DE102009025075B4

DE102009025075B4 - Verfahren und Vorrichtung für eine Kolben-betätigte Elastomersondendichtung in einem hydraulischen Kupplungselement

Info

Publication number: DE102009025075B4
Application number: DE102009025075.1A
Authority: DE
Inventors: Robert E. Smitt III
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: US8662503B2; BRPI0902002B1; NO20092317L; GB0909541D0; NO341346B1; US20090315276A1; GB2460927A; DE102009025075A1; GB2460927B; BRPI0902002A2; US8313105B2; US20120086175A1

Abstract

Sondendichtungsbaugruppe für ein hydraulisches Aufnahmekupplungselement, mit: einer ringförmigen Dichtung (100, 300) mit einem ersten, weniger starren Teil, der an einen zweiten, starreren Teil angeformt ist, wobei der erste Teil an einem ersten Ende an wenigstens ein Ende und die Innenfläche des zweiten Teils angefügt ist und eine Oberfläche hat, die an einem gegenüberliegenden zweiten Ende in einem spitzen Winkel zur Längsachse der Dichtung (100, 300) angeordnet ist; und einem ringförmigen Halter mit Mitteln zum Zusammenwirken mit dem Körper (22) eines hydraulischen Aufnahmekupplungselementes (20), einem ersten, äußeren Ende und einem gegenüberliegenden, zweiten, inneren Ende mit einer Schulter (156, 356), die in einem spitzen Winkel zur Längsachse des Halters angeordnet ist, wobei diese Schulter (156, 356) an der schrägen Fläche (130, 330) an dem zweiten Ende der Dichtung (100, 300) anliegt, wenn die Dichtungsbaugruppe in einem hydraulischen Aufnahmekupplungselement (20) installiert ist, wobei der zweite Teil der ringförmigen Dichtung (100, 300) durch hydraulischen Druck von Fluid innerhalb des hydraulischen Aufnahmekupplungselements (20) in Richtung des ersten Teils der ringförmigen Dichtung (100, 300) beweglich ist.

Description

1. Erfindungsgebiet
Diese Erfindung betrifft Sondendichtungsbaugruppen für hydraulische Kupplungselemente. Genauer gesagt betrifft sie Sondendichtungsbaugruppen für Unterwasseraufnahmekupplungselemente.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Hydraulische Kupplungen, wie sie beipsielsweise aus den Druckschriften DE 400 62 76 C2 und DE 10 100 362 B4 bekannt sind, haben typischerweise ein Aufnahmeelement mit einer Aufnahmekammer und ein Einsteckelement mit einem im Allgemeinen zylindrischen Sondenabschnitt, der für das Einsetzen in die Aufnahmekammer des entsprechenden Aufnahmeelementes bemessen und gestaltet ist. Innerhalb der Aufnahmekammer des Aufnahmeelementes erzeugen Dichtungselemente eine fluiddichte Dichtung gegenüber der Oberfläche der Einstecksonde.
Aus der Druckschrift US 5,556,139 ist ein Kupplungselement mit einer Elastomerdichtung bekannt, die zwischen Halteelementen gelagert ist. Aus DE 103 13 061 A1 ist bekannt, dass eine Elastomerdichtung und ein Halter eine Fläche aufweisen können, die in einem spitzen Winkel bezogen auf ihre Längsachse zueinander angeordnet sind.
In hydraulischen Kupplungen, die für die Unterwasserverwendung in der Offshore-Öl- und Gasindustrie gestaltet sind, enthalten die Aufnahmekupplungselemente üblicherweise austauschbare Dichtungen und können für die Wartung geborgen werden. Im Gegensatz hierzu sind die Einsteckkupplungselemente häufig an einer Ausrüstung an oder in der Nähe des Förderkopfes montiert und bleiben über ihre gesamte Lebensdauer unter Wasser. Wenn die Sondenoberfläche eines hydraulischen Einsteckkupplungselementes beschädigt wird (beispielsweise abgerieben, zerkratzt, ausgehöhlt etc.), kann sie beim Einsetzen in ein Aufnahmeelement selbst dann nicht mehr sauber abdichten, wenn die Dichtungselemente des Aufnahmeelementes in einem perfekten Zustand sind. Dies gilt insbesondere für Kupplungen, die Dichtungen aufweisen, welche aus einem weniger federnden Material, wie beispielsweise Metall und technische Kunststoffe – beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK) – gebildet sind, deren Festigkeit und Starrheit üblicherweise von Vorteil sind, die sich jedoch nicht gut an Unregelmäßigkeiten an den gegenüberliegenden Passflächen anpassen können. Das Bergen und Reparieren eines zerstörten Unterwassereinsteckkupplungselementes kann untragbar teuer sein. Demgemäß ist ein Aufnahmekupplungselement notwendig, welches Dichtungselemente hat, die sich an Oberflächenunregelmäßigkeiten der Sonde eines entsprechenden Einsteckelementes anpassen können. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung Dichtungsbaugruppen vorzusehen, die sich an Oberflächenunregelmäßigkeiten der Sonde eines Einsteckelements für ein Aufnahmekupplungselement anpassen können.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die vorgenannte Aufgabe wird durch Sondendichtungsbaugruppen für hydraulische Aufnahmekupplungselemente gemäß den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 12 gelöst. Weiterhin ist in Anspruch 24 ein erfindungsgemäßes Verfahren für eine fluiddichte Dichtung zwischen dem Körper eines hydraulischen Aufnahmekupplungselements und der Sonde eines hydraulischen Einsteckkupplungselements wiedergegeben.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht teilweise im Schnitt eines Aufnahmekupplungselementes gemäß einer ersten Ausführungsform
2 ist eine Ansicht teilweise im Schnitt eines Aufnahmekupplungselementes gemäß einer zweiten Ausführungsform.
3 ist eine Ansicht teilweise im Schnitt eines Aufnahmekupplungselementes gemäß einer dritten Ausführungsform.
4 ist eine Ansicht teilweise im Schnitt eines Aufnahmekupplungselementes gemäß einer vierten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung ist am besten unter Bezugnahme auf gewisse illustrierende Ausführungsformen zu verstehen, die in den Zeichnungsfiguren gezeigt sind.
Bezug nehmend auf 1 hat ein Aufnahmekupplungselement 20 einen im Allgemeinen zylindrischen Körper 22 mit einem ersten Ende 24 und einem gegenüberliegenden zweiten Ende 26. Die Schulter 28 ist an einem Ende des Befestigungsabschnittes 40. Dieser ermöglicht, dass die Kupplung an einer Verteilerplatte oder einer ähnlichen Haltevorrichtung (nicht dargestellt) installiert sein kann. Eine erste Oberfläche einer Verteilerplatte kann an der Schulter 28 anliegen und eine gegenüberliegende zweite Fläche der Verteilerplatte kann an der Sicherungsscheibe 30 anliegen, die am Körper 22 mit einem Haltesprengring 32 in der ersten Nut 34 gesichert ist. In der Außenfläche des Befestigungsabschnittes 40 kann eine zweite Nut 36 vorgesehen sein, um eine Verteilerplatte mit geringerer Dicke aufzunehmen. An der Kupplung 20 kann am zweiten Ende 26 eine Fluidleitung mittels eines Gewindeverbindungsteils, durch Schweißen, Aufpressen, Verformen oder andere allgemein bekannte Mittel befestigt sein.
Die Kupplung 20 hat eine zentrale axiale Bohrung mit verschieden Abschnitten mit unterschiedlichen Innendurchmessern. Der Abschnitt 44 in der Nähe des ersten Endes 24, welcher die Aufnahmekammer 42 bildet, kann einen Innengewindeabschnitt 38 für den Eingriff einer Haltemutter aufweisen, die eine Dichtungsbaugruppe in der Aufnahmekammer 42 hält. Anzugeben ist, dass der Kupplungskörper 22 herkömmlich ist und die vorliegende Erfindung bei vielen existierenden Aufnahmekupplungselementen im Einsatz nachträglich angebracht werden kann, ohne dass eine maschinelle Bearbeitung oder andere komplexe Vorgänge erforderlich sind.
Die Dichtungsbaugruppe der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise ein elastomeres Dichtungselement. Ein Elastomer ist ein Polymer mit der Eigenschaft der Elastizität. Der Begriff, der aus dem Begriff „elastisches Polymer” abgeleitet ist, wird häufig austauschbar mit dem Begriff Gummi verwendet. Jedes der Monomere, welches vernetzt ist, um das Polymer zu bilden, wird üblicherweise aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und/oder Silizium hergestellt. Elastomere sind amorphe Polymere, die oberhalb ihrer Glasübergangstemperatur existieren, sodass eine beträchtliche Kettensegmentbeweglichkeit möglich ist. Bei Umgebungstemperaturen sind Gummis somit relativ weich [Young's Modul (E) ~3 MPa] und verformbar. Elastomere werden im Allgemeinen für Dichtungen, Klebstoffe und flexible Formteile verwendet.
Elastomere sind üblicherweise Duroplaste (erfordern eine Vulkanisation), aber sie können auch Thermoplaste sein. Die langen Polymerketten erfahren während der Vernetzung eine Quervernetzung. Die Elastizität wird von dem Vermögen abgeleitet, dass sich die langen Ketten selbst rekonfigurieren, um eine angelegte Belastung zu verteilen. Die kovalente Quervernetzung stellt sicher, dass das Elastomer in seine ursprüngliche Konfiguration zurückkehrt, wenn die Belastung wegfällt. Als Ergebnis dieser extremen Flexibilität, können Elastomere abhängig von dem spezifischen Material sich von 5–700% reversibel ausdehnen. Ohne die Quervernetzungen oder mit kurzen, sich nicht leicht rekonfigurierenden Ketten würde die angelegte Belastung zu einer permanenten Verformung führen.
In der vorgeführten Elastizität eines Polymers sind auch Temperatureffekte vorhanden. Elastomere, die auf eine gläserne oder kristalline Phase gekühlt worden sind, haben weniger mobile Ketten und daraus folgend weniger Elastizität als diejenigen, welche bei Temperaturen höher als die Glasübergangstemperatur des Polymers manipuliert wurden.
Es ist auch möglich, dass ein Polymer eine Elastizität zeigt, die nicht auf die kovalenten Quervernetzungen zurückzuführen ist, sondern stattdessen auf thermodynamische Gründe.
Das besondere Elastomer, das für das Dichtungselement der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann sowohl wegen seiner mechanischen Eigenschaften als auch wegen seiner chemischen Widerstandseigenschaften gewählt sein. Die Kupplung 20 kann für Hydraulikfluid verwendet werden, in welchem Fall das Elastomer bezüglich seiner Kompatibilität mit dem speziellen verwendeten Hydraulikfluid gewählt werden kann. In anderen Anwendungen kann die Kupplung 20 für eine chemische Einspritzleitung verwendet werden, in welchem Fall das Elastomer bezüglich seines Widerstandes gegenüber der speziellen einzuspritzenden Chemikalie gewählt werden kann.
Zurück zu 1, hat die elastomere Dichtung 100 eine oder mehrere nach innen weisende, radiale Dichtungsvorsprünge 110, die im Querschnitt annähernd dreieckig sein können. In gewissen Ausführungsformen kann der Scheitel des „Dreiecks” nicht vorhanden sein, aber der Dichtungsvorsprung 110 kann stattdessen eine im Allgemeinen flache Fläche an seiner am weitesten innen liegenden Erstreckung aufweisen.
Der Endabschnitt 120 der elastomeren Dichtung 100 kleidet die Bohrung aus und bildet eine vergrößerte Oberfläche für die Dichtung 100 zur Bindung an den Basisring 160. Der Endabschnitt 120 kann an seiner Außenfläche einen oder mehrere Vorsprünge oder Rippen 122 aufweisen. Diese Rippen 122 können in entsprechende Nuten 162 im Basisring 160 eingreifen.
An dem Ende gegenüberliegend zum Endabschnitt 120 kann die Dichtung 100 eine schräge Fläche 130 aufweisen. In diesem Zusammenhang bedeutet „schräg”, die Fläche liegt in einem spitzen Winkel zur Längsachse der Dichtung 100.
Die Dichtung 100 kann auf den Basisring 160, der aus einem Metall oder einem anderen geeigneten Material besteht, aufgeformt sein. Die Basis 160 kann an ihrem Innenumfang für das Aufnehmen der Rippen 122 an der Dichtung 100 eine oder mehrere Nuten 162 aufweisen. Die Basis 160 kann auch an ihrem Außenumfang eine oder mehrere Nuten 164 zum Halten von O-Dichtungsringen 166 aufweisen. Die O-Dichtungsringe 166 bilden eine fluiddichte Dichtung zwischen der Basis 160 und der zentralen axialen Bohrung des Körpers 22 der Kupplung 20.
Die Dichtungsbaugruppe bestehend aus der Metallbasis 160, an die die elastomere Dichtung 100 angeformt ist, kann in der Aufnahmekammer 42 durch eine mit einem Außengewinde versehene Haltemutter 150 gehalten werden. Am äußeren Ende der Haltemutter 150 können Sackbohrungen 152 für das Einsetzen eines Schraubenschlüssels oder anderen derartigen Werkzeuges zum Einsetzen und Herausnehmen der Haltemutter 150 vorgesehen sein.
Das Ende der Haltemutter 150, welches gegenüber dem Ende mit den Schraubenschlüsselbohrungen 152 liegt, kann eine Zunge 154 zum Anliegen an der elastomeren Dichtung 100 in axialer Richtung aufweisen. In der Nähe der Zunge 154 kann die Haltemutter 150 eine schräge Schulter 156 zum schrägen Anliegen an dem Außenende der Dichtung 100 aufweisen.
Die Funktionsweise der in 1 gezeigten Dichtungsbaugruppe ist wie folgt: Die zentrale Bohrung des Kupplungskörpers 22 enthält unter Druck stehendes Fluid. Die Sonde eines entsprechenden Einsteckkupplungselementes ist in die Aufnahmekammer 42 eingesetzt. Die Dichtvorsprünge 110 berühren die äußere, im Allgemeinen zylindrische Oberfläche der Einstecksonde, um eine fluiddichte Dichtung zu erzeugen. Fluid innerhalb der Kupplung 20 wird typischerweise einen Druck oberhalb des Umgebungsdruckes aufweisen. Daher wird Fluid auf die Basis 160 so wirken, als wäre es ein Kolben in einem Zylinder, der diese in Richtung auf das erste Ende 24 zwängt. Dieser Bewegung widersteht die elastomere Dichtung 100, die zwischen Basis 160 und dem Ende der Zunge 154 der Haltemutter 150 zusammengedrückt wird. Wenn sie zusammen gedrückt wird, hat die Dichtung 100 die Tendenz, sich radial auszudehnen. Ihre Ausdehnung in der Richtung radial nach außen wird durch den Körper 22 verhindert und daher resultiert eine nach innen gerichtete radiale Ausdehnung gegen die Einstecksonde, wodurch die Dichtwirkung der Dichtung 100 erhöht wird. Die Kraft, welche durch die Basis 160 ausgeübt wird, welche in Antwort auf den Fluiddruck erfolgt, führt auch dazu, dass die schräge Fläche 130 gegen die schräge Schulter 156 der Haltemutter 150 gleitet. Dies hat die Wirkung, die Dichtung 100 auch nach innen in radialer Richtung zu zwängen, wodurch deren Dichtwirkung erhöht wird. Da Elastomere die Tendenz haben, unter Druck zu fließen, bewirkt die Erhöhung des radialen Druckes auf die Dichtung 100, dass diese sich an Oberflächenunregelmäßigkeiten an der Einstecksonde anpasst. Dies verbessert die Dichtung zwischen den Einsteck- und Aufnahmeelementen besonders dann, wenn die Einstecksonde abgeschliffen, zerkratzt, ausgehöhlt oder ähnlich beschädigt ist.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in der 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Basis 260 nicht an die Dichtung 200 angeformt, sondern stattdessen ein separates Teil.
Die Elastomerdichtung 200 hat ein oder mehrere nach innen vorstehende radiale Dichtflächen 210, die einen annähernd dreieckigen Querschnitt haben können. Bei gewissen Ausführungsformen kann der Scheitelpunkt des „Dreiecks” nicht vorhanden sein, aber stattdessen kann der Dichtvorsprung 210 eine im Allgemeinen flache Fläche an seiner am weitesten innen liegenden Erstreckung aufweisen.
Die Dichtung 200 kann an ihrem inneren Ende, eine axiale Rippe 224 aufweisen, die in eine entsprechende Nut an der Basis 260 eingreift.
An dem Ende gegenüberliegend zur Rippe 224 kann die Dichtung 200 eine schräge Fläche 230 aufweisen. In diesem Zusammenhang bedeutet „schräg”, dass die Fläche in einem spitzen Winkel zur Längsachse der Dichtung 200 verläuft. Die schräge Fläche 230 kann an einem rechtwinkligen Abschnitt 232 enden.
Die Dichtung 200 kann an dem Basisring 260 anliegen, der aus einem Metall oder anderem geeigneten Material besteht. Die Basis 260 kann an ihrem Außenende eine oder mehrere Nuten 265 zur Aufnahme der Rippe 224 an der Dichtung 200 aufweisen. Die Basis 260 kann an ihrem Außenumfang auch eine oder mehrere Nuten 264 zum Halten von O-Dichtungsringen 266 aufweisen. Die O-Dichtungsringe 266 bilden eine fluiddichte Dichtung zwischen Basis 260 und dem Körper 22 der Kupplung.
Die Dichtungsbaugruppe bestehend aus Metallbasis 260 und elastomerer Dichtung 200 kann in der Aufnahmekammer 42 durch eine mit einem Außengewinde versehene Haltemutter 250 gehalten sein. Am Außenende der Haltemutter 250 können Sacklöcher 252 zum Eingreifen eines Schraubenschlüssels oder eines anderen derartigen Werkzeuges zum Einsetzen und Herausnehmen der Haltemutter 250 vorgesehen sein.
Das Ende der Haltemutter 250 gegenüberliegend zum Ende mit den Schraubenschlüssellöchern 252 kann eine Zunge 254 zum Anliegen an der elastomeren Dichtung 200 in axialer Richtung aufweisen. In der Nähe der Zunge 254 kann die Haltemutter 250 eine schräge Schulter 256 zum schrägen Anliegen an der schrägen Fläche 230 der Dichtung 200 aufweisen.
Die Funktionsweise der in der 2 gezeigten Dichtungsbaugruppe ist wie folgt: Die zentrale Bohrung des Kupplungskörpers 22 enthält unter Druck stehendes Fluid. Die Sonde eines entsprechenden Einsteckkupplungselementes ist in die Aufnahmekammer 42 eingesetzt. Die Dichtungsvorsprünge 210 berühren die äußere, im Allgemeinen zylindrische Fläche der Einstecksonde, um eine fluiddichte Dichtung zu erzeugen. Fluid innerhalb der Kupplung 20 wird typischerweise einen Druck oberhalb des Umgebungsdruckes aufweisen. Daher wird das Fluid auf die Basis 260 so wirken, als wäre es ein Kolben in einem Zylinder, der diese auf das erste Ende 24 zu zwängt. Dieser Bewegung widersteht die elastomere Dichtung 200, die zwischen Basis 260 und dem Ende der Zunge 254 der Haltemutter 250 zusammen gedrückt wird, und der Abschnitt 232 der Dichtung 200 liegt an der entsprechenden flachen Fläche der Haltemutter 250 an. Wenn die Dichtung 200 zusammen gedrückt wird, hat sie die Tendenz, sich axial auszudehnen. Ihre Ausdehnung in der Richtung axial nach außen wird durch den Körper 22 verhindert und daher resultiert eine Ausdehnung axial nach innen gegen die Einstecksonde, wodurch die Dichtwirkung der Dichtung 200 erhöht wird. Die Beaufschlagung von Kraft durch die Basis 260, die sich in Antwort auf den Fluiddruck bewegt, führt ebenfalls dazu, dass die schräge Fläche 230 gegen die schräge Schulter 256 der Haltemutter 250 gleitet. Dies übt ebenfalls eine Wirkung aus, dass die Dichtung 200 in einer Richtung radial nach innen gezwängt wird, wodurch ihre Dichtwirkung erhöht wird. In soweit, als Elastomere die Tendenz haben, unter Druck zu fließen, bewirkt eine Erhöhung des radialen Druckes auf die Dichtung 200, dass sich diese an die Oberflächenunregelmäßigkeiten an der Einstecksonde anpasst. Dies verbessert die Dichtung zwischen den Einsteck- und Aufnahmeelementen insbesondere dann, wenn die Einstecksonde abgeschliffen, zerkratzt, ausgehöhlt oder ähnlich beschädigt ist.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in der 3 gezeigt. Die elastomere Dichtung 300 hat eine oder mehrere nach innen weisende radiale Dichtflächen 310, die einen annähernd dreieckigen Querschnitt aufweisen können. In gewissen Ausführungsformen kann der Scheitelpunkt des „Dreiecks” nicht vorhanden sein, sondern stattdessen können die Dichtungsvorsprünge 310 eine im Allgemeinen flache Fläche an ihrer am weitesten innen liegenden Erstreckung aufweisen.
Der Endabschnitt 320 der elastomeren Dichtung 310 kleidet die Bohrung aus und bildet eine vergrößerte Oberfläche für die Dichtung 300 zur Bindung an den Basisring 360. Der Endabschnitt 320 kann an seiner Außenfläche einen oder mehrere Vorsprünge oder Rippen 322 aufweisen. Diese Rippen 322 können in entsprechende Nuten 362 im Basisring 360 eingreifen.
An dem Ende gegenüber dem Endabschnitt 320 kann die Dichtung 300 eine schräge Fläche 330 haben. In diesem Zusammenhang bedeutet „schräg”, dass die Fläche in einem spitzen Winkel zur Längsachse der Dichtung 300 verläuft. Die schräge Fläche 330 endet an einem rechtwinkeligen Abschnitt 332.
Die Dichtung 300 kann an den Basisring 360 geformt sein, der aus einem Metall oder anderen geeigneten Material besteht. Die Basis 360 kann an ihrem Innenumfang eine oder mehrere Nuten 362 für den Eingriff der Rippen 322 an der Dichtung 300 aufweisen. Die Basis 360 kann an ihrem Außenumfang auch eine oder mehrere Nuten 364 zum Halten von O-Dichtungsringen 366 aufweisen. Die O-Dichtungsringe 366 bilden eine fluiddichte Dichtung zwischen der Basis 360 und dem Körper 22 der Kupplung 20.
Die Dichtungsbaugruppe, bestehend aus der Metallbasis 360, aufgeformt auf die elastomere Dichtung 300, kann in der Aufnahmekammer 42 durch eine mit einem Außengewinde versehene Haltemutter 350 gehalten sein. Im äußeren Ende der Haltemutter 350 können Sacklöcher 352 für den Eingriff eines Schraubenschlüssels oder anderen derartigen Werkzeuges zum Einsetzen oder Herausnehmen der Haltemutter 350 vorgesehen sein.
Das Ende der Haltemutter 350 gegenüberliegend zu dem Ende mit den Schraubenschlüssellöchern 352 kann eine Zunge 354 zum Anliegen an der elastomeren Dichtung 300 in axialer Richtung aufweisen. Neben der Zunge 354 kann die Haltemutter 350 eine schräge Schulter 356 zum schrägen Anliegen am äußeren Ende der Dichtung 300 aufweisen.
Die Funktionsweise der in der 3 gezeigten Dichtungsbaugruppe ist wie folgt: Die zentrale Bohrung des Kupplungskörpers 22 enthält unter Druck stehendes Fluid. Die Sonde eines entsprechenden Einsteckkupplungselementes ist in die Aufnahmekammer 42 eingesetzt. Die Dichtungsvorsprünge 310 berühren die äußere, im Allgemeinnen zylindrische Fläche der Einstecksonde, um eine fluiddichte Dichtung zu erzeugen. Fluid innerhalb der Kupplung 20 wird typischerweise auf einem Druck oberhalb des Umgebungsdruckes stehen. Daher wird das Fluid auf die Basis 360 so wirken, als wäre es ein Kolben in einem Zylinder, der diese auf das erste Ende 24 zu zwängt. Dieser Bewegung widersteht die elastomere Dichtung 300, die zwischen Basis 360 und dem Ende der Zunge 354 an der Haltemutter 350 zusammen gepresst wird, und der Abschnitt 332 der Dichtung 300 liegt an der entsprechenden ebenen Fläche an der Haltemutter 350 an. Wenn die Dichtung 300 zusammen gedrückt wird, hat sie die Tendenz sich radial auszudehnen. Ihre Ausdehnung in der Richtung radial nach außen wird durch den Körper 22 verhindert und daher resultiert eine Ausdehnung radial nach innen gegen die Einstecksonde, was die Dichtwirkung der Dichtung 300 erhöht. Die Beaufschlagung von Kraft durch die Basis 360, die sich in Antwort auf den Fluiddruck bewegt, führt auch dazu, dass die schräge Fläche 330 entlang der schrägen Schulter 356 der Haltemutter 350 gleitet.
Dies trägt ebenfalls dazu bei, die Dichtung 300 in Richtung radial nach innen zu zwängen, wodurch deren Dichtwirkung erhöht wird. Insoweit, als Elastomere die Tendenz haben, unter Druck zu fließen, bewirkt eine Erhöhung des Radialdruckes auf die Dichtung 300, dass diese sich an Oberflächenunregelmäßigkeiten an der Einstecksonde anpasst. Dies verbessert die Dichtung zwischen den Einsteck- und Aufnahmeelementen insbesondere dann, wenn die Einstecksonde abgeschliffen, zerkratzt, ausgehöhlt oder ähnlich beschädigt ist.
4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Basis 460 mechanisch mit der elastomeren Dichtung 400 verriegelt.
Die elastomere Dichtung 400 hat eine oder mehrere nach innen vorstehende radiale Dichtflächen 410, die einen annähernd dreieckigen Querschnitt haben können. Bei gewissen Ausführungsformen kann der Scheitel des „Dreiecks” nicht vorhanden sein, stattdessen kann der Dichtungsvorsprung 410 eine im Allgemeinen flache Oberfläche an seiner am weitesten innen liegenden Erstreckung aufweisen.
An ihrem Innenende kann die Dichtung 400 eine axiale Rippe 458 aufweisen, die in eine entsprechende Nut in der Basis 460 eingreift, um der Implosion der Dichtung 400 bei Herausziehen einer Einstecksonde aus der Aufnahmekammer 42 zu widerstehen (was eine Situation mit negativem Druck erzeugen kann). In anderen Ausführungsformen kann die axiale Rippe an einem Ende der Basis und die entsprechende Nut an dem Innenende der Dichtung ausgebildet sein.
An dem Ende gegenüberliegend zur Rippe 424 kann die Dichtung 400 eine schräge Fläche 430 aufweisen. In diesem Zusammenhang bedeutet „schräg”, dass die Oberfläche in einem spitzen Winkel zur Längsachse der Dichtung 400 verläuft. Die schräge Fläche 430 kann an einem rechtwinkligen Abschnitt 432 enden.
Die Dichtung 400 kann am Basisring 460 anliegen, der aus einem Metall oder anderem geeigneten Material besteht. Die Basis 460 kann an ihrem Außenende eine oder mehrere axiale Nuten 468 zur Aufnahme der Rippe 458 an der Dichtung 400 aufweisen. Die Basis 460 kann auch an ihrem Außenumfang eine oder mehrere Nuten 464 zum Halten von O-Dichtungsringen 466 aufweisen. Die O-Dichtungsringe 466 bilden eine fluiddichte Dichtung zwischen der Basis 460 und dem Körper 22 der Kupplung 40. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann die axiale Rippe an der Basis 460 sein und die Dichtung 400 kann eine entsprechende Nut an ihrer innen liegenden Endfläche aufweisen, die für die Aufnahme der axialen Rippe der Basis bemessen und beabstandet ist, wenn die Dichtungsbaugruppe in dem Körper eines Aufnahmekupplungselementes installiert ist.
Die Dichtungsbaugruppe, bestehend aus einer Metallbasis 460 und einer elastomeren Dichtung 400, kann in der Aufnahmekammer 22 durch die mit einem Außengewinde versehene Haltemutter 450 gehalten sein. An dem Außenende der Haltemutter 450 können Sacklöcher 452 zum Eingreifen eines Schraubenschlüssels oder eines anderen derartigen Werkzeugs zur Verwendung beim Einsetzen und Herausnehmen der Haltemutter 450 vorgesehen sein.
Das Ende der Haltemutter 450 gegenüberliegend zum dem Ende mit den Schraubenschlüssellöchern 452 kann eine Zunge 554 zum Anliegen an der elastomeren Dichtung 400 in der axialen Richtung aufweisen. In der Nähe der Zunge 454 kann die Haltemutter 450 eine schräge Schulter 456 zum schrägen Anliegen an der schrägen Schulter 430 der Dichtung 400 aufweisen.
Die Funktionsweise der in der 4 gezeigten Dichtungsbaugruppe ist wie folgt: Die zentrale Bohrung des Kupplungskörpers 22 enthält unter Druck stehendes Fluid. Die Sonde eines entsprechenden Einsteckkupplungselementes ist in die Aufnahmekammer 42 eingesetzt. Die Dichtungsvorsprünge 410 berühren die äußere, im Allgemeinen zylindrische Fläche der Einstecksonde, um eine fluiddichte Dichtung zu erzeugen. Fluid innerhalb der Kupplung 20 wird typischerweise einen Druck oberhalb des Umgebungsdruckes aufweisen. Daher wird das Fluid auf die Basis 460 wie ein Kolben in einem Zylinder wirken, diese auf das erste Ende 24 zu zwängen. Dieser Bewegung widersteht die Elastomerdichtung 400, die zwischen Basis 460 und dem Ende der Zunge 454 an der Haltemutter 450 zusammen gepresst wird, und der Abschnitt 432 der Dichtung 400 liegt an der entsprechenden flachen Fläche an der Haltemutter 450 an. Wenn die Dichtung 400 zusammen gedrückt ist, hat sie die Tendenz sich radial auszudehnen. Ihre Ausdehnung in der Richtung radial nach außen wird durch den Körper 22 verhindert und daher resultiert eine nach innen gerichtete Ausdehnung gegen die Einstecksonde wodurch die Dichtwirkung auf der Dichtung 400 erhöht wird. Die Beaufschlagung mit Kraft durch die Basis 460, die sich in Antwort auf den Fluiddruck bewegt, führt auch dazu, dass die schräge Fläche 430 an der schrägen Schulter 456 der Haltemutter 450 gleitet. Dies wirkt ebenfalls so, dass die Dichtung 400 in Richtung radial nach innen gezwängt wird, wodurch ihre Dichtwirkung erhöht wird. Insoweit, als das Elastomer die Tendenz hat, unter Druck zu fließen, bewirkt eine Erhöhung des radialen Druckes auf die Dichtung 400, das diese sich an Oberflächenunregelmäßigkeiten an der Einstecksonde anpasst. Dies verbessert die Dichtung zwischen den Einsteck- und Aufnahmeelementen insbesondere dann, wenn die Einstecksonde abgerieben, zerkratzt, ausgehöhlt oder ähnlich beschädigt ist.

Claims

Sondendichtungsbaugruppe für ein hydraulisches Aufnahmekupplungselement, mit: einer ringförmigen Dichtung (100, 300) mit einem ersten, weniger starren Teil, der an einen zweiten, starreren Teil angeformt ist, wobei der erste Teil an einem ersten Ende an wenigstens ein Ende und die Innenfläche des zweiten Teils angefügt ist und eine Oberfläche hat, die an einem gegenüberliegenden zweiten Ende in einem spitzen Winkel zur Längsachse der Dichtung (100, 300) angeordnet ist; und einem ringförmigen Halter mit Mitteln zum Zusammenwirken mit dem Körper (22) eines hydraulischen Aufnahmekupplungselementes (20), einem ersten, äußeren Ende und einem gegenüberliegenden, zweiten, inneren Ende mit einer Schulter (156, 356), die in einem spitzen Winkel zur Längsachse des Halters angeordnet ist, wobei diese Schulter (156, 356) an der schrägen Fläche (130, 330) an dem zweiten Ende der Dichtung (100, 300) anliegt, wenn die Dichtungsbaugruppe in einem hydraulischen Aufnahmekupplungselement (20) installiert ist, wobei der zweite Teil der ringförmigen Dichtung (100, 300) durch hydraulischen Druck von Fluid innerhalb des hydraulischen Aufnahmekupplungselements (20) in Richtung des ersten Teils der ringförmigen Dichtung (100, 300) beweglich ist.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 1, weiterhin mit: wenigstens einer Umfangsnut an der Innenfläche des zweiten Teils der ringförmigen Dichtung (100, 300); und wenigstens einer Umfangsrippe (122, 322) an dem ersten Teil der ringförmigen Dichtung (100, 300), die so bemessen und beabstandet ist, dass sie in die Umfangsnut (162, 362) an dem zweiten Teil passt, wenn die ersten und zweiten Teile zusammengeformt sind.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 1, weiterhin mit: einer Verlängerung an dem zweiten, innen liegenden Ende des Halters angrenzend an die schräge Schulter (156, 356) und mit einem rechtwinkligen Querschnitt; und einer Aussparung an der Außenfläche der Dichtung (100, 300) angrenzend an die schräge Fläche (130, 330), die so bemessen und beabstandet, dass sie die Verlängerung an dem Halter aufnimmt, wenn die Dichtungsbaugruppe in einem hydraulischen Aufnahmekupplungselement (20) installiert ist.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 3, weiterhin mit: einer zweiten Schulter an dem zweiten, innen liegenden Ende des Halters angrenzend an die schräge Schulter (356), wobei die zweite Schulter rechtwinklig zur Längsachse des Halters ist; und einer zweiten Fläche an dem zweiten Ende der elastomeren Dichtung angrenzend an die schräge Fläche (356), wobei die zweite Fläche so bemessen und beabstandet ist, dass sie an der zweiten Schulter an dem zweiten Ende des Halters anliegt, wenn die Dichtungsbaugruppe in einem hydraulischen Aufnahmekupplungselement (20) installiert ist.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 1, wobei die Mittel zum Zusammenwirken mit dem Körper (22) eines hydraulischen Aufnahmekupplungselementes (20) Außengewinde an dem Halter aufweisen.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 5, weiterhin mit wenigstens einem Paar Sacklöcher (352) im ersten Ende des Halters, die für die Aufnahme eines Schraubenschlüssels bemessen und beabstandet sind.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 1, weiterhin mit einer Umfangsnut (164, 364) an der Außenfläche des zweiten, starreren Teils der ringförmigen Dichtung (100, 300).
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 7, weiterhin mit einer Dichtung in der Umfangsnut (164, 364).
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 8, wobei die Dichtung ein O-Dichtungsring (166, 366) ist.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 1, wobei der zweite, starrere Teil der ringförmigen Dichtung (100, 300) aus Metall ist.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 1, weiterhin mit wenigstens einem radialen Dichtungsvorsprung (110, 310) an der Innenfläche der ringförmigen Elastomerdichtung.
Sondendichtungsbaugruppe für ein hydraulisches Aufnahmekupplungselement mit: einem ringförmigen Kolben mit einem ersten, innen liegenden Ende und einem gegenüberliegenden, zweiten, äußeren Ende; einer ringförmigen Elastomerdichtung (200, 400) mit einem ersten, innen liegenden Ende, das so konfiguriert ist, das es an dem zweiten Ende des Kolbens anliegt, und einem gegenüberliegenden, zweiten Ende, das eine Fläche aufweist, die in einem spitzen Winkel zur Längsachse der Dichtung (200, 400) angeordnet ist; und einem ringförmigen Halter mit Mitteln zum Zusammenwirken mit dem Körper (22) eines hydraulischen Aufnahmekupplungselementes (20), einem ersten, äußeren Ende und einem gegenüberliegenden, zweiten, inneren Ende mit einer Schulter (256, 456), die in einem spitzen Winkel zur Längsachse des Halters angeordnet ist, wobei diese Schulter (256, 456) an der schrägen Fläche (230, 430) am zweiten Ende der Dichtung (200, 400) anliegt, wenn die Dichtungsbaugruppe in einem hydraulischen Aufnahmekupplungselement (20) installiert ist, wobei der Kolben durch hydraulischen Druck von Fluid innerhalb des hydraulischen Aufnahmekupplungselements (20) in Richtung der Dichtung (200, 400) beweglich ist.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 12, wobei die Mittel zum Zusammenwirken mit dem Körper eines hydraulischen Aufnahmekupplungselementes Außengewinde an dem Halter aufweisen.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 13, weiterhin mit wenigstens einem Paar Sacklöcher (252, 452) im ersten Ende des Halters, die für den Eingriff eines Schraubenschlüssels bemessen und beabstandet sind.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 12, weiterhin mit einer Umfangsnut (264, 464) an der Außenfläche des ringförmigen Kolbens.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 15, weiterhin mit einer Dichtung in der Umfangsnut (264, 464).
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 16, wobei die Dichtung ein O-Dichtungsring (266, 466) ist.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 12, wobei der Kolben ein Metallkolben ist.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 12, weiterhin mit wenigstens einem radialen Dichtungsvorsprung (210, 410) an der Innenfläche der ringförmigen Elastomerdichtung.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 12, weiterhin mit: einer Verlängerung an dem zweiten, innen liegenden Ende des Halters in der Nähe der schrägen Schulter und mit einem rechteckigen Querschnitt; und einer Aussparung an der Außenfläche der Dichtung (200, 400) in der Nähe der schrägen Fläche (230, 430) und so beabstandet, dass sie die Verlängerung des Halters aufnehmen kann, wenn die Dichtungsbaugruppe in einem hydraulischen Aufnahmekupplungselement (20) installiert ist.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 20, weiterhin mit: einer zweiten Schulter an dem zweiten, innen liegenden Ende des Halters angrenzend an die schräge Schulter (256, 456), wobei die zweite Schulter rechtwinklig zur Längsachse des Halters liegt; und einer zweiten Fläche an dem zweiten Ende der Elastomerdichtung (200, 400) angrenzend an die schräge Fläche (230, 430), wobei die zweite Fläche so bemessen und beabstandet ist, dass sie an der zweiten Schulter am zweiten Ende des Halters anliegt, wenn die Dichtungsbaugruppe in einem hydraulischen Aufnahmekupplungselement (20) installiert ist.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 12, weiterhin mit: einer axialen Rippe (224, 458) an dem ersten, innen liegenden Ende der ringförmigen Elastomerdichtung (200, 400); und einer axialen Nut (265, 468) an dem zweiten, äußeren Ende des Kolbens, die so bemessen und beabstandet ist, dass sie die axiale Rippe (224, 458) aufnimmt, wenn die Dichtungsbaugruppe in einem hydraulischen Aufnahmekupplungselement (20) installiert ist.
Sondendichtungsbaugruppe nach Patentanspruch 12, weiterhin mit: einer axialen Rippe an dem zweiten äußeren Ende des Kolbens; und einer axialen Nut an dem ersten, innen liegenden Ende der ringförmigen Elastomerdichtung (200, 400), die so bemessen und beabstandet ist, dass sie die axiale Rippe aufnimmt, wenn die Dichtungsbaugruppe in einem hydraulischen Aufnahmekupplungselement (20) installiert ist.
Verfahren zum Vorsehen einer fluiddichten Dichtung zwischen dem Körper (22) eines hydraulischen Aufnahmekupplungselementes (20), das eine zentrale axiale Bohrung aufweist, und der Sonde eines entsprechenden hydraulischen Einsteckkupplungselementes, mit: Beaufschlagen einer ersten Seite eines ringförmigen Kolbens mit hydraulischem Druck von Fluid innerhalb der zentralen Bohrung, wobei der Kolben zum Gleiten im Inneren eines ringförmigen Zylinders angeordnet ist, welcher durch eine zentrale axiale Bohrung in dem Aufnahmeelement und die äußere zylindrische Fläche der Sonde des Einsteckelementes, welches in die zentrale axiale Bohrung des Aufnahmeelementes eingesetzt ist, definiert ist; und Zusammendrücken einer ringförmigen elastomeren Sondendichtung (100, 200, 300, 400) zwischen einer gegenüberliegenden zweiten Seite des ringförmigen Kolbens und einer Haltemutter (150, 250, 350, 450), die lösbar in dem Aufnahmeelement (20) befestigt ist.
Verfahren nach Patentanspruch 24, wobei das Zusammenpressen der ringförmigen elastomeren Sondendichtung (100, 200, 300, 400) eine radiale Ausdehnung der Sondendichtung bewirkt.
Verfahren nach Patentanspruch 24, wobei die Haltemutter (150, 250, 350, 450) eine schräge Schulter (156, 256, 356, 456) aufweist, die an einer schrägen Fläche (130, 230, 330, 430) an der elastomeren Sondendichtung (100, 200, 300, 400) anliegt und Kompression der Dichtung (100, 200, 300, 400) zwischen dem Kolben und der Haltemutter (150, 250, 350, 450) bewirkt, dass die schräge Fläche (130, 230, 330, 430) an der Sondendichtung (100, 200, 300, 400) gegen die schräge Schulter (156, 256, 356, 456) der Haltemutter (150, 250, 350, 450) so bewegt wird, dass die Sondendichtung (100, 200, 300, 400) in eine Richtung radial nach innen gezwängt wird.