DE102009016974B4

DE102009016974B4 - Kopfstückdichtung und Aufnahmeglied für eine Hydraulikkupplung

Info

Publication number: DE102009016974B4
Application number: DE200910016974
Authority: DE
Inventors: Robert E. Smith Iii; F. Harold Hollister
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2029-04-09
Also published as: GB2469312B; NO341924B1; BRPI0900987A2; GB2469312A; US20090255597A1; GB0906131D0; NO20091380L; DE102009016974A1; BRPI0900987B1; US7976075B2

Abstract

Kopfstückdichtung für ein hydraulisches Kupplungsglied, umfassend:
einen ringförmigen Körper mit einem Außenumfang und einem Innenumfang, wobei der Außenumfang einen dickeren Querschnitt hat als der Innenumfang und schwalbenschwanzförmige Schultern (34) aufweist,
zumindest eine Umfangsnut (46) in dem Außenumfang des ringförmigen Körpers,
zumindest einen ringförmigen Dichtvorsprung (36), der sich radial von dem Innenumfang des ringförmigen Körpers radial erstreckt, wobei der Dichtvorsprung (36) im Wesentlichen radial mit der Umfangsnut (46) ausgerichtet ist;
eine helixförmig gewundene Feder (40), die in der zumindest einen Nut (46) angeordnet ist, wobei die Feder (40) so bemessen und eingerichtet ist, dass sie einen nach innen gerichtete radiale Kraft auf den ringförmigen Körper ausübt,
zumindest eine polymere Schale (38), die die helixförmig gewundene Feder (40) im Wesentlichen umhüllt.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Kopfstückdichtung für ein hydraulisches Kupplungsglied und ein Aufnahmeglied einer Hydraulikkupplung für die Unterwasserverwendung im Rahmen der Öl- und Gas-Erkundung und -Förderung.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik.
Im Stand der Technik ist eine große Vielzahl von hydraulischen Kupplungsgliedern bekannt. Typischerweise umfasst eine Kupplung zwei Glieder – ein Einsteckglied mit einem allgemein zylindrischen Kopfstück und ein Aufnahmeglied mit einer Aufnahmekammer, die mit einer oder mehreren Dichtungen ausgestattet ist, um eine flüssigkeitsdichte radiale Dichtung mit der äußeren Oberfläche des Kopfstückelements des Einsteckglieds zu bieten.
Für Anwendungen mit hoher Temperatur und hohem Druck hat sich herausgestellt, dass eine kronenartige Dichtung, die in einer Schwalbenschwanz-Presspassung mit einem Dichtungshalter oder einer Dichtungskassette in einem Aufnahme-Kupplungsglied steht, besonders wirksam ist.
Das US Patent Nr. 6,575,430 offenbart ein hydraulisches Unterwasser-Kupplungsglied mit einer ringförmigen Dichtung, die eine Mehrzahl von sich radial nach innen erstreckenden Dichtoberflächen aufweist. Die mehrfachen Dichtoberflächen helfen, das Kopfstück des Einsteck-Kupplungsglieds in das Aufnahme-Kupplungsglied zu führen ohne ein Risiko von Abrieb oder Scheuern an der Aufnahmekammer oder einer darin gehaltenen metallenen Dichtung. Die Dichtung hat eine Passung mit umgekehrt geneigten Schultern in dem Aufnahmeglied, um die Dichtung davon abzuhalten, sich unter dem Einfluss von Vakuum oder niedrigem Druck in der Aufnahmekammer radial nach innen zu bewegen.
Das US Patent Nr. 6,179,002 beschreibt eine UnterwasserHydraulikkupplung mit einer druckgespeisten Schwalbenschwanzdichtung. Die Dichtung weist ein Paar flexibler Dichtoberflächen auf, um mit den Einsteck- und Aufnahmekupplungsgliedern zu dichten, und eine dazwischen liegende Vertiefung, die dem Flüssigkeitsdruck in der Kupplung ausgesetzt ist. Der Außenumfang der Dichtung hat eine Schwalbenschwanzpassung zwischen geneigten Schultern in der Bohrung des Aufnahmeglieds und auf einem Dichtungshalter, der die Dichtung in der Bohrung hält.
US Patent Nr. 5,052,439 und US Patent Nr. 4,900,071 beschreiben eine Unterwasser-Hydraulikkupplung, die ein Einsteckglied und ein Aufnahmeglied umfasst, sowie einen zweiteiligen Halter zum Verhindern einer radialen Bewegung einer keilförmigen ringförmigen Dichtung in die zentrale Bohrung des Aufnahmeglieds. Der zweiteilige Halter umfasst ein zylindrisches Halter-Hülsenglied, das gleitend in der Bohrung des Aufnahmeglieds aufgenommen ist, sowie ein mit einem Gewinde versehenes Halter-Verschlussglied, das in ein passendes Gewinde in der Wand der zentralen Bohrung eingeschraubt werden kann. Das Halter-Verschlussglied hält das Halter-Hülsenglied an seiner Stelle in der Bohrung des Aufnahmeglieds. Die ringförmige Dichtung wird durch eine Schwalbenschwanzpassung mit einer passenden Schulter an dem Halter-Hülsenelement bzw. dem Halter-Verschlussglied an einer radialen Bewegung gehindert.
Das US Patent Nr. 7,575,256 beschreibt ein Kupplungsglied einer Unterwasser-Hydraulikkupplung mit einer Bohrungsauskleidung, die die Kupplungsglieder vor Scheuern während des Zusammenfügens oder Trennens schützt. Die Bohrungsauskleidung kann aus der Bohrung des Aufnahmeglieds der Unterwasser-Hydraulikkupplung entfernt werden. Die Bohrungsauskleidung kann integral sein mit einem Dichtungsabschnitt, der mit einem Einsteckglied einer Unterwasser-Hydraulikkupplung dichten kann. Die Bohrungsauskleidung kann außerdem einen Außendurchmesser haben, der dazu ausgelegt ist, mit der Bohrung, in der die Bohrungsauskleidung angeordnet ist, in Eingriff zu stehen und zu sperren. DE 698 06 764 T2 offenbart eine Hydraulikkupplung mit einer Kupplungsverriegelung. Ein Teil der Dichtung der Kupplung ist eine federbelastete Teflondichtung.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kopfstückdichtung für ein hydraulisches Kupplungsglied mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Aufnahmeglied einer Hydraulikkupplung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnung(en)
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Aufnahmeglieds einer Hydraulikkupplung mit einer Kronendichtung, die mit einer federbelasteten Umfangsdichtung ausgestattet ist.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kronendichtung mit einer Bohrungsauskleidungs-Verlängerung gemäß einer Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird am Besten verständlich durch Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen. 1 zeigt ein Aufnahmeglied 10 einer Hydraulikkupplung umfassend einen allgemein zylindrischen Körper 12 mit einer zentralen axialen Bohrung 14. Ein Ende der Bohrung 14 hat einen Gewindeabschnitt 16, um die Verbindung mit einer Flüssigkeitsleitung (nicht gezeigt) zu erleichtern. In noch anderen Ausführungsformen ist der Gewindeabschnitt 16 weggelassen und die Verbindung zu einer Flüssigkeitsleitung ist durch Schweißen, Löten, Verpressen oder andere im Stand der Technik bekannte Verfahren hergestellt.
Ein optionales Tellerventil 18 in der Bohrung 14 verhindert den Verlust von Hydraulikflüssigkeit, wenn die Kupplung getrennt wird. Das Tellerventil 18 wird in der geschlossenen Stellung gehalten durch eine Feder 22, die gegen den Federsitz 24 wirkt, der in der Bohrung 14 durch einen Halterclip 26 gehalten wird. Das Tellerventil 18 wird geöffnet, wenn ein Ventilbetätigungsmittel 20 ein ähnliches Betätigungsmittel im EinsteckKupplungsglied berührt.
Die Kupplung 10 ist mit einer Kronendichtung 30 ausgestattet, die in der Bohrung 14 mittels einer Haltebuchse 28 mit Eingriffslöchern 27 gehalten ist. Die Bohrung 14 des Aufnahmegliedkörpers 12 kann eine abgewinkelte Schulter 15 umfassen. Die Haltebuchse 28 kann eine abgewinkelte Schulter 29 aufweisen, die zusammen mit der abgewinkelten Schulter 15 eine Schwalbenschwanzpresspassung mit entsprechenden Schultern 34 (2) auf der Kronendichtung 30 bildet, so dass einer radialen Bewegung der Kronendichtung 30 in die Bohrung 14 widerstanden wird.
Die Kronendichtung 30 dichtet flüssigkeitsdicht mit dem Kopfstück, das in das Aufnahmeglied 10 eingeführt wird. In Kupplungsgliedern aus dem Stand der Technik sind O-Ring-Dichtungen als elastomere Umfangsdichtungen verwendet worden, um eine flüssigkeitsdicht zwischen dem Körper 12 des Aufnahmeglieds 10 und der Kronendichtung 30 zu dichten. In noch anderen Kupplungsgliedern aus dem Stand der Technik dichtet die Kronendichtung 30 selbst mit dem Körper 12, und ergänzende Umfangs-Dichtelemente werden nicht eingesetzt. Diese Gestaltungsentscheidung wird häufig festgelegt durch die physikalischen Eigenschaften des Materials, das zur Herstellung der Kronendichtung 30 verwendet wird.
Bei bestimmten Polymer-Kronendichtungen, die in Hochtemperatur-Anwendungen verwendet wurden, stellte sich heraus, dass sie weicher werden und einen bestimmten Grad an Dichtwirksamkeit verlieren. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Kronendichtung ein thermoplastisches Material umfasst. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung bietet durch die Wirkung der helixförmig gewundenen Feder 40 einen vergrößerten radialen Druck auf die Dichtvorsprünge 36 in einer nach innen weisenden Richtung, wodurch sich die Dichtwirkung der Kupplung verbessert.
Wie oben erwähnt können bestimmte Arten von Kronendichtungen in bestimmten Anwendungen davon profitieren, wenn sie in einer radial nach innen weisenden Richtung vorgespannt sind. Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Vorspannung durch eine eng gewundene helixförmige Umfangsfeder erreicht. Diese Anordnung ist in größerem Detail in 2 dargestellt. Wie bei bestimmten Kronendichtungen aus dem Stand der Technik hat die Kronendichtung 30 Schwalbenschwanzschultern 34, Dichtvorsprünge 36 und eine oder mehrere Umfangsnuten 46 auf ihrem Außendurchmesser. In den gezeigten Ausführungsformen sind die Nuten 46 im Querschnitt rechteckig. In noch anderen Ausführungsformen können die Nuten 46 einen abgerundeten oder halbreisförmigen Boden oder Innenoberfläche haben, um besser zu der helixförmigen Feder 40 oder der O-Ring-Dichtung zu passen. Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, sind helixförmige Umfangsfedern 40 in eine oder mehrere der Nuten 46 eingepasst, wobei die Federn so bemessen sein können, dass sie eine nach innen gerichtete, radiale Kraft ausüben und dadurch die Dichtwirkung der Dichtvorsprünge 36 verbessern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Feder 40 eine eng gewundene helixförmige Feder.
Bestimmte im Handel erhältliche Dichtungen umfassen sohl ein helixförmiges Federelement als auch eine oder mehrere Schalen und/oder Auskleidungen, die die Feder umgeben. Eine spezielle verschalte Federdichtung 52 mit viscoplastischer Verformung einer metallischen Auskleidung ist die HELICOFLEX^TM-Dichtung, die von Garlock, Inc. ( US 6,945,539 B2 ) erhältlich ist. Die Verformung wird durch Kompression einer helixförmigen Feder in der Dichtung erreicht.
Eine Kronendichtung 31 mit einer Bohrungsauskleidung 48 ist in 2 gezeigt, ausgerüstet mit einer verschalten Federdichtung 52. Die Bohrungsauskleidung 48 kleidet die Bohrung der Aufnahmekammer der Aufnahmekupplung 10 aus und verhindert dadurch einen Metall-auf-Metall-Kontakt zwischen dem Körper 12 und dem Kopfstück des Einsteckglieds. Ohne eine Bohrungsauskleidung kann eine Fehlausrichtung der Aufnahme- und Einsteckglieder während des Kuppelns zu einem Scheuern der Metalloberflächen führen, wenn ein Metall-auf-Metall-Kontakt auftritt. Die Bohrungsauskleidung 48 kann einen abgeschrägten Abschnitt 50 umfassen, um das Kopfstück des Einsteckglieds in die Aufnahmekammer des Aufnahmeglieds zu führen. Wie in 2 gezeigt kann die verschalte Federdichtung 52 eine HELICOFLEX-Dichtung umfassen – das heißt eine Dichtung, die eine Schale 38, eine helixförmige Feder 40 und eine optionale Auskleidung 42 umfasst. Eine Aussparung 39 in der Schale 38 erlaubt das Einführen der Feder 40.
Es können in der Kronendichtung 31 unterschiedliche Kombinationen von federbelasteten radialen Dichtgliedern 52 mit helixförmigen Federn 40 und O-Ringen verwendet werden.
Eine Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Materials hergestellt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Dichtung unter Verwendung eines natürlichen oder synthetischen Polymers gegossen werden. In anderen Ausführungsformen kann die Dichtung durch mechanische Bearbeitung hergestellt werden unter Verwendung eines technischen Kunststoffs, wie beispielsweise Polyetheretherketone (PEEK) oder Polytetrafluoroethylene (PTFE).

Claims

Kopfstückdichtung für ein hydraulisches Kupplungsglied, umfassend: einen ringförmigen Körper mit einem Außenumfang und einem Innenumfang, wobei der Außenumfang einen dickeren Querschnitt hat als der Innenumfang und schwalbenschwanzförmige Schultern (34) aufweist, zumindest eine Umfangsnut (46) in dem Außenumfang des ringförmigen Körpers, zumindest einen ringförmigen Dichtvorsprung (36), der sich radial von dem Innenumfang des ringförmigen Körpers radial erstreckt, wobei der Dichtvorsprung (36) im Wesentlichen radial mit der Umfangsnut (46) ausgerichtet ist; eine helixförmig gewundene Feder (40), die in der zumindest einen Nut (46) angeordnet ist, wobei die Feder (40) so bemessen und eingerichtet ist, dass sie einen nach innen gerichtete radiale Kraft auf den ringförmigen Körper ausübt, zumindest eine polymere Schale (38), die die helixförmig gewundene Feder (40) im Wesentlichen umhüllt.
Kopfstückdichtung gemäß Anspruch 1 mit einer Mehrzahl von Umfangsnuten (46) und einer gleichen Mehrzahl von Dichtvorsprüngen (36), wobei jeder Dichtvorsprung (36) im Wesentlichen radial ausgerichtet ist mit einer Umfangsnut (46).
Kopfstückdichtung gemäß Anspruch 2, ferner umfassend eine helixförmig gewundene Feder (40) in jeder Umfangsnut (46).
Kopfstückdichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend zumindest eine O-Ring-Dichtung, die in einer Umfangsnut (46) angeordnet ist.
Kopfstückdichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eine polymere Auskleidung (42), die zwischen der äußeren Oberfläche der helixförmig gewundenen Feder (40) und der Schale (38) angeordnet ist.
Kopfstückdichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eine hülsenförmige polymere Bohrungsauskleidung (48) an zumindest einem Ende des ringförmigen Körpers, die dazu ausgelegt ist, einen Metall-auf-Metall-Kontakt zwischen der inneren Oberfläche der Bohrung eines Aufnahme-Kupplungsglieds, die die Kopfstückdichtung hält, und dem Kopfstückabschnitt eines Einsteckglieds einer Hydraulikkupplung, das in die Bohrung eingeführt wird, zu verhindern, wobei die Bohrungskleidung (48) einen Innendurchmesser hat, der größer ist als der Innendurchmesser des ringförmigen Dichtvorsprungs (36).
Aufnahmeglied einer Hydraulikkupplung, umfassend: einen im Wesentlichen zylindrischen Körper (12) mit einer zentralen axialen Bohrung (14), die eine Mehrzahl von Abschnitten mit unterschiedlichen Innendurchmessern aufweist, wobei zwischen den Abschnitten innere Schultern ausgebildet sind; ein Paar von umgekehrt geneigten Schulteroberflächen in der zentralen axialen Bohrung; eine ringförmige Kopfstückdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die zum Einführen in einen Abschnitt der zentralen axialen Bohrung zwischen dem Paar von umgekehrt geneigten Schulteroberflächen bemessen ist.
Aufnahmeglied einer Hydraulikkupplung gemäß Anspruch 7, wobei die Bohrungsauskleidung (48) integral mit der ringförmigen Dichtung (30, 31) ist.
Aufnahmeglied einer Hydraulikkupplung gemäß Anspruch 7, wobei die Bohrungsauskleidung (48) einen abgeschrägten Abschnitt nahe ihrem einen Ende umfasst und einen progressiv anwachsenden Innendurchmesser aufweist, der dazu ausgelegt ist, das Kopfstück eines Einsteckglieds in dichtenden Eingriff mit der ringförmigen Dichtung (30, 31) zu führen.
Aufnahmeglied einer Hydraulikkupplung gemäß Anspruch 7, wobei die ringförmige Dichtung Polyetheretherketone oder Polytetraflouroethylene umfasst.