DE4421235A1 - Druckausgeglichenes Rohrventil für hydraulische Kupplungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf hydraulische Kupplungen und insbesondere auf hydraulische Kupplungen, die bei Unterwasserbohrungen und Produktions­ einrichtungen verwendet werden. Im einzelnen beinhaltet die Erfindung druckausgeglichene Rohrventile für Kupplungen, wobei die Kanäle so proportioniert sind, daß sie eine Ver­ bindung oder Unterbrechung zwischen Kupplung und Öffnung erlauben und das Schließen des Rohrventils in jedem Element erlauben, ohne daß die Stirnseite jedes Rohrventils axial mit einem wesentlichen Fluiddruck beaufschlagt wird.

Unterwasser-Hydraulikkupplungen sind seit langem bekannt. Die Kupplungen bestehen im allgemeinen aus einem Steck- und einem Fassungs-Element mit abgedichteten, beide Elemente verbindenden Fluidkanälen. Das Fassungselement besteht all­ gemein aus einem zylindrischen Körper mit einer Längsboh­ rung mit relativ großem Durchmesser an einem Ende und einer Längsbohrung mit relativ kleinem Durchmesser an seinem an­ deren Ende. Die kleine Bohrung erleichtert den Anschluß an Hydraulikleitungen, während die große Bohrung das Steckele­ ment der Kupplung abgedichtet verschiebbar aufnimmt. Das Steckelement besteht aus einem zylindrischen Teil, der an einem Ende einen Außendurchmesser ungefähr gleich dem Durchmesser der großen Bohrung im Fassungselement der Kupp­ lung hat. Das Steckelement hat an seinem anderen Ende auch einen Anschluß, um den Anschluß an Hydraulikleitungen zu erleichtern. Wenn der zylindrische Teil des Steckelementes in die große Bohrung des Fassungselements gemäß verschie­ denen Ausführungsformen der Vorrichtung eingesetzt wird, wird zwischen Steckelement und Fassungselement ein Fluid­ strom bewirkt.

Probleme treten jedoch auf bei der Verwendung der Hydrau­ likkupplungen in Systemen mit relativ hohem Druck infolge der hohen Axialkräfte, die während der Kupplungsoperation und während des Gebrauchs auf das Steck- und das Fassungs­ element wirken. Bei solchen Kupplungen muß die Fluidkraft, die auf die Stirnseite des Steck- oder Fassungselementes wirkt, überwunden werden, und auch die Fluidkraft an jedem Ventilelement überwunden werden kann, bevor die Fluidver­ bindung zwischen den Elementen hergestellt ist. In einem System mit relativ hohem Druck können die relativ hohen Kräfte, die auf die Elemente wirken, den Anschluß des Stec­ kelementes sehr schwierig machen. Auch während des Betriebs wirkt zwischen dem Steck- und Fassungselement ein Fluid­ druck dergestalt, daß diese dazu neigen, getrennt zu wer­ den. Die Kraft, die zum Verbinden der beiden Elemente und zum Öffnen der Ventile in jedem Element notwendig ist, und die daraus resultierende Neigung zum Trennen der Körperele­ mente und zwangsweisen Schließen der Ventile sind beim Stand der Technik charakteristische Probleme. Hochdrucksy­ steme und Unterwasseranlagen bringen auch Probleme mit sich, die mit dem Abdichten der Verbindung zwischen Steck- und Fassungselement zusammenhängen.

Idealerweise sollten Hydraulikkupplungen soweit als möglich druckausgeglichen sein, so daß der Fluiddruck nicht das Verbinden behindert, zur Trennung von Steck- und Fassungs­ element drängt oder die Ventile in die offene oder ge­ schlossene Position drängt. Um vorzugsweise während des Kuppelns oder Auskuppelns Fluidverlust zu verhindern, öff­ nen die Ventile in jedem Element automatisch beim Kuppeln und schließen beim Auskuppeln. Schließlich sollte die Kupp­ lung Dichtungen aufweisen, die sowohl hohen Drücken als auch der korrodierenden Wirkung der Unterwasserumgebung oder einer anderen, Umgebung widerstehen können. Die vor­ liegende Erfindung stellt eine Lösung all dieser Notwendig­ keiten und Anforderungen dar.

Durch die US-PS-4754780 ist eine druckausgeglichene Hydrau­ likkupplung offenbart, bei der zwischen Steckkupplungsele­ ment und dem Fassungskupplungselement die Fluidverbindung über radiale Fluidkanäle in den Elementen erfolgt. Die US-PS-4694859 offenbart eine Unterwasser-Hydraulikkupplung mit einer Metalldichtung. Die Metalldichtung ist ringförmig und wird mit Druck beaufschlagt, um zwischen dem Fassungsele­ ment und der Außenfläche des Steckelementes radial abzu­ dichten. In den US-PS-4832080 und 5099882 sind druckausge­ glichene Hydraulikkupplungen mit Metalldichtungen offen­ bart. Wie bei der Kupplung gemäß der US-PS-47544470 be­ schrieben, erfolgt die Fluidverbindung über radiale Fluidkanäle in den Steck- und Fassungselementen. Zwischen dem Umfang des Steckelementes und der zentralen Bohrung des Fassungselementes sind Metalldichtungen so positioniert, daß die radialen Fluidkanäle zwischen den Dichtungen ver­ laufen. Die US-PS-4754780, 4694859, 5832080 und 5099882 sind in der vorliegenden Anmeldung als Stand der Technik enthalten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Unterwas­ ser-Hydraulikkupplung der vorstehend beschriebenen Art zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung ist Bestandteil einer Hydraulik­ kupplung des vorstehend beschriebenen Typs mit einem Steck- und einem Fassungselement, um zwischen diesen eine Fluid­ verbindung zu erzeugen, dergestalt, daß die Fluidkanäle beiderseits positioniert sind, um ein Kuppeln oder Entkup­ peln der Kupplung durchführen zu können, ohne daß auf die Stirnseite der Rohrventile in jedem Element ein wesentli­ cher Fluiddruck in axialer Richtung ausgeübt wird. Die Fluidkanäle sind gegenseitig so positioniert, daß sie Trennkräfte auf die Elemente oder auf die Rohrventile im wesentlichen verhindern, wirken, wenn die Elemente durch Fluid unter Druck gesetzt werden.

Die Fluidkommunikation zwischen dem Steck- und Fassungsele­ ment bei der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise zwi­ schen einem radialen Kanal an der äußeren Längsfläche des Steckelementes und einem passenden, radialen Kanal in der Seitenwand der Aufnahmekammer des Fassungselementes er­ richtet. Wenn das Steckelement vollständig in die Aufnahme­ kammer des Fassungselementes eingesetzt ist, wird die Fluidverbindung zwischen den zwei Elementen durch die pas­ senden radialen Kanäle errichtet. Die Stirnflächen der einander gegenüberliegenden Ventilbetätigungsstifte in den zwei Elementen gelangen miteinander in Kontakt, und dadurch werden die Rohrventile in den jeweiligen Elementen in die offene Position gedrückt. In der offenen Position kann Fluid durch ringförmige Hohlräume in den Rohrventile- und durch die nach innen gerichteten radialen Kanäle in den Rohrventilen ohne merklichen Fluiddruck an der Stirnseite jedes Rohrventils, fließen.

Eine oder mehrere Dichtungen sind so positioniert, daß sie eine fluiddichte Dichtung auf jeder Seite des ringförmigen Hohlraums in jedem Rohrventil bilden. Wenn die Rohrventile geöffnet werden, ist jeder ringförmige Hohlraum so positio­ niert, daß Fluid durch ein Paar radialer Kanäle in jedem Element fließen kann.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das Steckelement teilweise in das Fassungselement einer Kupplung eingesetzt, gemäß einer ersten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung, im Schnitt;

Fig. 2 das vollständig in das Fassungselement eingesetzte Steckelement einer Kupplung gemäß einer ersten Ausführungs­ form der Erfindung im Schnitt;

Fig. 3 die Kupplung im Schnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 die Kupplung im Querschnitt entlang der Schnittlinie 4-4 in Fig. 2.

Fig. 5 die Kupplung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Explosions-Dar­ stellung;

Fig. 6 ein Rohrventil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Schnitt; und

Fig. 7 ein Rohrventil gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt.

Die Kupplung gemäß Fig. 1 besteht aus einem Steckelement 10, einem Fassungselement 20 und Fluid-Kanälen, die eine Fluidverbindung zwischen dem Steckelement und dem Fassungs­ element errichten, wenn das Steckelement in das Fassungs­ element eingesetzt ist. Die Fluidverbindung wird errichtet, ohne daß signifikanter Druck auf die Stirnseite des Stecke­ lementes während oder nach dem Einsetzen oder gegen die Führungsflächen 60, 61 eines der Rohrventile zu irgendeinem Zeitpunkt, ausgeübt wird. Die Fluidverbindung zwischen dem Steckelement und dem Fassungselement wird radial über einen Kanal in der außenliegenden Längsfläche des Steckelementes zu einem radialen Fluidkanal in der Aufnahmekammer des Fassungselementes errichtet. Die Fluidverbindung in den Rohrventilen erfolgt radial durch ringförmige Hohlräume in jedem der Ventilkörper.

In den Fig. 1 und 2 hat das Steckelement 10 einen Körper 31, eine zentrale Bohrung 32, eine Rohrventil-Baugruppe 33 und Fluidkanäle 34 bis 37. Der Körper 31 des Steckelementes kann in eine Verteilerkopf-Platte 11 eingeschraubt oder auf andere Weise mit dieser verbunden sein. Das Steckelement 10 und das Fassungselement 20 sind im allgemeinen mit einander gegenüberliegenden Platten eines Verteilerkopfes verbunden, und werden mittels Bolzen oder hydraulischer Elemente zu­ sammengehalten, die an den Platten des Verteilerkopfes be­ festigt sind. Das Steckelement ist im allgemeinen an einer Platte 11 befestigt, während das Fassungselement an einer gegenüberliegenden Platte 21 so befestigt ist, daß es dem Steckelement gegenüberliegt, und mit diesem fluchtet. Das Steck- und das Fassungs-Element können an der Verteilerkopfplatte unter Verwendung verschiedener Mittel, wie beispielsweise Kopfschrauben oder Schrauben befestigt sein. Techniken zum Befestigen von Elementen an derartigen Verteilerkopfplatten sind allgemein bekannt.

Das Steckelement 10 hat einen Handgriff 41, der in einem Flansch 42 des Steckelementes und einer abgeschrägten Schulter 43 endet. Die Schulter 43 ist zum ersten Ende der zylindrischen Sondenwand 44 zu nach unten abgeschrägt, die an einer Sondenstirnfläche 45 endet. Die zylindrische Son­ denwand 44 ist für eine Gleitbewegung im Fassungselement wie untenstehend erläutert, ausgebildet. Der Körper 31 des Steckelementes, der eine zylindrische Form hat, besteht so­ mit aus Schaft 41, Flansch 42, Schulter 43, Steckzapfen 44 und Zapfenstirnfläche 45.

Der Körper des Steckelementes ist ebenfalls mit einer zen­ tralen Bohrung 32 versehen. Die Bohrung 32 kann auf ihrer Länge durch den Körper des Steckelementes 10 unterschiedli­ che Durchmesser aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform hat das erste Ende der zentralen Bohrung einen Innegewindeabschnitt 50 zum Anschließen einer Hydraulik­ leitung. In der Nähe und innerhalb des Gewindeabschnittes liegt ein zylindrischer Kanal 51, der sich in Längsrichtung innerhalb des Steckelement-Körpers erstreckt, und der an einer innenliegenden Schulter 52 endet. Von der Schulter aus erstreckt sich in axialer Richtung ein zylindrischer Kanal 53 mit einem verringerten Durchmesser, der eine Auf­ nahmebohrung für den Ventilstößel 65 darstellt. Die Ventil­ stößel-Bohrung 53 ist enger als der zylindrische Kanal 51 zur Aufnahme des Ventilstößels 65, der in diesem gleiten kann.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, ist die Rohrventil- Einheit 33 verschiebbar in der zentralen Bohrung 32 des Steckelementes aufgenommen. Die verschiedenen Bauteile der Rohrventil-Einheit des Steckelementes sind in den Fig. 5 bis 7 dargestellt.

Bei der ersten Ausführungsform, wie in den Fig. 1 bis 2 gezeigt, ist die Rohrventil-Einheit 33 gegenüber der Boh­ rung 51 mit einer Vielzahl von Dichtungsringen 171 bis 174 abgedichtet. Bei den bevorzugten Ausführungsformen sind die Dichtungsringe 171 bis 174 in Nuten im Rohrventilkörper po­ sitioniert. Die Dichtungsringe 171 und 172 dichten den ringförmigen Hohlraum 155 während des Fluiddurchflusses ab. Der Dichtungsring 174 dichtet den zylindrischen Kanal 51 ab und sperrt diesen so, daß das Hydraulikfluid in den radia­ len Kanal 34 geleitet wird. Wenn das Rohrventil in der ge­ schlossenen Position ist, dichten die Dichtungsringe 172 und 173 jede Seite des radialen Kanals 36 ab, um zu verhin­ dern, daß Fluid durch den ringförmigen Hohlraum 155 strömt. Wenn das Rohrventil in der offenen Position ist, fließt Fluid durch den ringförmigen Hohlraum 155 in den radialen Kanal 36 und durch den radialen Kanal 37 heraus. Die Rohr­ ventil-Einheit blockiert somit den Fluidstrom durch die zentrale Bohrung und leitet den Fluidstrom in die Kanäle 34, 35, 36.

Bei der zweiten Ausführungsform, die in der Fig. 6 gezeigt ist, werden anstatt der in den Fig. 1 bis 2 gezeigten Dichtungsringe druckgespeiste Metall-C-Ringdichtungen ver­ wendet. Um die Verwendung der druckgespeisten Metall-C- Ringdichtungen zu erleichtern, sind die Rohrventil-Einheit, die Federteller und die Abstandsringe mit Kopfschrauben miteinander verbunden. Der Abstandsring 167 blockiert den Fluidstrom durch die zentrale Bohrung und ist mit dem Fe­ derteller 72 mittels der Kopfschraube 166 verbunden, und zwischen beiden ist eine Metall-C-Ringdichtung 165 po­ sitioniert, um gegenüber der Bohrung 51 abzudichten. Auf ähnliche Art und Weise ist der Federteller 168 mit dem Ab­ standsring 161 unter Verwendung der Kopfschraube 169 ver­ bunden, wobei die Metall-C-Ringdichtung 162 dazwischen die Bohrung 51 abdichtet. Der Abstandsring 161 ist am Abstands­ ring 160 unter Verwendung der Kopfschraube 170 befestigt, und dazwischen ist eine Metall-C-Ringdichtung 159 positio­ niert. Der Abstandsring 160 ist am Abstandsring 154 mittels der Kopfschraube 163 befestigt und dazwischen ist eine Me­ tall-C-Ringdichtung 157 positioniert. Der Abstandsring 154 hat einen verminderten Durchmesser, um einen ringförmigen Hohlraum 155 für den Fluiddurchfluß durch diesen zu ermög­ lichen, wenn das Rohrventil offen ist. Der Abstandsring 154 ist mit dem Abstandsring 151 mittels der Kopfschraube 156 verbunden, und dazwischen ist eine Metall-C-Ringdichtung 152 positioniert, um gegenüber der Bohrung abzudichten. So­ mit schafft die in der Fig. 6 gezeigte Ausführungsform eine Rohrventil-Einheit, die gegenüber der Bohrung 51 unter Ver­ wendung von Metall-C-Ringdichtungen abgedichtet ist, die den hohen Drucken während des Betriebs widerstehen können.

In der Fig. 7 ist eine dritte Ausführungsform der Rohrven­ til-Einheit gezeigt, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bei der dritten Ausführungsform werden Me­ tall-C-Ringdichtungen und Gummiringdichtungen in Kombina­ tion verwendet, um das Rohrventil gegenüber der Bohrung 51 abzudichten. Jede der Gummiringdichtungen 171 bis 174 wird als Sicherungs-Dichtung für jede entsprechende C-Ringdich­ tung verwendet. Die bei der in der Fig. 5 gezeigten Ausfüh­ rungsform verwendeten Dichtungsringe sind im wesentlichen an den gleichen axialen Orten wie bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 bis 2 gezeigt, positioniert, und die Metall-C-Ringdichtungen sind im wesentlichen an den glei­ chen axialen Stellen wie in der Fig. 6 gezeigt, positio­ niert.

Eine Ventil-Schraubenfeder 71 drückt das Rohrventil gegen die Schulter 52 in eine geschlossene Position. Die Ventil- Schraubenfeder 71 ist innerhalb des zylindrischen Kanals 51 angeordnet und ist durch einen hohlen Federteller 72 veran­ kert, der unter Verwendung eines Sprengringes 73 an seinem Ort gehalten wird. Das gegenüberliegende Ende der Ventil- Schraubenfeder 71 wird durch einen Federteller 168 gehal­ ten.

Wenn das Rohrventil an der Schulter 52 anliegend in der ge­ schlossenen Position gehalten wird, wie in der Fig. 1 ge­ zeigt, dichtet die Rohrventil-Einheit 33 Fluid gegenüber dem Eintreten in den radialen Kanal 36 des Steckelementes ab. Ringförmige Zapfendichtungen 76 und 77 liegen um den Umfang der Aufnahmekammer des Fassungselementes und dienen dazu, eine Abdichtung gegenüber dem Austreten von Fluid an der stromaufwärts oder stromabwärts liegenden Seite der ra­ dialen Kanäle im Steck- und Fassungs-Element zu schaffen. Die innenliegende Zapfendichtung 76 und die außenliegende Zapfendichtung 77 tragen somit dazu bei, sicherzustellen, daß der Fluidstrom direkt und radial zwischen dem Steckele­ ment 10 und dem Fassungselement 20 strömt. Die Zapfendich­ tungen 76 und 77 können Gummiringdichtungen oder äquiva­ lente Dichtungen, oder Metalldichtungen sein, die druckge­ speist werden, um den Ringraum zwischen dem Steck- und dem Fassungselement abzudichten.

Wie in der Fig. 2 gezeigt, wird die Ventil-Einheit 33 des Steckelementes 10 und die Ventil-Einheit 82 des Fassungs­ elementes 20 jeweils in die offene Position gedrückt, wenn die Ventil-Stößel-Stirnfläche 68 des Steckelementes die be­ nachbarte, gegenüberliegende Ventil-Stößel-Stirnfläche 108 des Fassungselementes berührt. Fluid kann dann durch das Steckelement 10 über die zentrale Bohrung 32, den radialen Kanal 34, den in Längsrichtung liegenden Kanal 35, den ra­ dialen Kanal 36, den ringförmigen Hohlraum 155 und den ra­ dialen Kanal 37 strömen. Somit wird ein Fluidstrom in den radialen Kanal 85 des Fassungselementes 20 zwischen den in­ nen- und außenliegenden Zapfendichtungen 76 und 77 gerich­ tet.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen einen in Längs­ richtung sich erstreckenden Kanal 35 zeigen, der im allge­ meinen parallel zur zentralen Bohrung 32 ist, ist anzumer­ ken, daß dieser Kanal auch zur zentralen Bohrung im Winkel liegen kann. Er kann nach innen geneigt sein, um mit der zentralen Bohrung in der Nähe des Gewindeabschnittes 51 in Verbindung zu stehen, wodurch die Notwendigkeit beseitigt wird, daß ein separater radialer Kanal 35 vorgesehen wird.

Das Fassungselement 20 hat einen Körper 80, eine zentrale Bohrung 81, eine Rohrventil-Einheit 82 und Kanäle 83 bis 88 für den Fluidstrom. Der Körper 80 des Fassungselementes hat einen Schaft 90, der wahlweise mit der Verteilerkopfplatte 21 verbunden ist. Der Fassungselement-Körper 80 hat auch eine äußere Schulter 91, die zum Schaft 90 und der Wand 92 benachbart ist, und die in der Stirnfläche 93 des Fassungs­ elementes endet. Die zentrale Bohrung 81 hat entlang dem Körper 80 des Fassungselementes 20 mehrere unterschiedliche Durchmesser. An einem ersten oder außenliegenden Ende der zentralen Bohrung 81 ist ein Kanal 95 mit Innengewinde zum Anschließen einer Gewindehydraulikleitung vorgesehen. Der Gewindeteil 95 der zentralen Bohrung 81 endet in einem zy­ lindrischen Kanal 96, in welchem die Rohrventil-Einheit 82 verschiebbar aufgenommen ist. Der zylindrische Kanal 96 en­ det an einer innenliegenden Schulter 97 und schließt an die Ventilstößel-Bohrung 98 an, in welcher der Ventilstößel 106 der Rohrventil-Einheit 82 verschiebbar aufgenommen ist. Ne­ ben der Ventilstößel-Bohrung 98 ist eine zylindrische Auf­ nahmekammer 107, in welcher die Sonde des Steckelementes 10 verschiebbar aufgenommen ist. Wie in der Fig. 2 gezeigt, sind, wenn die Stirnfläche 68 des Ventilstößels 65 des Steckelementes 10 und die dann gegenüberliegende Stirnflä­ che 108 des Ventilstößels 106 des Fassungselementes 20 ver­ schiebbar miteinander in Kontakt stehen, die Rohrventil- Einheitn 33, 82 zwangsweise in die offenen Positionen ge­ bracht, damit zwischen den Kanälen in dem Steck- und Fas­ sungselementen ein Fluidstrom erfolgen kann.

Die Rohrventil-Einheit 82 des Fassungselementes 20 ist im wesentlichen ähnlich wie die Ventilbaugruppe 33 des Stecke­ lementes 10. Die Rohrventil-Einheit 82 ist gegenüber der Bohrung 96 des Fassungselementes unter Verwendung von Gum­ miringdichtungen, druckgespeisten Metall-C-Ringdichtungen oder beiden, abgedichtet. Wenn Dichtungsringe verwendet werden, wie dies in den Fig. 1 bis 2 gezeigt ist, sind die Dichtungsringe in die äußeren Nuten im Rohrventilkörper eingesetzt. Wenn Metall-C-Ringdichtungen verwendet werden, ist jede Dichtung jeweils zwischen Abstandsringen positio­ niert, die miteinander mittels Kopfschrauben verbunden sind. Fluid strömt durch den ringförmigen Hohlraum 58 im Rohrventil-Körper, wenn das Ventil geöffnet ist.

Die Rohrventil-Einheit des Fassungselementes wird gegen die Schulter 97 durch die Ventil-Schraubenfeder 119 gedrückt. Die Ventil-Schraubenfeder 119 ist zwischen den Federtellern 120, 122 montiert. Ein Sprengring 121 verankert den Feder­ teller 120 in der Bohrung 96. Wenn jedes der Ventile in ei­ ner offenen Position ist, bei der die einander gegenüber­ liegenden Stirnflächen 68 und 108 der zwei Ventilstößel miteinander in Kontakt stehen, wie dies in der Fig. 2 ge­ zeigt ist, ist die Vorspannung der Ventil-Schraubenfeder ungenügend, um die Ventile in der geschlossenen Position zu halten. Die Kanäle für die Fluidkommunikation zwischen dem Steckelement und dem Fassungselement erlauben dabei einen Fluidstrom, ohne daß irgendein signifikanter Druck auf die Führungsfläche 45 des Steckelementes 10 oder die Führungs­ flächen 60, 61 eines der Rohrventile 33, 82 ausgeübt wird.

Die Fluidkanäle in dem Fassungselement 20 umfassen radiale Kanäle 83, 85, 86 und 88 und in Längsrichtung sich erstrec­ kende Kanäle 84, 87, die zwischen den radialen Kanälen eine Verbindung schaffen. Wenn das Steckelement 10 vollständig in das Fassungselement 20 eingesetzt ist, paßt der radiale Kanal 37 am Außenumfang der Sondenwand 44 des Steckelemen­ tes 10 auf den radialen Kanal 83 des Fassungselementes 20, damit dazwischen ein Fluid strömen kann. Ein ringförmiger Schlitz 89 am Umfang der Aufnahmekammer 107 des Fassungs­ elementes 20 macht es möglich, daß zwischen den Steck- und Fassungselementen eine Fluidkommunikation besteht, ohne daß das Steckelement und das Fassungselement präzise ausgerich­ tet sind oder daß eine exakte Drehausrichtung des Steckele­ mentes mit Bezug auf das Fassungselement besteht. Die in­ nen- und außenliegenden Zapfendichtungen 76, 77 in den Sei­ tenflächen der Aufnahmekammer 107 des Fassungselementes 20 dichten den Fluidstrom mit Ausnahme zwischen den jeweiligen radialen Kanälen 37, 83 des Steckelementes und des Fas­ sungselementes, ab. Der Fluidstrom am Berührungspunkt zwi­ schen dem Steckelement und dem Fassungselement ist recht­ winklig zur Längsachse des Steck- und Fassungselementes, wobei der radiale Kanal 37 des Steckelementes 10 und der radiale Kanal 83 des Fassungselementes 20 miteinander in Verbindung stehen. Somit wird im wesentlichen keine in Längsrichtung wirkende Kraft durch das Fluid ausgeübt, wenn es zwischen dem Steckelemente und dem Fassungselement strömt.

Ein Schnitt entlang der in der Fig. 1 mit 3-3 bezeichneten Ebene zeigt, die Fluidkanäle bei der ersten Ausführungsform der Kupplung gemäß Fig. 1. Wie dargestellt erstrecken sich vier radiale Kanäle 83 zwischen dem ringförmigen Schlitz 89 und der Wand 92 des Fassungselementes. Anzumerken ist, daß irgendeine andere Anzahl von Fluidkanälen 83 gemäß der vor­ liegenden Erfindung in Abhängigkeit von den gewünschten Fluidströmungseigenschaften verwendet werden kann.

Nun wird auf Fig. 4 Bezug genommen, die einen Schnitt ent­ lang der Schnittlinie 4-4 in Fig. 2 zeigt. Es ist darge­ stellt, daß wenn die Rohrventile geöffnet sind, die vier radialen Kanäle 83 im Fassungselement mit den vier radialen Kanälen 37 im Steckelement fluchten. Obwohl vier Kanäle be­ vorzugt sind, kann irgendeine andere Anzahl von radialen Fluidkanälen in Abhängigkeit von den gewünschten Fluidströ­ mungscharakteristiken verwendet werden.

Wenn das Steckelement in das Fassungselement eingesetzt wird, wird vorzugsweise jeder radiale Kanal 37 des Stecke­ lementes 10 mit einem separaten zweiten radialen Kanal 83 des Fassungselementes 20 zusammenpassen, so daß die Kanäle nebeneinander positioniert sind, um die Fluidverbindung zwischen den Elementen zu erleichtern. Der ringförmige Schlitz 98 erlaubt jedoch eine Drehung des Steckelementes 10 relativ zum Fassungselement 20 und die axiale Verschie­ bung des Steckelementes 10 relativ zum Fassungselement 20, wobei die radiale Fluidverbindung zwischen beiden Elementen aufrechterhalten wird.

Der Fluidstrom durch die Rohrventil-Einheiten ist recht­ winklig zur Längsachse der Rohrventile. Somit wird im we­ sentlichen durch das Fluid keine in Längsrichtung wirkende Kraft ausgeübt, wenn es durch das jeweilige Rohrventil strömt. An der Stirnfläche 60 des Rohrventils des Steckele­ mentes oder der Stirnfläche 61 des Rohrventils des Fas­ sungselementes liegt somit kein Fluiddruck an. Somit sind die Rohrventile keinen in Längsrichtung wirkenden Kräften ausgesetzt, die die Ventile während des Kuppelns oder Ent­ kuppelns in die offenen oder geschlossenen Positionen zwin­ gen.

Die Herstellung des Steckelementes und des Fassungselemen­ tes erfordert eine maschinelle Bearbeitung oder Bohren der Fluidkanäle durch dieselben. Da die radialen Abschnitte und in Längsrichtung liegenden Abschnitte der Fluidkanäle in den Elementen maschinell bearbeitet oder gebohrt werden, erstrecken sich die Kanäle jeweils durch den Außenumfang jedes Elementes und zur Stirnfläche jedes Elementes. Diese Verlängerungen der radialen und in Längsrichtung liegenden Fluidkanäle werden durch Stopfen 141 abgedichtet, um einen Fluidverlust zu verhindern. Es ist klar ersichtlich, daß diese Kanalverlängerungen und die entsprechenden Stopfen 141 für das erfindungsgemäße Konzept nicht wesentlich sind. Wenn irgendeine andere Herstelltechnik zur Herstellung der Einrichtung wie beispielsweise Gießen verwendet wird, wären die Kanalverlängerungen und Stopfen 141 nicht erforderlich und müssen daher nicht vorhanden sein.

Jedes der Rohrventile ist druckausgeglichen. Wie vorstehend beschrieben sind die ringförmigen Hohlräume 155, 58 mit Ringdichtungen, Metall-C-Dichtungen oder irgendeiner Kombi­ nation derselben abgedichtet, um ein Austreten von Fluid zu verhindern, wenn die Rohrventile offen sind. Ähnliche Ring­ dichtungen, Metall-C-Ringdichtungen oder Kombinationen der­ selben werden dazu verwendet, die Rohrventile mit Bezug auf die Bohrungen in dem Steckelement und dem Fassungselement abzudichten.

Wie in den Fig. 1 bis 5 gezeigt, hat das Fassungselement 20 weiterhin Drainagekanäle 131, 133 zum Ausstoßen von Was­ ser aus der Bohrung 81 bzw. der Aufnahmekammer 107. Jeder Drainagekanal 131, 133, schafft mit der Außenwand 92 des Fassungselementes eine Verbindung. Ringförmige Drainageka­ nal-Dichtungen 130, 132 dienen dazu, einen Fluidstrom aus der Bohrung 81 und der Aufnahmekammer 107 nur dann zu er­ lauben, wenn das Steckelement in das Fassungselement einge­ setzt ist, und das Fluid aus der Aufnahmekammer 107 gepreßt wird, und wenn das Rohrventil 82 öffnet, um das Fluid aus der Bohrung 81 zu pressen.

Auf ähnliche Art und Weise hat das Steckelement 10 weiter­ hin einen Drainagekanal 139 zum Ausstoßen von Wasser aus der Bohrung 32, wenn das Rohrventil 33 öffnet. Der Draina­ gekanal 139 erstreckt sich zwischen Bohrung 32 und der Außenwand 44 des Steckelementes. Eine ringförmige Drainage­ kanal-Dichtung 140 ermöglicht einen Fluidstrom nur aus der Bohrung 32 heraus.

Da die vorliegende Erfindung für Unterwasserverwendung aus­ gebildet ist, erlaubt das Trennen von Steckelement und Fas­ sungselement unter Wasser den Eintritt von Seewasser in die Aufnahmekammer 107 und die Bohrungen 32, 81, der Elemente. Obwohl dieses Seewasser am Eintreten in die Hydraulik­ leitungen durch die Rohrventile 33, 82 und ihre Dichtungen gehindert ist, kann sich in der Kammer eine hydraulische "Sperre" entwickeln, wenn das Steckelement 10 anfängt, in die Aufnahmekammer 107 einzutreten, wodurch ein adäquates Eintreten des Steckelementes verhindert wird. Die Draina­ gekanäle bilden Mittel dafür, das eingetretene Seewasser zwangsweise aus der Aufnahmekammer 107 und den Bohrungen 32, 81 beim Eintreten des Steckelementes und Öffnen der Rohrventile herauszupressen.

Obwohl Variationen der Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung nicht jeweils alle der Vorteile der Erfindung re­ alisieren, können gewisse Merkmale bei den verschiedenen Anwendungen der Einrichtung wichtig werden. Die Erfindung sollte demgemäß nur durch den Umfang der Patentansprüche begrenzt angesehen werden.

Claims (20)

1. Unterwasser-Hydraulikkupplung mit:

• a) einem Fassungselement (20) mit einer Aufnahmekammer und einer zentralen Bohrung (81) zum verschiebbaren Aufnehmen eines Rohrventils, und wenigstens einem Paar radialer Fluidkanäle (82-88), die sich in die zentrale Bohrung er­ strecken;
• b) einem Steckelement (10), das in die Aufnahmekammer ein­ setzbar ist und das eine zentrale Bohrung (32) zur ver­ schiebbaren Aufnahme eines Rohrventils (33) und wenigstens ein Paar radialer Fluidkanäle (34-37) hat, die sich in die zentrale Bohrung (32) erstrecken,
• c) mindestens einem Rohrventil (32, 82) in dem Steckelement (10) und/oder dem Fassungselement (20), wobei das Rohrven­ til in der zentralen Bohrung (32, 81) des Elementes (10, 20) axial verschiebbar ist, um den Fluidstrom zwischen dem Paar radialer Fluidkanäle zu blockieren, wenn das Rohrven­ til in der geschlossenen Position ist und um den Fluidstrom zwischen dem Paar radialer Fluidkanäle zu öffnen, wenn das Rohrventil in der offenen Position ist, wobei der Fluid­ strom in einer Richtung im wesentlichen rechtwinkelig zur axialen Verschieberichtung des Rohrventils liegt.

2. Unterwasser-Hydraulikkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im Steck­ element (10) als auch im Fassungselement (20) je ein Rohr­ ventil (32, 82) enthalten ist und jedes Rohrventil einen Ventilstößel (65, 98) hat, wobei jeder Ventilstößel so po­ sitioniert ist, daß er am gegenüberliegenden Stößel an­ liegt, um das Rohrventil in die offene Position zu schie­ ben.

3. Unterwasser-Hydraulikkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Rohrventils ein Ventilgehäuseteil mit einem Außen­ durchmesser kleiner als die zentrale Bohrung hat, um einen ringförmigen Hohlraum für den Fluidstrom zwischen dem Paar radialer Fluidkanäle zu schaffen, wenn das Rohrventil in der offenen Position ist.

4. Unterwasser-Hydraulikkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steckele­ ment eine Stirnfläche und eine Außenumfangsfläche aufweist, und einer der radialen Fluidkanäle im Steckelement von der zentralen Bohrung bis zur Außenumfangsfläche des Steckele­ mentes reicht, und einer der radialen Fluidkanäle im Fas­ sungselement die Aufnahmekammer schneidet, wobei die Fluidkanäle in dem Steck- und Fassungselement zueinander passend positioniert werden, um zwischen den Elementen einen Fluidstrom zu erzeugen, ohne daß auf die Stirnfläche des Steckelementes Fluiddruck wirkt.

5. Unterwasser-Hydraulikkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Vielzahl von elastischen Dichtungen zwischen dem Rohrventil und der zentralen Bohrung, in welcher das Rohrventil posi­ tioniert ist, vorgesehen sind, wobei wenigstens zwei der Dichtungen so positioniert sind, daß jede Seite des ring­ förmigen Raums abgedichtet ist, um während dem Strömen von Fluid zwischen dem Paar radialer Kanäle ein Leckwerden zu verhindern.

6. Unterwasser-Hydraulikkupplung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vielzahl von druckgespeisten Metalldichtungen, um zwischen dem Rohr­ ventil und der zentralen Bohrung, in welcher das Rohrventil positioniert ist, abzudichten.

7. Unterwasser-Hydraulikkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrventil an seinem Außenumfang eine Vielzahl von Nuten zum Positio­ nieren von ringförmigen Dichtungen zum Abdichten gegenüber der zentralen Bohrung aufweist.

8. Rohrventilanordnung zur Verwendung in einer Ventilboh­ rung einer Hydraulikkupplung, mit

• a) einer Stirnfläche;
• b) einem Körperteil, der in der Ventilbohrung verschiebbar ist, wobei wenigstens ein Teil des Körperteils einen Durch­ messer im wesentlichen kleiner als der der Ventilbohrung hat, um einen ringförmigen Hohlraum zwischen dem Körperteil und der Ventilbohrung zu definieren;
• c) einer Vielzahl von ringförmigen Dichtungen zum Abdichten des Körperteils gegenüber der Ventilbohrung;
• d) wobei das Rohrventil von einer geschlossenen Position in eine offene Position verschiebbar ist, um den ringförmigen Hohlraum für einen Fluidstrom durch den Hohlraum, ohne daß auf die Stirnfläche ein Fluiddruck ausgeübt wird, axial zu positionieren.

9. Rohrventil-Baugruppe nach Anspruch 8, weiterhin gekennzeichnet durch einen Ventil­ stößel, der an der Stirnfläche vorsteht, wobei der Ventil­ stößel das Rohrventil in die offene Position drückt.

10. Rohrventil-Baugruppe nach Anspruch 8, weiterhin gekennzeichnet durch erste und zweite radiale Kanäle, die sich in die Ventilbohrung er­ strecken, und daß das Rohrventil in die offene Position verschiebbar ist, um den ringförmigen Hohlraum für einen Fluidstrom vom ersten Radialkanal durch den ringförmigen Hohlraum in den zweiten Radialkanal, axial zu positionie­ ren.

11. Rohrventil-Baugruppe nach Anspruch 8, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Nuten, die am Außenumfang angeordnet sind, damit in diesen ringförmige Dichtungen positioniert werden können.

12. Rohrventil-Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Dichtungen eine druckgespeiste radiale Metalldichtung ist.

13. Rohrventil-Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Körperteil eine Vielzahl von Abstandsringen aufweist, die mit Gewinde­ befestigungsmitteln untereinander verbunden sind.

14. Element einer Unterwasser-Hydraulikkupplung, mit:

• a) einem Körperteil mit einem Außenumfang und einer zentra­ len Bohrung, die sich durch diesen erstreckt;
• b) ersten und zweiten radialen Kanälen, die sich ausgehend von der zentralen Bohrung radial nach außen erstrecken, wo­ bei die radialen Kanäle zueinander im Abstand angeordnet sind; und
• c) einem Rohrventil, das in der zentralen Bohrung zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position verschiebbar ist, wobei das Rohrventil so dimensioniert ist, daß zwi­ schen Rohrventil und zentraler Bohrung ein Hohlraum gebil­ det wird, der sich in axialer Richtung zwischen den ersten und zweiten Kanälen erstreckt, wenn das Rohrventil in der offenen Position ist.

15. Hydraulikkupplungselement nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch ein Paar von Dichtungen zum Abdichten der Enden des Hohlraums während des Fluiddurchflusses.

16. Hydraulikkupplungselement nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch einen Ventil­ stößel, der am Rohrventil axial vorsteht, welcher so beweg­ bar ist, daß er das Rohrventil in die offene Position drückt.

17. Hydraulikkupplungselement nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch eine Rohrven­ tilfeder, die das Rohrventil in die geschlossene Position vorspannt.

18. Hydraulikkupplungselement nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch einen Längs­ kanal, der mit einem der radialen Kanäle verbunden ist, und einen Fluidweg zu einem der radialen Kanäle schafft, und Dichtungsmittel zum Blockieren des Fluidstroms durch die zentrale Bohrung und Ableiten des Fluidstroms in den Längs­ kanal.

19. Hydraulikkupplungselement nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch einen Abzugs­ kanal von der zentralen Bohrung zum Außenumfang, um Fluid abzuziehen, das bei der Verbindung des hydraulischen Kupp­ lungselementes mit einem gegenüberliegenden Element in der zentralen Bohrung eingeschlossen worden ist.

20. Hydraulikkupplungselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß einer der radia­ len Kanäle sich von der zentralen Bohrung zum Außenumfang des Elementes erstreckt.