DE4421235A1 - Druckausgeglichenes Rohrventil für hydraulische Kupplungen - Google Patents
Druckausgeglichenes Rohrventil für hydraulische KupplungenInfo
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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.
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