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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stopfen mit einem Hauptkörper, einer Klemmeinrichtung und einer Dichteinrichtung zum Verschließen einer Pipeline, und einer Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Klemm- und der Dichteinrichtung. Der Stopfen kann in einer Pipeline mit einem variierenden Durchmesser festgelegt werden.
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Es besteht ein allgemeiner Bedarf nach der Fähigkeit, einen Teil einer Pipeline zu verschließen, um Reparatur- oder Wartungsarbeiten durchzuführen, unterschiedliche Ausrüstungsgegenstände in der Pipeline hinzuzufügen oder zu entfernen, Abzweigungen herzustellen, oder die Pipeline allgemein zu sperren. Bei der Pipeline kann es sich um eine Pipeline für jegliche Art von Fluiden handeln, wie beispielsweise eine Pipeline für Kohlenwasserstoff-Fluide oder eine Wasserleitung. Herkömmlicherweise sind Pipelines so entworfen, dass sie in bestimmten Abständen im Verlauf der Pipeline Ventile enthalten, um über die Fähigkeit zu verfügen, Teile davon stillzulegen. Bei Pipelines, die sich auf großen Wassertiefen befinden, und bei Langstrecken-Pipelines sind vorinstallierte Ventile jedoch nicht sehr günstig; zuerst einmal müssen sie vor Ort aktiviert werden, und wenn ein Ventil über mehrere Jahre hinweg nicht verwendet wurde, besteht die Möglichkeit, dass das Ventil nicht mehr verwendet werden kann. Ein weiterer Problempunkt ist es, dass das Vorhandensein von Ventilen in bestimmten Abständen in einer Pipeline nicht nur die Kosten der Pipeline, sondern zusätzlich auch den Druckverlust in der Pipeline erhöht. An Stelle der Verwendung solcher Ventile vor Ort können entfernbare Stopfen verwendet werden, die in die Pipeline eingesetzt werden, an die erforderliche Position verbracht werden, in der Pipeline festgelegt werden, um sie zu verschließen, damit die erforderlichen Aufgaben durchgeführt werden können, und danach wieder entfernt werden. Diese Stopfen können auf geeignete Weise fernbetätigt werden, um Probleme mit Versorgungs- und Steuerleitungen zu vermeiden.
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In einer Situation, in der eine Gas-/Öl-Pipeline abgesperrt werden soll, ist es von höchster Wichtigkeit, dass der Stopfen auf einfache und zuverlässige Weise konfiguriert ist, damit während eines Arbeitsvorgangs keine unvorhergesehenen Probleme entstehen. Jede unnötige Ausfallzeit ist kostspielig.
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Ein Stopfen, der Pipelines verschließen soll, muss auch so konfiguriert sein, dass er Biegungen und andere Behinderungen in der Pipeline passieren kann, und gleichzeitig in der Lage sein, gegen einen Innendurchmesser der Pipeline abzudichten. Dieser Innendurchmesser einer Pipeline kann im Verlauf der Pipeline stark variieren, und die Behinderungen in Form von Ventilen und anderen Ausrüstungsgegenständen können einen viel kleineren Innendurchmesser als der Rest der Pipeline aufweisen, wodurch Einschränkungen für den Außendurchmesser des Stopfens entstehen. Bei fernbetätigten Stopfen, die sich über mehrere Kilometer fortbewegen können, bevor sie festgelegt werden, ist es das Wichtigste, über einen Stopfen zu verfügen, der alle schwierigen Positionen in der Pipeline während seiner Fortbewegung passiert, wobei zusätzlich zu diesen vorstehend Erwähnten beispielsweise auch noch Korrosion, Ansammlungen von Rückständen in der Pipeline usw. kommen können.
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All dies ergibt einen Bedarf nach einem Stopfen, der in einer nicht festgelegten Position einen kleinstmöglichen Außendurchmesser, einen so genannten „festen (bard) Außendurchmesser“, aufweist, und der gleichzeitig in einer festgelegten Position einen größtmöglichen Außendurchmesser besitzt. Um Biegungen durchfahren zu können, ist es auch wichtig, die Länge des Stopfens so kurz wie möglich zu halten. Eine solche Konfiguration ist am Besten geeignet, da der Stopfen dann einen großen Einsatzbereich besitzt.
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Ein weiterer Problempunkt besteht in vorübergehend festzulegenden Stopfen, die nach ihrer Verwendung in einer Pipeline entfernt und daraufhin in einer anderen Pipeline verwendet werden sollen. Die Möglichkeit, den Außendurchmesser für eine Festlegungsposition zu variieren, wäre günstig, da ein Stopfen dann in einem größeren Bereich von Abmessungen für Innendurchmesser von Pipelines verwendet werden kann.
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Diese Punkte sind von besonderer Bedeutung für die Klemmeinrichtung, die üblicherweise feste Elemente zum Festklemmen an der Wand der Pipeline und Halten des Stopfens in seiner Position aufweist, bis die Dichteinrichtung die Position abgedichtet hat und der Druck auf einer Seite des Stopfens freigegeben wird, um einen Differentialdruck über den Stopfen für eine selbsttätige Verriegelung des Stopfens in der Pipeline aufzubauen.
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In der norwegischen Patentschrift
NO 316740 B1 ist eine Lösung beschrieben, um eine Klemmeinrichtung des Stopfens von einem vergleichsweise kleinen Außendurchmesser in einer nicht festgelegten Position zu einem vergleichsweise größeren Außendurchmesser in einer festgelegten Position des Stopfens zu verschieben, während die Länge des Stopfens gleich gehalten wird. Die Klemmeinrichtung hat die Form von Gleitvorrichtungen, die um den Umfang eines Hauptkörpers des Stopfens angeordnet sind und von einer Betätigungseinrichtung entlang einer schrägen Oberfläche aus einer zurückgezogenen Position in eine festgelegte Position bewegt werden. Die Betätigungseinrichtung besitzt die Form eines mittig angeordneten Hydraulikzylinders. Die Gleitvorrichtungen sind als so genannte „Springer-Gleitvorrichtungen“ ausgebildet, indem sie in einer anfänglichen Bewegung aus der zurückgezogenen, nicht festgelegten Position entlang einer ersten Oberfläche mit einem ersten Winkel und danach entlang einer zweiten Oberfläche mit einem anderen Winkel bewegt werden, wobei die erste Oberfläche die Gleitvorrichtungen vergleichsweise schneller in einer radialen Richtung nach außen verschiebt als die zweite Oberfläche. Ein Problem bei dieser Lösung ist es, dass die Gleitvorrichtungen nicht gegen eine Innenwand einer Pipeline festgelegt werden können, so lange die Gleitvorrichtungen entlang der ersten Oberfläche mit dem größeren Winkel bewegt werden, da der Winkel für den Zweck einer selbsttätigen Verriegelung der Gleitvorrichtungen zu groß ist.
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In der
GB 2 286 868 A ist eine Lösung zum Verriegeln von Gleitvorrichtungen in einer festgelegten Position eines Stopfens beschrieben. Diese Lösung nutzt den Druck in dem Pipeline-Fluid, um auf einen kleinen Teil der schrägen bzw. geneigten Oberfläche Druck auszuüben und so die Gleitvorrichtungen ein wenig weiter in einer radialen Richtung zu verschieben. Dies ergibt jedoch keine erweiterte Verwendung für den Stopfen, da es sich hierbei lediglich um ein Verriegelungssystem handelt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stopfen zur Verfügung zu stellen, der eine Lösung dafür zur Verfügung stellt, die Klemmeinrichtung des Stopfens von einem kleinen Außendurchmesser in einer nicht festgelegten Position auf einen relativ großen Außendurchmesser in einer festgelegten Position zu verschieben, und gleichzeitig die Länge des Stopfens nicht zu vergrößern.
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Es ist auch eine Aufgabe, einen Stopfen zur Verfügung zu stellen, der mit einer großen Variation von Außendurchmessern festgelegt werden kann.
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Wieder eine andere Aufgabe ist es, einen Stopfen zur Verfügung zu stellen, der in einer beliebigen Position der Klemmeinrichtung während deren relativen axialen Bewegung zum Erzielen einer radialen Verschiebung festgelegt werden kann.
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Es ist auch eine Aufgabe, einen Stopfen zur Verfügung zu stellen, der eine geringe Anzahl von Teilen aufweist und der zuverlässig, einfach zu warten, und einfach zu reparieren ist.
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Eine weitere Aufgabe ist es, einen Stopfen mit großen Variationen des Außendurchmessers in einer festgelegten Position zur Verfügung zu stellen, während gleichzeitig ein niedriger Differentialdruck über den Stopfen für eine selbsttätige Verriegelung beibehalten wird.
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Diese Aufgaben werden mit einem erfindungsgemäßen Stopfen gemäß der Definition in den beigefügten nebengeordneten Ansprüchen gelöst; bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung an einem Stopfen bzw. einen Stopfen zum Verschließen oder Absperren einer Pipeline. Der Stopfen weist einen Hauptkörper, eine Dichteinrichtung und eine Klemmeinrichtung, wobei die Dichteinrichtung und die Klemmeinrichtung umfangsmäßig um den Hauptkörper angeordnet sind, und eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Dichteinrichtung und der Klemmeinrichtung aus einer zurückgezogenen Position in eine ausgefahrene Position zum Festklemmen und Abdichten gegen eine Innenwand der Pipeline auf. Der Stopfen weist auch andere Ausrüstungen zum Betätigen des Stopfens wie beispielsweise ein fernbetätigbares Steuersystem, gegebenenfalls Fluidzuführungen, Rad- oder Führungsanordnungen, Elemente zum Molchen (pigging) des Stopfens in einer Pipeline usw. auf. Diese Elemente sind jedoch keine wesentlichen Teile der vorliegenden Erfindung und werden daher nicht ausführlicher erläutert. Ein Fachmann kennt diese Elemente und ist auch in der Lage, sie auszuwählen. Die Betätigungseinrichtung kann mehrere Konfigurationen aufweisen: es kann sich um einen Motor zum mechanischen Betreiben der Klemmeinrichtung handeln, es kann sich um eine Exzenteranordnung handeln, die von einem Motor oder einer entweder mit Gas oder hydraulisch betriebenen Fluidzylinderanordnung betrieben wird. Es können ein mittig angeordneter Hydraulikzylinder oder auch mehrere vorhanden sein, oder einer zum Betreiben der Klemmeinrichtung und einer zum Betreiben der Dichteinrichtung. Es dürfte verständlich sein, dass mehrere Betätigungseinrichtungen vorstellbar sind, die mit der vorliegenden Erfindung funktionieren können.
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Gemäß der Erfindung weist die Klemmeinrichtung mindestens ein Gleitelement auf mit einer Außenfläche für einen Kontakt gegen die innere Rohrwand und einer inneren Gleitfläche, die in Anlage gegen eine erste schräge Führungsfläche angeordnet ist und mit einer Mittelachse des Stopfens einen Winkel α bildet. Wenn die Klemmeinrichtung aus einer zurückgezogenen Position betätigt wird, werden die Gleitelemente relativ zu der Führungsfläche bewegt und dadurch zum Verankern des Stopfens in einer radialen Richtung bewegt. Gemäß der Erfindung wird außerdem die Führungsfläche, und zwar die gesamte Führungsfläche, in einer radialen Richtung relativ zu der Mittelachse des Stopfens bewegt.
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Erfindungsgemäß ist die erste Führungsfläche an der Außenfläche von mindestens einem ersten Keilelement angeordnet, wobei dieses erste Keilelement eine zweite Innenfläche aufweist, die gegen eine zweite Führungsfläche anliegt, wobei die zweite Innenfläche mit einem Winkel β bezogen auf die Mittelachse des Stopfens ausgebildet ist.
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Bevorzugt wird die zweite Führungsfläche von mindestens einem zweiten Keilelement mit einer dritten Innenfläche gebildet, die im Wesentlichen parallel zur Mittelachse ist und gegen eine Hauptkörperfläche anliegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Aspektes der Erfindung bilden die erste Führungsfläche und die zweite Innenfläche des Keilelementes in einem Querschnitt in der Längsrichtung des Stopfens einen spitzen Winkel δ, wobei die offene Seite des Winkels δ gegen eine Hochdruckseite des Stopfens hin weist, wenn der Stopfen festgelegt ist. Bevorzugt sind der von der ersten Führungsfläche und der Mittelachse des Stopfens gebildete Winkel α und der von der zweiten Führungsfläche und der Mittelachse gebildete Winkel β im Wesentlichen gleiche Winkel, die jedoch in entgegengesetzte Richtungen der Mittelachse des Stopfens weisen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung sind die zweite Führungsfläche des zweiten Keilelementes und die zweite Innenfläche des ersten Keilelementes und/oder die dritte Innenfläche des zweiten Keilelementes und die Hauptkörperfläche mit mindestens zwei Teilen mit unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf die Mittelachse ausgebildet, so dass sie eine Abstufungsfunktion bilden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung kann mindestens ein Einschubelement zwischen den Hauptkörper und ein Keilelement eingeführt sein. Das Keilelement und die Einschubelemente sind mit entsprechenden Oberflächen ausgebildet, die bei einer Ausführungsform mindestens zwei Teile mit unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf die Mittelachse aufweisen können, um das Einschubelement zwischen das Keilelement und den Hauptkörper bewegen zu können. Es ist möglich, nur eines oder alle der Einschubelemente entsprechend dem Innendurchmesser der betreffenden Pipeline am Festlegungsort zu wählen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Stopfens weist dieser zwei Hauptabschnitte auf, einen Hochdruckabschnitt und einen Niederdruckabschnitt, die von der Betätigungseinrichtung mit der Form eines Haupthydraulikzylinders relativ zueinander bewegt werden, um die Klemmeinrichtung festzulegen. Der Hochdruckabschnitt umfasst den Zylinderraum des Hydraulikzylinders, und der Niederdruckabschnitt ist mit der Kolbenstange und dem Kolbenkopf des Hydraulikzylinders verbunden. Der Niederdruckabschnitt weist ein Plattenelement auf, das gegen einen Teil des Gleitelementes anliegt und das Gleitelement in Bezug auf die erste Führungsfläche bewegt. Das Plattenelement liegt bei einer Ausführungsform auch gegen einen Teil des zweiten Keilelementes an. Das zweite Keilelement kann auf unterschiedliche Weisen bewegt werden, wie im Nachfolgenden erläutert ist.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird das zweite Keilelement oder das gegen die Hauptkörperfläche anliegende Keilelement von einem zweiten Hydraulikzylinder relativ zur Hauptkörperfläche bewegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Hydraulikzylinder ein ringförmiger Zylinder, der mit dem Haupthydraulikzylinder in Verbindung steht. Der zweite Hydraulikzylinder kann auch eine eigene, unabhängige Fluidzufuhr besitzen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Festlegen eines Stopfens. Das Verfahren umfasst das Einsetzen des Stopfens in die Pipeline, das Hinführen des Stopfens zu der Festlegungsposition, nach dem Erreichen der Festlegungsposition das Aktivieren des Festlegungsvorgangs durch Bewegen der Führungsfläche in einer radialen Richtung, und das Bewegen der Gleitvorrichtungen relativ zu der Führungsfläche.
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Gemäß einem anderen Aspekt des Verfahrens umfasst dieses das Bewegen der Führungsfläche in einer radialen Richtung, bevor die Gleitvorrichtungen relativ zu der Führungsfläche bewegt werden.
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Die Erfindung wird nun anhand einer detaillierten Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung und unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, wobei:
- 1 einen Querschnitt durch die Hauptbestandteile eines Stopfens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer nicht festgelegten Position in einer Pipeline darstellt,
- 2 einen Querschnitt der Ausführungsform von 1 in einer festgelegten Position des Stopfens darstellt,
- 3 eine perspektivische Zeichnung von Einzelheiten im Zusammenhang mit der Klemmeinrichtung der Ausführungsform von 1 zeigt,
- 4A und B Querschnitte von Einzelheiten einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer festgelegten und einer nicht festgelegten Position zeigen,
- 5 Sequenzen des Vorgangs zum Festlegen einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
- 6 einen Querschnitt einer vierten Ausführungsform darstellt, und
- 7 ein Detail einer fünften Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind ähnliche Bestandteile in den verschiedenen Ausführungsformen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Querschnitt durch die Hauptbestandteile eines Stopfens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer nicht festgelegten Position in einer Pipeline gezeigt, und 2 stellt eine festgelegte Position des Stopfens dar. Der Stopfen 2 ist in einer Pipeline 1 positioniert und weist einen Hauptkörper 3 auf, der im Wesentlichen zylindrisch ist. Um den Umfang des Hauptkörpers 3 sind eine Klemmeinrichtung 5 und eine Dichteinrichtung 6 angeordnet, die sich in 1 in einer nicht festgelegten Position befinden, weshalb der Außendurchmesser des Stopfens gleich einem minimalen, festen Außendurchmesser für den Stopfen 2 ist. Die Klemmeinrichtung 5 und die Dichteinrichtung 6 werden durch Betätigen der Betätigungseinrichtung 4, die bei dieser Ausführungsform einen mittig angeordneten Hydraulikzylinder aufweist, aus einer nicht festgelegten Position in eine festgelegte Position betätigt. Der Hauptkörper 3 ist in zwei Abschnitte unterteilt, nämlich einen Hochdruckabschnitt 45 und einen Niederdruckabschnitt 46. Der Hochdruckabschnitt 45 bildet in sich Zylinderräume 63, 64 des Hydraulikzylinders. Eine Kolbenstange 62 und ein Kolbenkopf 61 befinden sich in dem Raum, den sie unterteilen und der mit dem Niederdruckabschnitt 46 des Hauptkörpers 3 verbunden ist.
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Der Niederdruckabschnitt 46 weist ferner eine Niederdruckplatte 48 auf, deren Außendurchmesser im Wesentlichen gleich dem festen Außendurchmesser des Stopfens ist. Auf ähnliche Weise weist der Hochdruckabschnitt 45 eine Hochdruckplatte 47 auf. Während des Festlegens des Stopfens 2 werden die Platten 47, 48 von dem Hydraulikzylinder 3 relativ zueinander bewegt, wenn dem Zylinderraum 64 Hydraulikfluid zugeführt wird, wodurch der Kolbenkopf 61 relativ auf die Hochdruckplatte 47 hin bewegt wird, wobei er den Zylinderraum 63 durchstreicht. Diese Bewegung verursacht eine radial nach außen gerichtete Bewegung der Klemmeinrichtung 5 und der Dichteinrichtung 6 in Kontakt mit der Innenwand der Pipeline 1. Dies wird im Nachfolgenden ausführlicher erläutert.
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Die Dichteinrichtung 6 mit der Form eines ringförmigen Dichtelementes wird in Kontakt mit der Innenwand der Pipeline 1 geschoben, und zwar durch eine radial nach außen gerichtete Verschiebungsbewegung in Folge der Bewegung einer schrägen Oberfläche der Hochdruckplatte 47 und einer entgegengesetzt dazu schrägen Oberfläche des Hauptkörpers 3, die von der Betätigungseinrichtung 4 aufeinander zu bewegt werden. Hierzu wird auf die ebenfalls anhängige norwegische Patentanmeldung 2005XXXX der gleichen Anmelderin verwiesen, auf die hiermit zu Zwecken weiterer Erläuterungen Bezug genommen wird.
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Die Klemmeinrichtung 5 weist Gleitelemente 10 auf, die um den Umfang des Hauptkörpers 3 angeordnet sind. Um den Umfang ist eine Anzahl von Gleitvorrichtungen 10 angeordnet, wobei diese Anzahl unter anderem von der Größe des Stopfens abhängt. Die Gleitvorrichtungen 10 haben jeweils eine Außenfläche 11 für ein Zusammenwirken mit der Innenwand der Pipeline 1. Die Außenfläche 11 kann Vorsprünge, Zähne, Rippen, eine Beschichtung oder andere Einrichtungen zum Verstärken der Klemmwirkung der Gleitvorrichtungen an der Innenwand der Pipeline 1 aufweisen. Die Gleitvorrichtungen haben ferner eine innere Gleitfläche 12 für eine Bewegung der Gleitvorrichtungen relativ zum Hauptkörper 3 des Stopfens während des Vorgangs zum Festlegen des Stopfens. Die innere Gleitfläche 12 ist eine in Bezug auf die Mittelachse des Stopfens schräge Oberfläche. Ein Querschnitt in der Längsrichtung des Stopfens ergibt eine im Wesentlichen dreieckige Form der Gleitvorrichtungen, wobei der größte radiale Abstand zwischen der Außenfläche 11 und der inneren Gleitfläche 12 in der geringsten Entfernung zur Niederdruckplatte 48 vorliegt. Die Gleitvorrichtungen 10 sind bei dieser Ausführungsform mit der Niederdruckplatte 48 durch entsprechende T-förmige Nuten (nicht gezeigt) in der Niederdruckplatte 48 und einer Stirnseite 13 der Gleitvorrichtungen verbunden, welche die Außenfläche 11 mit der inneren Gleitfläche 12 verbindet. Die Stirnseite 13 und der entsprechende Teil der Niederdruckplatte 48 sind mit einem kleinen Winkel in Bezug auf eine radiale Richtung ausgebildet.
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Die Gleitfläche 12 der Gleitvorrichtungen gleitet auf einer ersten Führungsfläche 21, die bei dieser Ausführungsform von einem ersten Keilelement 20 mit einer zweiten Innenfläche 22 gebildet wird. Die erste Führungsfläche 21 und die zweite Innenfläche 22 sind jeweils in Bezug auf die Mittelachse des Stopfens schräge Oberflächen, wodurch sich ein Querschnitt des ersten Keilelementes 20 in einer Längsrichtung des Stopfens ergibt, bei dem der größte Abstand zwischen der ersten Führungsfläche 21 und der zweiten Innenfläche 22 in der größten Entfernung zur Niederdruckplatte 48 vorliegt, so dass dieses Ende eine Stirnseite 25 bildet. Die Stirnseite 25 liegt an einem Teil des Hauptkörpers 3 an. Das erste Keilelement 20 ist ebenfalls mit dem Hauptkörper 3 verbunden, beispielsweise durch T-förmige entsprechende Nuten/Vorsprünge in der Stirnseite 25 und der entsprechenden Oberfläche des Hauptkörpers 3.
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Das erste Keilelement 20 mit der zweiten Innenfläche 22 liegt gegen ein zweites Keilelement 30 mit einer zweiten Führungsfläche 31 an. Das zweite Keilelement 30 mit einer dritten Innenfläche 32 liegt gegen eine Körperoberfläche 41 an, die sich im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse des Stopfens erstreckt. Das zweite Keilelement liegt bei dieser Ausführungsform ebenfalls gegen die Niederdruckplatte 48 an.
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Diese Oberflächen bilden mehrere Winkel. Die erste Führungsfläche 21 und die zweite Innenfläche 22 des ersten Keilelementes 20 bilden einen Winkel δ, wobei die offene Seite des Winkels auf die Hochdruckplatte 47 hinweist. Die zweite Führungsfläche 31 bildet einen Winkel β relativ zu einer Mittelachse des Stopfens, und die erste Führungsfläche 21 bildet einen Winkel α relativ zu einer Mittelachse. Diese zwei Winkel α und β sind bei der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen gleich, weisen jedoch in entgegengesetzte Richtungen der Längsachse des Stopfens.
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Wenn der Stopfen nun unter Bezugnahme auf die 1 und 2 aus einer nicht festgelegten Position (1) in eine festgelegte Position (2) in der Pipeline betätigt wird, bewegt der Hydraulikzylinder in Folge der Zufuhr von Hydraulikfluid zu dem zweiten Raum 64 den Kolbenkopf 61 in den Figuren von rechts nach links und verschiebt dadurch die zwei Platten 47, 48 aufeinander zu. Die Niederdruckplatte 48 drückt somit die Gleitvorrichtungen 10 und auch das zweite Keilelement 30 auf die Hochdruckplatte 47 hin, oder anders ausgedrückt, in einer axialen Richtung bezogen auf die Mittelachse und relativ zu dem ersten Keilelement 20. Das zweite Keilelement 30 mit seiner im Wesentlichen axialen Innenfläche 32 bewegt sich in einer im Wesentlichen axialen Richtung. Das erste Keilelement 20 wird von der zweiten Innenfläche 22 in einer radialen Richtung nach außen bewegt, wobei es relativ zu der schrägen zweiten Führungsfläche 31 des zweiten Keilelementes 30 gleitet, während dieses zweite Keilelement 30 axial bewegt wird. Die Gleitvorrichtungen 10 werden durch die axiale Relativbewegung der ersten inneren Gleitfläche 12 bezogen auf die erste Führungsfläche 21 des ersten Keilelementes 20 radial nach außen bewegt. Da das erste Keilelement 20 mit seiner ersten Führungsfläche 21 selbst auch in einer radialen Richtung nach außen bewegt wird, bewegen sich die Gleitvorrichtungen 10 durch dessen nach außen gerichtete, relative axiale Bewegung in einer radialen Richtung, die gleich der relativen Bewegung der Gleitvorrichtungen 10 bezogen auf das erste Keilelement 20 ist, zusätzlich zu der relativen radialen Bewegung des ersten Keilelementes 20 selbst. Diese relative radiale Bewegung der Gleitvorrichtungen 10 ist gleich der relativen radialen Differenz zwischen einem imaginären Anfangs- und Endpunkt der relativen Bewegung, die sowohl an der ersten als auch der zweiten Führungsfläche 21, 31 durchgeführt wird. Die Orientierung der beiden Führungsflächen 21, 31 ermöglicht ein Verriegeln der Gleitvorrichtungen 10 an einer beliebigen Stelle entlang ihrer Bewegung relativ zu der ersten Führungsfläche 21. Hierdurch erhält man eine doppelte radiale Bewegung der Gleitvorrichtungen 10 mit der gleichen axialen Bewegung der Hoch- und Niederdruckplatte 47, 48 in Bezug aufeinander, mit anderen Worten mit der gleichen Länge des Hubs des Kolbenkopfes 61 des Hydraulikzylinders. Dies bedeutet eine größere radiale Bewegung bei einer gleichen Länge des Stopfens.
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Einzelheiten dieser Ausführungsform sind auch in 3 gezeigt, in der eine perspektivische Querschnittansicht eines Teils des Hauptkörpers 3 mit der Körperoberfläche 41, des zweiten Keilelementes 30, mehrerer erster Keilelemente 20 und zweier Gleitelemente 10 gegeben wird. Gleitelemente 10 sind um den gesamten Umfang des Körpers 3 angeordnet. 3 zeigt die Elemente 10, 20, 30 in einer zurückgezogenen Position der Gleitelemente 10. Wie dort zu sehen ist, besitzt das zweite Keilelement 30 die Form eines Ringelementes, dessen dritte Innenfläche 32 gegen die Körperoberfläche 41 anliegt. Das zweite Keilelement 30 ist als ein Ring ausgebildet, da das Element nur in einer im Wesentlichen axialen Richtung bewegt wird und nicht in einer radialen Richtung bewegt wird. Die dritte Innenfläche 32 ist mit Reihen von Vorsprüngen 34 wie etwa Rippen oder Zähnen für ein Verkrallen mit der Körperoberfläche 41 ausgebildet, die mit entsprechenden Vorsprüngen, Rippen oder Zähnen ausgebildet sein kann, wenn sich der Stopfen in einer festgelegten Position befindet. Das zweite Keilelement 30 ist auch mit einer Hinterschneidungsfläche 33 ausgebildet, um den Gleitvorrichtungen 10 in einer zurückgezogenen Position Platz zu verschaffen, und mehreren Schlitzen 35 in einer im Wesentlichen axialen Richtung, die sich von einem Ende des Ringes und bis zu einem Abstand von dem anderen Ende des Ringes erstrecken, beispielsweise um Gewicht einzusparen und eine gewisse Flexibilität in dem zweiten Keilelement 30 zu erhalten, da dieses in einer festgelegten Position gegen den Hauptkörper gedrückt werden soll, während es in einer Situation ohne Festlegung entlang des Hauptkörpers 3 bewegt werden soll.
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Der Hauptkörper 3 ist mit der Körperoberfläche 41 und auch mit einem Körperflansch 44 für die Anlage gegen die Stirnseite 25 des ersten Keilelementes 20 ausgebildet. Das erste Keilelement 20 besteht aus mehreren separaten, um den Umfang des Hauptkörpers 3 angeordneten Einzelteilen. Das erste Keilelement 20 hat die Form von Einzelteilen, damit es in einer radialen Richtung bewegt werden kann, und diese sind, wie vorstehend bereits erwähnt wurde, mit dem Körperflansch 44 durch im Wesentlichen radiale T-förmige entsprechende Nut- und Feder-Systeme (nicht gezeigt) verbunden, wobei diese Systeme auch die Bewegung auf dem ersten Keilelement 20 in einer radialen Richtung einschränken können, um eine Fehlfunktion zu verhindern.
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In Anlage um das erste Keilelement 20 sind zwei keilförmige Gleitelemente 10 gezeigt, jedoch sind Gleitelemente um den gesamten Umfang des Hauptkörpers angeordnet. Die Gleitelemente 10 haben Vorsprünge 14 in ihrer Außenfläche 11 für ein besseres Verklemmen mit der Innenwand der Pipeline. Die Gleitelemente, die alternativ als Gleitvorrichtungen 10 bezeichnet werden, können beispielsweise T-förmige Nut- und Feder-Systeme sein, die mit der Niederdruckplatte 48 verbunden sind, siehe 1 und 2.
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In 4A und 4B sind Einzelheiten einer anderen Ausführungsform der Erfindung in einer nicht festgelegten Position in 4A und einer festgelegten Position in 4B gezeigt. Diese Ausführungsform weist auch Gleitvorrichtungen 10, ein erstes Keilelement 20 und ein zweites Keilelement 30 auf, wobei das zweite Keilelement 30 entlang einer im Wesentlichen axialen Körperoberfläche 41 bewegt wird. Die Gleitvorrichtungen 10 werden wie bei der vorherigen Ausführungsform durch die Bewegung des Kolbenkopfes 61 und der Niederdruckplatte 48 (nicht gezeigt) bewegt. Der Unterschied liegt bei dieser Ausführungsform in dem zusätzlichen zweiten Hydraulikzylinder 67 mit der Form eines ringförmigen Hydraulikzylinders, wobei eine Fluidleitung von dem Haupthydraulikzylinder 60 aus verläuft, um dem zweiten Hydraulikzylinder 67 Fluid zuzuführen. Der zweite Hydraulikzylinder kann das zweite Keilelement 30 in einer anfänglichen axialen Bewegung separat bewegen, bevor die Gleitvorrichtungen 10 bezogen auf das erste Keilelement 20 bewegt werden.
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In 5 sind drei Abbildungen von Einzelheiten einer dritten Ausführungsform in drei Positionen während eines Festlegungsvorgang gezeigt, und zwar von links nach rechts in einer nicht festgelegten Position, einer mittleren Position und einer festgelegten Position. Diese Ausführungsform ist den vorherigen zwei Ausführungsformen sehr ähnlich, und hinsichtlich ähnlicher Bestandteile wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen. Der Unterschied hier liegt ebenfalls in dem zusätzlichen zweiten Hydraulikzylinder 67, der eine Zylinderhülse 70 und an einem Ende dieses Zylinderhülse 70 einen Zylinderflansch 71 aufweist. Der Zylinderflansch 71 liegt an einem Teil des zweiten Keilelementes 30 an oder ist mit diesem verbunden. Wenn dem zweiten Hydraulikzylinder 67 Fluid zugeführt wird, das gemäß der Erläuterung für 4 aus dem Raum des ersten Hydraulikzylinders oder über eine Röhre oder ein Rohr von einer anderen Quelle stammen kann, wird die Zylinderhülse 70 relativ zum Körper 3 bewegt und bewegt dadurch auch das zweite Keilelement 30, ohne dass die Gleitvorrichtungen 10 in einer axialen Richtung bewegt werden, wie in der mittleren Darstellung von 5 gezeigt ist. Sowohl das erste Keilelement 20 als auch die Gleitvorrichtungen 10 werden hierdurch in einer radialen Richtung bewegt. Die Betätigung des Kolbenkopfes 61 des Haupthydraulikzylinders bewegt die Niederdruckplatte 48 relativ zum Körper 3 und bewegt dadurch die Gleitvorrichtungen 10 in einer relativen axialen Richtung, was wegen der schrägen Führungsfläche des ersten Keilelementes 20 gemäß der Darstellung in der rechten Abbildung von 5 auch eine radiale Bewegung der Gleitvorrichtungen 10 verursacht. Hierdurch wird, wie schon vorstehend erläutert, die doppelte radiale Bewegung der Gleitvorrichtungen erhalten.
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In 6 ist eine vierte Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Stopfen weist wie bei den vorherigen Ausführungsformen einen Hauptkörper 3 mit einem Hochdruckabschnitt mit einer Hochdruckplatte 47 und einen Niederdruckabschnitt mit einer Niederdruckplatte 48 auf. Mittig in dem Stopfen befindet sich ein Hydraulikzylinder, wie vorstehend beschrieben ist. Es sind eine Dichteinrichtung 6 und eine Klemmeinrichtung vorhanden, die von dem Hydraulikzylinder betätigt werden. Die Klemmeinrichtung weist wie bei den vorherigen Ausführungsformen Gleitvorrichtungen 10 auf, und ein erstes Keilelement 20 mit einer ersten Führungsfläche 21, die gegen eine erste innere Gleitfläche der Gleitvorrichtungen 10 anliegt.
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Das erste Keilelement 20 hat bei dieser Ausführungsform eine zweite Innenfläche 22, die gegen eine Körperoberfläche 41 anliegt. Die Körperoberfläche 41 und die zweite Innenfläche 22 weisen drei Oberflächenteile mit unterschiedlichen Winkeln auf, die Körperoberfläche 41 mit dem ersten Körperoberflächenteil 42, dem zweiten Körperoberflächenteil 43 und dem dritten Körperoberflächenteil 49, wobei der erste Körperoberflächenteil 42 mit einer Mittelachse des Stopfens einen größeren Winkel bildet als der zweite und der dritte Körperoberflächenteil 43, 49. Auf ähnliche Weise hat die zweite Innenfläche 22 einen ersten Stufenoberflächenteil 23, einen zweiten Stufenoberflächenteil 24 und einen dritten Stufenoberflächenteil 26, deren winkelmäßige Beziehungen ähnlich den Winkelbeziehungen der Teile der Körperoberfläche 41 sind. Durch diese Stufenform der Oberflächen 22, 41 wird das erste Keilelement 20 während des Festlegungsvorgangs in einem Teil seiner relativen axialen Bewegung durch die „Stufen“ in einer radialen Richtung nach außen bewegt und bewegt somit auch die erste Führungsfläche 21 für die Gleitvorrichtungen 10 in einer radialen Richtung nach außen, wodurch es möglich ist, die Gleitvorrichtungen 10 bei einem gleichen Hub des Kolbenkopfes in einer radialen Richtung nach außen über eine größere Distanz zu bewegen.
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Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung ist in 7 gezeigt. Diese Ausführungsform gibt eine andere Möglichkeit des Bewegens der ersten Führungsfläche 21 nach außen in einer radialen Richtung an. Es ist dort mindestens ein Einschubelement 50 für das Einschieben zwischen das erste Keilelement 20 und den Körper 3 angeordnet. In der Figur sind drei Einschubelemente 50, 51, 52 gezeigt. Die Einschubelemente 50, 51, 52 und das erste Keilelement 20 sind mit entsprechenden Teilen 26, 27 und Öffnungen 53 mit schrägen Oberflächen ausgebildet, um das Einschieben von nur einem oder allen der Einschubelemente zu ermöglichen. Es ist außerdem ein Einschubsystem (nicht gezeigt) zum Bewegen des Einschubelementes aus einer inaktiven in eine aktive Position vorhanden, sowie Anordnungen in der Niederdruckplatte 48, um inaktive Einschubelemente beim Festlegen des Stopfens nicht zu aktivieren. Mithilfe dieser Anordnung ist es möglich, ein oder mehrere Elemente zwischen das erste Keilelement 20 und den Körper 3 einzuschieben, je nach dem Innendurchmesser der Pipeline, in welcher der Stopfen festgelegt werden soll. Das Einschieben der Einschubelemente 50, 51, 52 kann am Festlegungsort fernbetätigt stattfinden.
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Hiermit wurden mehrere Anordnungen zum Verwirklichen der vorliegenden Erfindung beschrieben, um die Führungsfläche für die Gleitvorrichtungen während des Festlegungsvorgangs in einer radialen Richtung zu bewegen. Es können andere Anordnungen ins Auge gefasst werden, die innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung gemäß der Definition in den nachfolgenden Ansprüchen liegen. Es können Anordnungen mit Kombinationen der vorstehend beschriebenen Anordnungen vorhanden sein. Die zweiten Keilelemente können eine Abstufungsfunktion besitzen, es können vier Keilelemente zum Erzielen einer vierfachen radialen Bewegung der Gleitvorrichtungen vorhanden sein, es können zwei oder mehr Haupthydraulikzylinder zum Betätigen der Dicht- und der Klemmeinrichtung vorhanden sein, es können verschiedene Hydraulikzylinder zum Betätigen der Dicht- und der Klemmeinrichtung vorhanden sein, der Hydraulikzylinder kann gasbetätigt und nicht hydraulisch betätigt sein. Die Dichteinrichtung kann eine jegliche geeignete Art von Dichteinrichtung sein, der Stopfen kann kabelgeführt oder vorzugsweise fernbetätigt sein. Der Stopfen kann Teil einer Stopfenkette sein.
