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- Bezugnahmen auf verwandte Anmeldungen: Keine
- Angaben bezüglich öffentlich geförderter
Forschung oder Entwicklung: Nicht anwendbar
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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft hydraulische Kupplungsglieder. Insbesondere betrifft
sie Aufnahmeglieder von Hochdruckkupplungen für die Unterwasserverwendung
bei Öl- und Gas-Erkundungs- und -Förderanwendungen.
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2. Beschreibung des verwandten Standes
der Technik einschließlich Information, die unter § 37
CFR 1.97 und 1.98 offenbart wurden.
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Im
Stand der Technik ist eine große Vielzahl von hydraulischen
Kupplungsgliedern bekannt. Üblicherweise besteht eine Kupplung
aus zwei Gliedern – einem Einsteckglied mit einem allgemein
zylinderförmigen Kopfstück und einem Aufnahmeglied
mit einer Aufnahmekammer, das mit einer oder mehreren Dichtungen
ausgerüstet ist, um eine flüssigkeitsdichte radiale
Dichtung mit der äußeren Oberfläche des Kopfstückelements
des Einsteckglieds zu bieten.
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Für
Hochtemperatur-, und Hochdruck-Anwendungen hat sich herausgestellt,
dass eine Kopfstückdichtung mit einer Schwalbenschwanz-Sperrpassung
in einem Dichtungshalter oder in einer Dichtungskassette eines Aufnahme-Kupplungsglieds eine
besonders wirksame Gestaltung ist.
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Die
US-Patente Nr. 5,099,882 und
5,203,374 offenbaren eine
druckausgeglichene Hydraulikkupplung mit einer Mehrzahl unterschiedlicher
Dichtungen mit einer Schwalbenschwanz-Sperrpassung, die eine radiale
Bewegung der Dichtung in die Bohrung verhindert. Diese druckausgeglichene
Kupplung hat radiale Durchlässe, die eine Verbindung zwischen
dem Einsteck- und dem Aufnahmeglied bieten, so dass während
des Herstellens oder Trennens der Kupplung oder im gekuppelten Zustand
ein erheblicher Flüssigkeitsdruck auf die Stirnfläche
eines der Glieder nicht ausgeübt wird. Radiale Durchlässe
in dem Einsteck- und dem Aufnahmeglied passen an ihren longitudinalen
Oberflächen zusammen, so dass der Flüssigkeitsdruck
zwischen dem Einsteck- und dem Aufnahmeglied in im Wesentlichen
radialer Richtung wirkt und nicht auf die Stirnfläche eines
der Glieder ausgeübt wird. Ein erstes Paar von Dichtungen
ist auf jeder Seite des radialen Durchlasses angeordnet, um zwischen
der Aufnahmekammer und dem Dichtungshalter zu dichten. Ein zweites
Paar von Dichtungen ist auf jeder Seite des radialen Durchlasses
angeordnet, um zwischen dem Dichtungshalter und dem Einsteckglied
zu dichten.
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Das
US-Patent Nr. 5,390,702 offenbart
eine Unterwasser-Hydraulik-Kupplung mit einem Einsteckglied, das
einen abgestuften äußeren Körper aufweist,
der in ein Aufnahmeglied eingeführt wird, das eine Bohrung
mit einer abgestuften inneren zylinderförmigen Oberfläche
aufweist. Die Stufe in dem Einsteckglied bildet erste und zweite
zylinderförmige Außenflächen, die gleitend
aufgenommen sind in der Bohrung des Aufnahmeglieds und in einem
Hülsenglied, bevor die Dichtungen, die in dem Hülsenglied gehalten
werden, mit dem Einsteckglied in Eingriff stehen. Daher wird das
Einsteckglied mit höherer Genauigkeit positioniert und
in die Dichtungen geführt, was eine größere
Verlässlichkeit der Dichtung und eine längere
Lebensdauer der Dichtung zur Folge hat. Die abgestuften Oberflächen
tragen außerdem dazu bei, eine Implosion der Dichtungen
unter dem Einfluss des Meeresdrucks zu verhindern, wenn das Ende
des Einsteckglieds aus den Dichtungen herauskommt.
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Das
US-Patent Nr. 6,123,103 offenbart
eine weitere druckausgeglichene Hydraulikkupplung zur Verwendung
in Unterwasser-Bohr- und Förderanwendungen, die mit schwalbenschwanzartigen
Dichtungen ausgestattet ist. Das Aufnahmeglied hat einen gespaltenen
Körper mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil, die
jeweils einen Längsdurchlass und einen radialen Flüssigkeitsdurchlass
aufweisen. Eine radiale Dichtung ist an der Verbindung zwischen dem
ersten Teil und dem zweiten Teil des Körpers des Aufnahmeglieds
angeordnet, um ein Entfernen und Ersetzen der radialen Dichtung
zu erleichtern, wenn der gespaltene Körper zerlegt wird.
Das Einsteckglied kann durch den ersten Teil und den zweiten Teil
des Aufnahme-Kupplungsglieds eingeführt werden, wodurch
eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den Kupplungsgliedern
in einer Richtung quer zu den Bohrungen der Kupplungsglieder entsteht.
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Das
US-Patent Nr. 6,206,040 offenbart
eine weitere Unterwasser-Hydraulikkupplung mit Dichtungen, die ein
Schwalbenschwanz-Profil haben. Diese Unterwasser-Hydraulik-Kupplung
weist eine abgestufte innere Bohrung auf, die so bemessen ist, dass sich
die Flussrate durch die Kupplung erhöht. Die Kupplung erlaubt
eine erhöhte Flussrate, ohne dass die Größe
oder das Gewicht der Kupplung sich erhöht, indem das Tellerventil
im Körperabschnitt angeordnet wird, anstatt in dem Kopfstückabschnitt
des Aufnahme-Kupplungsglieds.
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Das
US-Patent Nr. 6,575,430 offenbart
ein Kupplungsglied einer Unterwasser-Hydraulik-Kupplung mit einer
ringförmigen Dichtung, die mehrfache Dichtoberflächen
aufweist, die sich von der inneren Oberfläche in einer
radialen Richtung nach innen erstrecken. Die mehrfachen Dichtoberflächen
unterstützen die Führung des Kopfstücks
des Einsteck-Kupplungsglieds in das Aufnahmeglied ohne ein Risiko
von Schleifen oder Scheuern der Aufnahmekammer oder der darin gehaltenen
Metalldichtung. Die Dichtung hat umgekehrt geneigte Schultern, die
eine Sperrpassung in dem Aufnahmeglied bieten, um die Dichtung daran
zu hindern, sich unter dem Einfluss von Vakuum oder niedrigem Druck
in der Aufnahmekammer radial nach innen zu bewegen.
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Das
US-Patent Nr. 4,190,259 beschreibt eine
einen einzelnen Scheitel und zwei Elemente aufweisende Flüssigkeitsdruck-Dichtanordnung,
die eine konvergierende, sich verjüngende Oberfläche aufweist,
die eine zentrale Spitze oder Scheitelpunkt aufweist, der radial
von dem Dichtungskörper vorspringt. Die Spitze bildet eine
enge dynamische Kontaktfläche der Dichtung zwischen dem
Scheitel und der Oberfläche eines benachbarten mechanisch
bearbeiteten Teils. Dichtungen dieser Art sind erhältlich bei
Macrotech Polyseal, Inc. (Salt Lake City, Utah 81426) unter dem
Markennamen CROWN SEAL
®.
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Das
US-Patent Nr. 6,179,002 beschreibt eine
Unterwasser-Hydraulik-Kupplung mit einer druckgespeisten Schwalbenschwanz-Dichtung.
Die Dichtung weist ein Paar von flexiblen Dichtoberflächen
auf, um mit dem Einsteck- und dem Aufnahme-Kupplungsglied zu dichten,
sowie einen dazwischen liegenden Hohlraum, der dem Flüssigkeitsdruck
in der Kupplung ausgesetzt ist. Der Außenumfang der Dichtung
hat eine Schwalbenschwanz-Passung zwischen geneigten Schultern in
der Bohrung des Aufnahmeglieds und auf einem Dichtungshalter, der
die Dichtung in der Bohrung hält.
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Die
US-Patente Nr. 5,052,439 und
4,900,071 beschreiben eine
Unterwasser-Hydraulik-Kupplung, die ein Einsteckglied und ein Aufnahmeglied
umfasst, sowie einen zweistückigen Halter zum Verhindern
einer radialen Bewegung einer keilförmigen ringförmigen
Dichtung in die zentrale Bohrung des Aufnahmeglieds. Der zweistückige
Halter umfasst ein zylinderförmiges hülsenförmiges
Halteglied, das gleitend in der Bohrung des Aufnahmeglieds aufgenommen
ist, sowie ein mit einem Gewinde versehenes Verschlussglied für
den Halter, das in ein passendes Gewinde in der Wand der zentralen
Bohrung eingeschraubt werden kann. Das Sperrglied für den
Halter hält das hülsenförmige Halteglied
an seinem Platz in der Bohrung des Aufnahmeglieds. Die ringförmige Dichtung
wird durch eine Schwalbenschwanz-Sperrpassung mit einer passenden
Schulter auf der Haltehülse und/oder dem Verschlussglied
des Halters an einer radialen Bewegung gehindert.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Eine
Kopfstückdichtung für ein Aufnahmeglied einer
Hydraulikkupplung hat eine oder mehrere druckgespeiste Umfangsdichtungen
zum Dichten zwischen der Kopfstückdichtung und dem Körper
des Aufnahmeglieds. Eine ringförmige Ausnehmung in der
Wand der Kopfstückdichtung ist zu der äußeren Oberfläche
der allgemein ringförmigen Kopfstückdichtung hin
offen. Hydraulische Flüssigkeit tritt unter Druck durch
die Öffnung in die ringförmige Ausnehmung ein
und übt eine radiale Kraft auf die Dichtelemente aus. In
bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist die ringförmige
Ausnehmung allgemein L-förmig im Querschnitt; in anderen
bevorzugten Ausführungsformen ist die ringförmige
Ausnehmung allgemein T-förmig im Querschnitt. In einigen
Ausführungsformen wird außerdem ein Druckunterschied ausgenutzt,
um eine nach innen gerichtete radiale Kraft auf die Kronendichtung
auszuüben.
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Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der
Zeichnung(en)
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines Aufnahmeglieds einer Hydraulikkupplung
mit einer Kopfstückdichtung gemäß dem
Stand der Technik.
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2A ist
eine Querschnittsansicht einer druckgespeisten Kopfstückdichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform.
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2B ist
eine Querschnittsansicht einer druckgespeisten Kopfstückdichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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2C ist
eine Querschnittsansicht einer druckgespeisten Kopfstückdichtung
gemäß einer dritten Ausführungsform.
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2D ist
eine Querschnittsansicht einer druckgespeisten Kopfstückdichtung
gemäß einer vierten Ausführungsform.
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3 ist
eine Querschnittsansicht eines Aufnahmeglieds einer Hydraulik-Kupplung,
die mit einer druckgespeisten Kopfstückdichtung gemäß der
in 2D gezeigten Ausführungsform ausgerüstet
ist.
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Wie 1 zeigt,
umfasst bei einer Kupplung gemäß dem Stand der
Technik das Aufnahmeglied 20 einen Körper 21,
einen Griff 48, der in eine Vielfachplatte eingeschraubt
werden kann, und eine zentrale Bohrung 32, die über
ihre Erstreckung durch das Aufnahmeglied mehrere Variationen in
ihrem Durchmesser aufweist. Das erste Ende der Bohrung kann mit
einem Innengewinde versehen sein für eine Verbindung mit
einer Hydraulikleitung. Andere Verbindungsmittel, die im Stand der
Technik bekannt sind, können verwendet werden, einschließlich
Schweißen, Verpressen, Rohrverschraubung und ähnlichem.
Ein zylinderförmiger Durchlass erstreckt sich in Längsrichtung
in dem Körper des Aufnahmeglieds und endet an einem Ventilsitz 27.
Benachbart zu dem Ventilsitz 27 befindet sich eine Schulter 33,
die ein Ende der Aufnahmekammer 34 bildet.
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In
der in 1 gezeigten Kupplung hat die Aufnahmekammer, die
das Kopfstück des Einsteckglieds aufnimmt, einen abgestuften
Innendurchmesser mit inneren Schultern 33, 35 und 63.
Die Aufnahmekammer hat einen ersten kleineren Durchmesser 43 und
einen zweiten größeren Durchmesser 47.
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Das
Aufnahmeglied 20 kann ein optionales Tellerventil 28 umfassen,
das so bemessen ist, dass es in dem zylinderförmigen Durchlass
gleiten kann. Das Tellerventil kann eine konusförmige Form
haben und wird von der Ventilfeder 41 in eine Position
gezwungen, in der es gegen den Ventilsitz 27 sitzt. Wenn
das Tellerventil in einer geschlossenen Position gegen den Ventilsitz
ist, dichtet es Flüssigkeit dagegen ab, zwischen dem Einsteckglied
und dem Aufnahmeglied zu fließen. Ein hohler Federkragen 42 verankert
die Ventilfeder 41 und wird durch einen Kragenclip 45 in
seiner Position gehalten. Ein Betätigungsmittel 44 erstreckt
sich von dem Scheitelpunkt des Tellerventils.
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Eine
ringförmige Dichtung 50 ist in der Aufnahmekammer
des Aufnahmeglieds angeordnet. Die ringförmige Dichtung
kann eine elastomere oder polymere Dichtung sein, die biegbar und
federnd ist. In anderen Ausführungsformen kann die Dichtung 50 aus
einem technischen Kunststoff wie Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt
sein. Die Dichtung 50 hat eine erste geneigte Schulteroberfläche 52 und eine
zweite geneigte Schulteroberfläche 51. Die axiale
Dicke der elastomeren Dichtung an ihrem Außenumfang (benachbart
zu Element 69 in 1) ist größer
als die axiale Dicke der Dichtung am Innenumfang 67. Die
Dichtung hat daher einen allgemein keilförmigen Querschnitt.
Die Dichtung 50 kann eine oder mehrere radiale Oberflächen 55, 56 aufweisen, die
sich von dem Innenumfang 67 der Dichtung nach innen erstrecken.
Jede der radialen Dichtoberflächen erstreckt sich von dem
Innenumfang nach innen, so dass sie mit dem Kopfstück des
Einsteckglieds in Eingriff stehen, wenn das Kopfstück durch
die Dichtung hindurch eingeführt wird. Die radialen Dichtoberflächen
können durch das Kopfstück elastisch verformt
werden, wenn es durch die Dichtung hindurch eingeführt
wird. Die radialen Dichtoberflächen 55 und 56 bieten
Führungspunkte, die dazu beitragen, das Kopfstück
des Einsteckglieds auszurichten und zu führen, wenn es
durch die Dichtung in die Aufnahmekammer 34 eingeführt
wird.
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In
dem Aufnahme-Kupplungsglied, das in 1 gezeigt
ist, hat die Dichtung Nuten an ihrem Außenumfang 66.
O-Ringe 57, 58 oder ähnliche Dichtungen
können in jeder der Nuten angeordnet sein. Alternativ kann
die Dichtung 50 eine Mehrzahl von integralen Dichtvorsprüngen
aufweisen, die sich von ihrem Außenumfang erstrecken.
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In
dem Aufnahme-Kupplungsglied, das in 1 gezeigt
ist, wird eine Implosion der Dichtung in die Aufnahmekammer unter
dem Einfluss von niedrigem Druck oder Vakuum deswegen widerstanden, weil
die Dichtung eine Sperrpassung mit einer umgekehrt geneigten Schulteroberfläche 62 des
Dichtungshalters 29 und einer umgekehrt geneigten Schulteroberfläche 61 des
Sperrglieds 30 aufweist. Der Dichtungshalter kann eine
zylinderförmige Hülse sein, die in den zweiten
Durchmesser 47 der Aufnahmekammer gleitet. Alternativ kann
der Dichtungshalter in das Aufnahmeglied eingeschraubt sein oder über
andere Mittel mit dem Aufnahmeglied verbunden sein. In der dargestellten
Kupplung liegt ein erstes Ende 46 des Dichtungshalters
an der Schulter 63 an, wenn der Dichtungshalter in vollem
Eingriff mit dem Aufnahmeglied steht. Der Dichtungshalter hält die
hohle radiale Metalldichtung 31 auf der inneren Schulter 35.
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In
dem dargestellten Aufnahme-Kupplungsglied hat der Dichtungshalter
eine erste innere Umfangsoberfläche 59, die benachbart
zu dem ersten Ende davon angeordnet ist, und eine zweite interne Umfangsoberfläche 69,
die benachbart zu dem zweiten Ende davon angeordnet ist. Der Innendurchmesser
der ersten inneren Umfangsoberfläche ist kleiner als der
Innendurchmesser der zweiten inneren Umfangsoberfläche.
Eine umgekehrt geneigte Schulter 62 ist zwischen der ersten
und der zweiten internen Umfangsoberfläche angeordnet.
Die umgekehrt geneigte Schulter hat eine Sperrpassung mit einer
Dichtung 50, um die Dichtung davon abzuhalten, sich in einer
radialen Richtung nach innen zu bewegen. Ein O-Ring 49 ist
in einer Nut am ersten Ende 46 des Dichtungshalters angeordnet,
um eine stirnflächenartige Dichtung zwischen dem Dichtungshalter
und der Schulter 63 zu bieten.
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In
der gezeigten Kupplung steht ein Verschlussglied 30 über
ein Gewinde 53 mit dem Aufnahme-Kupplungsglied in Eingriff.
Andere aus dem Stand der Technik bekannte Eingriffsmittel können verwendet
werden. Wenn das Verschlussglied vollständig mit dem Aufnahme-Kupplungsglied
gesichert ist, liegt das erste Ende 64 an dem Dichtungshalter 29 an
und hält den Dichtungshalter an seinem Platz. Das Verschlussglied 30 hat
eine zentrale Öffnung mit einem Innendurchmesser 54,
der ein Einführen des Kopfstücks des Einsteckglieds
ermöglicht. Umgekehrt geneigte Schulteroberflächen 61 halten
die Dichtung 50 an ihrem Ort und hindern die Dichtung daran,
sich in einer radialen Richtung nach innen zu bewegen.
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Die
Erfindung wird am besten verständlich durch Bezugnahme
auf bestimmte Ausführungsformen. 2A zeigt
eine Kopfstückdichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung. Die Kopfstückdichtung 100 umfasst
einen ringförmigen Körper 110 mit einer
abgeschrägten Schulter 112 an einem ersten Ende
davon und einer gegenüberliegenden abgeschrägten
Schulter 114 an einem zweiten Ende. Die abgeschrägten
Schultern 112 und 114 ermöglichen es
der Kopfstückdichtung 100, eine Schwalbenschwanz-Sperrpassung
einzugehen mit dem Körper, dem Dichtungshalter oder der
Dichtungskassette eines Aufnahmeglieds einer Hydraulikkupplung,
wie der in 1 gezeigten. Die Schwalbenschwanz-Sperrpassung
widersteht einer nach innen gerichteten radialen Bewegung der Kopfstückdichtung 100 unter
dem Einfluss von verminderten Druck in der Aufnahmekammer des Aufnahme-Kupplungsglieds,
wie er während des Herausziehens des Kopfstücks
eines Einsteck-Kupplungsglieds auftreten kann.
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Einer
oder mehrere radiale Dichtvorsprünge
116 erstrecken
sich von dem Innenumfang
120 des ringförmigen
Körpers
110 und können so bemessen und
beabstandet sein, dass sie gegen den Außenumfang eines
allgemein zylinderförmigen Kopfstücks eines entsprechenden
Einsteck-Kupplungsglieds dichten. In den dargestellten Ausführungsformen
sind die Dichtvorsprünge
116 allgemein dreieckig
im Querschnitt. Die Dichtvorsprünge
116 können
andere Formen haben einschließlich von, jedoch nicht beschränkt
auf druckgespeiste Gestaltungen, wie sie im
US-Patent Nr. 6,575,430 von Robert
E. Smith III. offenbart sind.
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Der
Außenumfang 118 des ringförmigen Körpers 110 weist
ein Paar von Hochdruck-Flüssigkeitskammern 122 auf,
die bezogen auf den Mittelabschnitt 128 symmetrisch angeordnet
sind und die sich (bei 123) zu der äußeren,
allgemein zylinderförmigen Oberfläche des Körpers 110 hin öffnen.
Unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit, die an der primären
Kopfstückdichtung 31 vorbeitreten kann, kann in
eine oder beide Flüssigkeitskammern 122 durch die Öffnung
bei 123 eindringen. Insoweit der distale Teil der Dichtung 100 im
wesentlichen auf Umgebungsdruck ist (typischerweise ein niedrigerer
Druck als der der Hydraulikflüssigkeit) entsteht eine Druckdifferenz,
die eine nach außen gerichtete, radiale Kraft auf das distale
druckgespeiste Dichtelement 124 ausübt, wobei
der distale Teil 330 als „lebendes Gelenk” oder
Biegelager wirkt. Diese Kraft bewirkt, dass sich die Dichtwirksamkeit
von der Dichtung 100 zu dem Dichtungshalter 29 erhöht,
indem der Druck auf die Dichtoberfläche 126 erhöht
wird. In Aufnahme-Kupplungsgliedern mit einer Dichtungskassette bewirkt
die nach außen gerichtete radiale Kraft, dass sich die
Dichtwirksamkeit der Dichtung 100 zu der Dichtkassette
erhöht. In Aufnahme-Kupplungsgliedern ohne Dichtungshalter
oder Dichtungskassetten bewirkt die nach außen gerichtete,
radiale Kraft, dass sich die Dichtwirksamkeit der Dichtung 100 gegen den
Körper des Aufnahme-Kupplungsglieds erhöht.
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Der
Druckunterschied bewirkt außerdem, dass sich die Dichtwirksamkeit
eines radialen Dichtvorsprungs 116 bzw. mehrerer radialer
Dichtvorsprünge 116 gegen das Kopfstückelement
eines entsprechenden Einsteckkupplungsglieds erhöht. Wenn der
Druck in der Aufnahmekammer 34 des Aufnahme-Kupplungsglieds 20 kleiner
ist als der Druck in den ringförmigen Flüssigkeitskammern 122,
wird eine nach innen gerichtete radiale Kraft ausgeübt,
die bewirkt, dass der Dichtvorsprung 116 bzw. die Dichtvorsprünge 116 gegen
die Oberfläche eines Einsteck-Kopfstücksgezwungen
werden, das in die Aufnahmekammer der Aufnahme-Kupplung eingeführt wird.
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In
Situationen mit negativem Druck – d. h. wenn der Druck
in der Aufnahmekammer des Aufnahme-Kupplungsglieds kleiner ist als
der Umgebungsdruck, wie es häufig während des
Herausziehens des Kopfstücks auftritt, bewirkt der Druckunterschied
eine radial nach außen gerichtete Kraft gegen das proximale
druckgespeiste Dichtelement 124, wodurch sich die Dichtwirksamkeit
an der Dichtoberfläche 126 erhöht. Die
Symmetrie der Dichtung 100 zu ihrer Mittellinie erlaubt
es, sie in ein Aufnahme-Kupplungsglied, wie beispielsweise das in 1 gezeigte, einzusetzen,
ohne auf die Ausrichtung achten zu müssen. Durch dieses
Merkmal wird die Möglichkeit eines falschen Zusammensetzens
der Kupplung vermindert.
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2B zeigt
eine Kopfstückdichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung. Die Kopfstückdichtung 200 umfasst
einen ringförmigen Körper 210 mit einer
abgeschrägten Schulter 212 an einem ersten Ende
davon und einer gegenüberliegenden abgeschrägten
Schulter 214 an einem zweiten Ende. Die abgeschrägten
Schultern 212 und 214 ermöglichen es
der Kopfstückdichtung 200, eine Schwalbenschwanz-Sperrpassung
einzunehmen mit dem Körper, dem Dichtungshalter oder der
Dichtungskassette eines Aufnahmeglieds einer Hydraulikkupplung,
wie sie in 1 gezeigt ist. Die Schwalbenschwanz-Sperrpassung
widersteht einer radial nach innen gerichteten Bewegung der Kopfstückdichtung 200 unter
dem Einfluss von vermindertem Druck in der Aufnahmekammer des Aufnahme-Kupplungsglieds,
wie es während des Herausziehens des Kopfstücks
eines Einsteck-Kupplungsglieds auftreten kann.
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Einer
oder mehrere radiale Dichtvorsprünge
216 erstrecken
sich von dem Innenumfang
220 des ringförmigen
Körpers
210 und können so bemessen und
beabstandet sein, dass sie gegen den Außenumfang eines
allgemein zylinderförmigen Kopfstücks eines entsprechenden
Einsteck-Kupplungsglieds dichten. In den dargestellten Ausführungsformen
sind die Dichtvorsprünge
216 allgemein dreieckig
im Querschnitt. Die Dichtvorsprünge
216 können
andere Gestaltungen einnehmen, umfassend, jedoch nicht beschränkt
auf druckgespeiste Gestaltungen, wie sie in dem
US-Patent Nr. 6,575,430 von Robert
E. Smith III. offenbart sind.
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Der
Außenumfang 218 des ringförmigen Körpers 210 hat
ein Paar von Hochdruck-Flüssigkeitskammern 222,
die bezogen auf einen Mittelabschnitt 228 symmetrisch angeordnet
sind und die sich (bei 223) zu der äußeren,
allgemein zylinderförmigen Oberfläche des Körpers 210 hin öffnen.
Unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit, die an der primären
Kopfstückdichtung 31 vorbeitreten kann, kann durch
die Öffnung bei 223 in eine oder beide der Flüssigkeitskammern 222 eintreten.
Insoweit der distale Teil der Dichtung 200 sich im wesentlichen
auf Umgebungsdruck befindet (typischerweise ein niedrigerer Druck
als der der Hydraulikflüssigkeit), wird ein Druckunterschied
aufgebaut, der eine radial nach außen gerichtete Kraft
auf das distale druckgespeiste Dichtelement 224 ausübt,
wobei der proximale Abschnitt 231 als „lebendes
Gelenk” oder Biegelager wirkt. Diese Kraft bewirkt, dass
sich die Dichtwirksamkeit der Dichtung 200 zu dem Dichtungshalter 29 erhöht,
indem sich der Druck auf die Dichtoberfläche 226 erhöht.
In Aufnahme-Kupplungsgliedern mit einer Dichtungskassette bewirkt
die radial nach außen gerichtete Kraft, dass sich die Dichtwirksamkeit
der Dichtung 200 zu der Dichtungskassette erhöht.
In Aufnahme-Kupplungsgliedern ohne einen Dichtungshalter oder eine
Dichtungskassette bewirkt die radial nach außen gerichtete
Kraft, dass sich die Dichtwirksamkeit der Dichtung 200 zu
dem Körper des Aufnahme-Kupplungsglieds erhöht.
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Der
Druckunterschied bewirkt außerdem, dass sich die Dichtwirksamkeit
des radialen Dichtvorsprungs 216 bzw. der radialen Dichtvorsprünge 216 gegen
das Kopfstückelement eines entsprechenden Einsteck-Kupplungsglieds
erhöht. Wenn der Druck in der Aufnahmekammer 34 des
Aufnahme-Kupplungsglieds 20 kleiner ist als der Druck in
den Flüssigkeitskammern 222, wird eine radial
nach innen gerichtete Kraft ausgeübt, die bewirkt, dass
der Dichtvorsprung 216 bzw. die Dichtvorsprünge 216 gegen
die Oberfläche eines Einsteckkopfstücks, das in
die Aufnahmekammer der Aufnahmekupplung eingeführt wird,
gezwungen wird.
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In
Situationen negativen Drucks – d. h. wenn der Druck in
der Aufnahmekammer des Aufnahme-Kupplungsglieds kleiner ist als
der Umgebungsdruck, wie es häufig während des
Herausziehens des Kopfstücks auftritt, erzeugt der Druckunterschied eine
radial nach außen gerichtete Kraft gegen das proximale
druckgespeiste Dichtelement 224, wodurch sich die Dichtwirksamkeit
der Dichtoberfläche 226 erhöht. Die Symmetrie
der Dichtung 200 bezogen auf ihre Mittellinie erlaubt ein
Einsetzen in ein Aufnahme-Kupplungsglied, wie das in 1 gezeigte,
ohne Berücksichtigung seiner Ausrichtung. Dieses Merkmal
vermindert die Wahrscheinlichkeit, dass die Kupplung fehlerhaft
zusammengesetzt wird.
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2C zeigt
eine Kopfstückdichtung gemäß einer dritten
Ausführungsform der Erfindung, wobei die ringförmige
Flüssigkeitskammer in der Wand der Dichtung im Querschnitt
allgemein T-förmig ist. Die Kopfstückdichtung 300 umfasst
einen ringförmigen Körper 310 mit einer
abgeschrägten Schulter 312 an einem ersten Ende
davon und einer gegenüberliegenden abgeschrägten
Schulter 314 an einem zweiten Ende. Die abgeschrägten
Schultern 312 und 314 ermöglichen es
der Kopfstückdichtung 300, eine Schwalbenschwanz-Sperrpassung
einzugehen mit dem Körper, dem Dichtungshalter oder der
Dichtungskassette eines Aufnahme-Kupplungsglieds, wie es in 1 gezeigt
ist. Die Schwalbenschwanz-Sperrpassung widersteht einer radial nach innen
gerichteten Bewegung der Kopfstückdichtung 300 unter
dem Einfluss von vermindertem Druck in der Aufnahmekammer des Aufnahme-Kupplungsglieds,
wie es während des Herausziehens des Kopfstücks
eines Einsteck-Kupplungsglieds auftreten kann.
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Einer
oder mehrere radiale Dichtvorsprünge
316 erstrecken
sich von dem Innenumfang
320 des ringförmigen
Körpers
310 und können derart bemessen
und beabstandet sein, dass sie gegen den Außenumfang eines
allgemein zylinderförmigen Kopfstücks eines entsprechenden
Einsteck-Kupplungsglieds dichten. In den dargestellten Ausführungsformen
sind die Dichtvorsprünge
316 allgemein dreieckig
im Querschnitt. Die Dichtvorsprünge
316 können andere
Gestaltungen einnehmen, einschließlich, jedoch nicht begrenzt
auf druckgespeiste Gestaltungen, wie sie in dem
US-Patent Nr. 6,575,430 von Robert
E. Smith III. offenbart sind.
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Die
Wand des ringförmigen Körpers 310 hat eine
ringförmige Kammer 322 mit einem allgemein T-förmigen
Querschnitt für Hochdruck-Flüssigkeit, die zu
der äußeren allgemein zylinderförmigen
Oberfläche 318 des Körpers 310 hin
offen ist (bei 323). Unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit,
die an der primären Kopfstückdichtung 31 vorbeitritt,
kann durch die Öffnung bei 323in die Flüssigkeitskammer 322 eintreten.
Insoweit sich der distale Teil der Dichtung 300 im Wesentlichen
bei Umgebungsdruck befindet (typischerweise ein niedrigerer Druck
als der der Hydraulikflüssigkeit), bildet sich ein Druckunterschied,
der eine nach außen gerichtete radiale Kraft auf das distale
druckgespeiste Dichtelement 324 ausübt, wobei
der Teil 330 als „lebendes Gelenk” oder
Biegelager wirkt. Diese Kraft bewirkt, dass sich die Dichtwirksamkeit
der Dichtung 300 zu dem Dichtungshalter 29 erhöht,
indem der Druck auf die Dichtoberflächen 326 vergrößert
wird. In Aufnahme-Kupplungsgliedern mit einer Dichtungskassette bewirkt
die radial nach außen gerichtete Kraft, dass sich die Dichtwirksamkeit
der Dichtung 300 zu der Dichtkassette erhöht.
In Aufnahme-Kupplungsgliedern ohne einen Dichtungshalter oder eine
Dichtungskassette bewirkt die radial nach außen gerichtete
Kraft, dass sich die Dichtwirksamkeit der Dichtung 300 zu
dem Körper des Aufnahme-Kupplungsglieds erhöht.
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Der
Druckunterschied bewirkt außerdem, dass sich die Dichtwirksamkeit
des radialen Dichtvorsprungs 316/der radialen Dichtvorsprünge 316 gegen
das Kopfstückelement eines entsprechenden Einsteck-Kupplungsglieds
erhöht. Wenn der Druck in der Aufnahmekammer 34 des
Aufnahme-Kupplungsglieds 20 kleiner ist als der Druck in
den Flüssigkeitskammern 322 wird eine radial nach
innen gerichtete Kraft ausgeübt, die bewirkt, dass der
radiale Dichtvorsprung 316/die radialen Dichtvorsprünge 316 gegen
die Oberfläche eines Einsteck-Kopfstücks, das
in die Aufnahmekammer der Aufnahmekupplung eingeführt wird,
gezwungen wird.
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In
Situationen negativen Drucks – das heißt wenn
der Druck in der Aufnahmekammer des Aufnahme-Kupplungsglieds kleiner
ist als der Umgebungsdruck, wie es häufig während
des Herausziehens des Kopfstücks auftritt, bewirkt der
Druckunterschied eine radial nach außen gerichtete Kraft
gegen das proximale druckgespeiste Dichtelement 324, wodurch
sich die Dichtwirksamkeit bei der Dichtoberfläche 326 erhöht.
Die Symmetrie der Dichtung 300bezogen auf ihre Mittellinie
erlaubt ein Einsetzen in ein Aufnahme-Kupplungsglied, wie das in 1 gezeigte,
ohne die Ausrichtung berücksichtigen zu müssen. Dieses
Merkmal vermindert die Wahrscheinlichkeit, dass die Kupplung fehlerhaft
zusammengesetzt wird.
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2B zeigt
eine vierte Ausführungsform der Erfindung, die anders als
die anderen gezeigten Ausführungsformen nicht symmetrisch
bezogen auf die Mittellinie des Dichtungskörpers 410 ist.
Entsprechend hat die Dichtung eine bevorzugte Ausrichtung in dem
Körper des Aufnahme-Kupplungsglieds.
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2C zeigt
eine Kopfstückdichtung gemäß der Erfindung,
die eine einzelne ringförmige Flüssigkeitskammer
in der Wand der Dichtung aufweist. Die ringförmige Flüssigkeitskammer
ist allgemein L-förmig im Querschnitt. Die Kopfstückdichtung 400 umfasst
einen ringförmigen Körper 410 mit einer
abgeschrägten Schulter 412 an einem ersten Ende
davon und einer gegenüberliegenden abgeschrägten Schulter 414 an
einem zweiten Ende. Die abgeschrägten Schultern 412 und 414 ermöglichen
es der Kopfstückdichtung 400, eine Schwalbenschwanz-Sperrpassung
einzugehen mit dem Körper, dem Dichtungshalter oder der
Dichtungskassette eines Aufnahmeglieds einer Hydraulik-Kupplung,
wie es beispielsweise in 1 gezeigt ist. Die Schwalbenschwanz-Sperrpassung
widersteht einer radial nach innen gerichteten Bewegung der Kopfstückdichtung 400 unter
dem Einfluss von vermindertem Druck in der Aufnahmekammer des Aufnahme-Kupplungsglieds,
wie er während des Herausziehens des Kopfstücks
eines Einsteck-Kupplungsglieds auftreten kann.
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Einer
oder mehrere radiale Dichtvorsprünge
416 erstrecken
sich von dem Innenumfang
420 des ringförmigen
Körpers
410 und können so bemessen und
beabstandet sein, dass sie gegen den Außenumfang eines
allgemein zylinderförmigen Kopfstücks eines entsprechenden
Einsteck-Kupplungsglieds dichten. In den dargestellten Ausführungsformen
sind die Dichtvorsprünge
416 allgemein dreieckig
in Querschnitt. Die Dichtvorsprünge
416 können
andere Gestaltungen haben, einschließlich von, jedoch nicht beschränkt
auf druckgespeiste Gestaltungen, wie sie im
US-Patent Nr. 6,575,430 von Robert
E. Smith III offenbart sind.
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Die
Wand des ringförmigen Körpers 410 hat eine
ringförmige Kammer 422 mit einem allgemein L-förmigen
Querschnitt für Hochdruck-Flüssigkeit, die zu
der äußeren, allgemein zylinderförmigen Oberfläche 418 des
Körpers 410 hin offen ist (bei 423).
Unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit, die an der primären
Kopfstückdichtung 41 vorbei treten kann, kann
durch die Öffnung bei 423 in die Flüssigkeitskammer 422 eintreten.
Insoweit der distale Teil der Dichtung 400 sich im Wesentlichen
bei Umgebungsdruck befindet (typischerweise ein niedrigerer Druck
als der der Hydraulikflüssigkeit), besteht ein Druckunterschied,
der eine radial nach außen gerichtete Kraft auf das distale
druckgespeiste Dichtelement 424 ausübt, wobei
der Teil 430 als „lebendes Gelenk” oder „Biegelager” wirkt.
Diese Kraft bewirkt, dass sich die Dichtwirksamkeit der Dichtung 400 zu dem
Dichtungshalter 29 erhöht, indem der Druck auf die
Dichtoberflächen 426 erhöht wird. In
Aufnahme-Kupplungsgliedern mit einer Dichtungskassette bewirkt die
radial nach außen gerichtete Kraft, dass sich die Dichtwirksamkeit
der Dichtung 400 zu der Dichtungskassette erhöht.
In Aufnahme-Kupplungsgliedern ohne Dichtungshalter oder Dichtungskassette
bewirkt die radial nach außen gerichtete Kraft, dass sich
die Dichtwirksamkeit der Dichtung 400 zu dem Körper
des Aufnahme-Kupplungsglieds erhöht.
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Der
Druckunterschied bewirkt außerdem, dass sich die Dichtwirksamkeit
der radialen Dichtvorsprünge 416/des radialen
Dichtvorsprungs 416 gegen das Kopfstückelement
eines entsprechenden Einsteck-Kupplungsglieds erhöht. Wenn
der Druck in der Aufnahmekammer 34 des Aufnahme-Kupplungsglieds 220 kleiner
ist als der Druck in der Flüssigkeitskammer 422,
wird eine radial nach innen gerichtete Kraft ausgeübt,
die bewirkt, dass der Dichtvorsprung 416/die Dichtvorsprünge 416 gegen
die Oberfläche eines Einsteck-Kopfstücks gezwungen
werden, das in die Aufnahmekammer der Aufnahmekupplung eingeführt
wird.
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Wegen
der Asymmetrie der ringförmigen Flüssigkeitskammer 422 ist
es bevorzugt, dass das erste Ende der Dichtung 400 – das
zu der abgeschrägten Schulter 412 nähere
Ende – in dem Aufnahme-Kupplungsglied zu der Seite der
Aufnahmekammer hin ausgerichtet ist, in der der Druck höher ist.
In den meisten Aufnahme-Kupplungsgliedern ist die Seite der Aufnahmekammer
mit dem höheren Druck diejenige Seite, die näher
zur Mitte des Kupplungskörpers ist. Dies liegt daran, dass
die Öffnung 423 näher zu dem ersten Ende
des Dichtungskörpers 410 nahe der Schulter 412 angeordnet
ist, als zu dem zweiten Ende des Dichtungskörpers 410 nahe
der Schulter 414. Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck tritt
durch die Öffnung 423 in die ringförmige
Kammer 422 ein. Der Druckunterschied zwingt die druckgespeiste
Dichtung 424 in eine radial nach außen weisende
Richtung, wodurch sich die Dichtwirksamkeit der Dichtung 400 an
der Dichtoberfläche 426 erhöht. Es ist
ersichtlich, dass die Dichtoberfläche 426 vorzugsweise „stromabwärts” von
der Öffnung 423 angeordnet wird, wodurch es der
Hydraulikflüssigkeit ermöglicht wird, in die Kammer 422 einzutreten.
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Ein
Vorteil der Gestaltung der Dichtung 400 ist es, dass die
druckgespeiste Dichtung 424 länger sein kann als
das entsprechende Element in den Ausführungsformen mit
mehrfachen druckgespeisten Dichtungen. Die größere
Länge (längerer Hebelarm des Elements 424)
kann daher eine größere Flexibilität
für einen gegebenen Druckunterschied bieten. Dies kann
insbesondere dann von Vorteil sein, wenn der Körper 410 aus
einem steiferen Material gefertigt ist, wie beispielsweise PEEK.
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3 zeigt
ein Aufnahme-Kupplungsglied 20, das mit einer Kopfstückdichtung 300 der
in 2C gezeigten Art ausgestattet ist. In der in 3 gezeigten
Kupplung hat der Körper 21 eine umgekehrt geneigte
Schulter in seiner zentralen Bohrung und der Halter 30 hat
eine entsprechende geneigte Schulter 61, die zusammen eine
Schwalbenschwanz-Sperrpassung mit den abgewinkelten Schultern auf
der Kopfstückdichtung 300 bieten. Kopfstückdichtungen
gemäß der vorliegenden Erfindung können
auch in Aufnahme-Kupplungsgliedern mit Dichtungshaltern (wie in 1 gezeigt)
oder Dichtungskassetten verwendet werden. Kopfstückdichtungen
gemäß der Erfindung können nachgerüstet
werden in Aufnahme-Kupplungsgliedern mit Kopfstückdichtungen
gemäß dem Stand der Technik wie in 1 gezeigt.
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Obwohl
die Erfindung im Detail mit Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben worden ist, existieren Abwandlungen und Modifikationen
innerhalb des Rahmens und des Geistes der Erfindung, wie sie in
den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben und definiert
ist.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Eine
kronenartige Kopfstückdichtung für ein Aufnahmeglied
einer Hydraulik-Kupplung hat eine oder mehrere druckgespeiste Dichtungen
zum Dichten zwischen der Kopfstückdichtung und dem Körper des
Kupplungsglieds, das die Kopfstückdichtung hält.
Die allgemein ringförmige Kopfstückdichtung hat
eine oder mehrere ringförmige Flüssigkeitskammern
in der Wand des Dichtungskörpers. Jede ringförmige
Flüssigkeitskammer ist zum Außenumfang der Kopfstückdichtung
hin offen. Unter Druck stehende Hydraulik-Flüssigkeit kann
durch ihre Öffnung in die ringförmige Flüssigkeitskammer
eintreten und als Folge des Druckunterschieds eine allgemein radiale Kraft
ausüben. Diese radiale Kraft kann bewirken, dass sich die
Dichtwirksamkeit der Kopfstückdichtung erhöht,
und zwar sowohl zu dem Körper des Kupplungsglieds hin,
das die Kopfstückdichtung hält, als auch zu dem
Kopfstück eines Einsteck-Kupplungsglieds hin, das in die
Aufnahmekammer des Aufnahmeglieds eingeführt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5099882 [0004]
- - US 5203374 [0004]
- - US 5390702 [0005]
- - US 6123103 [0006]
- - US 6206040 [0007]
- - US 6575430 [0008, 0028, 0033, 0038, 0044]
- - US 4190259 [0009]
- - US 6179002 [0010]
- - US 5052439 [0011]
- - US 4900071 [0011]