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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Unterwasserkopplungen zum Verbinden
von Abschnitten von rohrförmigen
Gegenständen.
Genauer betrifft sie Unterwasserkopplungen für Rohrleitungen, die für elektrische
oder Lichtwellenleiterkabel verwendet werden.
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Die
Hochsee-Erdölexploration
und -produktion ist ein zunehmend wichtiger Teil der Energieindustrie.
Mit der wachsenden Ausgereiftheit des Prozesses besteht ein zunehmender
Bedarf an einer Datenkommunikation und dem Austausch von Steuersignalen
zwischen Oberflächeneinrichtungen
(z.B. einer Bohrplattform oder einer Produktionsplattform) und der
Ausrüstung
am Meeresboden oder in der Bohrlochbohrung. Sogenannte "intelligente Bohrlöcher" weisen Sensoren
im Bohrloch und/oder im Bohrlochkopf auf, die Daten im Zusammenhang
mit dem Zustand des Bohrlochs zur Bedienungsperson senden, die die
Leistung des Bohrlochs überwacht. Hydraulikleitungen
werden häufig
für Steuerzwecke verwendet.
Elektrische Kabel werden typischerweise verwendet, um Daten zu übertragen.
Doch in der Meeresumgebung führt
eine undichte Stelle in einem elektrischen Kabel aufgrund der hohen
Leitfähigkeit von
Meerwasser fast immer zu einem Kurzschluss. Demgemäß bietet
eine Datenübertragung
unter Verwendung von Lichtwellenleiterkabeln einen bedeutenden Vorteil.
Ein Lichtwellenleitersystem ist dem Kupferdrahtsystem, das es ersetzt, ähnlich.
Der Unterschied ist, dass die Lichtwellenleitertechnik Lichtimpulse
verwendet, um Informationen über
dünne Stränge von
Glas ("Fasern") zu übertragen,
anstatt elektronische Impulse zu verwenden, um Informationen durch
Kupferleitungen zu übertragen.
Systeme auf Basis der Lichtwellenleitertechnik bieten Vorteile bei
der Geschwindigkeit; der Bandbreite; der Entfernung, über die
Signale übertragen
werden können,
ohne eine "Auffrischung" oder eine Verstärkung zu
benötigen;
der Beständigkeit
gegenüber
elektromagnetischem Rauschen; und dem Wartungsbedarf.
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Lichtwellenleiter-Verbinder
waren herkömmlich
das bedeutendste Anliegen bei der Verwendung von Lichtwellenleitersystemen.
Die ideale Verbindung einer Faser mit einer anderen würde zwei
optisch und physisch identische Fasern aufweisen, die durch einen
Verbinder oder eine Spleißung
gehalten werden, der bzw. die sie direkt an ihren Mittelachsen ausrichtet.
Doch in der Wirklichkeit stellt ein Systemverlust aufgrund der Faserverbindung
einen Faktor dar. Ein Verbinder sollte die Fasern an ihren Mittelachsen
ausrichten, doch wenn die Achse einer Faser nicht mit der Achse
der anderen Faser übereinstimmt,
kommt es zu einer seitlichen Verschiebung. Eine Verschiebung von
nur 10 % des Kernachsendurchmessers führt zu einem Verlust von etwa
0,5 dB. Da es der winzige Kern eines Lichtwellenleiters ist, der
das tat sächliche
Licht überträgt, ist
es unbedingt erforderlich, dass die Faser richtig mit Emittern in
Sendern, Photodetektoren in Empfängern
und benachbarten Fasern in Spleißungen ausgerichtet ist. Dies
ist die Funktion des optischen Verbinders. Aufgrund der geringen
Größen der
Fasern ist der optische Verbinder gewöhnlich eine Hochpräzisionsvorrichtung
mit Toleranzen in der Größenordnung
von Bruchteilen eines Tausendstels eines Zolls. Demgemäß wird die
Systemintegrität
verbessert und werden die Kosten verringert, wenn die Lichtwellenleiterverbindungen
und -spleißungen
auf ein Minimum verringert werden. Das Spleißen wird nur nötig, wenn
die Kabelläufe
für einen
geraden Zug zu lang sind. Das Herstellen einer Spleißung in
einem Lichtwellenleiterkabel ist um ein vielfaches schwieriger und
teurer, wenn es unter Wasser erfolgen muss. Demgemäß ist das
Vermeiden von Spleißungen
in einem Lichtwellenleiterkabel in der Unterwasserumgebung von besonderer
Wichtigkeit.
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Eine
Weise, Spleißungen
in einem Lichtwellenleiter zu vermeiden, ist, das Kabel in einer
Rohrleitung anzuordnen, die die gesamte zu überquerende Entfernung abdeckt.
Kopplungen werden verwendet, um mehrere Abschnitte der Rohrleitung
zu verbinden, um einen fortlaufenden Durchgang von der Quelle zum
Bestimmungsort zu erzeugen. Dann kann ein einzelner Zug eines Lichtwellenleiterkabels durch
den Rohrleitungsdurchgang gefädelt
werden, ohne dass Spleißungen
benötigt
werden. Diese Technik erfordert Kopplungen, die einen im Wesentlichen
geraden Weg durch den Körper
der Kopplung bereitstellen, und ein Fehlen von Merkmalen, die verursachen
könnten,
dass sich das Kabel "aufhängt", wenn es hindurchverläuft.
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Ein
Lichtwellenleiterkabel wird häufig über viel
längere
Entfernungen als ein elektrisches Kabel gezogen. Fortlaufende Faserzüge von mehr
als 4.000 Fuß sind
nicht ungewöhnlich.
Diese langen Züge
verringern die Anzahl der Spleißungen
im Faserkabel auf ein Minimum, was für die Faserleistung erwünscht ist.
Das geringe Gewicht des Kabels macht diese langen Züge möglich, obwohl
eine richtige Schmierung und eine gute Rohrleitungseinrichtung ebenfalls
Notwendigkeiten darstellen. Die Anordnung eines Lichtwellenleiterkabels
in einer Rohrleitung ist völlig
alltäglich.
Die Rohrleitung bietet einen Schutz vor einem Zerdrücken, einem
umweltbedingten Reißen,
Tieren, und anderen umweltbedingten Beanspruchungen, sowie einen
leichteren Austausch oder eine leichtere Aufrüstung in der Zukunft.
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Lichtwellenleiterkabel
können
durch eine fluiddichte Rohrleitung gefädelt werden, indem eine Kugel,
die einen Durchmesser aufweist, der dem Innendurchmesser der Rohrleitung
ungefähr
gleich ist, am vorderen Ende des Kabels angebracht wird. Dann kann
Fluid unter Druck durch die Rohrleitung gepumpt werden, und die
Kugel wirkt wie ein Kolben in einem Zylinder (der durch die Rohrleitungswände definiert
wird) und zieht das Lichtwellenleiterkabel durch die Rohrleitung.
Das Fluid kann so gewählt oder
formuliert werden, dass es eine Schmiertätigkeit für die Kabelummantelung bereitstellt,
die durch die Rohrleitung gleitet. Man wird verstehen, dass dieses Verfahren
erfordert, dass Abschnitte der Rohrleitung durch fluiddichte Kopplungen
verbunden sind.
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Abschnitte
von Rohrleitungen für
Lichtwellenleiterkabel, elektrische Kabel und dergleichen müssen auf eine
solche weise miteinander verbunden sein, dass sich ein gerader und
glatter Durchgang durch die Kopplungsvorrichtung ergibt. Dies liegt
daran, dass das Kabel, die Faser oder der Draht gewöhnlich durch
die Rohrleitung gezogen oder gefädelt
werden muss. Jedwede Unterbrechung der Innenfläche der Rohrleitung bietet
die Möglichkeit
eines Hakens. In der Unterwasserumgebung besteht auch die Notwendigkeit,
zu verhindern, dass Meeresorganismen und Fremdkörper in eine offene Rohrleitung
eindringen. Herkömmliche
Rohrleitungskopplungen stellen kein Mittel bereit, um die Rohrleitung abzudichten,
wenn eine Kopplung offen ist.
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Hydraulikkopplungen
in einer Vielfalt von Gestaltungen werden routinemäßig in Hochsee-Erdölexplorations-
und -produktionseinrichtungen verwendet. 1 ist eine Querschnittansicht einer derartigen
Kopplung des Stands der Technik. Die Kopplungen bestehen im Allgemeinen
aus einem Einsteckelement und einem Aufnahmeelement mit verbindenden,
abgedichteten Fluiddurchgängen.
Das Aufnahmeelement ist im Allgemeinen ein zylinderförmiger Körper mit
einer Längsbohrung
mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser
an einem Ende und einer Längsbohrung
mit einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser
am anderen. Die kleine Bohrung erleichtert Anschlüsse an Hydraulikleitungen,
während die
große
Bohrung das Einsteckelement der Kopplung abdichtet und gleitend
damit in Eingriff tritt.
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Das
Einsteckelement umfasst einen zylinderförmigen Körper mit einem Sondenabschnitt,
der dem Durchmesser der Bohrung des Aufnahmeelements ungefähr gleich
ist, und einem Anschluss an seinem anderen Ende, um Anschlüsse an Hydraulikleitungen
zu erleichtern. Wenn der Sondenabschnitt des Einsteckelements in
die Bohrung des Aufnahmeelements eingesetzt wird, wird nach verschiedenen Ausführungsformen
der Vorrichtung ein Fluidfluss zwischen dem Einsteckelement und
dem Aufnahmeelement hergestellt.
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Obwohl
Hydraulikleitungen am gebräuchlichsten
aus einem rohrförmigen
Material gebildet sind, sind die Hydraulikkopplungen des Stands
der Technik zur Verbindung von Längen
einer rohrförmigen
Rohrleitung ungeeignet. Wie es bei derartigen Hydraulikkopplungen
typisch ist, weist sowohl das Einsteckelement als auch das Aufnahmeelement
ein Ablassventil auf, das sich automatisch schließt, wenn die
Kopplungshälften
getrennt sind, um Hydraulikfluid an einem Auslaufen und Meerwasser
an einem Eindringen in das System zu hindern. Die Natur der Ablassventile
ist dergestalt, dass der Fluidweg durch die Kopplung nicht gerade,
sondern vielmehr ein gewundener Weg ist. Ein derartiger Weg ist
für Hydraulikfluid
annehmbar, aber für
eine Rohrleitung, durch die ein Kabel geführt werden muss, ungeeignet.
Beispiele für
Unterwasser-Hydraulikkopplungen sind in der US-Patentschrift Nr.
4,694,859 und in der US-Patentschrift Nr. 6,626,207 und in der US-Patentschrift Nr.
6,375,153 offenbart.
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Was
benötigt
wird, ist eine zur Verwendung in der Unterwasserumgebung geeignete
Rohrleitungskopplung, die einen gerade hindurchgehenden Durchgang
und einen automatischen Verschluss des Durchgangs, wenn die Kopplung
entkoppelt ist, bereitstellt. Die vorliegende Erfindung löst dieses
Problem.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Einsteck-
und Aufnahme-Kopplungshälften sind
dazu geeignet, einen gerade hindurchgehenden Rohrleitungsweg bereitzustellen,
wenn sie miteinander verbunden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Einsteckelement ein Gleittor auf, das sich automatisch öffnet, wenn
die Kopplungshälften
verbunden sind, und den mittleren Durchgang automatisch absperrt,
wenn die Kopplungshälften
getrennt sind. Das Tor verhindert, dass Fremdkörper in den mittleren Durchgang
eindringen, wenn die Kopplung entkoppelt ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG(EN)
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1 ist
eine Querschnittansicht einer Unterwasserkopplung des Stands der
Technik.
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2A ist
eine Querschnittansicht einer Rohrleitungskopplung der Erfindung,
wobei die Einsteck- und die Aufnahmehälfte entkoppelt sind.
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2B ist
eine Querschnittansicht der in 2A veranschaulichten
Rohrleitungskopplung, wobei die Kopplungshälften vollständig verbunden sind.
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3 ist
eine rechtwinkelige Querschnittansicht des Gleittorelements, das
einen Teil der Rohrleitungskopplung bildet, die in 2A und 2B veranschaulicht
ist.
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4A ist
eine Querschnittansicht einer Rohrleitungskopplung nach einer zweiten
Ausführungsform
der Erfindung, wobei die Einsteck- und die Aufnahmehälfte entkoppelt
sind.
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4B ist
eine Querschnittansicht der in 4A veranschaulichten
Rohrleitungskopplung, wobei die Kopplungshälften vollständig verbunden sind.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf 2A ist eine Kopplung nach der
vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei das Einsteck- und das Aufnahmekopplungselement
entkoppelt sind. Das Aufnahmekopplungselement 10 kann einen
im Allgemeinen zylinderförmigen Körper 14 umfassen,
der eine mittlere Bohrung mit verschiedenen Durchmessern aufweist,
die in der veranschaulichten Ausführungsform eine Aufnahmekammer 12,
eine Verrohrungsfassung 17, und einen mittleren Fließdurchgang 18,
der die Fassung 17 mit der Aufnahmekammer 12 verbindet,
aufweist.
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Das
Aufnahmekopplungselement 10 kann ferner eine radiale Dichtung 24 umfassen,
die durch eine Dichtungshaltemutter 27 an einer Schulter 23 in ihrer
Stellung gehalten wird. Die Dichtungshaltemutter 27 kann
einen Gewindeabschnitt 29 zum Eingriff mit dem Kopplungskörper 14 aufweisen.
Schwalbenschwanzschultern 23 und 25 bilden zusammen
eine schwalbenschwanzförmige
umfängliche
Rille an der Innenfläche
der Aufnahmekammer 12, um die Dichtung 24 zu halten.
Schwalbenschwanzverriegelungen widerstehen der einwärts gerichteten
radialen Kraft auf die Dichtung, die sich ergibt, wenn in der Aufnahmekammer 12 ein
Unterdruck erzeugt wird, wenn das Einsteckelement abgezogen wird.
Ohne dieses Merkmal (oder seine Entsprechung) neigen elastomere
radiale Dichtun gen dazu, in die Aufnahmekammer zu implodieren, wenn
die Fläche
des Einsteckelements beim Abziehen die Ebene der Dichtung kreuzt.
Beispielsweise kann die radiale Dichtung 24 aus einem Elastomer,
einem starreren Polymer wie etwa einem linearen aromatischen halbkristallinen
Polymer (z.B. Polyetherehterketon (PEEK)), einem Fluorkohlenwasserstoff
(z.B. TEFLON) oder dergleichen gebildet sein. Die Dichtung 24 kann
auch eine Metalldichtung wie etwa eine druckangeregte Ringdichtung
sein. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die Dichtung 24 eine äußere umfängliche
Rille auf, um einen O-Ring 26 zu halten, der eine Abdichtung
zwischen dem Aufnahmekopplungskörper 14 und
dem radialen Dichtungselement 24 vornimmt.
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In
der Ausführungsform,
die in 2 gezeigt ist, umfasst der Übergang
in der mittleren Bohrung zwischen der Fassung 17 und dem
mittleren Durchgang 18 eine abgeschrägte Fläche 22. In der gleichen
Weise umfasst der Übergang
zwischen der mittleren Bohrung 18 und der Aufnahmekammer 12 eine Abschrägung 20.
Derartige Abschrägungen
verringern die Wahrscheinlichkeit, dass Kabel, Rohre oder Lichtwelleleiterkabel
an den Schultern zwischen Durchmessern hängen bleiben werden, wenn ihre Enden
durch die Rohrleitungskopplung geführt werden. Doch diese Abschrägungen sind
optional, und Ausführungsformen,
die rechtwinkelig geschultert aufeinandertreffende Durchgänge aufweisen,
liegen innerhalb des Umfangs der Erfindung.
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Das
Einsteckkopplungselement 30 umfasst ebenfalls einen im
Allgemeinen zylinderförmigen Körper 32 mit
einer mittleren Bohrung, die verschiedene Durchmesser aufweist.
Der Körper 32 kann
einen Flansch 34 zur An bringung des Einsteckkopplungselements 30 umfassen.
Der Flansch 34 kann so in der Größe bemessen sein, dass er mit
dem Ende 15 des Aufnahmekopplungselements 10 in
Kontakt tritt, wenn das Einsteckelement vollständig in die Aufnahmekammer 12 der
Aufnahmekopplungshälfte 10 eingesetzt
ist. Das Einsteckelement 30 kann eine Verrohrungsfassung 17 zum
Anschluss der Einsteckkopplungshälfte 30 an
rohrförmige
Gegenstände (nicht
gezeigt) aufweisen.
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In
der Ausführungsform,
die in 2 gezeigt ist, umfasst der Übergang
in der mittleren Bohrung zwischen der Fassung 17 und dem
mittleren Durchgang 36 eine abgeschrägte Fläche 29. In der gleichen
Weise umfasst der Übergang
zwischen dem mittleren Durchgang 36 und der Öffnung der
mittleren Bohrung in die Aufnahmekammer 12, wenn die Kopplung
verbunden ist, eine Abschrägung 38.
Derartige Abschrägungen
verringern die Wahrscheinlichkeit, dass Drähte, Rohre oder Lichtwellenleiterkabel an
den Schultern zwischen Durchmessern hängen bleiben werden, wenn ihre
Enden durch die Rohrleitungskopplung geführt werden.
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Der
Körper 32 kann
auch eine abgeschrägte Fläche 37 umfassen,
die dabei hilft, die Sonde des Einsteckelements 30 während des
Einsetzens in die Aufnahmekammer 12 des Aufnahmeelements 10 zu zentrieren.
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Der
Körper 32 des
Einsteckelements 30 kann auch eine Querbohrung 41 zur
Aufnahme eines Gleittors 40 und einer Druckfeder 52 umfassen.
Das Tor 40 ist in 3 in einem
rechtwinkeligen Querschnitt gezeigt – d.h., die Ansicht von 3 liegt
in einem Winkel von 90° zu
jener von 2.
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Das
Tor 40 umfasst einen Schlitz 46, der so in der
Größe bemessen
ist, dass er einen Haltestift 44 in einem gleitenden Eingriff
anbringt. Das Tor 40 umfasst auch eine Öffnung 48, die in
der veranschaulichten Ausführungsform
eine runde Öffnung
mit ungefähr
dem gleichen Durchmesser wie jenem des Fließdurchgangs 36 ist.
Ein Ende des Tors 40 ist abgerundet, um einen Nockenstößel 50 zu
bilden.
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Wie
in 2 gezeigt wird das Tor 40 durch den
Haltestift 44 in der Querbohrung 41 gehalten. Der
Haltestift 44, der im Schlitz 46 wirkt, verhindert auch
eine Drehung des Tors 40 in der Bohrung 41. Das
Tor 40 ist so in der Größe bemessen,
dass es als Reaktion auf die Wirkung der Druckfeder 52 und
des Nockenstößels 50 in
der Bohrung 41 gleitet. Wenn keine Kraft auf den Nockenstößel 50 ausgeübt wird, verursacht
die Druckfeder 52, dass sich das Gleittor 40 in
die in 2A gezeigte Stellung bewegt.
Eine Bewegung des Tors 40 unter dem Einfluss der Feder 52 aus
der Bohrung 41 wird durch den Haltestift 44, der
mit dem Endpunkt des Schlitzes 46 in Kontakt tritt, verhindert.
In dieser Stellung – der
geschlossenen Stellung – richtet
sich der feste Abschnitt 42 des Tors 40 mit dem
mittleren Durchgang 36 aus und verschließt er diesen.
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In
der Ausführungsform,
die in 2 gezeigt ist, umfasst die
Dichtungshaltemutter 27 eine Nockenfläche 28. Die Nockenfläche 28 ist
so in der Größe bemessen
und positioniert, dass der Nockenstößel 50 des Tors 40 mit
der Nockenfläche 28 in
Kontakt tritt und verursacht, dass das Tor 40 in der Bohrung 41 gleitet
und die Feder 52 zusammendrückt, wenn das Einsteckele ment 30 in
die Aufnahmekammer 12 des Aufnahmeelements 10 eingesetzt
wird. Das Tor 40 und der Nockenstößel 50 sind so in
der Größe bemessen,
dass sich die Öffnung 48 im
Tor 40 mit dem mittleren Durchgang 36 ausrichtet
und dadurch einen gerade hindurchgehenden Durchgang von einem Ende
der Kopplung zum anderen bereitstellt, wenn das Einsteckelement 30 vollständig in das
Aufnahmeelement 10 eingesetzt ist, wie in 2B veranschaulicht
ist.
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In
der gleichen Weise drängt
die Feder 52 das Tor 40 in die geschlossene Stellung,
wenn die Kopplungshälften
voneinander getrennt (entkoppelt) sind.
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In
einer Ausführungsform
ist das Tor 40 dazu gestaltet, ein Eindringen von Fremdkörpern in
den Durchgang 36 zu verhindern, wenn die Kopplungselemente
getrennt sind. In einigen Unterwasseranwendungen kann diese Funktion
angemessen durchgeführt
werden, ohne dass das Tor 40 eine fluiddichte, druckbeständige Dichtung
bereitstellt. Demgemäß kann das
Tor 40 aus einem Polymer, einem Verbundmaterial wie etwa
einem glasfaserverstärkten Polymer,
oder Metall gebildet sein. TEF-LONTM-Fluorkohlenwasserstoffe und DELRINTM-Acetalpolymere sind besonders bevorzugt,
da sie selbstschmierend sind und daher den Gleitvorgang des Tors 40 in der
Bohrung 41 erleichtern. In der Querbohrung 41 kann
eine Ablassöffnung 54 bereitgestellt
sein, um den Fluiddruck in der Bohrung (41) zu entlasten,
wodurch ein Hydraulikverschluss verhindert wird. In einigen Ausführungsformen
kann der Sitz des Tors 40 in der Bohrung 41 jedoch
eine ausreichende Toleranz aufweisen, dass die Ablassöffnung 54 nicht
benötigt wird – d.h.,
Fluid im Abschnitt der Bohrung 41, der durch die Feder 52 einge nommen
wird, durch den Ring entweichen kann, der das Tor 40 umgibt,
wenn sich das Tor 40 in die offene Stellung bewegt. In
anderen Ausführungsformen
kann das Tor 40 und/oder die Bohrung 41 jedoch
dazu geeignet sein, durch Verwendung von Dichtungen und Dichtungsverfahren,
die in der Technik wohlbekannt sind, eine fluiddichte, druckbeständige Abdichtung
des mittleren Durchgangs 36 bereitzustellen.
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Eine
alternative Ausführungsform
der Erfindung ist in 3A und 3B gezeigt. In dieser Ausführungsform
weist die Aufnahmekammer 112 des Aufnahmekopplungselements 110 drei
Abschnitte auf: einen ersten Abschnitt, der einen ersten (kleineren) Durchmesser 160 aufweist;
einen zweiten Abschnitt, der einen zweiten (größeren) Durchmesser 164 aufweist;
und einen dritten Abschnitt, der einen geneigten Übergang 162 zwischen
dem ersten und dem zweiten Durchmesser umfasst. Der Sondenabschnitt des
Einsteckkopplungselements 130 kann entsprechende Abschnitte
aufweisen, um eine gleitende Passung in die Aufnahmekammer 112 des
Aufnahmeelements 110 bereitzustellen – d.h., einen Abschnitt, der
einen ersten (kleineren) Durchmesser 170 aufweist, und
einen Abschnitt, der einen zweiten (größeren) Durchmesser 174 aufweist,
die durch eine Schulter 178 getrennt sind. Die Schulter 178 kann
eine Abschrägung 176 aufweisen,
um die Zentrierung des Einsteckelements 130 beim Einsetzen
in das Aufnahmeelement 110 zu unterstützen.
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Das
Tor 140 befindet sich vorzugsweise in dem Abschnitt des
Einsteckkopplungselements 130, der den kleineren Durchmesser 170 aufweist.
Um die Langlebigkeit der Dichtung 124 zu verlängern, sind die
Durchmesser 164 und 174 vorzugsweise so gewählt, dass
sie si cherstellen, dass der Nockenstößel 150 des Tors 140 während des
Einsetzens oder Entfernens des Einsteckelements 130 in
das bzw. aus dem Aufnahmeelement 110 nicht mit der Dichtung 124 in
Kontakt tritt. Der Innendurchmesser der Dichtung 124 und
die Bewegung des Nockenstößels 150 – d.h.,
der Überstand
des Nockenstößels 150 über den
Durchmesser 170 hinaus, wenn sich das Tor 140 in
der geschlossenen Stellung befindet – sollten berücksichtigt
werden.
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In
der Ausführungsform,
die in 3 veranschaulicht ist, wirkt der geneigte Übergang 162 an der
Innenwand der Aufnahmekammer 112 als eine Nocke für den Nockenstößel 150.
Wenn das Einsteckelement 130 in die Aufnahmekammer 112 eingesetzt
wird, bewegt sich das Tor 140 unter der Wirkung der Nocke 150 in
die offene Stellung. Wenn die Kopplungshälften gelöst werden, verursacht die Wirkung
der Feder 152, dass sich das Tor 140 in die geschlossene
Stellung bewegt, wenn der Nockenstößel 150 den geneigten Übergang 162 zwischen
dem ersten Durchmesser 160 und dem zweiten Durchmesser 164 überquert.
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Die
Ausführungsform
der Erfindung, die in 3 gezeigt ist, weist den Vorteil
auf, dass der Nockenstößel 150 des
Tors 140 während
des Verbindens und Entkoppelns der Kopplung nicht mit der Dichtung 124 in
Kontakt tritt (und sie möglicherweise beschädigt). Dies
wird auf Kosten einer Kopplung mit einem Durchmesser erreicht, der
verglichen mit der in 2 gezeigten
Ausführungsform
größer ist.
Die Dichtung 124 kann größer als die Dichtung 24 sein und
einen größeren Oberflächenkontakt
mit dem Sondenabschnitt der Ein steckkopplungshälfte aufweisen. Als Ergebnis
kann die Einsetz- und die Abziehkraft höher sein.
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Kopplungen
nach der vorliegenden Erfindung sind zum verbinden von rohrförmigen Gegenständen, die
verwendet werden, um Fluida zu befördern, wie auch für Rohrleitungen,
die verwendet werden, um Kabel, Drähte, Lichtwellenleiterbündel, oder sogar
Rohre von kleinerem Durchmesser (z.B. Kapillarrohre), welche zur
Beförderung
anderer Fluida, z.B. Schmiermittel und Kesselsteingegenmittel für elektrische
Unterwasserpumpen ("ESPs"), Spezialgase, Hydraulikfluid
und dergleichen verwendet werden, zu enthalten und zu schützen, geeignet.
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Da
Rohrleitungskopplungen manchmal durch Taucher oder fernbediente
Fahrzeuge ("ROVs") unter Wasser verbunden
werden müssen,
wurde herausgefunden, dass der Verbindungsvorgang durch das Anordnen
von mehreren Kopplungen an gegenüberliegenden
Verbindungsplatten beschleunigt werden kann. Die Verbindungsplatten
halten die Kopplungen in Stellung und sind mit Mitteln zur Befestigung
der beiden Platten nahe aneinander versehen, um die einzelnen Kopplungen
in einem verbundenen Zustand zu behalten.
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Einsteck-
und Aufnahmekopplungen können an
beiden Platten bereitgestellt sein, doch ist es typisch, die Einsteckkopplungen
an der festen Platte anzuordnen und die Aufnahmekopplungen an der entfernbaren
Platte anzuordnen, da die Aufnahmekopplungen meistens die Dichtungselemente
enthalten und es den Austausch dieser Dichtungselemente erleichtert,
wenn sie auf einer einholbaren Vorrichtung vorhanden sind – d.h.,
die Platte, die die Aufnahmeelemente hält, für Wartungstätigkeiten an die Oberfläche gebracht
werden kann.
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Der
Stand der Technik beschreibt verschiedene Mittel zum Verbinden von
zwei Verbindungsplatten. Zum Beispiel beschreibt die US-Patentschrift Nr.
5,265,980 eine Verbindungsplattenanordnung für einen Unterwasseraufbau,
der eine verbinderwelle mit einem externen Trapezgewinde aufweist,
welches sich mit einer zweiten Verbindungsplatte mit einem Innengewinde
verbindet. Ein Griff ist mit einem entgegengesetzten Ende der Welle
verbunden, um die Welle von Hand zu drehen. Alternativ kann die Welle
mit einem Anschluss für
ein ROV ausgerüstet sein.
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Die
US-Patentschrift Nr. 4,915,419 an Robert E. Smith III betrifft eine
gleitende Sperrplatte für ein
gleichzeitiges Aneinandersperren von Einsteck- und Aufnahmekopplungselementen
auf gegenüberliegenden
Verbindungsplatten. Verschiedenste andere Sperrvorrichtungen wurden
für den
Zweck des Aneinandersperrens des Einsteck- und des Aufnahmekopplungselements,
die an Verbindungsplatten angebracht sind, verwendet oder vorgeschlagen.
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Die
US-Patentschrift Nr. 6,471,250 offenbart eine Verbindungsplattenanordnung
für Unterwasserkopplungen,
die eine geneigte Nockenfläche
an einer der Verbindungsplatten und eine zentrale Welle, aufweisend
einen Nockenstößel, der
die geneigte Nockenfläche
aufwärts
bewegt, um die beiden Verbindungsplatten zusammenzubringen, verwendet.
Die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/806,661, die der
National Coupling Co., Inc. gemeinsam übertragen ist, offenbart eine ähnliche Vorrichtung,
wobei gepaarte Nockenflächen
und Nockenstößel sowohl
eine "Nockeneingriffs"- als auch eine "Nockenlöse"-Funktionalität gestatten.
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Der
Flansch 34 der Kopplung, die in 2 veranschaulicht
ist, und der Flansch 134 der Kopplung, die in 4 veranschaulicht ist, kann verwendet
werden, um das Einsteckkopplungselement an einer Verbindungsplattenanordnung
zu befestigen.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
ausführlich
beschrieben wurde, finden sich innerhalb des Umfangs und des Geists
der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen beschrieben und definiert
ist, Veränderungen
und Abwandlungen.