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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrschnellkupplung.
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Für viele Zwecke ist es von Nutzen, wenn eine Kupplung zur
Verfügung steht, die eine schnelle Verbindung zwischen zwei Rohren
herstellt sowie diese ebenso schnell trennt. Solche Kupplungen sind
zum Beispiel unentbehrlich zur Beförderung von fluiden ölprodukten
unter schwierigen, gelegentlich gefährlichen Umgebungsbedingungen,
wie zum Beispiel auf hoher See oder vom Meer zum Land oder
umgekehrt.
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Gegenwärtig sind mehrere Rohrkupplungen bekannt. Einige davon
sind auch Gegenstand von Patenten des gleichen Anmelders der
vorliegenden Erfindung.
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In EP-A-0 153 773, das dem am 23. Februar 1984 im Namen des
gleichen Anmelders eingereichten Italienischen Patent Nr. 1173342
entspricht, wird eine Rohrschnellkupplung beschrieben, umfassend
zwei Kupplungsteile mit einer rohrförmigen Form, die an den
jeweiligen miteinander zu verbindenden Rohren befestigt werden können,
sowie Schnellkupplungs- und -entkupplungseinrichtungen für die
Kupplungsteile. Die Schnellkupplungs- und -entkupplungseinrichtungen
umfassen eine Vielzahl von Spannsegmenten, die am Umfang in einer
Ebene senkrecht zur Achse der Kupplungsteile verteilt sind und
radial verschiebbar in jeweiligen radialen Fenstern eines ersten
Kupplungsteils untergebracht sind, so daß sie beim Kuppeln dem
zweiten Kupplungsteil teilweise überlagert werden können. Die
Kupplungs- und -entkupplungseinrichtungen umfassen auch einen drehbaren
Ring, der so betätigt werden kann, daß er sich um den
hervorstehenden Abschnitt des ersten Kupplungsteils herum dreht, so daß er auf
die Spannsegmente einwirkt, so daß er diese in radial angeordnete
Sitzflächen des hervorstehenden Abschnitts des zweiten
Kupplungsteils schiebt oder diese in ihren eigenen radialen Sitzflächen
aufnehmen läßt, um die Kupplungsteile zu kuppeln bzw. zu entkuppeln.
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Gemäß diesem Dokument nach dem Stande der Technik weisen die
sich zwischen den beiden Kupplungsteilen berührenden Flächen
teilweise eine zylindrische Form auf, und die hydraulische Abdichtung
zwischen ihnen kommt zustande mittels einer zwischen den Flächen
eingesetzten ringförmigen Dichtung.
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Die Entkupplung der Rohre erfolgt nach geeigneter
Positionierung
des drehbaren Rings, indem eine axiale Trennkraft auf
dieselben ausgeübt wird. Diese Entkupplung wird erschwert und
gelegentlich verhindert, da ein Biegemoment zwischen den Rohren selbst
vorhanden ist, das sich leicht bei Kupplungen auf hoher See oder unter
schwierigen Umgebungsbedingungen bemerkbar macht.
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Gleiches gilt für FR-A-492330 und FR-A-2608250.
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Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung
einer Schnellkupplung für Rohre, mit der diese auch dann entkuppelt
werden können, wenn ein Biegemoment vorhanden ist.
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Eine weitere Aufgabe ist die Herstellung einer
Rohrschnellkupplung, die auch eine vollkommene hydraulische Abdichtung
zwischen den Rohren herstellt.
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Gemäß der Erfindung wird somit eine Rohrschnellkupplung nach
der Definition in Anspruch 1 geschaffen.
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Es wird ohne weiteres verständlich, daß die konische Kupplung
zwischen dem rohrförmigen Einsteckteil und dem rohrförmigen
Aufnahmeteil die leichte Trennung der Teile auch dann ermöglicht, wenn
ein Biegemoment vorhanden ist.
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Unter dieser Bedingung sichert der gleitende Ring eine
vollkommene hydraulische Abdichtung, die beim Gebrauch der Kupplung
noch verstärkt wird durch den Druck des zu befördernden Fluids, der
auf die Rückseite des gleitenden Rings wirkt und dadurch auf eine
Fläche mit einem Abschnitt wirkt, der in bezug auf diesen größer
ist und mit einer ringförmigen vorderen Dichtung versehen ist, auf
die der Ring in der Gegenrichtung wirkt.
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Die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlicher
gemacht durch zwei Ausführungsformen, die als nicht einschränkende
Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, worin:
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Fig. 1 eine erste Rohrschnellkupplung gemäß der Erfindung in
einem Axialschnitt längs der Linie I - I von Fig. 2 zeigt;
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Fig. 2 die Kupplung in einer Längsquerschnittsansicht längs
der Linie II - II von Fig. 1 zeigt;
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Fig. 3 eine Kupplung gemäß der Erfindung in einem Axialschnitt
längs der Linie III - III von Fig. 4 zeigt;
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Fig. 4 die Kupplung in einer Längsquerschnittsansicht längs
der Linie IV - IV von Fig. 3 zeigt;
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Fig. 5 einen Teil der Kupplung von Fig. 3 beim Entkuppeln
zeigt.
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In Fig. 1 und Fig. 2 in den Zeichnungen umfaßt die darin
dargestellte Kupplung ein rohrförmiges Einsteckteil 1 und ein
rohrförmiges Aufnahmeteil 2, die jeweils von einem geflanschten Abschnitt
3, 4 und durch einen hervorstehenden axialen Abschnitt 5, 6
gebildet werden. Die geflanschten Abschnitte 3, 4 sind dazu bestimmt,
mit Hilfe von Schrauben, die in Löcher 7, 8 eingesetzt sind, an
jeweiligen miteinander zu verbindenden Rohren befestigt zu werden.
Die hervorstehenden Abschnitte 5, 6 können ihrerseits miteinander
gekuppelt werden, um einen einzelnen zylindrischen Kanal 9 für den
Strom des Fluids von einem Rohr zum anderen längs einer gemeinsamen
Achse 10 zu bilden.
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Die Kupplung zwischen dem rohrförmigen Teil 1 und dem
rohrförmigen Teil erfolgt über jeweilige Kontaktflächen 25, 26, die mit
einer konischen Fläche axial über ihre gesamte Länge verlaufen.
Auf Grund dieser Gestaltung können sie auch dann getrennt werden,
wenn zwischen den Rohren ein Biegemoment vorhanden ist.
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Die wechselseitige Verbindung zwischen den beiden rohrförmigen
Teilen 1 und 2 und somit diejenige zwischen den beiden Rohren, die
vorher an diesen befestigt wurden, kommt zustande durch
Schnellkupplungs- und -entkupplungseinrichtungen, die eine Vielzahl von
Spannsegmenten 11 umfassen, die am Umfang in einer Ebene verteilt
sind, die senkrecht zu der Strömungsachse 10 verläuft, und radial
verschiebbar in jeweiligen radialen Fenstern 12 des hervorstehenden
Abschnitts 6 des rohrförmigen Teils 2 untergebracht sind.
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Über der am Umfang angeordneten Folge von Spannsegmenten 11 an
dem rohrförmigen Teil 2 ist ein drehbarer Ring 13 angeordnet, der
so betätigt werden kann, daß er sich über einen Regelungsstab 14
(oder als Alternative über einen Ergänzungsstab 45, der in ein in
Fig. 2 dargestelltes Blindloch 46 eingesetzt werden kann) dreht und
in der Position der wechselseitigen Kupplung der rohrförmigen Teile
1, 2 mittels eines Stiftes 27 festgespannt werden kann, der sich
radial durch den Ring 13 erstreckt und in eine Sitzfläche 28 des
hervorstehenden Abschnitts 6 des Kupplungsteils 2 eingeführt
werden kann. Das Herausziehen des Stiftes 27 aus der Sitzfläche 28
zwecks nachfolgender Freigabe des drehbaren Rings 13 kann erfolgen
durch eine Drehung des Stellhebels 14, mit dem ein Bund 29
verbunden ist, um eine Drehachse 30 desselben nach Abnahme des
Arretierungsstiftes 31.
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Wie in Fig. 2 zu sehen ist, wirkt die Innenwand des drehbaren
Rings 13 mit der Außenwand der Segmente 11 zusammen, um die
letzteren in Richtung zu der Strömungsachse 10 zu schieben, und mit
radial angeordneten inneren Sitzflächen, die in Form eines
durchgehenden Schlitzes 15 in der Außenwand des hervorstehenden Teils 5
des rohrförmigen Teils 1 ausgebildet sind. In der gleichen
Innenwand des drehbaren Rings 13 sind andererseits einige radial
angeordnete Sitzflächen 16 eingelassen (je eine für jedes Segment 13),
die dann, wenn der Ring 13 in bezug auf die Position in Fig. 2
gedreht wird, die Segmente 11 aufnehmen können, wenn diese aus der
ringförmigen Sitzfläche 15 des rohrförmigen Teils 1 heraustreten.
Die Abschrägungen 17, 18 der Segmente 11 greifen so mit den
entsprechenden Abschrägungen 19, 20 der Sitzflächen 15 und 16 (Fig. 1
und 2) zusammen, daß dadurch die radiale Verschiebung der Segmente
11 leichter wird, wie später zu erläutern ist.
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Mit einem vorderen Schulterteil 32 des Aufnahmeteils 2 ist
über Gleitstifte 33 ein gleitender vorderer Axialdichtungsring 21
verbunden, der von Federn 34 elastisch gegen ein vorderes
Schulterteil 32 des Einsteckteils 1 gedrückt wird und mit einer vorderen
ringförmigen Dichtung 35 versehen ist, so daß die hydraulische
Abdichtung zwischen den beiden Kupplungselementen 1 und 2 auch dann
gesichert wird, wenn zwischen den Rohren selbst ein Biegemoment
vorhanden ist.
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Das Kuppeln und Entkuppeln der rohrförmigen Teile findet in
folgender Weise statt. wenn der Stab 14 in der Spannstellung wie in
Fig. 2 positioniert ist, ist der drehbare Ring 13 seinerseits in
einer solchen Position gespannt, daß seine Innenwand gegen die (in
den Fenstern 12 des rohrförmigen Teils 2 untergebrachten)
Spannelemente 11 drückt und diese im Eingriff in die ringförmig
angeordnete Sitzfläche 15 des rohrförmigen Teils 1 hält. Auf diese
Weise werden die beiden rohrförmigen Teile 1 und 2 fest
zusammengekuppelt, und infolgedessen werden die beiden Rohre an den beiden
rohrförmigen Teilen 1, 2 befestigt. Durch den gemeinsamen Kanal 9
kann das behandelte fluide Produkt aus einem in das andere der
beiden Rohre befördert werden.
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Zum schnellen Entkuppeln der Rohre genügt es, den Stift 27 mit
dem Regelungsstab 14 anzuheben und dann (mit der Hand oder
hydraulisch) auf den Stab selbst (oder auf den Ergänzungsstab 45) so
einzuwirken, daß die Drehung des drehbaren Rings 13 bewirkt wird,
dessen radial angeordnete Sitzflächen 16 auf diese Weise in Gegenlage
zu den beweglichen Segmenten 11 gebracht werden. Dabei reicht eine
axiale Trennkraft, die die beiden Rohre auf die entsprechenden
rohrförmigen Teile 1 und 2 aufbringen, auf Grund der
zusammenwirkenden Abschrägungen 17 und 19 der Segmente 11 und der ringförmigen
Sitzfläche 15 aus, um die Segmente 11 radial aus der Sitzfläche 15
heraus und in die Sitzflächen 16 des drehbaren Rings 13 zu
verschieben, wobei nachfolgend die rohrförmigen Teile 1 und 2 und die
an diesen befestigten Teile wechselseitig verschoben und damit
entkuppelt werden.
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Auf Grund der konischen Gestaltung der Flächen 25, 26 beim
wechselseitigen Zusammengriff zwischen den Kupplungsteilen 1 und
2 kann die Trennung zwischen den beiden oben erwähnten Teilen
erfolgen, indem sie um die äußerste Kontaktstelle dazwischen gedreht
werden, selbst wenn eine von einem Biegemoment begleitete
Axialkraft vorhanden ist.
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Andererseits reicht es zur schnellen Neukupplung der Rohre
aus, die hervorstehenden Axialabschnitte 5 und 6 der beiden
rohrförmigen Teile 1 und 2 wieder ineinander zu kuppeln und dann den
Regelungsstab 14 rasch wieder in die in Fig. 2 dargestellte
Position zu bewegen, um damit den Eingriff zwischen der Innenwand des
drehbaren Rings 13 und den Spannsegmenten 11 wieder herzustellen.
Die letzteren werden dann wieder in die ringförmige Sitzfläche 15
des rohrförmigen Teils 2 eingeführt, wobei dies erleichtert wird
durch das Zusammenwirken zwischen den Abschrägungen 18 der Segmente
11 und den Abschrägungen 20 der Sitzflächen 16. Die beiden
rohrförmigen Teile 1 und 2 und somit die beiden Rohre werden auf diese
Weise fest miteinander verbunden, wobei der Stift 27 dafür sorgt,
daß der Spannzustand erhalten bleibt.
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Unter dieser Bedingung wird der gleitende vordere
Axialdichtring 21 elastisch gegen das vordere Schulterteil 22 des
rohrförmigen Teils 1 gedrückt, so daß die hydraulische Abdichtung zwischen
den rohrförmigen Teilen 1 und 2 gesichert wird. Diese Abdichtung
wird bei Gebrauch noch verbessert durch den Druck des beförderten
Fluids, das an der Rückseite des gleitenden Rings 21 auf eine
Schubfläche trifft, die größer ist als diejenige in der
Gegenrichtung und umschrieben wird von der Dichtung 35, wobei folglich eine
Schubdifferenz in der Eingriffsrichtung mit dem vorderen
Schulterteil 22 des Kupplungsteils 1 eintritt.
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Die Kupplung in Fig. 3 - FIg. 5 ist konzeptionell identisch
mit der von Fig. 1 und Fig. 2, von der sie sich nur dadurch
unterscheidet, daß die Bewegung der Segmente 11 durch einen axial
verschiebbaren Ring 61 bewirkt wird, der hydraulisch mit Hilfe von Öl
betätigt wird, das in geeigneter Weise in ringförmigen Kammern 62
(zum Spannen) und 63 (zum Entspannen) zugeführt wird.
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Durch die komplementären Abschrägungen 64 und 65 des Rings 61 und
des Segments 11 kann die axiale Vorwärtsbewegung des Rings 61 in
eine wechselseitige transversale Bewegung der Segmente 11
aufeinander zu umgewandelt werden, so daß die letzteren in den
ringförmigen Schlitz 15 im Einsteckteil 1 der Kupplung eingeführt werden.
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Fig. 3 und Fig. 4 zeigen die Kupplung und insbesondere die
Segmente 11 und den Ring 61 in gespanntem Zustand, während Fig. 5
die gleichen Teile der Kupplung in ungespanntem Zustand zeigt,
wobei sich der Ring 61 in der hinteren Position befindet und die
Segmente 11 aus dem Schlitz 15 gezogen sind.