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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen hydraulische Kupplungen,
die bei Unterwasserbohrungen und -Produktionsanwendungen verwendet
werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Tellerventile
für hydraulische
Unterseekupplungen, die, wenn die Kupplungselemente miteinander
verbunden werden, öffnen,
um einen Hydraulikfluidstrom zu ermöglichen.
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Hydraulische
Unterseekupplungen sind seit langem bekannt. Die Kupplungen bestehen
im Allgemeinen aus einem Einsteckelement und einem Aufnahmeelement
mit abgedichteten Fluidkanälen,
die zwischen beiden verbunden sind. Das Aufnahmeelement ist im Allgemeinen
ein zylindrischer Körper
mit einer Längsbohrung
mit relativ großem
Durchmesser, oder einer Aufnahmekammer an dessen einem Ende und
einer Längsbohrung
mit relativ kleinem Durchmesser an dessen anderem Ende. Die kleine Bohrung
erleichtert das Anschließen
an Hydraulikleitungen während
die größere Bohrung
mit dem Einsteckelement der Kupplung in dichtendem und verschiebbarem
Eingriff steht. Das Einsteckelement hat an seinem einen Ende einen
zylindrischen Teil mit einem Außendurchmesser
ungefähr
gleich dem Durchmesser der großen
Bohrung in dem Aufnahmeelement der Kupplung. Das Einsteckelement
hat an seinem anderen Ende auch einen Anschluß, um das Anschließen an Hydraulikleitungen
zu erleichtern. Wenn der zylindrische Teil des Einsteckelementes
in die große
Bohrung des Aufnahmeelementes eingesetzt wird, wird gemäß verschiedenen
Ausführungsformen der
Vorrichtung zwischen dem Einsteckelement und dem Aufnahmeelement
ein Fluidstrom errichtet.
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Das
Einsteckelement und das Aufnahmeelement einer hydraulischen Kupplung
haben jeweils typischerweise ein Tellerventil, das verschiebbar
innerhalb der Bohrung jedes Elementes aufgenommen ist. Jedes Tellerventil
hat typischerweise eine konische Ventilfläche, die in der geschlossenen
Position an einem Ventilsitz in der Bohrung sitzt. Das Tellerventil öffnet, um
einen Fluidstrom zu ermöglichen
und schließt
die Tellerventilfläche
gegenüber
dem entsprechenden Ventilsitz innerhalb der Bohrung, um den Strom
zu stoppen. Im Allgemeinen ist das Tellerventil in die geschlossene
Position durch eine Feder vorgespannt. Das Ventil hat auch einen
Ventilbetätiger,
der eine Nase oder ein Stößel sein
kann, der vom Scheitelpunkt der Ventilfläche aus sich in der Längsachse
des Tellerventils erstreckt. Der Kontakt zwischen den Ventilbetätigern der
Tellerventile des Einsteck- und des Aufnahmeelementes zwingt jede Ventilfläche von
dem Ventilsitz weg und in die offene Position für einen Fluidstrom zwischen
den Elementen. Einige Unterseekupplungselemente haben keine Ventilbetätiger, verwenden
statt dessen Ventile, die sich in Antwort auf den Fluiddruck vom
gegenüberliegenden
Kupplungselement, öffnen.
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In
Unterseeausrüstungen
sind die Einsteckelemente und Aufnahmeelemente typischerweise an einander
gegenüberliegenden
Verteilerplatten befestigt. Typischerweise können an jeder Verteilerplatte zwischen
10 und 30 Kupplungselemente befestigt sein. Es kann wünschenswert
sein, die Anzahl der Kupplungselemente, die an jeder Verteilerplatte
befestigt sind, zu erhöhen.
Die Größe der Verteilerplatte kann
vergrößert sein,
um zusätzliche
Kupplungselemente aufzunehmen. Die Vergrößerung der Abmessungen einer
Verteilerplatte zum Aufnehmen zusätzlicher Kupplungselemente
erhöht
jedoch deren Gewicht und macht es für Hebezeuge, Taucher oder fernbetätigbare
Fahrzeuge schwieriger, die Verteilerplatten zu handhaben und die
Kupplungselemente miteinander in Eingriff zu bringen, insbesondere
bei Unterseetiefen von mehreren tausend Fuß oder mehr. Statt des Erhöhens der
Abmessungen der Verteilerplatten kann statt dessen jedes Kupplungselement
in der Größe (das
heißt
im Durchmesser) vermindert sein. Die Verminderung des Durchmessers der
Kupplungselemente kann jedoch zu engeren Strömungskanälen und verminderter Wanddicke
führen.
Falls möglich,
ist es wünschenswert,
den Durchmesser der Kupplungselemente zu verringern, ohne daß die Strömungskanäle signifikant
oder materiell verengt oder die Wanddicken vermindert werden. Ansonsten
können
Kupplungen mit engeren Strömungskanälen und
verminderten Wanddicken auf Kosten der Leistung und der Zuverlässigkeit
gehen, niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten
und ein erhöhtes
Risiko der Leckage von Hydraulikfluid in empfindliche Unterseeumgebungen
erhöhen.
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Mehrere
Patente der National Coupling Company, Inc. aus Stafford, Texas
offenbaren hydraulische Unterseekupplungen mit Sondenquerschnitten
mit verringerten Durchmessern, ohne daß dies auf Kosten der Leistung
und der Zuverlässigkeit geht
und ohne daß das
Leckagerisiko erhöht
wird. Beispielsweise offenbart die
US-PS
6,206,040 eine hydraulische Unterseekupplung mit einer
stufenförmigen
Innenbohrung und einem Tellerventil, das in dem Körperabschnitt
anstatt dem Sondenabschnitt des Einsteckelementes positioniert ist.
Die
US-PS 6,085,785 offenbart
ein hydraulisches Unterseekupplungselement mit einem verlängerten
Sondenabschnitt und einem Tellerventil, das einen Betätiger hat,
der sich durch den verlängerten
Sondenabschnitt erstreckt. Die
US-PS
6,283,444 offenbart ein hydraulisches Unterseekupplungselement
mit einem Tellerventil in dem Körperabschnitt
und einem Ventilbetätiger,
der sich durch den Sondenabschnitt erstreckt und an der Stirnfläche des
Einsteckkupplungselementes vorsteht. Ähnlich offenbart die
US-PS 6,227,245 ein hydraulisches
Unterseekupplungselement mit einem Tellerventil in dem Körperabschnitt
und einem Ventilbetätiger,
der sich durch den Sondenabschnitt erstreckt und an der Stirnfläche des Einsteckkupplungselementes
vorsteht.
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Die
meisten Unterseekupplungselemente haben Ventilbetätiger, die
weniger als die halbe Länge
des Tellerventils haben. Die Kupplungselemente, die in den vorstehenden
Patenten der National Coupling Company offenbart sind, haben jedoch
Ventilbetätiger,
die eine größere Länge als
die halbe Länge des
Tellerventils haben und können
eine Länge
von (1 Inch) 25,4 mm oder darüber
haben. Diese Ventilbetätiger
erstrecken sich wenigstens teilweise durch die Innenbohrung des
Sondenabschnittes und können
an der Stirnfläche
des Einsteckkupplungselementes in der normalerweise geschlossenen
Position vorstehen oder nicht.
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Aus
der
US-PS 6,161,579 ist
eine Kupplung für
Druckfluidleitungen bekannt, die insbesondere für medizinische Anwendungsgebiete
dient. Bei dieser Kupplung sind die Ventilbaugruppen so ausgebildet, dass
ihre Betätiger
jeweils von einem hohlzylindrischen Ventilkörper umschlossen sind. An den
Stirnseiten sind die Betätiger
mit einem Konus bzw. Innenkonus versehen.
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Das
Hydraulikfluid übt
in hydraulischen Unterseesystemen seine Kräfte auf die Tellerventile in den
Kupplungselementen aus, insbesondere bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten und
Drucken. Die Ventilbetätiger
sind insbesondere gegenüber
hohen Hydraulikfluidkräften
empfindlich. Ventilbetätiger sind
dem Strom und der Turbulenz des Hydraulikfluids durch die Innenbohrung
jedes Kupplungselementes und an der Verbindungsstelle, wo die Kupplungselemente
miteinander im Eingriff stehen, ausgesetzt. Der Hydraulikfluiddruck
und die Turbulenz übt
einen seitlichen Druck gegen die Ventilbetätiger aus und kann die Ventilbetätiger sogar
biegen, ablenken oder seitlich verschieben. Gebogene oder abgelenkte Ventilbetätiger können einander
nicht sauber berühren,
um die Tellerventile zuverlässig
zu öffnen,
wenn die hydraulischen Unterseekupplungselemente miteinander in
Eingriff gebracht werden. Zerstörte
Ventilbetätiger
können
auch das Risiko der Leckage erhöhen
oder die Leistung des Hydrauliksystems, von dem die Kupplung ein
Teil ist, nachteilig beeinflussen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 4 und 7 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung liegt in einer hydraulischen Unterseekupplung
der vorstehenden Bauart mit gegenseitig riegelnden Ventilbetätigern. Die
Ventilbetätiger,
die an jedem Tellerventil vorstehen, gelangen miteinander in Kontakt,
um die Ventile zu öffnen.
Die Stirnfläche
eines Ventilbetätigers
hat einen Vorsprung und die Stirnfläche des zweiten Ventilbetätigers hat
eine entsprechende passende Aussparung. Wenn der Vorsprung in die
Aussparung eintritt und mit dieser in Eingriff gelangt, sind die
Stirnflächen
der Ventilbetätiger
miteinander verriegelt. Die miteinander verriegelten Ventilbetätiger haben
einen besseren Widerstand gegenüber
Verbiegen, Ablenken oder seitlicher Verschiebung infolge von Hydraulikfluiddruck
und Turbulenz, wodurch Zerstörungen der
Betätiger
und des Hydrauliksystems begrenzt oder verhindert werden.
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1 ist
eine Teilansicht im Schnitt der Tellerventile, der Einsteck- und
Aufnahmekupplungselemente gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Teilansicht im Schnitt der Tellerventile der Einsteck- und
Aufnahmekupplungselemente gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine Ansicht im Schnitt einer hydraulischen Unterseekupplung mit
den Tellerventilen der vorliegenden Erfindung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform.
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Wie
in der 1 gezeigt, hat das erste Tellerventil 10 einen
zylindrischen Ventilkörper 11,
eine konische Ventilfläche 12 und
eine Anzahl von Öffnungen 13 für Hydraulikfluid,
damit dieses zwischen dem Ventilkörper und der Ventilfläche fließen kann,
wenn das erste Tellerventil offen ist. Das zweite Tellerventil 20 hat
ebenfalls einen zylindrischen Ventilkörper 21, eine konische
Ventilfläche 22 und
eine Anzahl von Öffnungen 23 für das Hydraulikfluid,
damit dieses zwischen dem zylindrischen Ventilkörper und der Ventilfläche fließen kann,
wenn das zweite Tellerventil offen ist.
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Der
erste Betätiger 14 erstreckt
sich vom Scheitelpunkt der Ventilfläche 12 ausgehend und
der zweite Betätiger 24 erstreckt
sich vom Scheitelpunkt der Ventilfläche 22 ausgehend.
In den Ausführungsformen
der 1, 2, und 3 ist nur
der erste Betätiger
länger
als die halbe Länge
des Tellerventils, an welchem der Betätiger vorsteht.
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In
der vorliegenden Erfindung wird in Betracht gezogen, daß die Länge jedes
Ventilbetätigers größer oder
kleiner als die halbe Länge
des Tellerventils sein kann. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung
sind existent und die Erfindung ist für die Verwendung bei hydraulischen
Kupplungen geeignet, die Ventilbetätiger irgendeiner Länge haben.
Die Erfindung ist insbesondere jedoch für hydraulische Unterseekupplungen
nützlich,
die Ventilbetätiger
haben, welche sich wenigstens teilweise durch die Bohrung in dem
Sondenabschnitt erstrecken, einschließlich hydraulischen Unterseekupplungen,
bei denen wenigstens einer der Betätiger länger als die halbe Länge des
Tellerventils ist. Der Ventilbetätiger
in dem Einsteckelement kann, wenn das Tellerventil geschlossen ist,
an der Stirnfläche
des Sondenabschnittes vorstehen, und wird den Ventilbetätiger des Aufnahmekupplungselementes
außerhalb
des Sondenabschnittes berühren.
Alternativ kann der Ventilbetätiger
des Einsteckelementes nicht an der Stirnfläche des Sondenabschnittes vorstehen,
so daß er den
Ventilbetätiger
des Aufnahmeelementes nur nach dem teilweisen Eintreten des Aufnahmeventilbetätigers in
den Sondenabschnitt, berühren
wird.
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Die
Stirnfläche 15 des
Ventilbetätigers 14 hat eine
im Allgemeinen halbkugelförmige
Aussparung 16 und die Stirnfläche 25 des Ventilbetätigers 24 hat einen
im Allgemeinen halbkugelförmigen
Vorsprung 26, der an dieser vorsteht. Wenn die Ventilbetätiger miteinander
in Kontakt gelangen und ineinander eingreifen, um die Tellerventile
der Einsteck- und Aufnahmekupplungselemente zu öffnen, verriegelt sich der
Vorsprung 26 mit der Aussparung 16. Die miteinander
verriegelten Ventilbetätiger
widerstehen einem Biegen, einer Ablenkung und sonstigen seitlichen Verschiebung
durch die Hydraulikfluidkräfte
in der internen Bohrung des Sondenabschnittes und an dem Übergang
zwischen den Kupplungselementen.
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Die
Tellerventile der vorliegenden Erfindung sind in den Innenbohrungen
der Einsteck- und
Aufnahmeelemente der hydraulischen Unterseekupplung positioniert.
Das erste Tellerventil kann in der Innenbohrung des Einsteckkupplungselementes
positioniert sein und das zweite Tellerventil ist in der Innenbohrung
des Aufnahmekupplungselementes positioniert. Alternativ kann das
erste Tellerventil in der Innenbohrung des Aufnahmekupplungselementes
und das zweite Tellerventil in der Innenbohrung des Einsteckkupplungselementes
sein.
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2 zeigt
das erste Tellerventil 30 und das zweite Tellerventil 40 mit
den Ventilbetätigern 34 und 44,
die jeweils an diesen vorstehen. Die Stirnfläche 35 des Ventilbetätigers 34 hat
eine kegelstumpfförmige
Aussparung 36, die Stirnfläche 45 des Ventilbetätigers 44 hat
einen kegelstumpfförmigen
Vorsprung 46, der an dieser vorsteht. Wenn die Betätiger einander
berühren,
um die Tellerventile zu öffnen,
greift der Vorsprung 46 in die Aussparung 36 und
verriegelt sich mit dieser.
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3 zeigt
ein Einsteckkupplungselement 50, das mit dem Aufnahmekupplungselement 70 im Eingriff
steht, wobei die Ventilbetätiger
miteinander verriegelt sind und die Tellerventile für die Hydraulikfluidübertragung
geöffnet
sind. Das Einsteckelement hat einen im Allgemeinen zylindrischen
Körper 51 und
einen Sondenabschnitt 58 mit einem verminderten Durchmesser.
In der Ausführungsform
gemäß 3 ist
an dem Einsteckelementkörper
auch eine Hülse 63 befestigt.
Die Innenbohrung 52 erstreckt sich durch den im Allgemeinen
zylindrischen Körper des
Einsteckkupplungselementes. Das Tellerventil, das in dem Körperabschnitt
des Einsteckelementes positioniert ist, hat einen zylindrischen
Tellerventilkörper 53,
der in der Innenbohrung verschiebbar ist und der durch die Ventilfeder 54 in
die geschlossene Position vorgespannt ist. In der normalerweise
geschlossenen Position dichtet die konische Ventilfläche 56 gegenüber dem
Ventilsitz 57 ab. Der Federteller 55 hält die Ventilfeder
in der Innenbohrung. Das Tellerventil in dem Einsteckkupplungselement
hat eine Anzahl von Öffnungen 62,
damit Hydraulikfluid zwischen dem zylindrischen Ventilkörper und
der konischen Ventilfläche
fließen
kann. Der Sondenabschnitt hat eine durch diesen sich erstreckende
Innenbohrung 59, vorzugsweise mit einem Innendurchmesser,
der kleiner als die Innenbohrung 52 in dem Körperabschnitt
des Einsteckelementes ist.
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Während das
Tellerventil in dem Körperabschnitt
des Einsteckelementes aufgenommen ist, steht der Ventilbetätiger 61 an
der konischen Ventilfläche
durch die Bohrung 59 im Sondenabschnitt und an der Stirnfläche 60 des
Sondenabschnittes des Einsteckelementes nach außen vor. Alternativ kann der
Ventilbetätiger
sich nicht an der Stirnfläche
des Sondenabschnittes nach außen
erstrecken.
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Das
Aufnahmeelement 70 der hydraulischen Unterseekupplung hat
in der bevorzugten Ausführungsform,
wie in der 3 gezeigt, einen im allgemeinen
zylindrischen Körper 71 mit
einer sich durch diesen erstreckenden Innenbohrung 72.
Das Tellerventil des Aufnahmeelementes hat einen zylindrischen Ventilkörper 73 und
eine konische Ventilfläche 76.
Die Ventilfeder 74, die in der Innenbohrung durch einen
Federteller 75 gehalten ist, spannt das Tellerventil in
die normalerweise geschlossene Position vor. In der geschlossenen
Position dichtet die konische Ventilfläche 76 gegenüber dem
Ventilsitz 77 ab. In der offenen Position fließt Hydraulikfluid
durch die Öffnungen 83 zwischen
dem zylindrischen Ventilkörper
und der Ventilfläche.
Der Ventilbetätiger 82 ragt an
dem Scheitelpunkt der konischen Ventilfläche vor. Der Ventilbetätiger 82 kann
mit dem Ventilbetätiger 61 in
der Nähe
der Stirnfläche
des Sondenabschnittes in Eingriff gelangen oder der Ventilbetätiger 82 kann
teilweise in den Sondenabschnitt eintreten. Der Dichtungshalter 78 hat
einen im Allgemeinen zylindrischen Körper, der mit dem Aufnahmeelement
in Eingriff steht oder in diesem verschieblich ist, um die Radialdichtung 79 in
dem Aufnahmeelement zu halten. Zusätzlich ist in dem Aufnahmekupplungselement
zwischen dem Dichtungshalter und der Haltersperrmutter 81,
welche in das Aufnahmeelement eingeschraubt ist, eine Dichtung 80 gehalten.