingt; und
c) einer Steckerwandung, die eine gestufte zylindrische Ge stalt mit fortschreitend größer werdenden Durchmessern vom ersten Ende zum zweiten Ende des Körpers hin aufweist.

13. Einsteckteil nach Anspruch 12, ferner mit mindestens einer Umfangsvertiefung in der Steckerwandung, und in der das passende Teil mit einer Radialdichtung zum Dichtungs eingriff mit der Steckerwandung des Einsteckteils vorgese hen ist, wobei die Umfangsvertiefung ein Freigeben der Ra dialdichtung von der Steckerwandung beim Herausziehen oder Einschieben des Steckerteils aus bzw. in das passende Teil bewirkt.

14. Einsteckteil zum Einschieben in ein Aufnahmeteil in einer hydraulischen Kupplung, wobei das Aufnahmeteil eine radiale Metalldichtung aufweist, mit:

a) einem zylindrischen Körper mit einer sich von einem er sten Ende zu einem zweiten Ende hindurcherstreckenden Längsbohrung, wobei die Bohrung einen Ventilsitz nahe dem ersten Ende aufweist, wobei der zylindrische Körper an der radialen Metalldichtung zum Dichtungseingriff mit dem Auf nahmeteil anliegt, wobei der zylindrische Körper mit minde stens einer Umfangsvertiefung zum Freigeben der radialen Metalldichtung von dem zylindrischen Körper beim Einschie ben oder Herausziehen des Einsteckteils in oder aus der Aufnahmekammer versehen ist; und
b) einem verschiebbaren Ventil in der Längsbohrung und einem Federelement, das das Ventil in eine Schließstellung gegen den Ventilsitz zwingt, wobei das Ventil sich in der geschlossenen Stellung befindet, wenn die Umfangsvertiefung die radiale Metalldichtung vom zylindrischen Körper frei gibt.

15. Einsteckteil nach Anspruch 14, in dem der zylindrische Körper mit mindestens zwei beginnend am ersten Ende fort schreitend größer werdenden Durchmessern und einer äußeren Schulter zwischen jedem Durchmesser versehen ist.

16. Einsteckteil nach Anspruch 14, in dem der zylindrische Körper mit zwei Umfangsvertiefungen zum gleichzeitigen Freigeben von zwei radialen Metalldichtungen von dem zylin drischen Körper beim Einschieben oder Herausziehen des Ein steckteils in die bzw. aus der Aufnahmekammer versehen ist.

17. Einsteckteil nach Anspruch 14, in dem der zylindrische Körper mit drei Umfangsvertiefungen zum gleichzeitigen Freigeben von drei radialen Dichtungen, wobei zumindest zwei der Dichtungen radiale Metalldichtungen sind, beim Einschieben oder Herausziehen des Einsteckteils in die bzw. aus der Aufnahmekammer versehen ist.