-
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung
zum Anschluss eines rohrförmigen
Teils an ein anderes Teil mit einem in einer Innenbohrung eines
Außengehäuses angeordneten
Klemmring mit einer Mehrzahl von in im Wesentlichen radialer Richtung
relativ zur Innenbohrung auslenkbaren Spannfingern und mit einer
durch zumindest eine Antriebseinrichtung in axialer Richtung der
Innenbohrung zwischen einer Bereitschaftsstellung und einer Auslenkstellung
verschiebbaren Auslenkhülle,
durch welche in Auslenkstellung die Spannfinger radial nach innen ausgelenkt
sind.
-
Aus der Praxis ist eine solche Verbindungsvorrichtung
bekannt, die beispielsweise zum Anschluss von Förderrohren (Riser) oder dergleichen an
eine Ausbruchsventilanordnung (Blowout Preventer, BOP), an ein Ventil,
an eine Drossel oder dergleichen insbesondere im Bereich der Gas-
und Erdölförderung
dient. Die Verbindungsvorrichtung ist an einem Ende mit dem rohrförmigen Teil
verbunden und wird mit ihrem anderen Ende auf einen entsprechenden
rohrförmigen
Anschlussstutzen oder dergleichen des anderen Teils aufgesteckt.
Durch Verschieben der in einer Innenbohrung eines Außengehäuses der Verbindungsvorrichtung
angeordneten Auslenkhülse aus
Bereitschaftsstellung in Auslenkstellung, werden elastisch auslenkbare
Spannfinger eines ebenfalls in der Innenbohrung angeordneten Klemmrings
ausgelenkt und an eine Außenseite
des Anschlussstutzens oder dergleichen des anderen Teils angedrückt. Durch
dieses Andrücken
wird sowohl eine Verbindung zum anderen Teil hergestellt, als auch
eine entsprechende Abdichtung erzielt. Solche Verbindungsvorrichtungen
werden insbesondere da eingesetzt, wo hohe Drücke auftreten, wo eine hohe
Stärke
und Steifigkeit bezüglich
eines durch die Verbindungsvorrichtung geführten Lastweges erforderlich
ist sowie bei Erfordernis der entsprechenden Dichtheit der hergestellten
Verbindung, wie beispielsweise bei Verwendung unterhalb des Meeresspiegels
und insbesondere am Meeresboden.
-
Bei der aus der Praxis vorbekannten
Verbindungsvorrichtung erfolgt eine Verstellung der Auslenkhülse über eine
hydraulisch betätigte
Antriebseinrichtung. Die Antriebseinrichtung ist im Wesentlichen
als Hydraulikzylinder mit ausfahrbarem Kolben ausgebildet. An einem
Ende des Kolbens ist die Auslenkhülse entsprechend befestigt.
-
Nachteilig bei der vorbekannten Verbindungsvorrichtung
ist, dass die Verstellung der hydraulischen Antriebsvorrichtung
und damit der Auslenkhülse
nur mit erheblichem Aufwand zu steuern und zu kontrollieren ist.
Eine Feineinstellung beziehungsweise -verschiebung der Auslenkhülse ist
in der Regel nicht möglich.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung der eingangs genannten Art
dahingehend zu verbessern, dass durch einfache konstruktive Maßnahmen
und ohne großen
Kostenaufwand eine genau reproduzierbare Verstellung der Auslenkhülse möglich ist,
die auch eine gesteuerte Feineinstellung ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
Dadurch, dass die Auslenkhülse entlang
einer Drehspindel beweglich ist, ist deren Verschiebung zwischen
Bereitschaftsstellung und Auslenkstellung äußerst fein steuerbar, wobei
sich entsprechende Verschiebungen der Auslenkhülse durch entsprechende Drehungen
der Drehspindel ergeben. Die Drehspindel ist zwar drehbar aber axial
unverschieblich gelagert. Die Drehspindel ist ein im Prinzip einfaches
Bauteil, das durch eine entsprechende Antriebsvorrichtung in ihrer
Drehung und auch im Bereich verhältnismäßig kleiner
Drehungen einfach steuerbar ist.
-
Um die Auslenkhülse in einfacher Weise entlang
der Drehspindel bewegen zu können,
kann die Auslenkhülse
eine auf der Drehspindel angeordnete Verstellmutter aufweisen, welche
bei Drehung der Drehspindel in axialer Richtung bewegbar ist.
-
Die Verstellmutter kann einteilig
mit der Auslenkhülse
ausgebildet sein. Um den Zusammenbau von Auslenkhülse und
Drehspindel zu vereinfachen, kann die Verstellmutter an der Antriebshülse lösbar befestigt
sein.
-
Eine einfache Möglichkeit zur Befestigung der
Verstellmutter an der Auslenkhülse
kann darin gesehen werden, wenn die Auslenkhülse einen insbesondere an einem
Hülsenende
radial nach außen abstehenden
Ringflansch mit wenigstens einer Aufnahmebohrung für die Verstellmutter
aufweist. Dabei kann die Verstellmutter einfach in die Aufnahmebohrung
eingesetzt und dort lösbar
befestigt werden. Der Durchmesser der Aufnahmebohrung kann dabei
entsprechend so groß sein,
dass die Auslenkhülse
mit ihrer Aufnahmebohrung in einfacher Weise entlang der Drehspindel
bis zur Anordnung der Verstellmutter in der Aufnahmebohrung bewegbar
ist.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel besteht außerdem die
Möglichkeit,
dass die Verstellmutter als Kugelumlaufmutter ausgebildet ist, die
auf der Drehspindel angeordnet ist. Dadurch kann in einfacher Weise
zwischen Drehung der Drehspindel und Verstellung der Kugelumlaufmutter
eine Über-
oder Untersetzung erfolgen.
-
Um die Drehspindel zur Aufnahme entsprechender
Belastungen sicher zu lagern, kann die Drehspindel in einer an einer
Innenwand des Außengehäuses angeordneten
Kugelumlaufmutter drehbar gelagert sein. Diese Kugelumlaufmutter
stützt
die Drehspindel ab und kann zusätzlich
zur Kugelumlaufmutter beziehungsweise Verstellmutter der Auslenkhülse angeordnet
sein.
-
Um den Aufbau der Verbindungsvorrichtung zu
vereinfachen und gleichzeitig die Kräfte direkt in das Außengehäuse einleiten
zu können,
kann die Kugelmutter einteilig mit dem Außengehäuse ausgebildet sein.
-
Die Verstellmutter kann außerdem so
ausgebildet sein, dass sie sich beidseitig zur an dem Außengehäuse befestigten
Kugelumlaufmutter erstreckt und entsprechend entlang der Drehspindel bewegbar
ist. In der Regel ist es konstruktiv einfacher und für die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung ausreichend,
wenn die Verstellmutter einseitig zur Kugelumlaufmutter entlang
eines ersten Abschnitts der Drehspindel bewegbar ist.
-
Zur weiteren Stabilisierung der Drehspindel kann
es als vorteilhaft betrachtet werden, wenn die Drehspindel einen
der Verstellmutter relativ zur Kugelumlaufmutter gegenü berliegenden
zweiten Abschnitt aufweist, der aus der Kugelumlaufmutter vorsteht
und gegebenenfalls noch separat drehbar gelagert ist.
-
Um die Auslenkhülse besser entlang ihrer gesamten
Länge in
Richtung Klemmring zu drücken, kann
auf der Drehspindel und insbesondere auf derem zweiten Abschnitt
eine Auslenkmutter in axialer Richtung verstellbar gelagert sein.
Durch die Auslenkmutter wird entsprechend die Auslenkhülse auf ihrer
dem Klemmring gegenüberliegenden
Außenseite
abgestützt,
so dass in Bereitschaftsstellung der Auslenkhülse die Auslenkung der Spannfinger
in Richtung anderes Teil sichergestellt ist.
-
Um nicht nur die Auslenkhülse abzustützen, sondern
gegebenenfalls auch in Richtung des Klemmrings zu drücken, kann
die Auslenkmutter zumindest eine Schraubhülse und einen eine Außenfläche der
Auslenkhülse
zuweisenden Keilabschnitt aufweisen. Bei entsprechender Verstellung
der Auslenkmutter gerät
der Keilabschnitt mit einem Gegenkeil auf der Außenfläche der Auslenkhülse in Anlage und
kann bei Gleiten der beiden Keilflächen aneinander einen Abschnitt
der Auslenkhülse
gegen die Spannfinger zu deren elastischer Auslenkung drücken. Weiterhin
ist durch die gegeneinander geneigten Keilflächen gewährleistet, dass ein leichtes
Lösen der
Anlage von Keilabschnitt und entsprechendem Bereich der Auslenkhülse möglich ist,
wenn die Auslenkhülse
zurück
in ihre Bereitschaftsstellung bewegt werden soll.
-
Um die entsprechende Auslenkmutter
einfach konstruktiv aufbauen zu können, kann der Keilabschnitt
als Teil einer Außenfläche eines
auf der Schraubhülse
insbesondere lösbar
aufgesetzten Auslenkkörpers
gebildet sein.
-
Da sich die Auslenkhülse relativ
zur am Außengehäuse angeordneten
Kugelumlaufmutter bewegt und gegebenenfalls mit dieser in Berührung kommt,
ist es zur erleichterten Verstellung der Auslenkhülse als
günstig
zu betrachten, wenn gegebenenfalls zumindest auf einer der Außenfläche der Auslenkhülse zuweisenden
Seite der Kugelumlaufmutter eine Antifriktionsauflage oder -beschichtung angeordnet
ist.
-
Zur vereinfachten Anordnung und Lagerung sowie
zur Verbindung mit der Antriebsvorrichtung kann es als vorteilhaft
betrachtet werden, wenn die Drehspindel an ihrem Lage rende am Außengehäuse drehbar
gelagert ist und an ihrem Antriebsende mit wenigstens einem Motor
antriebsverbunden ist. Es besteht natürlich ebenfalls die Möglichkeit,
dass beispielsweise die Antriebskraft nicht über ein Ende der Drehspindel,
sondern im ersten oder zweiten Abschnitt auf diese durch eine entsprechende
Antriebsverbindung zum Motor übertragen
wird.
-
Um eine entsprechende Untersetzung
der Drehung der Drehspindel im Vergleich zur Drehung des Motors
zu erhalten, kann zwischen Antriebsende und Motor eine Untersetzungsgetriebeeinheit,
insbesondere ein sogenannter Harmonic Drive, angeordnet sein. Ein
Harmonic Drive ist an sich bekannt und besteht im Wesentlichen aus
drei Bauteilen. Das erste Bauteil ist ein in der Regel fixierter
Ring mit Innenverzahnung. Das zweite Bauteil ist eine becherförmige Hülse mit
einer Außenverzahnung,
die mit der Innenverzahnung des Rings in Eingriff ist. Die becherförmige Hülse ist
elastisch deformierbar, so dass im Wesentlichen nur einander gegenüberliegende
Bereiche der Hülse
mit der Innenverzahnung des fixierten Ringbauteils in Eingriff sind.
Zur elastischen Deformierung der Hülse ist in dieser ein sogenannter Wellengenerator
angeordnet, der bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit dem Motor antriebsverbunden
ist. Dagegen ist die becherförmige
Hülse mit
der Drehspindel bewegungsverbunden.
-
Um gegebenenfalls Auslenkmutter und
Verstellmutter mit unterschiedlichen axialen Geschwindigkeiten bei
Drehung der Drehspindel entlang dieser zu bewegen, können die
Gewindesteigungen von erstem und zweitem Abschnitt der Drehspindel
unterschiedlich sein. Dadurch besteht beispielsweise die Möglichkeit,
erst den Kontakt der Keilfläche
durch Verschieben der Auslenkmutter weitestgehend aufzuheben, während die
Verstellmutter sich erst geringfügig
bewegt hat. Erst nach Aufhebung des Keilflächenkontakts erfolgt dann die
weitere Verstellung der Auslenkhülse
mittels der Verstellmutter.
-
Es sei noch darauf hingewiesen, dass
Verstellmutter und Auslenkmutter auch einteilig beispielsweise als
Kugelumlaufmutter ausgebildet sein können, wobei in diesem Fall
beispielsweise auch auf die am Außengehäuse befestigte Kugelumlaufmutter verzichtet
werden kann.
-
Um auch bei Ausfall der Versorgung
des Motors ein mögliches
Rückdrehen
der Drehspindel und damit ein Lösen
des anderen Teils durch Lösen
der Spannfinger zu verhindern, kann das Getriebe aus Drehspindel
und Kugelumlaufmutter selbsthemmend ausgebildet sein.
-
Um auch bei Verstellung der Auslenkhülse in Bereitschaftsstellung
sicher zu stellen, dass der Klemmring sich nicht gegebenenfalls
löst und
aus der Verbindungsvorrichtung herausfällt, kann in etwa mittig in
axialer Richtung der Auslenkhülse
ein Nocken oder Nockenring vorstehen, welcher mit einer Außenfläche des
Klemmrings im Wesentlichen in Anlage ist. Der Nocken stellt zumindest
sicher, dass der Klemmring auch bei nicht in radialer Richtung nach innen
ausgelenkten Spannfingern in seiner Position innerhalb der Verbindungsvorrichtung
verbleibt.
-
Um auch weniger starke und damit
Motoren geringerer Abmessungen verwenden zu können, können eine Mehrzahl von Motoren,
das heißt
zwei, drei, vier oder mehr, insbesondere Elektromotore, auf einer
mit der Untersetzungsgetriebeeinheit bewegungsverbundenen Abtriebswelle
angeordnet sein. Durch die Verwendung der Mehrzahl von Motoren sind
diese relativ kompakt, so dass insgesamt auch die Verbindungsvorrichtung
einen kompakten Aufbau aufweist.
-
Weiterhin ist durch die Verwendung
von einer Mehrzahl von Motoren sichergestellt, dass auch bei Ausfall
von einem, zwei oder mehr Motoren zumindest noch ein Motor oder
auch mehrere Motore zur weiteren Drehung der Drehspindel einsetzbar sind.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch
mehrere Drehspindeln mit Aufbau, wie vorangehend beschrieben, bei
der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
einsetzbar sind, wobei diese mehreren Antriebsvorrichtungen dann
in der Regel gleichmäßig beabstandet
zueinander in Umfangsrichtung des Außengehäuses angeordnet sind. Dabei
können
die Drehspindeln über
eine mechanische Kopplungseinrichtung in ihren Drehbewegungen synchronisiert
sein.
-
Um Abtriebswelle und Motore in einfacher Weise
bereits vorher zusammenbauen und gemeinsam handhaben zu können, können Abtriebswelle und
elektrische Motoren in einer Bohrung eines insbesondere lösbar mit
dem Außengehäuse befestigten
Innengehäuses
gelagert beziehungsweise angeordnet sein. Gegebenenfalls ist auch
noch die Untersetzungsgetriebeeinheit in dieser Bohrung angeordnet.
Zusammen mit dem Einbau des Innengehäuses in das Außengehäuse ist
dann gewährleistet,
dass gleichzeitig eine Verbindung zwischen Antriebseinrichtung und
Drehspindel hergestellt wird, wobei die Drehspindel mit den entsprechenden
Muttern bereits im Außengehäuse angeordnet
sein kann.
-
Das Innengehäuse kann durch eine Mehrzahl
von Schraubbolzen mit dem Außengehäuse verbunden
sein. Weiterhin kann das Innengehäuse dazu dienen, an diesem
direkt das rohrförmige
Teil zu befestigen, wobei eine Verbindung des rohrförmigen Teils
zu dem anderen Teil durch eine entsprechende mittige Bohrung des
Innengehäuses
hergestellt ist.
-
Um eine Einsteckposition des anderen
Teils beziehungsweise eines von diesem abstehenden Anschlussstutzens
zu bestimmen, kann ein vom rohrförmigen
Teil abgewandtes Anlageende des Innengehäuses als Anlage für das zumindest
teilweise in die Verbindungsvorrichtung eingesteckte andere Teil
ausgebildet sein.
-
Um nicht nur eine Klemmwirkung bei
Verschieben der Auslenkhülse
in ihre Einsatzstellung mittels der elastisch ausgelenkten Spannfinger
zu erreichen, sondern gleichzeitig auch einen Formschluss mit dem
anderen Teil herzustellen, kann die Klemmhülse radial nach innen vorstehende
Zahnringe aufweisen, welche mit entsprechenden Zahnaufnehmevertiefungen
des Innengehäuses
und/oder des anderen Teils in Eingriff sind oder durch Einwirkung
der Auslenkhülse
in Eingriff bringbar sind. Der Eingriff von Zahnring und Zahnaufnahmevertiefung des
Innengehäuses
dient insbesondere im Zusammenhang mit dem Nocken der Auslenkhülse dazu, den
Klemmring auch bei fehlendem anderen Teil in der Verbindungsvorrichtung
zu halten.
-
Um die Drehspindel auch im Bereich
der Untersetzungsgetriebeeinheit nochmals abzustützen und um entsprechende gegebenenfalls übertragene Lasten
aufzunehmen, kann ein Ritzel insbesondere am Antriebsende der Drehspindeln
angeordnet sein, welches mit einem am Innengehäuse gelagerten Zahnrad in Eingriff
ist. Durch diesen Eingriff von Ritzel und Zahnrad ergibt sich eine
seitliche Abstützung der
Drehspindel insbesondere direkt benachbart zur Untersetzungsgetriebeeinheit
sowie auch eine mechanische Kopplung zur Synchronisierung der Drehbewegungen
von zwei oder mehr Drehspindeln.
-
Die mechanische Kopplungseinrichtung kann
statt durch ein Zahnrad auch durch eine Kette, einen Zahnriemen
oder einen Zahnradsatz gebildet sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit,
die Kopplungseinrichtung an anderer Stelle der Drehspindel und/oder
zur Kopplung von Antriebswellen vorzusehen. In diesem Zusammenhang
ist noch zu beachten, dass bei Anordnung von zwei oder mehr Drehspindeln
die Möglichkeit
besteht, dass nur eine Drehspindel über eine entsprechende Antriebseinrichtung direkt
angetrieben wird, während
die Antriebskraft auf die übrigen
Drehspindeln über
die mechanische Kopplungseinrichtung übertragbar ist.
-
Im Folgenden wird anhand der in der
Zeichnung beigefügten
Figuren ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung näher
beschrieben.
-
Es zeigen:
-
1 eine
perspektivische und teilweise geschnittene Seitenansicht einer Verbindungsvorrichtung,
wie sie aus der Praxis bekannt ist, und
-
2 einen
Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung.
-
1 zeigt
eine seitliche perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht
einer bekannten Verbindungsvorrichtung 1. Diese weist ein
Außengehäuse 5 von
im Wesentlichen zylindrischen Form auf. Innerhalb des Außengehäuses 5 ist
ein Innengehäuse 41 angeordnet.
An dessen in 1 oberen
Ende sind eine Vielzahl von Schraubbolzen 50 zur Befestigung
eines rohrförmigen
Teils vorgesehen. Das rohrförmige
Teil wird mittels der Schraubbolzen an dem Innengehäuse 41 lösbar befestigt
und ist mit einer entsprechenden zentralen Innenbohrung des Innengehäuses 41 in
Verbindung. Zwischen Innengehäuse 41 und
Außengehäuse 5 ist
ein Klemmring 6 angeordnet, der in seinem unteren Teil
aus einer Vielzahl von Spannfingern 8 aufweist. Diese sind
elastisch in radialer Richtung auslenkbar. Zwischen Klemmring 6 und
Außengehäuse 5 ist
eine Auslenkhülse 13 angeordnet,
die in axialer Richtung der Verbindungsvorrichtung 1 mittels
zumindest einer Antriebseinrichtung 9 verschiebbar ist.
Die Antriebseinrichtung 9 wird durch wenigstens einen Hydraulikzylinder
gebildet, wobei mit einem ausfahrbaren Kolben 49 des Hydraulikzylinders
ein radial nach außen
abstehender Ringflansch 17 der Auslenkhülse 13 verbunden. Wird
die Auslenkhülse
aus ihrer Bereitschaftsstellung in ihre Auslenkstellung verschoben,
drückt
sie die Spannfinger 8 radial nach innen, wodurch ein von
unten nach 1 eingesetzter
und ebenfalls im Wesentlichen rohrförmiges Teil in der Verbindungsvorrichtung 1 abgedichtet
gehalten ist.
-
Eine solche Verbindungsvorrichtung 1 dient zur
Verbindung entsprechender rohrförmiger
Teile mit anderen rohrförmigen
Teilen oder auch Anschlussstutzen anderer Einrichtungen insbesondere der
Gas- und Erdölgewinnung
wie beispielsweise Ausbruchsventilanordnung (Blowout Preventer), Ventilen,
Drosseln oder dergleichen.
-
2 zeigt
einen Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 1.
-
Auch bei der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 1 ist
in einem im Wesentlichen zylindrischen Außengehäuse 5 ein ebenfalls
zylindrisches Innengehäuse 41 angeordnet.
Zwischen den beiden Gehäuse 5, 41 ist
zumindest eine Antriebseinrichtung 9, Klemmring 6 sowie
Auslenkhülse 13 angeordnet.
Die Antriebseinrichtung 9 weist eine Vielzahl von Elektromotoren 33 auf,
die auf einer Abtriebswelle 39 angeordnet sind. Abtriebswelle 39 und Antriebsmotore 33 sind
in einer Bohrung 40 des Innengehäuses 41 angeordnet.
Die Bohrung kann am oberen Ende des Innengehäuses 41 nach 2 offen sein, um Zugang
zur Antriebseinrichtung 9 zur Wartung oder zum Austausch
von Teilen der Antriebseinrichtung zu erhalten. An dem oberen Ende ist
das Innengehäuse 41 mit
dem Außengehäuse lösbar beispielsweise
durch Verschrauben verbunden.
-
Die Abtriebswelle 39 ist
an ihren beiden Enden drehbar durch entsprechende Lager in der Bohrung 40 gelagert
und steht aus der Bohrung vor. An ihrem vorstehenden Ende ist sie
mit einem sogenannten Harmonic Drive 35 als Untersetzungsgetriebeeinheit 34 verbunden.
Ein solcher Harmonic Drive 35 umfasst im Wesentlichen einen
in der Regel fixierten Ring mit Innenverzahnung, eine flexible und
becherförmige
Hülse mit
Außenverzahnung,
wobei die Außenverzahnung
mit der Innenverzahnung des Rings in Eingriff ist, und einen sogenannten
Wellengenerator, der innerhalb der flexiblen Hülse angeordnet ist und gegenüberliegende
Bereiche der flexiblen Hülse
mit ihrer Außenverzahnung
in Eingriff mit der Innenverzahnung des fixierten Ringes drückt.
-
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der Wellengenerator mit der Abtriebswelle 39 bewegungsverbunden
und die flexible Hülse
ist mit einem Antriebsende 32 einer Drehspindel 14 bewegungsverbunden.
An dem Antriebsende 32 weist die Drehspindel 14 weiterhin
ein Ritzel 47 auf, das mit einem am Innengehäuse 41 gelagerten
Zahnrad 48 kämmt.
-
Die Drehspindel 14 erstreckt
sich in axialer Richtung 10 beziehungsweise Längsrichtung
der Verbindungsvorrichtung 1. Sie weist einen ersten Abschnitt 21 und
einen zweiten Abschnitt 22 auf, zwischen denen die Drehspindel 14 in
einer Kugelumlaufmutter 19 drehbar gelagert. Die Kugelumlaufmutter 19 ist
einteilig mit dem Außengehäuse 5 ausgebildet
und steht von einer Innenwand 20 des Außengehäuses in Richtung Innengehäuse 41 ab.
Es besteht ebenfalls die Möglichkeit,
dass die Kugelumlaufmutter 19 separat ausgebildet ist und
beispielsweise zur drehbaren aber in Axialrichtung unverschieblichen Lagerung
der Drehspindel 14 an der Innenwand 20 befestigt
ist.
-
In dem ersten Abschnitt 21 der
Drehspindel 14 ist auf dieser eine Verstellmutter 15 angeordnet, zusammen
mit welcher die Auslenkhülse 13 zwischen
einer Bereitschaftsstellung 11, siehe die gestrichelte
Darstellung in 2, und
einer Auslenkstellung 12 in axialer Richtung 10 verstellbar
ist. Die Verstellmutter 15 ist in einer Aufnahmebohrung 18 eines radial
nach außen
am Hülsenende 16 der
Auslenkhülse 13 abstehenden
Ringflansches 17 eingesetzt und dort lösbar befestigt.
-
In Auslenkstellung 12 ist
die Verstellmutter 15 nahezu in Anlage mit der Kugelumlaufmutter 19. Diese
weist auf ihrer einer Außenfläche 25 der
Auslenkhülse 13 zuweisenden
Seite 29 eine Antifriktionsauflage 30 oder dergleichen
auf, um Reibung zwischen Kugelumlaufmutter 19 und Auslenkhülse 13 zu vermindern.
-
In dem gegenüberliegend zur Verstellmutter 15 relativ
zur Kugelumlaufmutter 19 vorstehenden zweiten Abschnitt 22 der
Drehspindel 14 ist eine Auslenkmutter 23 an dieser
gelagert. Die Auslenkmutter 23 weist einen Auslenkkörper 28 auf,
in dem in etwa mittig eine Schraubhülse 24 angeordnet
ist. Mittels der Schraubhülse 24 ist
die Auslenkmutter 23 in axialer Richtung 10 entlang
der Drehspindel 14 bei deren Drehung verstellbar. Auf einer
der Auslenkhülse 13 zugewandeten
Außenfläche 27 weist
der Auslenkkörper 28 einen
Keilabschnitt 26 auf, der bei der in 2 dargestellten Auslenkstellung 12 der
Auslenkhülse 13 mit
einem entsprechenden Keilabschnitt auf der Außenfläche 25 der Auslenkhülse 13 in
Anlage ist. Durch die Anlage der beiden Keilabschnitte erfolgt zumindest
eine Abstützung
der Auslenkhülse 13 in
diesem Bereich.
-
Weiterhin ist die Drehspindel 14 unterhalb der
Auslenkmutter 23 im Außengehäuse 5 mittels
eines entsprechenden Lagers an ihrem Lagerende 31 drehbar
gelagert.
-
Im ersten beziehungsweise zweiten
Abschnitt 21, 22 der Drehspindel 14 kann
die Steigung des Drehspindelgewindes unterschiedlich sein, so dass
bei Drehung der Drehspindel 14 mittels der Antriebseinrichtung 9 Verstellmutter 15 und
damit Auslenkhülse 13 sich
unterschiedlich schnell im Vergleich zur Auslenkmutter 23 in
axialer Richtung 10 bewegt. Dies kann beispielsweise in
der Art erfolgen, dass die Auslenkmutter 23 aufgrund einer
größeren Gewindesteigung
sich schneller in Richtung Kugelumlaufmutter 19 bewegt,
als sich die Verstellmutter 15 aufgrund einer geringeren
Gewindesteigung im ersten Abschnitt 21 in Richtung Bereitschaftsstellung 11 bewegt.
-
Die Auslenkhülse 13 weist auf ihrer
dem Klemmring 6 zuweisenden Seite zumindest einige Schrägflächen auf,
die bei Auslenkhülse 13 in
Auslenkstellung 12 den Klemmring 6 einerseits
in Eingriff mit dem Innengehäuse 41 und
andererseits zur Auslenkung der entsprechenden Spannfinger 8 in
Richtung anderes Teil 3 dienen. Weiterhin weist die Auslenkhülse 13 etwa
mittig einen Nocken 37 auf, der den Klemmring 6 auf
seiner Außenfläche 38 so
abstützt,
dass er auch bei Auslenkhülse 13 in
Bereitschaftsstellung 11 nicht außer Eingriff mit dem Innengehäuse 41 gerät. Der Eingriff
zwischen Klemmring 6 und Innengehäuse 41 erfolgt durch
zumindest zwei Zahnringe 44, die von dem Klemm ring 6 in
Richtung Innengehäuse 41 vorstehen
und in entsprechende Zahnaufnahmevertiefungen 45 eingreifen.
-
Zwei weitere Zahnringe 44 sind
im Klemmring 6 unterhalb eines Anlageendes 43 des
Innengehäuses 41 angeordnet.
Diese Zahnringe 44 greifen in entsprechende Zahnaufnahmevertiefungen 46 des anderen
Teils 3 ein, wenn dieses in die Verbindungsvorrichtung 1 eingesteckt
ist. Die Einsteckstellung des anderen Teils 3 ist in diesem
Zusammenhang durch die Anlage eines vorderen, eingesteckten Endes
des anderen Teils 3 mit dem Anlageende 43 des Innengehäuses 41 bestimmt.
Zwischen Innengehäuse 41 und
anderem Teil 3 kann noch eine Dichteinrichtung angeordnet
sein.
-
Bei Verschieben der Auslenkhülse 13 aus
ihrer Bereitschaftsstellung 11 in die Auslenkstellung 12 sind
die Spannfinger 8 elastisch in radialer Richtung 7 nach
innen in Richtung Innenbohrung 4 und somit zum Eingriff
der Zahnringe 4 mit den Zahnaufnahmevertiefungen 46 des
anderen Teils 3 auslenkbar. Durch diesen Eingriff wird
sowohl das andere Teil 3 in der Verbindungsvorrichtung
gehalten als auch abgedichtet.
-
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 1 sind
Verstellmutter 15, Kugelumlaufmutter 19 und Auslenkmutter 23 einteilig
ausgebildet, so dass eine separate Abstützung der Drehspindel 14 in
etwa mittig durch eine an der Innenwand 20 des Außengehäuses 5 befestigte
Kugelumlaufmutter 19 fehlt. Statt dessen wird die Auslenkhülse 13 zusammen
mit dieser einzigen Kugelumlaufmutter in axialer Richtung 10 entlang
der Drehspindel 14 bewegt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Verbindungsvorrichtung sind nur Verstellmutter 15 und
Kugelumlaufmutter 19 einteilig ausgebildet, wobei die Auslenkmutter 23 weiterhin
als separates Teil separat verstellbar entlang der Drehspindel 14 ausgebildet
ist. Auch in diesem Fall entfällt
eine in etwa mittige Abstützung
der Drehspindel 14. Allerdings sei angemerkt, dass eine
gewisse Abstützung
der Drehspindel 14 auch bei einteiliger Ausbildung von
Kugelumlaufmutter 19 und Verstellmutter 15 durch
eine Gleitanlage dieses einteiligen Bauteils an der Innenwand 20 des
Außengehäuses 5 gegeben
ist.
-
Die Antriebseinrichtung 9 weist
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
vier Elektromotore 33 auf. Diese dienen sowohl der Redundanz,
um selbst bei Ausfall von einem oder mehr Motoren 33 noch
die Drehspindel 14 sicher drehen zu können. Weiterhin dient die Anzahl
der Elektromotore 33 zum Erreichen einer relativ schlanken
Bauweise der Verbindungsvorrichtung, da durch die Vielzahl der Motore
diese eine kleinere Leistung pro Motor aufweisen können und
entsprechend kleiner gebaut sind. Als Motore 33 werden
in der Regel Elektromotore, wie Servomotore oder Asynchronmotore
verwendet.
-
Weiterhin besteht die Möglichkeit,
nicht nur eine Antriebseinrichtung 9 mit den weiteren Bauteilen nach 2, wie Drehspindel 14,
Kugelumlaufmutter 19, Untersetzungsgetriebeeinheit 34 usw.
vorzusehen, sondern entsprechende Einrichtungen an zwei, drei oder
mehr Stellen in Umfangsrichtung der Verbindungsvorrichtung 1 anzuordnen,
siehe hierzu 1. Bei
einer Anordnung von beispielsweise zwei solchen Anordnungen sind
diese vorzugsweise gegenüberliegend
zur Innenbohrung 4 angeordnet.
-
In 2 ist
eine mechanische Kopplungseinrichtung 51 zweifach für verschiedene
Ausführungsbeispiele
dargestellt. Das eine Ausführungsbeispiel
mit Ritzel 47 und Zahnrad 48 ist bereits oben
erläutert
worden. Anstelle des Zahnrades 48, das die Drehungen verschiedener
Drehspindeln 14 beziehungsweise Antriebs-achsen 39 synchronisiert,
kann ebenfalls eine umlaufende Kette, ein umlaufender Zahnriemen
oder auch ein Zahnradsatz verwendet werden. Bei einer solchen mechanischen
Kopplungseinrichtung besteht die Möglichkeit, dass nur eine der Drehspindeln
mit einer Antriebseinrichtung verbunden ist, während die anderen über die
Bewegungskopplung gedreht werden.
-
Bei dem anderen Ausführungsbeispiel
der mechanischen Kopplungseinrichtung 51 ist ein Ritzel 52 an
einem Ende der Antriebswelle 39 angeordnet und mit den
entsprechenden Ritzeln weiterer Antriebswellen 39 über einen
Zahnriemen oder eine Kette verbunden. Wiederum besteht die Möglichkeit, die
mechanische Kopplungseinrichtung auch durch einen Zahnradsatz zu
realisieren. Selbstverständlich besteht
weiterhin die Möglichkeit,
verschiedene Ausführungsbeispiele
der mechanischen Kopplungseinrichtung miteinander zu kombinieren.
-
Im Folgenden wird kurz die Funktionsweise der
erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 1 anhand
der Figuren erläutert.
-
Ein erstes rohrförmiges Teil 2 wird
vorzugsweise mit dem Innengehäuse 41 über Schraubbolzen 50 befestigt,
siehe 1 und 2. Dieses rohrförmige Teil 2 steht
mit der Innenbohrung 4 in Verbindung. Am gegenüberliegenden
Ende der Verbindungsvorrichtung 1 wird ein anderes Teil 3 eingesteckt,
das im Wesentlichen auch rohrförmig
ist und beispielsweise von einem Ventil, einer Drossel, einem Blowout
Preventer oder dergleichen absteht. Dieses andere Teil 3 wird so
weit eingesteckt, bis es in Anlage mit dem Anlageende 43 des
Innengehäuses 41 ist.
In dieser Position wird die Auslenkhülse 13 aus ihrer Bereitschaftsstellung 11 in
die Auslenkstellung 12 durch Betätigen der Antriebseinrichtung 9 und
entsprechendes Drehen der Drehspindel 14 verschoben. Bei
dieser Verschiebung geraten entsprechende Schrägflächen auf der dem Klemmring 6 zuweisenden
Innenseite der Auslenkhülse 13 mit
entsprechenden Schrägflächen auf der
Außenfläche 38 des
Klemmrings 6 in Anlage und drücken diesen weiter in Eingriff
mit dem Innengehäuse 41 beziehungsweise
in Eingriff mit dem anderen Teil 3. Dieser Eingriff wird
durch Zahnringe 44 realisiert, die beispielsweise in Zahnaufnahmevertiefungen 45 des
Innengehäuses 41 eingreifen
oder durch Auslenken der entsprechenden Spannfinger 8 in
entsprechende Zahnaufnahmevertiefungen 46 am anderen Teil 3 eingreifen.
Der Eingriff der entsprechenden Zahnringe 44 wird dadurch
verbessert, dass praktisch zumindest an zwei Stellen eine Abstützung der
Auslenkhülse 13 auf
ihrer Außenfläche 25 einerseits
durch Verstellmutter 15 im ersten Bereich 21 der Drehspindel 14 und
andererseits durch Auslenkmutter 23 im zweiten Abschnitt 22 der
Verstellspindel 14 erfolgt. In analoger Weise wird dieser
Eingriff durch gleichzeitiges Verstellen von Verstellmutter 15 und Auslenkmutter 23 gleichzeitig
aufgehoben oder zumindest im Hinblick auf das Innengehäuse 41 vermindert.
Um ein Herausfallen auch bei Anordnung der Auslenkhülse 13 in
ihre Bereitschaftsstellung 11 des Klemmrings 6 zu
verhindern, ist insbesondere der Nocken oder -ring 37 vorgesehen,
der den Klemmring 6 mit den Zahnringen 44 weiterhin
in den Zahnaufnahmevertiefungen 45 im Innengehäuse 41 hält.
-
Um ein selbsttätiges Verdrehen der Drehspindel 14 gegebenenfalls
zu verhindern, wodurch die Auslenkhülse 13 in Richtung
ihrer Bereitschaftsstellung 11 verschoben werden könnte, ist
das Getriebe 36 aus Kugelumlaufmutter 19 und Drehspindel 14 selbsthemmend
ausgebildet.