DE3400485A1

DE3400485A1 - Fluidbetaetigter, sich in axialer richtung hin- und herbewegender antrieb

Info

Publication number: DE3400485A1
Application number: DE19843400485
Authority: DE
Inventors: Roland McCauley Houston Tex. Howard jun.; Marvin Richard Jones
Original assignee: Koomey Blowout Preventers Inc
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1983-01-31
Filing date: 1984-01-09
Publication date: 1984-08-02
Also published as: NO156259B; JPS6245407U; MX159386A; FR2540194A1; NO833536L; FR2540194B1; NO156259C; GB8315502D0; GB2134983B; CA1197182A; JPS59144807A; JPS634801Y2; GB2134983A; DE3400485C2

Description

Fluidbetätigter, sich in axialer Richtung hin- und her-

bev/egender Antrieb

Die Erfindung betrifft ganz allgemein einen fluidbetätigten Antrieb, der eine Stange aufweist, die von einem inneren Ende seines Zylinders ausgeht, um sich axial zwischen inneren und äußeren Stellungen in Abhängigkeit von Zufuhr und Abfuhr des Betätigungsfluids zu den Außen- und Innenseiten bzw. von den Außen- und Innenseiten des im Zylinder befindlichen Kolbens hin- und herzubewegen. Im einzelnen betrifft die Erfindung Verbesserungen bei Antrieben der genannten Art, wobei die Stange gegen RUckbewegung in ihre äußere Position automatisch in Abhängigkeit von der Bewegung in ihre innere Position verriegelt wird, wodurch das Betätigungsfluid von der Außenseite des Kolbens abgegeben werden kann, woraufhin die Stange entriegelt werden kann, um sich automatisch zurückzubewegen, und zwar in Abhängigkeit von der stirnseitigen Umkehrung der Zufuhr und Abfuhr des Betätigungsfluids in Bezug auf die gegenüberliegenden Seiten des Kolbens. Der erfindungsgemäße Antrieb eignet sich gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung gut zur Verwendung beim Bewegen der Stößels eines Ausblaspreventers zwischen geöffne-

ten und geschlossenen Stellungen, und zwar insbesondere dann, wenn der Preventer sich unter V/asser oder an einem anderen abgelegenen Ort befindet.

Beim Betrieb eines Ausblaspreventers bewegt sich der 35

eine Stößel normalerweise nach innen in die Bohrung des Preventergehauses hinein, bevor der andere Stößel sich einwärts bewegt. Um eine dichte Abdichtungsbe-

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rührung zwischen den stirnseitigen Flächen der Stößel und um eine Rohrleitung herum zu erreichen, die sich in der Bohrung befinden kann, wird dem einen Stößel ermöglicht, sich Über die Stellung hinaus zu bewegen, die er einnehmen würde, wenn beide Stößel sich gleichzeitig bewegen würden, um längs der Mittellinie der Bohrung des Gehäuses einander zu berühren. Darüber hinaus besteht die Notwendigkeit, sobald die Packung auf der Vorderseite eines oder beider Stößel verschleißt, die Stößel nach innen zu bewegen, um zusätzliche Abstände zu kompensieren, so daß in dem Betriebssystem Einstellmöglichkeiten gegeben sein müssen und/oder Anschläge zur Begrenzung der Einwärtsbewegung der Stößel.

Auf Seite 1432 der Ausgabe von "Composite Catalog of Oil Field Equipment & Services", 1980-81, wird ein Stößelbetätigungssystem beschrieben, bei dem die Stößel in der geschlossenen Stellung durch ein kernförmiges Verriegelungselement verriegelt werden können, das so angeordnet

ist, daß es über eine komplementäre Oberfläche auf dem äußeren Ende der Stößelsteuerstange in Abhängigkeit von der Betätigungsfluidzufuhr zur Außenseite eines Kolbens auf dem Verriegelungselement seitlich gleitet. Diese

2g Verriegelungsoberflächen bilden in bezug auf eine Ebene lotrecht zur Stangenachse einen Winkel, der kleiner ist als der Reibungswinkel, so daß das Verriegelungselement nach der Beseitigung des Betätigungsfluids von der Außenseite des Kolbens in der Verriegelungsposition bleibt, und zwar trotz vorhandener Kräfte, die bestrebt sind, die Stößel zu öffnen, wobei auch automatisch der Packungsverschleiß durch Weitergleiten über das Ende der Stange kompensiert wird. Abgesehen von der Tatsache, daß die Furchtung nicht automatisch in dem Sinne ist, als sie eine Betätigung geeigneter Steuerelemente in der richtigen Reihenfolge beim Öffnen und Schließen der Stößel erfordert, ist sie so gebaut, daß beim Abführen

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des Betätigungsgiieds aufgrund äußerer Kräfte, die auf die Stange einwirken, Belastungswege entstehen können, die vorher unbelastete Elemente einschließen, und als

Folge dessen können sich die Stößel in einem erheblichen 5

Ausmaß aus ihren Schließstellungen lösen.

Die US-Patentschrift 3 242 826 zeigt eine Vorrichtung, bei der Verriegelungselemente, welche von der Steuerstange zur Betätigung einec Ausblaspreventerstößels 10

oder eines anderen Ventilkörpers getragen werden, zusammen mit der Stange in Verriegelungseingriff mit einer Verriegelungsschulter auf einem Zylinder gebracht werden, und zwar automatisch in Abhängigkeit von der Zufuhr von Betätigungsfluid zur Außenseite des Kolbens innerhalb

des Zylinders bei der Bewegung des Stößels in die geschlossene Stellung. Die Verriegelungselemente sind nach außen hin keilförmig ausgebildet und werden 'mit Hilfe eines Verriegelungsrings oc'er einer Hülse auf einem inneren Kolben in der Verriegelungsstellung gehalten, der über die Stange und innerhalb des äußeren Kolbens auf der Stange gleitet. Somit v/eist der Ring eine äußere zylindrische Oberfläche auf, die in inneren zylindrischen Oberflächen der Verriegelungselemente verschiebbar ist, so daß das Betätigungsglled von der Außenseite des Kolbens abgeführt werden kann. Das Betätigungsglied läßt sich dann der Innenseite des Kolbens zuführen, um dadurch den Verriegelungsring aus seiner Stellung innerhalb der Verriegelungselemente nach außen zu bewegen und damit den Verriegelungselementen zu ermöglichen, aus der Verriegelungsstellung mit der Stange abgezogen zu werden.

Die US-Patentschrift 4 304 565 zeigt eine Vorrichtung derνletztgenannten Art, bei der zwischen den Innenseiten der Verriegelungselemente und der Außenseite der Verriegelungshülse Verriegelungsoberflächen in bezug au!

-ΙΟΙ die Stangenachse einen-Winkel bilden, der kleiner ist als der Reibungswinkel, so daß die Stange in ihrer inneren Stellung gehalten wird, wobei jedoch nichtsdestotrotz den Verriegelungselementen ermöglicht wird, entlang der Verriegelungsschulter des Zylinders in eine Vielzahl von Verriegelungspositionen nach innen und nach außen zu gleiten, und zwar in Abhängigkeit von dem Ausmaß, in dem sich die Stange nach innen bewegt, und damit unabhängig vom Verschleiß auf der Stößelpackung. Da die Verriegelungsoberflächen zwischen den Verriegelungselementen und der Verriegelungshülse der zuletzt beschriebenen" Vorrichtung in bezug auf die Stangenachse einen sehr kleinen Winkel bilden, überträgt die Hülse eine verhältnismäßig große Radialkomponente der Kraft,

die von dem Betätigungsfluid abhängt, das der Außenseite des Kolbens zugeführt wird, auf die Verriegelungselemente, wenn sie mit der Stange von ihrer äußeren Stellung in ihre innere Stellung bewegt werden. Als Folge dessen wurde es offensichtlich für erforderlich gehalten, diese auf die Verriegelungselemente einwirkende Kraft zu verkleinern und damit die Reibungskraft zwischen den Verriegelungselementen und dem Innendurchmesser des Zylinders während der Einwärtsbewegung mit dem Kolben und der Stange. Dies geschah durch eine Anordnung der Kolben im .Zylinder einschließlich eines äußeren Ringkolbens auf der Verriegelungshülse, die zur Bewegung der Verriegelungselemente axial nach innen eine verhältnismäßig kleine Zwischenfläche aufweist, und mit Hilfe eines inneren Kolbens, der in dem äußeren Ringkolben abgedichtet verschiebbar ist, und zur Bewegung der Stange nach innen eine verhältnismäßig große Querschnittsfläche besitzt. Im einzelnen werden die Verriegelungselemente mit Hilfe eines Käfigs auf der Stange getragen, so daß dann, wenn die Verriegelungselemente wie eine Bremse wirken, sobald sie an dem Innendurchmesser des Zylinders entlanggleiten, die Stange über den Käfig

die Kraft aufgrund des großen Kolbens in einem Ausmaß überträgt, das notwendig ist, um die Verriegelungselement e entlange dem Zylinderdurchmesser nach innen und in

die Stellung zu bewegen, in der sie der Verriegelungs-5

schulter gegenüberliegen.

Aufgrund der komplizierten Konstruktion eignet sich der aus der US-Patentschrift 4 30A- f>65 bekannte Antrieb

aber ebenfalls nicht zur Verv/endun^ in einen Preventer 10

der in der anhängigen Patentanmeldung Nr. 337 3"3 beschriebenen Art. So ist, wie dort beschrieben, die Stößelsteuerstange hoM und erstreckt sich durch das äußere Ende des Zylinders hindurch in eine in ihrer

Haube befindliche Kammer hinein, so daß die in entge-15

gengesetzten Richtungen auf die entgegengesetzten Enden der Stange einwirkenden Kraft die im wesentlichen ausgeglichen werden, und dadurch die Kraft reduziert wird, die erforderlich ist, um die Stößel in die geschlossene Stellung zu bewegen. Erhebliche Schwierigkeiten sind jedoch beim Einpassen der Doppelkolbenanordnung dieser Konstruktion in dem verhältnismäßig kleinen Ringraum zwischen der hohlen Stange und dem Innendurchmesser des Zylinders zu erwarten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen Antrieb der letztgenannten Art zu schaffen, der auch so betrieben werden kann, daß er die Stange und die Verriegelungselemente axial nach innen in eine Vielzahl von Verriegelungsstellungen bewegen kann, jedoch verhältnismäßig einfach aufgebaut ist und keine zu starken Reibungsbeanspruchungen zwischen den Verriegelungselementen und dem Innendurchmesser des Zylinders des Antriebs bewirkt. Insbesondere soll die zu schaffende Vorrichtung für den Einbau in einen Ringraum gut geeignet sein, der eine hohle Steuerstange umgibt, deren äußeres Ende sich in eine Ausgleichskammer hinein erstreckt.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, in der zeigen:

Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht eines Ausblaspreventers mit Stößeln, die von Antrieben der erfindungsgemäßer, Art betätigt werden, wobei der rechte 10

Stößel in seiner inneren Stellung zu sehen ist, in

der er eine in der Bohrung des Preventergehäuses befindliche Rohrleitung berührt, und der linke Stößel in seiner zurückgezogenen Stellung dargestellt ist,
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Fig. 2 eine senkrechte Schnittansicht in einem vergrößerten Maßstab, aus der die obere Hälfte des Antriebs für den rechten Stößel ersichtlich ist, wobei jedoch die Stange sich in ihrer äußeren Stellung befindet, um den Stößel in die Öffnungsstellung zurückzuziehen,

Fig.. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, die jedoch den Zustand nach der Einwärtsbewegung der Stange und der Verriegelungselemente des Antriebs in eine Stellung zeigt, in der die Verriegelungselemente längs der Verriegelungsschulter des Zylinders nach außen verkeilt werden, wenn der Stößel in seine geschlosschlossene Stellung bewegt wird,

Fig. k eine weitere andere Ansicht, die derjenigen von Fig. 3 ähnlich ist, bei der jedoch die Stange weiter nach innen in ihre innerste Stellung bewegt ist, um die Verriegelungselemente weiter nach außen zu entlang der Verriegelungsschulter zu verkeilen, sobald der Stößel weiter nach innen in die in

Fig. 1 gezeigte geschlossene Stellung bewegt wird,

und
Fig. 5 eine Querschnittsansicht der oberen Hälfte des Antriebs längs der strichpunktierten Linie 5-5 in Fig. 4.

Der in Fig. 1 gezeigte Ausblaspreventer 10 weist ein Gehäuse 11 mit einer senkrechten Bohrung 12 auf, das auf

einen Bohrlochkopf montiert werden kann, der sich üblieher-10

weise unter Wasser befindet. Eine Rohrleitung P erstreckt sich durch die Bohrung 12 und kann ein Bohrstrang sein, der vom Wasserspiegel aus in das Bohrloch hineinläuft und an seinem unteren Ende zum Erbohren des Bohrloches einen

Meißel aufweist. Zu diesem Zweck wird gewöhnlich Bohr.-15

schlamm in Abwärtsrichtung durch die Rohrleitung umgewälzt, der aus dem Meißel austritt und sich nach oben durch den zwischen der Rohrleitung und der Bohrung 12 befindlichen Ringraum bewegt.

Die Stößel RR und RL, die in den Kammern 13 des Gehäuses angeordnet sind, schneiden gegenüberliegende Seiten der Bohrung 12, indem sie sich zwischen äußeren Stellungen zur Öffnung der Bohrung (siehe den linken Stößel LR) und inneren Stellungen bewegen, in denen sie einander sowie die Rohrleitung P berühren (siehe den rechten Stößel RR), um dadurch die Bohrung zu verschließen. Der eine Stößel bewegt sich normalerweise vor dem anderen nach innen in eine Lage, die entweder dadurch festgelegt wird, daß der Stößel mit einer in der Bohrung befindlichen Rohrleitung in Berührung tritt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, oder mit einem Anschlag oder durch Berührung der Teile des zu beschreibenden Betriebssystems. Wenn beide Stößel in die geschlossene Stellung bewegt sind, dichten sie sich in bezug aufeinander und die Gehäusekammern ab, um den Druck im Bohrloch zu halten.

Wie ersichtlich, weist jeder Stößel an seiner vorderen Stirnfläche eine senkrechte Aussparung auf, mit der er die Rohrleitung P umgreift, sobald er mit ihr in Berührung

gebracht worden ist, sowie eine Packung 14, die sich in 5

seitlicher Richtung über seine vordere Stirnfläche erstreckt, so daß dann, wenn beide Stößel in die geschlossene Stellung bewegt sind, die Packungen die Rohrleitungen abdichtend berühren sowie auf beiden Seiten der Rohrleitung miteinander in Dichtungsberührung stehen. Wie in diesem Zweig der Technik bekannt, verbindet eine zusätzliche Packung entlang der Seiten jedes Stößels die Stößelstirnseitenpackung mit einer Kopfpackung 15, so daß sie eine durchgehende Dichtung miteinander und den Kammern 13 bilden, wenn die Stößel geschlossen sind. Es ist aber auch bekannt, daß die Stößel stattdessen Blindstößel sein können, um die Bohrung zu verschließen, wenn diese leer ist.

Wie ebenfalls aus Fig. 1 ersichtlich, weist jeder Stößel eine Nut 16 auf, die in seiner Unterseite ausgebildet ist und die Bohrung 12 mit der Kammer 13 dahinter verbindet, wodurch Bohrlochfluid auf die Abschnitte der äußeren Enden der geschlossenen Stößel einwirken kann, um die Kraft des Betriebssystems bei der Aufrechterhaltung einer dichten Abdichtung der Teile miteinander und mit der Rohrleitung P zu unterstützen. Wie ebenfalls in der o.g. anhängigen Patentanmeldung dargestellt, wird jeder Stößel zwischen geöffneten und geschlossenen Stellungen mit Hilfe einer Steuerstange 13 bewegt, die in einen Zylinder C in dem Gehäuse außerhalb der Stößelkammer axial hin- und herbeweglich ist. Im einzelnen weist jeder Stößel einen in ihm ausgebildeten Kanal 17 auf, der die Kammer 13 hinter dem Stößel mit ihrer Oberseite über der Packung 14 verbindet, und das innere Ende der Steuerstange besitzt mit der Stange eine Verbindung mit einem toten Spiel, die es einem auf ihr

sitzenden Ventilkopf 19 ermöglicht, das äußere Ende des Kanals zu öffnen und zu schließen. Wenn also der Stößel mit der Stange nach innen in seine geschlossene Stellung bewegt wird, kommt eine Oberfläche auf dem inneren Ende des Ventilsitzes mit einem Sitz auf der Rückseite des Stößels, der den Kanal umgibt, in Berührung, um dadurch den Kanal zu verschließen und damit dem Bohrlochfluid zu ermöglichen, die Kraft des Betriebssystems, durch die der Stößel in der geschlossenen Stellung gehalten wird, zu ergänzen. Wenn jedoch die Stößelstange zurückgezogen oder nach außen bewegt wird, um dadurch die Stößel in die offene Stellung zu bringen, wird Bohrlochfluid in der Kammer hinter dem geschlossenen Stößel in

den Ringraum der Bohrung 12 oberhalb der geschlossenen 15

Stößel abgegeben.

Das Betriebssystem für jeden Stößel weist einen von der Steuerstange getragenen Kolben 24 auf, der in dem

Zylinder C axial hin- und herbeweglich ist, um dadurch 20

die Stange hin- und herzubewegen und somit die Stößel zwischen den geschlossenen und offenen Stellungen in Abhängigkeit von der Zufuhr und Abfuhr von Betätigungsfluid zu den entgegengesetzten Seiten des Kolbens und von ihnen weg zu bewegen. Fluid kann durch eine Öffnung P^ zugeführt werden, die mit dem äußeren Ende des Zylinders verbunden ist, und durch eine Öffnung Pp abgeführt werden, welche mit dem inneren Zylinderende in Verbindung steht, um dadurch den Stößel zu schließen. Alter-

Q₀ nativ dazu läßt sich das Fluid aber auch durch die innere Öffnung zuführen und durch die äußere Öffnung abführen, um dadurch die Stößel zu öffnen.

Im einzelnen erstreckt sich, wie dies in der anhängigen, obengenannten Patentanmeldung beschrieben ist, das äußere Ende jeder Stange 18 abgedichtet durch das äußere Ende des Zylinders und in eine Ausgleichs- oder Gleichgewicht skammer 21 im Gehäuse außerhalb des Zylinders C

hinein, und eine Durchiaßbohrung 20 verbindet das innere Ende der Stange innerhalb der Sitzfläche des Ventilkopfes 19 mit der Ausgleichskammer 21. Somit wird, wie aus der Zeichnung ersichtlich, das innere Ende jeder

'

Stange durch einen Dichtungsring 22 in einer Öffnung im Gehäuse geführt, die jede Kammer 13 mit dem Zylinder C des Betriebssystems verbindet, während das äußere Ende der Stange sich durch einen Dichtungsring 22A in einer

dort befindlichen Öffnung erstreckt, die den Zylinder 10

mit der Ausgleichskammer 21 verbindet. Nimmt man an, daß die Querschnittsflächen der Steuerstange, die sich durch die Dichtungsringe 22 und 22A erstreckt, im wesentlichen gleich sind, so sind die aufgrund des Fluid-

druckes auf die entgegengesetzten Enden der Stange ein-15

wirkenden Kräfte^:jederzeit im wesentlichen im Gleichgewicht. I

Wie bereits erwähnt wurde, weist die KoIbenvorrichtung einen Ringkolben 30 um die Stange 18 herum auf, der einen inneren Dichtungsring 30A besitzt, welcher auf der Stange abdichtend gleitet, sowie einen äußeren Dichtungsring 30B, der in dem Innendurchmesser des Zylinders abdichtend gleitet. Wie aus der Zeichnung hervorgeht und oben beschrieben ist, ist der Innendurchmesser des Kolbens 30 und damit der Außendurchmesser des Zwischenteils der Stange, über die der Kolben abgedichtet gleitet, größer als der Außendurchmesser der inneren und äußeren Enden der Stange. Demzufolge weist die KoIbenvorrichtung auch eine Kolbenfläche auf der Stange innerhalb des Ringkolbens auf, die auf das Steuerfluid anspricht, um eine Kraft zu erzeugen, durch die die Stange axial bewegt wird.

Das Preventergehäuse ist mit einem Hauptkörper 11A versehen, in dem sich die Bohrung 12 befindet, und die inneren Enden der Kammer 13 sind auf den entgegengesetzten Seiten der Bohrung 12 ausgebildet. Außerdem

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sind Hauben 11B vorhanden, in denen die äußeren Enden der Kammern, die Zylinder C und die Kammern 21 ausgebildet sind. Die Hauben sind an dem Hauptkörper angelenkt oder in anderer Weise befestigt, so daß es ihnen möglich ist, zwischen den geschlossenen Stellungen, die in Fig. 1 dargestellt sind, und den offenen Stellungen, bewegt zu werden, welche eine Zurückbewegung der Stößel und ihren Austausch bezüglich der Steuerstangen ermöglichen.

Eine konische Schulter 25 ist in dem Zylinder neben seinem inneren Ende ausgebildet, die sich von dem Innendurchmesser des Zylinders aus in Richtung seines inneren Endes nach außen erstreckt. Eine Reihe rund um

den Umfang mit Abstand nebeneinander liegender Verriegelungselemente 26 werden auf der Stange so getragen, daß sie sich radial ausdehnen und zusammenziehen können, und zwar zwischen den in Fig. 2 gezeigten inneren Stellungen, in denen sie sich frei innerhalb des Innendurchmessers des Zylinders bewegen können, und äußeren Stellungen, die sowohl in Fig. 3 als auch in Fig. 4 erkennbar sind und in denen eine konische Oberfläche 27 auf jedem Verriegelungselement, die im wesentlichen komplementär zu der Zylinderschulter 25 ausgebildet ist, radial außerhalb des Innendurchmessers des Zylinders liegt, um auf dieser Schulter in die Verriegelungsstellung hinein und aus dieser Stellung heraus zu gleiten. Im einzelnen werden die Verriegelungselemente

3Q auf der Stange zwischen einem inneren ringförmigen Anschlag 28, der sich an der Stange befindet, und dem Kolben 30 getragen, wobei letzterer entlang der Stange zwischen den Verriegelungselementen und einem äußeren ringförmigen Anschlag 31 auf der Stange 30 axial hin- und herbeweglich ist.

Ein Verriegelungsring 29 erstreckt sich von dem Kolben 30 nach innen, um die von dem Betatigungsfluid, das dor

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Außenseite des Kolbens zugeleitet wird, entwickelte ICraft auf die Verriegelungselemente zu übertragen und damit auf den Anschlag 28, um dadurch dio Stange mit den Verriegelungs elementen aus der in Fig. 2 gezeigten Stellung nach innen zu bewegen. Wenn die Verriegelungselemente die gegenüberliegende Schulter 25 erreichen, beginnt der Verriegelungsring, sie nach außen zu verkeilen und bewirkt, daß ihre äußeren Oberflächen 27 auf der Schulter entlanggleiten, wenn sich die Stange weiter mit den Verriegelungselementen nach innen bewegt. Wenn jedoch das Betriebsfluid unterdessen der Innenseite des Kolbens' 30 zugeführt wird, bewegt sich der Ring 29 mit dem Kolben 30 entlang der Stange nach außen, um dadurch die

Verriegelungselemente zu lösen, so daß sie sich radial 15

nach innen bewegen können, während der Kolben mit dem äußeren Anschlag 28 in Berührung tritt, wodurch die von dem Fluid entwickelte Kraft auf die Stange übertragen wird, um diese zusammen mit dem Kolben in ihre äußere Stellung zu bewegen, wenn die Oberflächen 27

der Verriegelungselemente zwischen dem inneren Anschlag 28 und der Verriegelungsoberfläche 25 wieder in ihren inneren Stellungen verkeilt werden. Natürlich wird in beiden Fällen, d.h. sowohl dann, wenn die Stange nach innen als auch dann, wenn sie nach außen bewegt wird, die von dem Betriebsfluid entwickelte Kraft, welche auf den Kolben 30 einwirkt, durch die Kraft unterstützt, die sich durch die Tatsache ergibt, daß das Fluid auf die Kolbenfläche der Stange einwirkt.

Wenn der Stößel in die offene Stellung zurückgezogen wird und sich damit die Steuerstange 18 in ihrer äußeren Lage befindet, die in Fig. 2 dargestellt ist, berührt der Kolben 30 den äußeren Anschlag 31, und die Verriegelungselemente 26 sind in radialer Richtung nach innen in Stellungen zurückgezogen, die in unmittelbarer Nähe der Stange liegen, so daß sie sich axial innerhalb des Innendurchmessers des Zylinders bewegen können. Zu diesem

Zeltpunkt befinden sich die inneren Enden 34A der Verriegelungselemente neben einer im wesentlichen komplementären Oberfläche 34 auf der Außenseite des Anschlags 28, und eine konische Oberfläche 32 auf dem inneren Ende des Verriegelungsrings befindet sich neben den im wesentlichen komplementären Oberflächen 33 auf den inneren Ecken der äußeren Enden der Verriegelungselemente 26. Wenn sich dann der Kolben 30 aus' der in Fig. 2 gezeigten Stellung nach innen zu bewegen beginnt, wird die durch das über die Außenseite des Kolbens auf diesen einwirkende Betriebsfluid erzeugte, nach innen gerichtete Kraft auf den Anschlag übertragen und damit durch die Oberflächen 32 und 33 auf die Stange. Wie ersichtlich,

bilden diese Oberflächen in bezug auf die Achse der 15

Stangen einen relativ großen Winkel, so daß eine verhältnismäßig große Axialkomponente übertragen wird, jedoch eine relativ kleine Radialkomponente dieser Kraft auf die Verriegelungselemente einwirkt, wenn diese sich innerhalb des Innendurchmessern des Zylinders axial ^J

nach innen bewegen. Obgleich somit die Verriegelungselemente radial nach außen verkeilt werden können, um mit dem Innendurchmesser des Zylinders in gewissem Maße in Eingriff zu treten, ist zwischen ihnen und dem Innendurchmesser des Zylinders nur eine minimale Widerstandskraft vorhanden und somit ein minimaler Widerstand gegen die Einwirkbewegung der Stange.

Wenn die Verriegelungselemente in die in Fig. 3 gezeigte 3Q Stellung bewegt werden, in der ihre Verriegelungsoberflächen 27 der Schulter 25 auf dem inneren Ende des Zylinders gegenüberliegen, bewegt die verhältnismäßig kleine Radialkomponente der Kraft sie radial nach außen und veranlaßt sie dadurch, auf der Schulter 25 entlangzugleiten. Vorzugsweise sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, die Außenseite 34 und die komplementären Oberflächen 34A auf den inneren Enden der Verriegelungs-

elemente konisch ausgebildet und erstrecken sich in bezug auf die Achse der Stange unter einem verhältnismäßig . spitzen Winkel nach innen und nach außen, so daß die Gleitbewegung der Verriegelungselemente radial nach außen in die Verriegelungsposition sowie radial nach innen aus der Vcrriegelungsposition heraus, erreicht wird.

Wenn sich die Verriegelungselemente eine anfängliche

Strecke radial nach außen bewegen, kommen die auf ihnen befindlichen ersten Oberflächen 33 mit der Oberfläche

32 auf dem inneren Ende der Hülse 29 außer Berührung, so daß eine Oberfläche 35 auf der Innenseite jedes Verriegelungselements sich über eine im wesentlichen komple-

mentärc zweite Oberfläche 35A auf der Außenseite der Hülse 29 bewegen können. Im einzelnen ist darauf hinzuweisen, daß diese zweiten Oberflächen, die Oberflächen

33 an den Ecken der Verriegelungselemente schneiden und sich auch in bezug auf die Stangenachse nach außen und

nach rückwärts erstrecken, -so daß sie die Verriegelungselement e in radialer Richtung nach außen und in axialer Richtung nach innen weiter verkeilen, wobei diese auf der Verriegelungsschulter 25 entlanggleiten, wenn sich

₂[- die Stange 18 weiter nach innen bewegt. Jedoch ist der Winkel, den diese zweiten Oberflächen 35 und 35A mit der Stangenachse bilden, verhältnismäßig klein, so daß in diesem Stadium die Verriegelungselcrnente mit einer verhältnismäßig großen radialen Komponente der durch das Betriebsfluid, das auf die Außenseite des Kolbens 30 einwirkt erzeugten Kraft radial nach außen bewegt werden. Wie im obigen beschrieben, ist das Ausmaß, in dem die Verriegelungselemente radial nach außen und nach innen bewegt werden, wenn ihre Verriegelungsoberflächen 27 auf der Schulter 25 entlanggleiten und die konischen Oberflächen auf ihren inneren Enden auf der konischen Oberfläche 3<Ί· der Innenseite des Anschlags 3^r-· entlanggleiten, durch das Maß bestimmt, um das sich die

■*■ Stange nach innen bewegen muß, wenn sie ihren Stößel cchlicßt.

Wie im obigen ebenfaJls beschrieben, werden (lie Stößel, wenn sie in die geschlossene Stellung bewegt worden sind, gegen Rückbewegung durch die Verriegelungselemente verriegelt, so daß dar. Betriebsl'luid von der Außenseite des Kolbens JO weggeleitet werden kann, mn

dadurch das gesamte Betriebssystem zu entlasten, solange 10

die Stößel geschlossen gehalten werden. Zu diesem Zweck weist die Blockierungsoberfläche des Rings 29 vorzugsweise eine Reihe rund um den Umfang mit Abstand verteilte Finger 29A auf, die , wenn ihre äußeren Oberflächen 35A innerhalb der Oberflächen :)'j auf der Innen-5

seite der Verriegelungselemente gleiten, durch festes Anpressen mit der Stange in Reibungseingriff gebracht v/erden. Somit besteht gegen eine Auswärts bewegung der Stange nicht nur längs der Oberflächen 35 und 35A ein Reibungswiderstand, sondern auch längs der Innendurchmesser der Finger und der Stange.

Die obige Beschreibung setzt den Fachmann sicherlich in die Lage, die Winkel, die die verschiedenen Oberflächen

or der Verriegelungselemente miteinander bilden, auszuwählen. Somit muß, um das Lösen der Verriegelungselemente sicherzustellen, der Winkel zwischen den Oberflächen 27 und den Oberflächen 34A wenigstens gleich der Summe ihrer maximalen zu erwartenden Reibungswinkel sein. Desweiteren darf um sicherzustellen, daß während der Zeit, in der die Finger eine Stellung einnehmen, die die Verriegelungselemente blockiert, eine zuverlässige Verriegelung aufrechterhalten wird, der Winkel zwischen den Oberflächen y^ljk und der Achse der Stange nicht die Summe des minimalen zu erwartenden Reibungswinkels zwischen den Fingern und den Ve rr i eg el ühgs elementen und des minimalen zu erwartenden Reibungswinkels zwischen den Fingern und der Stange übersteigen. So

können jedoch beispielsweise die Oberflächen 35 einen Winkel von etwa 10 und die Oberflächen 34A einen Winkel von etwa 60° in bezug auf die Stangenachse bilden. Wenn also die Verriegelungselementc 27 sich unter einem Winkel von etwa 1^rJ in bezug auf diese Achse erstrecken, bilden sie mit den Oberflächen 34A einen eingeschlossenen Winkel von etwa 45 zur Verkeilung der Verriegelungselemente zwischen ihren äußeren und ihren inneren Stellungen.

Die Verriegelungselemente werden zum Zwecke einer begrenzten radialen Ausdehnung in bezug auf die Stange mit Hilfe von Schraubenbolzen 36 geführt, die mit der _r Stange verscliraubt sind und sich durch in den Verriege-

_

lungselementen vorhandene Löcher erstrecken. Die Schraubenbolzen haben an ihren" äußeren Enden vergrößerte Köpfe, die in auf den äußeren Enden der Löcher vorhandenen Gegenbohrungen aufgenommen werden, um die Verrie-

2Q gelung..;elemente auf den Stangen zu halten. Um dem Verriegelungsring 29 zu ermöglichen, sich in seine innerste Stellung innerhalb der Verriegelungselemente 26.zu bewegen, werden die Schlitze zwischen ihren Fingern mit den Schraubenbolzen mit Hilfe von Stiften 37 .in Fluchtungslage gehalten, die in der Stange zwischen benachbarten Fingern angeordnet sind. Offensichtlich reicht ein einziger derartiger' Stift aus.

Wenn die Stößel in die offene Stellung bewegt werden sollen, v/ird Betatigungsfluid den Innenseiten des Kolbens zugeführt und von seiner Außenseite abgeführt, um dadurch den Kolben entlang der Stange so weit nach außen zu bewegen, bis die Oberflächen 35A des Rings 29 von den Oberflächen 3^r5 auf der Innenseite der Verriegelungselemento ^t) abgezogen sind. Wenn der Kolben seine Auswärtsbewegung fortsetzt, berührt sein äußexⁱes Ende die innere Stirnfläche des äußeren Anschlags 31, um dadurch eine Kraft auf die Stange zu übertragen, die diejenige ergänzt,

welche auf die Kolbenflache der Stange einwirkt, um die Stange mit dem Kolben nach außen zu bewegen und dadurch die Verriegelungsflächen 27 zu veranlassen, auf der Vex¹-riegelungsschulter 2'j des Zylinders zurück" in die zuriick-

° gezogenen Stellungen zu gleiten, wie die:·, in Fig. 2 dargestellt ist. Das heißt, beim Gleiten der Oberflächen 35A des Rings 25 innerhalb der Verriegelung;.;elemente, kommen die Verriegelungselemente frei, um sich radial nach innen zu bewegen und dadurch vollständig in eine Stellung zurückgezogen zu werden, in der sie frei sind, sich in dem Zyliiider C axial nach außen zu bewegen, wenn die Oberflächen 33 auf der Oberfläche 32 radial nach innen gleiten, sobald die Stange ihre Bewegung nach

außen fortsetzt. Diese Auswartsbewegung setzt aich na-15

türlich so lange fort, bis der Anschlag 30 mit dem äußeren Ende des Zylinders in Berührung kommt, und zu dieser Zeit sind die Stößel in die in Fig. 1 gezeigten offenen Stellungen zurückgezogen worden.

Wie ersichtlich, ist auf dem äußeren Anschlag eine Schraubenfeder 30 angeordnet, die in einer ringförmigen Aussparung auf der Außenseite des Kolbens 2k- sitzt, so daß sie den Kolben in bezug auf den Anschlag federnd in Richtung nach innen drückt. Dies kann vorteilhaft sein, wenn der Kolben eine gewisse Neigung hat, auf der Stange oder dem Innendurchmesser des Zylinders hängenzubleiben oder aus anderen Gründen nicht freizukommen, um sich axia;i nach innen zu bewegen und dadurch die Stange nach innen und die Verriegolungselemente in die Vorriegelungsstellung zu bringen.

Claims

ELuidbetätigter, sich in axialer Richtung hin- und herbewegender Antrieb

Patentansprüche

Pluidbetätigter, axial hin- und herbeweglicher Antrieb, mit einem Zylinder, der eine konische Verriegelungsschulter aufweist, die sich von seinem Innendurchmesser radial nach außen und in einer Axialrichtung gegen das innere Ende des Zylinders erstreckt, ferner mit einer sich abdichtend durch das innere Ende des Zylinders hindurch erstreckenden Stange, die" zwischen inneren und äußeren Stellungen axial hin- und herbeweglich ist, einer Kolbenvorrichtung, die in dem Zylinder axial hin- und herbeweglich ist, einer Einrichtung, durch die Betätigungsfluid den entgegengesetzten Seiten der Kolbenvorrichtung zugeführt oder von diesen Seiten abgeführt werden kann, und mit Verriegelungselementen, die auf der Stange so getragen werden, daß sie sich radial ausdehen und zusammenziehen können zwischen inneren Stellungen, in denen sie sich frei innerhalb des Innendurchmessers des Zylinders und äußeren Stellungen bewegen können, in

denen konische Oberflächen auf ihren Außenseiten, die im wesentlichen komplementär zu der konischen Schulter auf dem Zylinder ausgebildet sind, von dem genannten Durchmesser nach außen ragen, g e k e η η 5

zeichnet durch eine Einrichtung, mit der auf

die Verriegelungselemente (26) und damit auf die Stange eine verhältnismäßig große axiale Komponente der axial nach innen gerichteten Kraft übertragbar ist, die durch das Betätigungsfluid entsteht, das der Außenseite der.Kolbenvorrichtung (24) zugeführt wird, um die Stange (18) mit den Verriegelungselementen (26) so lange axial nach innen zu bewegen, bis die konischen Oberflächen der Verriegelungselemente in radialer Richtung der Zylinderschulter gegen-15

überliegen, worauf dann mit Hilfe der genannten Vor-" richtung auf die Verriegelungselemente und damit auf die Stange eine verhältnismäßig große radiale Komponente dieser Kraft übertragbar ist, um die Verriege-

_on lungselemente zu veranlassen, sich in bezug auf die Stange und ihre konischen Oberflächen radial nach außen zu bewegen und dadurch auf der Zylinderschulter radial nach außen zu gleiten, wenn die Stange ihre axiale Einwärtsbewegung mit den Verriegelungselementen in ihre innere Stellung fortsetzt, wobei die Stange

(18) gegen Rückbewegung aus ihrer inneren in ihre äußere Stellung verriegelbar ist, wenn das Betätigungsfluid von der genannten Außenseite der Kolbenvorrichtung (24) abgezogen wird, und wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, durch die auf die Stange die axial nach außen gerichtete Kraft übertragbar ist, die durch das der Innenseite der Kolbenvorrichtung (24) zugeführte Betätigungsfluid entsteht und die bewirkt, daß die Verriegelungselemente (26) auf der Schulter radial nach innen gleiten und dann mit der Stange axial nach außen, wenn die Stange in ihre äußere Stellung zurückkehrt .
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Kolbenvorrichtung (24) einen ringförmigen Kolben (30) aufweist, der die Stange (18) umgibt, daß die Verriegelungselemente (26) auf der Stange auf der Innenseite des Kolbens (30) getragen werden, daß sich auf der Stange (18) auf der Innenseite der Verriegelungselemente (26) ein Anschlag (28) befindet, daß auf dem Kolben (30) ein Verriegelungsring (29) angeordnet ist, und daß auf dem Verriegelungsring und den Verriegelungselementen eine Vorrichtung vorhanden ist, durch die den Verriegelungselementen (26) und damit der Stange (18) verhältnismäßig große axiale und radiale Komponenten der axial nach innen gerichteten Kraft übertragbar sind, die durch das Betäti-

gungsfluid erzeugt wird, wobei ein weiterer Anschlag

(31) auf der Stange (18) außerhalb des Kolbens (30) dazu dient, eine axial nach außen gerichtete Kraft auf die Stange zu übertragen.
3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Verriegelungsring (29) auf dem Kolben (30) eine erste Oberfläche aufweist, die mit im wesentlichen komplementären ersten Oberflächen auf den Verriegelungselementen (26) in Berührung bringbar ist, um die Verriegelungselemente gegen den inneren Anschlag (28) auf der Stange (18) zu bewegen und dadurch die Stange mit den Verriegelungselementen axial nach innen zu bewegen, und die dann über die

₃Q genannten komplementären ersten Oberflächen verschiebbar ist, um die Verriegelungselemente in bezug auf die Stange radial nach außen zu verkeilen, so daß sie auf der Zylinderschulter (25) gleiten,wenn die Stange und die Verriegelungselemente sich bei Zufuhr von Betätigungsfluid zu der Außenseite des Kolbens (30) weiter axial nach innen bewegen, daß eine zweite Oberfläche vorhanden ist, die über im wesentlichen komplementäre zweite Oberflächen auf den Verriegelungselementen (26)

gleiten kann, sobald die erste Oberfläche mit den ersten Oberflächen der Verriegelungselemente außer Berührung kommt, um dadurch die Verkeilung der Verriegelungselemente in radialer Richtung nach außen fortzusetzen, so daß diese sich weiter auf der Zylinderschulter (25) bewegen, wenn die Stange (18) und die Verriegelungseiemente (26) ihre axiale Bewegung nach innen fortsetzen, bis die Stange ihre innere Stellung erreicht, und zwar in Abhängigkeit von der fortgesetzen Zufuhr von Betätigungsfluid zu der Außenseite des Kolbens (30), wobei die ersten Oberflächen mit der Stangenachse einen verhältnismäßig großen Winkel bilden und die zweiten Oberflächen mit ihr einen verhältnismäßig kleinen Winkel bilden und wobei die Stange (18) gegen Rückbewegung aus ihrer inneren in ihre äußere Stellung blockiert wird, wenn Betätigungsfluid von der Außenseite des Kolbens (30) abgezogen wird, so daß die zweite Oberfläche des Verriegelungsrings (29) mit den zweiten Oberflächen der Verriegelungselemente (26) außer Berührung kommt, sobald der Verriegelungsring sich aufgrund der Zufuhr von Betätigungsfluid zu der Innen seite des Kolbens (30) axial nach außen bewegt, wodurch die Verriegelungselemente (26) gelöst werden, so daß sie auf der Zylinderschulter (25) radial nach innen und mit der Stange axial nach außen gleiten, wobei der Kolben (30) mit dem äußeren Anschlag auf der Stange zur Bewegung derselben und damit der Verriegelungselemente in axialer Richtung nach außen in Berührung tritt.
4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Außendurchmesser des Kolbens (30) auf dem Innendurchmesser des Zylinders abgedichtet gleitet.
5. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die inneren Enden der Verriegelungselemente (26) konische Oberflächen aufweisen, die sich in Richtung auf das innere Ende des ZyI inders radial nach außen erstrecken, um auf einer im wesentlichen komplementären konischen Oberfläche des inneren Anschlags (28) der Stange während der radialen Expansion und Kontraktion in die Verriegelungsstellung bzw. aus der Verriegelungsstellung heraus entlangzugleiten.
6. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsring (29)

rund um den Umfang mit Abstand nebeneinander liegende 15

Finger aufweist, die dicht auf die Stange (18) gepreßt werden, wenn die zweite Oberfläche mit den zweiten Oberflächen der Verriegelungselemente (26) in gleitender Berührung steht.
7. Antrieb nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Schraubenbolzen (36), die die Verriegelungselemente (26) mit der Stange (18) verbinden, so daß sie in bezug auf sie eine geführte Radialbewegung

2{t ausführen können, und durch Stifte (37) auf der

Stange (18), die sich zwischen den Fingern so erstrecken, daß die Zwischenräunre zwischen ihnen mit den Schraubenbolzen axial ausrichten, um sich in ihnen zu bewegen, sobald der Verriegelungsring sich in den Verriegelungselementen bewegt.
8. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Stange (18) hohl ist und sich abgedichtet durch das äußere Ende des Zylinders in eine Kammer außerhalb des Zylinders erstreckt, so daß sie im wesentlichen unter Druckgleichgewicht steht.
9. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Antrieb mit einem Ventilglied verbunden ist, das innerhalb eines Körpers einer Ventilvorrichtung zwischen Stellungen bewegbar ist, die einen Durchgangskanal durch den Körper öffnen und schließen.
10. Antrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper das Gehäuse eines 10

Ausblaspreventers ist, das eine Durchgangsbohrung aufweist und Kammern enthält, die die entgegengesetzten Seiten der Bohrung schneiden, und daß ein Antrieb zur Bewegung eines Stößels in jeder Kammer

zwischen einer äußeren Stellung, in der die Bohrung 15

geöffnet ist, und einer inneren Stellung vorgesehen ist, in der der Stößel mit dem anderen Stößel in Berührung steht, um die Bohrung zu verschließen.