DE4409638C2 - Hydraulische Kupplung - Google Patents
Hydraulische KupplungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft hydraulische Kupplungen zur Verwen
dung bei Unterseebohrungen und -Produktionsanwendungen und
Dichtungen, die in derartigen Kupplungen verwendet werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine hydraulische Un
terseekupplung mit einer metallischen O-Ringdichtung zur
Abdichtung des Übergangs zwischen einem Einsteckelement und
einem Aufnahmeelement der Kupplung.
Hydraulische Unterseekupplungen sind allgemein bekannt.
Diese Kupplungen bestehen im wesentlichen aus einem Ein
steckelement und einem Aufnahmeelement mit Dichtungen zur
Abdichtung des Übergangs zwischen dem Einsteckelement und
dem Aufnahmeelement.
Das Aufnahmeelement weist im wesentlichen einen zylindri
schen Körper mit einer Längsbohrung mit relativ großem
Durchmesser an einem Ende und relativ kleinem Durchmesser
am anderen auf. Die kleine Bohrung erleichtert Verbindungen
mit Hydraulikleitungen, während die große Bohrung die
Dichtungen enthält und den Einsteckbereich der Kupplung
aufnimmt. Das Einsteckelement hat an einem Ende einen zy
lindrischen Abschnitt zur Erleichterung der Verbindung mit
Hydraulikleitungen. Wenn der zylindrische Abschnitt des
Einsteckelements in die große Bohrung des Aufnahmeelements
eingebracht wird, stoßen Dichtungen entweder an das Ende
oder die Fläche des Einsteckelements an oder stehen mit dem
Einsteckelement an dessen Umfang in Eingriff, entsprechend
verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung. Das
Hydraulikfluid kann dann frei durch die Aufnahme- und Einsteckabschnitte
der Kupplungen fließen, und die Dichtungen
verhindern, daß ein Fluß aus den Verbindungen der Kupplung
austritt.
Ein Rückschlagventil kann im Aufnahmeelement und auch im
Einsteckelement vorgesehen sein. Jedes Rückschlagventil ist
offen, wenn die Kupplung hergestellt ist; jedes Rückschlag
ventil schließt jedoch, wenn die Kupplung unterbrochen
wird, um ein Lecken des Fluids aus dem System, von dem die
Kupplung ein Teil ist, zu verhindern. Wenn weiche Dichtun
gen in hydraulischen Unterseekupplungen verwendet werden,
treten verschiedene Nachteile auf, wobei die grundsätzli
chen Probleme im Folgenden bestehen:
- 1. die Unfähigkeit der Dichtung, den erschwerten Bedingun gen der Unterseeumgebung für längere Zeitspannen zu wider stehen und
- 2. die Unfähigkeit der weichen Dichtung, höhere Drücke auf zunehmen, die bei Hydrauliksystemen entstehen.
Eine Metalldichtung ist erhältlich, die beiden schädlichen
Effekten der Umgebung und der höheren Drücke widersteht.
Diese Dichtung ist eine Quetschdichtung, die zwischen dem
Ende des Einsteckabschnittes der Kupplung und dem inneren
Ende der großen Bohrung im Aufnahmeabschnitt angeordnet
ist. Wenn der Einsteckabschnitt in den Aufnahmeabschnitt
eingebracht wird, wird die Metalldichtung zwischen den zwei
Abschnitten gequetscht, und die Dichtung wird zwischen die
sen beiden bewirkt. Wegen des Quetschvorgangs kann die
Dichtung nur einmalig verwendet werden. Falls die Kupplung
aus irgendeinem Grund getrennt wird, kann die gequetschte
Dichtung durch eine neue Dichtung ersetzt werden. Ein Bei
spiel dieser Art von Kupplungen und Dichtungen ist in der
US 3,918,485 beschrieben.
Eine andere Art hydraulischer Dichtungen mit Metalldichtung
ist in der US 4,637,470 beschrieben. Wie daraus ersichtlich
ist, verwendet dieser Aufbau eine V-förmige Metalldichtung.
Die metallische V-Dichtung lagert in dem Aufnahmeelement
und ist nur wirksam, wenn sie straff durch den Druck der
Vorderfläche des Einsteckelementes komprimiert wird. Dies
bedeutet, daß deutliche Kräfte erforderlich sind, um die
Kupplung am ersten Ort zu verriegeln und sie unter dem er
forderlichen Druck verriegelt zu halten. Dieser Aufbau kann
selbst bei leichter Trennung des Einsteckelementes und des
Aufnahmeelementes lecken, was wegen der internen Drücke ein
Problem ist, wenn die Hydraulikleitung auf Druck gebracht
wird, wie oben beschrieben ist. Die V-Dichtungskupplung er
fordert einen Vorlastmechanismus zur Verhinderung der Tren
nung der Kupplungselemente. Extrem geringe Toleranzen sind
sowohl für die Kupplungen, als auch für Verteilerplatten
erforderlich. Grundsätzlich ist die V-Dichtungs-Kupplung
wiederverwendbar, und die Kupplung kann mehr als einmal ge
trennt und wieder zusammengebracht werden, ohne die Dich
tung zu ersetzen. In der Praxis schnappt jedoch die V-Dich
tung sehr häufig nach außen oder zur Seite, wenn die Kupp
lung getrennt wird. Wenn die Kupplung dann wieder verbunden
wird, ohne die V-Dichtung zu ersetzen, wird die Kupplung
bis zur Unbrauchbarkeit beschädigt.
Aus der US 4,694,859 von Robert E. Smith III ist eine
hydraulische Unterseekupplung mit radialer Metalldichtung
bekannt. Diese Kupplung schafft eine wiederverwendbare, ra
diale Metalldichtung, die am Umfang der Sonde angreift,
wenn sie innerhalb des Aufnahmeelementkörpers positioniert
ist. Die Metalldichtung wird durch einen zylindrischen Kör
per oder ein Halteelement am Ort gehalten. Das Haltelement
verhindert das Austreten der Metalldichtung aus dem Aufnah
melementkörper. Wenn der Einsteckabschnitt und der Aufnah
meabschnitt der Kupplung unter Druck getrennt werden, ver
hindert das Halteelement das Ausblasen der Metalldichtung
durch die Bohrung des Aufnahmelementes. Diese Kupplung ver
wendet eine druckbetätigte, metallische C-Ringdichtung. Un
ter anderem bestehen die Vorteile dieses Aufbaues darin,
daß er keinen Vorlastmechanismus erfordert, tolerant bezüg
lich einer Bewegung der zwei Hälften der Kupplung relativ
zueinander ist und größere Toleranzen zwischen den Kupplun
gen und den Verteilerplatten erlaubt. Anders als eine Ab
dichtung mit der Vorderfläche des Einsteckelementes (wie
bei der V-Dichtungskupplung) verwendet dieser Aufbau eine
druckbetätigte, metallische C-Dichtung zum Abdichten mit
dem Außenumfang des Einsteckelementes. Das Halteelement
kann ferner zur Vorbelastung der metallischen C-Dichtung
dienen, indem sie radial nach innen gezwängt wird, um am
Außenumfang des Einsteigelementes anzugreifen. Dies wird
erreicht, indem die Dichtung auf einer Schulter innerhalb
der Bohrung des Aufnahmeelementes positioniert wird und
dann das Halteelement gegen die Dichtung verriegelt wird.
Aus der US 4,768,538 ist eine hydraulische Unterseekupplung bekannt mit einem Auf
nahmeelement und einem Einsteckelement, das in die Bohrung des Aufnahmeelementes
einbringbar ist. Diese Kupplung weist ferner eine Ringdichtung sowie ein Halteelement
für diese Ringdichtung auf.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine derartige Unterseekupplung zu schaffen, die in der
Lage ist, den erschwerten Bedingungen der Unterseebedingungen zu widerstehen und
gleichzeitig höhere Drücke aufnehmen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Hauptanspruches.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine hydraulische Unter
seekupplung mit einer hohlen, metallischen O-Ringdichtung
zum Abdichten zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnah
meelement. Die hohle, metallische O-Ring-Dichtung wird zwi
schen einer internen Schulter und einem Halteelement, das
in die Bohrung des Aufnahmeelementes einbringbar ist, ge
fangengehalten. Das Halteelement kann verschiebbar sein, um
den hohlen, metallischen O-Ring axial zu komprimieren und
ihn zur Ausdehnung nach innen gegen das Einsteckelement und
nach außen gegen die Bohrung des Aufnahmeelements zu zwän
gen. Wenn das Einsteckelement eingebracht ist, drückt eine
äußere Schulter des Einsteckelementes gegen das Halteele
ment, und die Länge des Halteelementes steuert die Kraft,
die auf den hohlen, metallischen O-Ring ausgeübt wird.
Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung eines mit einem Aufnah
meelement verbundenen Einsteckelementes gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung des Halteelementes und
der hohlen, metallischen O-Ringdichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung eines Halteelementes und
einer hohlen, metallischen O-Ringdichtung gemäß einer drit
ten Ausführungsform der Erfindung.
Hydraulische Unterseekupplungen sind im allgemeinen mit ge
genüberstehenden Platten eines Verteilers verbunden und
werden durch Bolzen oder Hydraulikelemente, die an den
Platten befestigt sind, zusammengehalten. Das Einsteckele
ment und das Aufnahmeelement können unter Verwendung ver
schiedener Mittel an den gegenüberliegenden Platten befe
stigt sein, beispielsweise durch Schrauben oder Gewinde.
Techniken zur Befestigung der Elemente an solchen Platten
sind dem Fachmann geläufig.
Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung eines Einsteckelementes
und eines Aufnahmeelementes gemäß einem ersten Ausführungs
beispiel der Erfindung. Wie dargestellt, sind die Hauptkom
ponenten der Kupplung ein Einsteckelement 10 bzw. eine Sonde,
ein Aufnahmeelement 20 oder eine Aufnahme, ein Halte
element 30 und ein metallischer O-Ring 40. In dem Ausfüh
rungsbeispiel gemäß Fig. 1 umfaßt das Einsteckelement 10 oder
die Sonde einen Griff 11, der zur Befestigung an einer
Verteilerplatte mit einem Gewinde versehen sein kann. Der
Griff endet an einem Flansch 12 des Einstecklementes und an
einer abgeschrägten Schulter 13. Die abgeschrägte Schulter
13 ist nach unten zum ersten Ende einer zylindrischen Son
denwandung 14 abgeschrägt, die an einer Sondenfläche 15 en
det. Der Einsteckelementkörper weist ferner eine äußere
Schulter 80 zwischen der zylindrischen Sondenwandung 14 und
der abgeschrägten Schulter 13 auf. Diese Außenschulter wird
zum Anschlag gegen das Halteelement 30 verwendet, um die
hohle, metallische O-Ring-Dichtung axial zu komprimieren,
wie später beschrieben werden wird. Die zylindrische Son
denwandung 14 ist zum gleitenden Eingriff mit der Dichtung
40 ausgebildet. Der Körper des Einsteckelementes ist ferner
mit einer Mittenbohrung 16 versehen. Die Bohrung 16 weist
in ihrer Erstreckung durch den Körper des Einsteckelementes
verschiedene Durchmesser auf. In einer bevorzugten Ausfüh
rungsform umfaßt das erste Ende der Mittenbohrung einen mit
Innengewinde versehenen Abschnitt 17 zur Verbindung mit ei
ner Hydraulikleitung. Ein zylindrischer Durchlaß 18 er
streckt sich längs innerhalb des Einsteckelementkörpers und
endet an einem Ventilsitz 19, der eine geneigte Schulter
ist. Eine Ventilanordnung 70 ist verschiebbar innerhalb der
Mittenbohrung 16 des Einstecklementes aufgenommen. Die Ven
tilanordnung 70 weist ein konisches Tellerventil 71 auf,
das in der normalerweise geschlossenen Position dichtend
mit dem Ventilsitz 19 in Eingriff steht. Eine wendelförmige
Ventilfeder 72 wird verwendet, um das Tellerventil in die
geschlossene Position gegen den Ventilsitz zu drücken. Die
wendelförmige Ventilfeder 72 ist innerhalb des zylindri
schen Durchlasses 18 angeordnet und an einer Federhülse 73
verankert, die durch eine Hülsenklammer 74, die in die In
nenfläche des zylindrischen Durchlasses des Einsteckelemen
tes eingefügt ist, am Ort gehalten wird.
Das Aufnahmeelement 20 oder die Aufnahme weist einen Körper
auf mit einer Aufnahmekammer oder -bohrung 21 zur Aufnahme
des Einsteckelementes oder der Sonde 10 und einen Griff 22,
der optionell mit einem Gewinde zur Verschraubung mit einer
Verteilerplatte (nicht dargestellt) versehen ist. Eine Ven
tilanordnung 23 des Aufnahmeelementes weist ein Tellerven
til 24 auf, das verschiebbar in einem zylindrischen Durch
laß 25 des Aufnahmeelementes 20 angeordnet ist. Das Teller
ventil 24 hateeine konische Form und wird durch eine Ventilfeder
26 in eine Abdichtungsposition gegen einen Ventilsitz 27
gezwängt. Wenn das Tellerventil in der geschlossenen Position
am Ventilsitz 27 anliegt, dichtet es das Fluid gegen
einen Fluß zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnahmee
lement ab. Eine hohle Federhülse 28 verankert die Ventilfe
der 26 und wird durch eine Hülsenklammer 29 am Ort gehal
ten. Die Ventilanordnungen 70 und 23 im Einsteckelement und
im Aufnahmeelement sind derart angeordnet, daß das Teller
ventil 71 im Einsteckelement und das Tellerventil 24 im
Aufnahmelement zwangsweise von den Ventilsitzen 19 und 27
abgehoben werden.
Die Aufnahmekammer des Aufnahmeelementes 20 weist zumindest
eine ringförmige Schulter 51 zur Positionierung der hohlen,
metallischen O-Ringdichtung 40 auf. Die hohle, metallische
O-Ringdichtung kann entweder eine belüftete oder nichtbe
lüftete Metalldichtung sein. Falls die hohle, metallische
O-Ringdichtung belüftet ist, wird die Dichtung durch den in
den Hohlraum 41 innerhalb der hohlen, metallischen O-Ring
dichtung gelangenden Fluiddruck druckbetätigt. Ein oder
mehrere Belüftungslöcher zwischen dem Äußeren der Dichtung
und dem Hohlraum 41 setzen den Hohlraum 41 unter Druck und
zwängen den Hohlraum zur Ausdehnung und zur Vergrößerung
des Dichteffektes.
Die metallische O-Ringdichtung ist axial komprimierbar, so
daß sie sich radial nach innen gegen das Einsteckelement
oder die Sonde und radial nach außen gegen die Aufnahmeboh
rung des Aufnahemelementes ausdehnt. Zur axialen Pressung
der hohlen, metallischen O-Ringdichtung weist das Halteele
ment 30 einen Randbereich 31 auf, der von der Schulter 80
des Einsteckelementes kontaktiert wird. Wenn in dem Ausfüh
rungsbeispiel der Fig. 1 die Schulter 80 gegen den Randbe
reich 31 des Halteelementes anschlägt, wird das Halteele
ment in Richtung auf die Schulter 51 axial gezwängt und
schlägt gegen die hohle, metallische O-Ringdichtung 40 an.
Ein Schnappring 32 kann in einer Nut in der Aufnahmebohrung
verriegelt sein, oder eine entsprechende Verriegelungsvorrichtung
kann geschraubt oder in anderer Weise an dem Auf
nahemelement befestigt sein, um die Axialbewegung des Hal
teelementes zu begrenzen und zu verhindern, daß das Halte
element aus der Aufnahmekammer herausgleitet. Vorzugsweise
besitzt das Halteelement 30 zumindest eine Dichtung 33 in
einer Nut 35 an seinem Außenumfang zur Abdichtung mit der
Bohrung des Aufnahmeelementes und eine weitere Dichtung 34
in einer Nut 36 an seinem Innenumfang zur Abdichtung mit
dem Einsteckelement. Diese Dichtungen können aus relativ
weichem, elastomerem Material bestehen, beispielsweise
Gummi der synthetischen Elastomere, und dienen als Sicherung
für die hohle, metallische O-Ringdichtung 40.
Die hohle, metallische O-Ringdichtung ist axial komprimier
bar, um eine Abdichtung zwischen dem Einsteckelement und
dem Aufnahmeelement in der hydraulischen Unterseekupplung
zu bilden. Die Dichtung ist in der Lage, ihre ursprüngliche
Form nach der Kompression wiedereinzunehmen. Vorzugsweise
ist die hohle, metallische O-Ringdichtung der Bauart, die
seit vielen Jahren von Fluorocarbon, American Seal and En
gineering und verschiedenen anderen hergestellt werden. Die
hohle, metallische O-Ringdichtung kann für eine Metall-Me
tall-Abdichtung mit Gold oder Silber plattiert sein, oder
sie kann eine nichtmetallische Platierung, wie Teflon, auf
weisen. Wenn das Einsteckelement in das Aufnahmeelement
eindringt, kommt es zunächst mit der Sicherungsdichtung 34
in Eingriff. Bei dem weiteren Eindringen des Einsteckele
mentes in das Aufnahmeelement kontaktiert die Schulter 80
den Randbereich 31 des Halteelementes 30. Wenn das Ein
steckelement in die Aufnahmekammer des Aufnahmeelementes
fortgeführt wird, schiebt es das Halteelement 30 axial ge
gen die hohle, metallische O-Ringdichtung und zwängt die
hohle, metallische O-Ringdichtung zur Ausdehnung nach innen
gegen die Sonde des Einsteckelementes und nach außen gegen
die Bohrung des Aufnahmeelementes. Der hohle, metallische
O-Ring wird somit in dichtenden Eingriff mit dem
Einsteckelement und dem Aufnahmeelement gezwängt.
Andere Gestaltungen für das Halteelement, die Dichtung und
das Einsteckelement sind bei der Erfindung verwendbar. Bei
spielsweise kann das Halteelement 30 in zwei Abschnitte
aufgeteilt sein, die entweder zusammengeschraubt oder so
dimensioniert sind, daß sie die Verwendung von Sicherungs-
Schwalbenschwanzdichtungen ermöglichen.
Bezugnehmend auf Fig. 2 der Zeichnungen ist eine zweite
Ausführungsform des Halteelementes, der Dichtung und des
Einsteckelementes dargestellt. In der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 wird ein Halteelement 90 axial gegen die hohle, me
tallische O-Ringdichtung 40 gezwängt, wenn das erste Ende
91 des Halteelementes durch die Schulter 92 des Einstecke
lementes oder der Sonde kontaktiert wird. In dem Ausfüh
rungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die Schulter 92 des Ein
steckelementes oder der Sonde in der zylindrischen Wandung
des Einsteckelementes angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist eine Federscheibe 95
(eine Belleville-Feder) zwischen der
Schulter 92 des Einsteckelementes und dem Halteelement 96
angeordnet. Die Federscheibe 95 schiebt das Halteelement 97
axial und ermöglicht es dem Einsteckelement, innerhalb der
Bohrung des Aufnahmeelementes zu schweben und die Kupp
lungsbefestigung, Bewegungen und Verschiebungen zu kompen
sieren. Ein Schnappring 98 kann verwendet werden, um die
Federscheibe am Ort zu halten. Aufgrunddessen hilft die Fe
derscheibe, die hohle, metallische O-Ringdichtung 40 im kom
primierten Zustand zu halten.
Claims (5)
1. Hydraulische Unterseekupplung mit:
einem Aufnahmeelement (20) mit einer Längsbohrung (21), ei ner ringförmigen Schulter (51) innerhalb der Bohrung (21) und einem verschiebbaren Ventil (24) zur Steuerung von Fluidfluß durch die Bohrung,
einem Einsteckelement (10), das in die Bohrung (21) des Aufnahmelementes (20) einbringbar ist, mit einem verschieb baren Ventil (71) zur Steuerung des Fluidflusses durch das Einsteckelement und einer ringförmigen Schulter (80) an seiner Außenfläche,
einer hohlen, metallischen O-Ringdichtung (40) innerhalb der Bohrung des Aufnahmeelementes, wobei die metallische O- Ringdichtung axial komprimierbar zum dichtenden Eingriff mit dem Einsteckelement und der Bohrung des Aufnahmeelemen tes ist, und
einem Dichtungs-Halteelement (30), das in die Bohrung ein bringbar ist und ein erstes und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende zur Kontaktierung mit der ringförmigen Schulter (80) des Einsteckelementes (10) und das zweite Ende zur Kontaktierung der hohlen, metallischen O-Ringdich tung (40) ausgebildet sind, um die Dichtung axial zu kom primieren, wenn die ringförmige Schulter (80) das Dichtungs-Halteelement (30) in Axialrichtung zwängt.
einem Aufnahmeelement (20) mit einer Längsbohrung (21), ei ner ringförmigen Schulter (51) innerhalb der Bohrung (21) und einem verschiebbaren Ventil (24) zur Steuerung von Fluidfluß durch die Bohrung,
einem Einsteckelement (10), das in die Bohrung (21) des Aufnahmelementes (20) einbringbar ist, mit einem verschieb baren Ventil (71) zur Steuerung des Fluidflusses durch das Einsteckelement und einer ringförmigen Schulter (80) an seiner Außenfläche,
einer hohlen, metallischen O-Ringdichtung (40) innerhalb der Bohrung des Aufnahmeelementes, wobei die metallische O- Ringdichtung axial komprimierbar zum dichtenden Eingriff mit dem Einsteckelement und der Bohrung des Aufnahmeelemen tes ist, und
einem Dichtungs-Halteelement (30), das in die Bohrung ein bringbar ist und ein erstes und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende zur Kontaktierung mit der ringförmigen Schulter (80) des Einsteckelementes (10) und das zweite Ende zur Kontaktierung der hohlen, metallischen O-Ringdich tung (40) ausgebildet sind, um die Dichtung axial zu kom primieren, wenn die ringförmige Schulter (80) das Dichtungs-Halteelement (30) in Axialrichtung zwängt.
2. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1,
wobei die metallische O-Ringdichtung (40) mit zumindest ei
nem Belüftungsloch zwischen dem Äußeren und dem Inneren
der Dichtung versehen ist.
3. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1,
wobei die metallische O-Ringdichtung (40) druckbetätigt ist, um
in Eingriff mit dem Einsteckelement (10) und der Bohrung
(21) des Aufnahmeelements (20) zu kommen, in Abhängigkeit
von dem Fluiddruck in der Kupplung.
4. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1,
mit ferner einer axial komprimierbaren Feder zwischen
der ringförmigen Schulter des Einsteckelementes und dem er
sten Ende des Dichtungs-Halteelementes.
5. Hydraulische Unterseekupplung nach Anspruch 1,
mit ferner einer Sperreinrichtung zur Begrenzung der
Axialbewegung des Dichtungs-Halteelementes.
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