DE19533917C2

DE19533917C2 - Hydraulische Unterwasserkupplung mit axialer Vorlast

Info

Publication number: DE19533917C2
Application number: DE19533917A
Authority: DE
Inventors: Robert E Smith Iii
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2015-09-14
Also published as: US6173742B1; NO953665D0; AU694250B2; GB2293221B; DE19533917A1; GB9518082D0; NO953665L; BR9504028A; AU3042195A; GB2293221A; NO321075B1

Description

Die Erfindung betrifft hydraulische Kupplungen, die bei Unterwasserbohr- und -produktionseinsatz verwendet werden. Im einzelnen umfaßt die vorliegende Erfindung eine hydraulische Unterwasserkupplung, die so konstruiert ist, daß sie die Bauteile bei Verbindung der Bau teile zusammendrückt und eine ringförmige Dichtung im Aufnah meelement in axialer Richtung zusammenpreßt.

Eine gattungsgemäße Hydraulikkupplung ist aus DE 40 06 276 A1 bekannt. Diese Kupplung weist zwischen einem Aufnahmeteil und einem Steckteil ein Rohrelement auf. Das Steckteil wird gegen über dem Rohrelement durch eine ringförmige hohle Dichtung ab gedichtet. Außerdem ist das Rohrelement verschiebbar in dem Aufnahmeteil gelagert und gegenüber diesem durch Dichtringe abgedichtet. Sowohl das Aufnahmeteil als auch das Steckteil sind auf Verteilerplatten angebracht, die ihrerseits gegenein ander festlegbar sind.

DE-GM 17 77 145 offenbart eine Schlauchkupplung mit Bajonettver schluß. Ein Steckteil ist mit einer drehbar gelagerten Außen muffe versehen, die ein Aufnahmeteil von außen umgreift. In der Muffe sind Führungsnuten für Vorsprünge des Aufnahmeteils ausgebildet. Hierdurch wird der Bajonettverschluß gebildet. Ein Dichtring umgreift das Steckteil und dichtet gegenüber dem Aufnahmeteil ab.

DE-OS 16 50 153 offenbart eine Vorrichtung zum Verbinden der Armaturen, Fittings, Muffen und Rohre von sanitären Anlagen. Die gezeigte Vorrichtung weist einen Bajonettverschluß auf.

Die Abdichtung erfolgt über eine elastische Dichtungsman schette.

Aufgabe der Erfindunge ist es, eine verbesserte Unterwasser kupplung bereitzustellen, die ein leichtes Verbinden und Lösen zweier Hydraulikleitungen bei gleichzeitigem sicheren Halten der Verbindung und mit guter Dichtwirkung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung liegt in einer hydraulischen Kupplung vom vorstehend beschrieben Typ und besteht aus einem Steck- und einem Aufnahmeteil für eine Fluidkommunikation zwischen den beiden Teilen und einer ringförmigen Dichtung zum Abdichten der Verbindung zwischen den Kupplungsteilen. Um die Teile zusammen zu klemmen und sicherzustellen, daß die Dichtung axial zusammengepreßt wird, um eine fluiddichte Dichtung zwischen den Teilen zu bilden, wird das Steckteil zum Aufnahmeteil drehend axial in die Öffnung des Aufnahmeteils in Eingriff gebracht. Am Körper des Steckteils stehen wenigstens zwei Rippen oder Vorsprünge radial nach außen vor und werden während der Relativdrehung der Teile in der Aufnahmeteilbohrung in einer Nut aufgenommen und bringen dabei das Steckteil zwangsweise nach innen und pressen eine ringförmige Dichtung in der Bohrung axial zusammen. Vorzugsweise ist die Dichtung eine Metalldichtung mit einem V- förmigen Querschnitt, der in axialer Richtung zwischen der Stirnseite des Steckteils und einer Schulter der Bohrung des Aufnahmeteiles zusammenpreßbar ist.

Das Steckteil berührt die Dichtung, bevor es gedreht wird, und dann, wenn es um ungefähr 90° gedreht wird, wird das Steckteil weiter in die Bohrung des Aufnahmeteils gebracht und drückt leicht gegen die Metalldichtung und preßt diese zusammen.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung wird anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Steckteil einer Kupplung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht im Schnitt;

Fig. 2 ein Aufnahmeteil der Kupplung gemäß einer bevorzug ten Ausführungsform in einer Ansicht im Schnitt;

Fig. 3 ein Steckteil, das teilweise in das Aufnahmeteil ei ner Kupplung eingesetzt ist, vor dem Drehen und Zusammen pressen der Dichtung in einer Ansicht im Schnitt;

Fig. 4 ein vollständig in das Aufnahmeteil eingesetztes Steckteil mit zusammengepreßter Dichtung gemäß einer bevor zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht im Schnitt;

Fig. 5 die Kupplung gemäß Fig. 3 vor dem Drehen der Ein griffsflächen im Schnitt;

Fig. 6 die Kupplung gemäß Fig. 4 nach dem Drehen der Ein griffsflächen im Schnitt; und

Fig. 7 das Steckteil und das Aufnahmeteil der Kupplung in perspektivischer Darstellung.

Die Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Steckteil 10 und ein Aufnahmeteil 20. Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, hat das Steckteil 10 einen Halter 42 oder Flansch, eine abgeschrägte Schulter 43 und eine zylindrische Sondenwand 44. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Sondenwand weiterhin eine erste Schulter 46, eine Son denwand 47 mit verringertem Durchmesser, eine zweite abge schrägte Schulter 48 und eine Stirnfläche 45.

Durch das Steckteil erstreckt sich eine Innenbohrung 32. Am einen Ende der Bohrung befindet sich ein Gewindedurchgang 50 zum Anschließen einer Hydraulikleitung. An den Gewinde abschnitt schließt sich nach innen ein zylindrischer Durch gang 51 an, der sich in Längsrichtung innerhalb des Steck teils erstreckt und an einem Ventilsitz 62 endet, der eine abgeschrägte Schulter ist. Auf den Ventilsitz folgt ein zy lindrischer Durchgang 66 mit verringertem Durchmesser.

Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, ist die Ventilbaugruppe 61 verschiebbar in der zentralen Bohrung 32 des Steckteils aufgenommen. Die verschiedenen Teile der Ventilbaugruppe des Steckteils sind der Ventilkopf 60 mit Öffnungen 63, die sich durch diesen erstrecken und die Ventilstirnfläche 64, wel che eine konische Form aufweist und so dimensioniert ist, daß sie innerhalb des Ventilsitzes 62 am Ende der Bohrung durch das Steckteil sitzt. Von der Ventilstirnfläche 64 aus erstreckt sich ein Ventilstößel 65, der eine zylindrische Form hat und sich in Richtung der Längsachse des Steckteils erstreckt. Der Ventilstößel 65 liegt am Scheitel der koni schen Ventilfläche. Eine Ventil-Wendelfeder 71 wird dazu verwendet, die Ventilstirnfläche 64 in einer am Ventilsitz 62 eng anliegenden Position vorzuspannen. Die Ventil-Wendelfe der ist innerhalb des zylindrischen Durchgangs 51 angeord net und an einem hohlen Federbund 72 verankert, der durch einen Sprengring 73 an der Innenfläche des zylindrischen Durchgangs 51 gehalten ist. Das gegenüberliegende Ende der Ventil-Wendelfeder 71 ist mit der Ventilbaugruppe in Berüh rung und spannt diese in eine am Ventilsitz anliegende Po sition vor.

An der Sondenwand 44 ragen radial nach außen Vorsprünge 49 und 52 oder Rippen vor. Bei einer bevorzugten Ausfüh rungsform werden zwei Vorsprünge oder Rippen verwendet. Wie für den Fachmann jedoch leicht zu ersehen ist, können zu sätzliche Vorsprünge oder Rippen verwendet werden, um das Steckteil in axialer Richtung mit der Bohrung des Aufnahme teils oder der Aufnahmekammer in Eingriff zu bringen, wie dies im einzelnen weiter unten beschrieben wird. Vorzugs weise ist der Vorsprung 49 vom Vorsprung 52 um 180° ent fernt, obwohl die Vorsprünge, wie gewünscht, ausgerichtet und beabstandet sein können. Wie in der Fig. 1 gezeigt, kann ein Stift 40 in den Halter 42 an jeder Seite des Grif fes mittels Gewinden 41 oder sonstigen Befestigungsmitteln eingesetzt sein. Derartige Mittel können zum manuellen Dre hen des Steckteils verwendet werden, wenn dieses in das Aufnahmeteil eingesetzt wird. Es können auch andere Mittel zum Drehen verwendet werden, wie beispielsweise mechanische Mittel oder Nocken.

In der Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Auf nahmeteils gemäß der vorliegenden Erfindung zu sehen. Das Aufnahmeteil 20 ist an einer Verteilerplatte 21 so befestigt, daß es dem Steckteil gegenüberliegt und mit diesem fluch tet. Das Aufnahmeteil kann an der Verteilerplatte unter Verwendung verschiedener Mittel, wie beispielsweise Schrau ben oder Gewinde, befestigt sein. Techniken zum Befestigen des Teils an einer Verteilerplatte sind dem Fachmann allge mein bekannt. Das Aufnahmeteil 20 hat einen Griff 80, eine zentrale Bohrung 87 und eine Ventilbaugruppe 82. Der Griff 80 kann in die Verteilerplatte 21 mittels Gewinden 90 einge schraubt sein. Das Aufnahmeteil hat auch eine Schulter 91, die in der Nähe des Gewindeabschnittes des Griffes liegt, und die den zylindrischen Hauptkörper 110 bildet, welcher an der Stirnfläche 93 des Aufnahmeteils endet.

Die zentrale Bohrung 87 hat entlang ihrem Verlauf durch den Körper des Aufnahmeteils 20 mehrere unterschiedliche Durch messer. An einem ersten oder äußeren Ende der zentralen Bohrung ist ein mit Gewinde versehener interner Durchgang zum Anschließen an eine mit Gewinde versehene Hydrauli kleitung vorgesehen. Der Gewindeteil 95 der zentralen Boh rung endet an einem zylindrischen Durchgang 96, in welchem die Ventilbaueinheit 82 verschiebbar aufgenommen ist. Der zylindrische Durchgang 96 endet innen an dem Ventilsitz 97, auf welchem die Ventilstirnseite 86 sitzt. Innerhalb des Ventilsitzes 97 befindet sich eine verengte Bohrung 98.

Die Ventilbaugruppe 82 des Aufnahmeteils ist im wesentli chen ähnlich wie die Ventilbaugruppe des Steckteils und hat einen hohlen Ventilkörper oder Kopf 85, durch welchen sich die Öffnungen 112 erstrecken. In der Nähe des zylindrischen Körpers befindet sich die Ventilstirnfläche 86, die im all gemeinen eine konische Form hat, um auf dem Ventilsitz 97 aufzusitzen. Der Ventilstößel 115 erstreckt sich ausgehend vom Scheitel der konischen Ventilstirnfläche und ragt durch die Bohrung 98. Um die Ventilbaugruppe des Aufnahmeteils in die geschlossene Position vorzuspannen, ist eine Ventil- Wendelfeder 119 zwischen der Schulter des Ventilkopfes 85 und dem Federbund 120 angeordnet, wobei der letztgenannte mit einem Sprengring 121 im Durchgang 96 festgelegt ist. Die Ventilbaugruppe 82 des Aufnahmeteils und die Ventilbau gruppe 61 des Steckteils sind im allgemeinen bezüglich ih rer Bauteile und Funktion identisch. Wenn jedes Ventil sich in einer offenen Position befindet, wobei die einander ge genüberliegenden Stirnflächen der Ventilstößel 65 und 115 einander berühren, üben die Ventil-Wendelfedern eine unge nügende Kraft aus, um die Rückschlagventile in der ge schlossenen Position zu halten. Die Durchgänge für die Fluidkommunikation zwischen dem Steckteil und dem Aufnahme teil werden dann geöffnet und ermöglichen einen Fluidstrom zwischen den Teilen.

Das Aufnahmeteil hat, wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, weiterhin eine Aufnahmekammer 107, die so ausgebildet ist, daß in dieser das Steckteil aufgenommen werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Aufnahmekammer 107 mehrere Durchmesservariationen. Neben der Stirnfläche 93 des Aufnahmeteils hat das erste Ende 100 der Aufnahme kammer den größten Durchmesser. Auf jeder Seite des ersten Endes 100 der Aufnahmekammer sind axiale Schlitze 84 und 88 vorgesehen, die so ausgebildet sind, daß in ihnen die ra dialen Vorsprünge 49 und 52 des Steckteils aufgenommen wer den können. Die Schlitze 84 und 88 erstrecken sich zwischen dem Kanal 83 im Aufnahmeteil und der Stirnfläche 93. Die Vorsprünge 49 und 52 sowie der Kanal 83 können gleich oder ähnlich wie ein Acme-Trapezgewinde mit unterbrochenem Stut zen sein. Die Aufnahmekammer 107 hat weiterhin eine Schul ter 102 und einen zweiten Durchmesser, der vorzugsweise kleiner als der Durchmesser des ersten Endes 100 ist. Bei einer bevor zugten Ausführungsform hat der zweite Abschnitt 103 eine Umfangsnut 109 zum Aufnehmen einer Dichtung in derselben, die vorzugsweise ein Elastomer-O-Ring 108 ist. Diese Dich tung dient als eine Sicherungsdichtung für die Metalldich tung 105, wie dies weiter unten beschrieben wird.

Die Aufnahmekammer hat weiterhin Schultern 99 und 106 für die ringförmige Dichtung 105. Die ringförmige Dichtung 105 ist vorzugsweise eine Metalldichtung mit einem V-förmigen Querschnitt, der in axialer Richtung zusammenpreßbar ist. Wie in der Fig. 2 dargestellt, sitzt ein Schenkel der V- förmigen Dichtung an der Schulter 99 und der gegenüberlie gende Schenkel ist so geformt, daß er gegenüber der Stirn fläche 45 des Steckelementes abdichtet. Bei einer bevorzug ten Ausführungsform wird die Dichtung in der Bohrung des Aufnahmeteils unter Verwendung eines Rückhalteelementes 104 zurückgehalten, das in den zweiten Abschnitt 103 der Aufnahmekammer des Aufnahmeteils eingeschraubt sein kann. Es können jedoch andere Rückhalteelemente der Dichtung in der Aufnahmebohrung verwendet werden, wie beispielsweise ein Sprengring, der in eine innenliegende Nut in der Auf nahmekammer eingeklemmt ist.

Obwohl in der bevorzugten Ausführungsform eine Metalldich tung mit einem V-förmigen Querschnitt gezeigt ist, ist an zumerken, daß, wie für den Fachmann leicht zu ersehen ist, andere Arten von axial zusammenpreßbaren Dichtungen verwen det werden können. Beispielsweise kann eine C-Ring-Dichtung verwendet werden, um durch Zusammenpressen gegen die Stirn fläche 45 des Steckelementes axial abzudichten, oder gegen eine andere Fläche, wie beispielsweise eine Schulter am Steckteilkörper abzudichten. Alternativ können Elastomer dichtungen verwendet werden, um gegenüber der Stirnfläche des Steckteils abzudichten. Die Dichtung sollte in axialer Richtung zusammenpreßbar sein, um ihre Dichtwirkung zu ver bessern. Daher werden Dichtungen mit einem innenliegenden Hohlraum, die durch Druck verstärkt und axial zusammen preßbar sind, bevorzugt.

Nun wird auf die Fig. 3 Bezug genommen, die gemäß einer be vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Steckteil teilweise in das Aufnahmeteil eingesetzt zeigt. Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, ist der radiale Vor sprung 49 oder die Rippe vollständig in den axialen Schlitz 84 eingesetzt und der radiale Vorsprung 52 oder die Rippe in den Schlitz 88 eingesetzt. In diesem Punkt kann das Steckteil um 90° gedreht werden, wobei die Vorsprünge 49 und 52 in den Kanal 83 aufgenommen sind. In der Fig. 3 hat das Ende des Steckteils, die Stirnfläche 45, die Dichtung 105 berührt.

Es wird nun auf die Fig. 4 Bezug genommen, aus der zu erse hen ist, daß das Steckteil um 90° gedreht worden ist, wobei die Vorsprünge 49 und 52 in dem Kanal 83 sind. An diesem Punkt hat die Stirnfläche 45 des Steckteils die Dichtung 105 in axialer Richtung zusammengepreßt, um die Dichtung vorzubelasten. Die Dichtung wird zwischen der Stirnfläche 45 des Steckteils und der Schulter 99 in der Aufnahmeboh rung zusammengepreßt.

In der Fig. 5 ist ein Querschnitt durch das Steckteil und das Aufnahmeteil in der gleichen Position, wie in der Fig. 3 gezeigt, dargestellt. Vor dem Drehen des Steckteils be findet sich der Vorsprung 49 innerhalb des Schlitzes 84 und der Vorsprung 52 im Schlitz 88. An diesem Punkt kann das Steckteil mit beiden Vorsprüngen in dem Kanal 83 gedreht wer den. In der Fig. 6 wurden die Teile um 90° relativ zueinan der gedreht. Dadurch wird das Steckteil im Aufnahmeteil ge sperrt und preßt die Dichtung 105, wie vorstehend beschrie ben, in axialer Richtung zusammen.

In der Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung des Steckteils und des Aufnahmeteils gezeigt. Das Steckteil 10 kann in die Aufnahmekammer 107 des Aufnahmeteils so einge setzt werden, daß die Rippen oder radialen Vorsprünge 49 und 52 mit den Schlitzen 84 bzw. 88 fluchten. Wenn dann die Vorsprünge den Kanal 83 erreichen, kann das Steckteil gedreht werden, um dieses in dem Aufnahmeteil zu sichern und die Dichtung 105 in axialer Richtung zusammenzupressen.

Claims

1. Hydraulische Unterwasserkupplung mit axialer Verlast mit:
einem Steckteil (10) mit einem zylindrischen Körper und wenigstens zwei Vorsprüngen, die am zylindrischen Kör per radial nach außen vorstehen; und
einem Aufnahmeteil (20) mit einem Körper, einer zylin drischen Bohrung (107), die sich durch den Körper erstreckt und die zumindest eine Schulter (106) aufweist, wobei we nigstens ein Teil der Bohrung so dimensioniert ist, daß er das Steckteil (10) verschiebbar aufnehmen kann, und mit ei ner ringförmigen hohlen Dichtung (105), die benachbart der Schulter (106) gehalten wird und die mit dem Körper des Steckteils (10) zusammenwirken kann,
wobei wenigstens ein Kanal (83) in der Bohrung vorge sehen ist, der sich wenigstens teilweise um die Bohrung herum erstreckt, wobei der Kanal (83) so dimensioniert ist, daß in ihm jeder der Vorsprünge (49, 52) aufgenommen werden kann, wobei das Steckteil im Aufnahmeteil drehbar ist, und die Dichtung (105) axial zwischen der Schulter (106) und dem Körper des Steckteils (10) zusammengepreßt wird, und
wobei wenigstens zwei Schlitze (84, 88) an der Innenwand der zylindrischen Bohrung des Aufnahmeteils vorgesehen sind, die den Kanal und ein Ende des Aufnahmeteils verbinden, wo bei jeder der Schlitze (84, 88) so dimensioniert ist, daß ein Ein setzen der Vorsprünge (49, 52) vom Ende des Körpers des Aufnahmeteils (20) her möglich ist.

2. Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dichtung (105) einen V- förmigen Querschnitt hat und mit einem Ende des Steckteil körpers zusammenwirken kann.

3. Unterwasserkupplung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dichtung (105) in axia ler Richtung zusammenpreßbar ist, wenn jeder der Vorsprünge (49, 52) im Kanal (83) aufgenommen ist und der Steckteil (10), bezogen auf den Aufnahmeteil (20), gedreht wird.

4. Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß jeder der Vorsprünge (49, 52) sich wenigstens teilweise entlang des Steckteilkörpers wendelförmig erstreckt.

5. Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, weiterhin ge kennzeichnet durch ein Dichtungsrückhalte element (104), das in das Aufnahmeteil (20) eingreift und so ge formt ist, daß die Dichtung beim Trennen des Steckteils vom Aufnahmeteil an ihrem Platz gehalten wird.

6. Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß verschiebbare Rohrventile im Steckteil (10) und Aufnahmeteil (20) vorhanden sind, die in die geschlossene Position vorgespannt sind und zu öffnen sind, wenn von den Rohrventilen vorstehen Ventil stößel (65, 115) einander berühren.

7. Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß weiterhin in der Bohrung des Aufnahmeteils eine Umfangsschulter (102) vorgesehen ist, um die Axialbewegung des Steckteils in der Bohrung des Aufnah meteils zu begrenzen.

8. Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Steckteil die Dichtung berührt, wenn es in die Bohrung des Aufnahmeteils einge setzt ist, und die Nut in der Aufnahmeteilbohrung so ge formt ist, daß sie die Drehbewegung des Steckteils auf 90° begrenzt, zu welchem Zeitpunkt die Dichtung in axialer Richtung ausreichend zusammengepreßt ist, um zwischen Steckteil und Aufnahmeteil eine fluiddichte Dichtung zu bilden.

9. Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß weiterhin in der Aufnahme kammer eine zweite Dichtung vorgesehen ist, die mit dem Körper des Steckteils zusammenwirken kann.

10. Unterwasserkupplung nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste der ersten und zweiten Dichtungen mit dem zweiten Ende des Steckteil körpers und die andere Dichtung radial am Umfang des Steckteilkörpers mit diesem zusammenwirken kann.

11. Unterwasserkupplung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dichtung druckverstärkt ist, wobei der Fluiddruck in der Kupplung die Dichtung zwangsweise gegen den Körper des Steckteils und die Aufnah mekammer ausdehnt.