DE4335593C2

DE4335593C2 - Einsteckteil für eine hydraulische Unterwasserkupplung

Info

Publication number: DE4335593C2
Application number: DE19934335593
Authority: DE
Inventors: Robert E Smith
Original assignee: National Coupling Co Inc
Current assignee: National Coupling Co Inc
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2013-10-20
Also published as: BR9304363A; DE4335593A1; AU4875893A; NO933900D0; US5232021A; NO313396B1; AU668415B2; GB9320771D0; NO933900L; GB2272032A; GB2272032B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein hydrauli sche Kupplungen und im einzelnen hydraulische Kupplungen für Unterwasserbohr- und fördereinrichtungen. Insbesondere umfaßt die Erfindung ein Einsteckteil für eine hydraulische Unterwasserkupplung, das so gestaltet ist, daß der Raum zwischen dem Einsteckteil und einem Aufnahmeteil auf Mee resdruck eingestellt ist.

Hydraulische Unterwasserkupplungen sind seit langem be kannt. Die Kupplungen bestehen im allgemeinen aus einem Einsteckteil und einem Aufnahmeteil mit dichten, beide Teile verbindenden Fluiddurchgängen. Das Aufnahmeteil ist ganz allgemein ein zylindrischer Körper mit einer Längsboh rung mit relativ großem Durchmesser an einem Ende und mit einer Längsbohrung mit relativ kleinem Durchmesser am ande ren Ende. Die kleine Bohrung erleichtert die Herstellung von Verbindungen zu hydraulischen Leitungen, während die große Bohrung auf das Einsteckteil der Kupplung dicht auf steckbar ist. Das Einsteckteil umfaßt einen zylinderförmi gen Abschnitt an einem Ende mit einem Außendurchmesser, der etwa gleich dem Durchmesser der großen Bohrung in dem Auf nahmeteil der Kupplung ist. Das Einsteckteil umfaßt zudem einen Verbindungsanschluß an seinem anderen Ende, um die Herstellung einer Verbindung zu hydraulischen Leitungen zu erleichtern. Wenn der zylinderförmige Abschnitt des Ein steckteils in die große Bohrung des Aufnahmeteils einge schoben worden ist, wird entsprechend verschiedenen Ausfüh rungsformen der Vorrichtung ein Fluidfluß zwischen dem Ein steck- und dem Aufnahmeteil etabliert.

Probleme treten bei der Verwendung hydraulischer Kupplungen in Systemen mit relativ hohen Drücken auf, aufgrund der starken Axialkräfte, die auf das Einsteckteil und das Auf nahmeteil während ihres Kupplungsvorganges und während ihres Betriebes wirken. In solchen Kupplungen muß die auf die Stirnfläche des Einsteck- oder Aufnahmeteils gerichtete Fluidkraft erst überwunden werden, bevor die Fluidverbin dung zwischen den Teilen hergestellt wird. In einem System mit relativ hohen Drücken kann ein Unterdruck in dem abge dichteten Raum zwischen den Teilen beim Lösen der Kupp lungsteile voneinander bewirken, daß die Dichtung aus ihrer Position zwischen den Teilen weggezogen wird. Zudem können die Dichtungen zwischen den Teilen zu einer hydraulischen Sperre werden, wenn die Kupplungsteile miteinander verbun den und/oder voneinander gelöst werden, da das Meerwasser zwischen den Teilen nicht aus dem abgedichteten Hohlraum zwischen den Elementen entweichen kann, oder es wird, wenn die Teile voneinander getrennt werden, zwischen beiden ein Vakuum gebildet.

Ein Einsteckteil zum Einschieben in ein Aufnahmeteil in einer hydraulischen Unterwasser kupplung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches ist bekannt aus DE 38 27 945 A1.

Aus der US 47 09 726 ist ein Einsteckteil zum Einschieben in eine passende Kammer in einer hydraulischen Unterwasserkupplung bekannt, bei dem die Längsbohrung einen Ventilsitz nahe dem ersten Ende aufweist und ein Ventil innerhalb der Bohrung gleitfähig ausgebildet ist mit einem Spannelement, welches das Ventil in eine geschlossene Position gegen den Ventilsitz zwingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Kupplung mit einem mög lichst ausgeglichenen Druck zu schaffen, bei der Fluiddruck die Verbindung oder Abtren nung von Einsteck- und Aufnahmeteilen nicht behindert. Dabei sollen die Ventilelemente beim Zusammenkuppeln automatisch öffnen und beim Entkuppeln automatisch schließen und die Dichtungen sowohl hohen Drücken als auch einer Korrosion in Unterwasserumge bung wiederstehen.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. der Ansprüche 7 und 8 gelöst.

Vorteilhafte Auführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorzugsweise werden radialexpandierende Metalldichtungen verwendet, um den ringförmigen Raum zwischen dem Einsteck- und dem Aufnahmeteil abzudichten. Der Fluiddruck in der Kupplung bewirkt, daß die Dichtungen sich radial ausdehnen und an der Wand der Aufnahmekammer und dem Umfang des Ein steckteils anliegen. Die konkaven Vertiefungen sind in be zug zu jeder der Dichtungen axial angeordnet, um gleichzei tig alle Dichtungen von dem Umfang des Einsteckteils frei zugeben, wenn die Teile voneinander getrennt werden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt des Einsteckteils gemäß einer er sten Ausführungsform

Fig. 2 einen Querschnitt eines Aufnahmeteils, das mit dem Einsteckteil aus Fig. 1 verwendet werden kann;

Fig. 3 einen Querschnitt eines vollständig in das Aufnahme teil eingeschobenen Einsteckteils gemäß der Ausfüh rungsform aus Fig. 1;

Fig. 4 einen Querschnitt eines Bereichs des teilweise aus dem Aufnahmeteil herausgezogenen Einsteckteils gemäß der Ausführungsform aus Fig. 1;

Fig. 5 einen Querschnitt des Einsteckteils gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 6 einen Querschnitt eines Bereichs des vollständig in ein Aufnahmeteil eingeschobenen Einsteckteils gemäß der Ausführungsform aus Fig. 5;

Fig. 7 einen Querschnitt eines Bereichs des teilweise aus dem Aufnahmeteil herausgezogenen Einsteckteils gemäß der Ausführungsform aus Fig. 5.

Auf Fig. 1 Bezug nehmend umfaßt eine bevorzugte Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung ein Einsteckteil 10, das einen Griffteil mit Außengewinde 11, einen Flansch 12, eine konisch zulaufende Schulter 13, eine zylindrische Steckerwandung 14 und eine Stecker-Stirnseite 15 aufweist. Die zylindrische Steckerwandung 14 ist für einen gleitenden Eingriff mit einer Aufnahmekammer oder -bohrung in einem Kupplungsaufnahmeteil, wie es weiter unten beschrieben wird, ausgebildet.

Das Einsteckteil 10 ist zudem mit einer zentralen Bohrung 22 versehen, die in ihrer Erstreckung durch den Körper des Einsteckteils 10 mehrere Veränderungen ihres Durchmessers aufweisen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das erste Ende der zentralen Bohrung einen mit einem Innen gewinde versehenen Abschnitt 30, der zur Herstellung einer Verbindung mit einer hydraulischen Leitung ausgebildet ist. Angrenzend an den Gewindeabschnitt liegt ein zylindrischer Durchgang 31, der sich in Längsrichtung innerhalb des Kör pers des Einsteckteils erstreckt und an einem eine schräge Schulter bildenden Ventilsitz 32 endet. Neben dem Ventil sitz liegt ein zylindrischer Durchgang 33 mit reduziertem Durchmesser.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist eine Ven tilanordnung 43 in dem Einsteckteil gleitend innerhalb des zylindrischen Durchgangs 31 aufgenommen. Die verschiedenen Teile der Ventilanordnung umfassen eine konische Ventilflä che 51, die so bemessen ist, daß sie auf dem Ventilsitz 32 paßt, und einen hohlen zylindrischen Abschnitt 52 mit einem etwas geringeren Außendurchmesser als der des zylindrischen Durchgangs 31. Eine Schraubenventilfeder 61 stößt an den hohlen Zylinderabschnitt 62 und zwingt die Ventilfläche 51 in eine Schließstellung gegen den Ventilsitz 32. Die Schraubenventilfeder ist innerhalb des zylindrischen Durch gangs angeordnet und an einem hohlen Federkranz 63 veran kert, welcher durch einen Klemmring 63 an der Innenfläche des zylindrischen Durchgangs des Einsteckteils 10 in Stel lung gehalten wird. Wenn die konische Ventilfläche 51 sich in einer Schließstellung am Ventilsitz befindet, verhindert die Ventilanordnung ein hydraulisches Fluid am Durchfluß durch das Einsteckteil.

In Fig. 2 ist ein Aufnahmeteil 20 zur Verwendung entspre chend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus Fig. 1 dargestellt. Das Aufnahmeteil umfaßt einen Griffteil mit Außengewinde 79, einen Körper 80, eine Ventilbohrung 81, eine Ventilanordnung 82 und eine Aufnahmekammer 83. Ein oder mehrere Radialdichtungen 84, 85, 86 sind in dem ring förmigen Raum zwischen dem Einsteckteil und der Aufnahme kammer des Aufnahmeteils positionierbar. Die Dichtungen werden mit Dichtung-Halteelementen 48, 49, 50 in Stellung gehalten. Die Aufnahmekammer kann in ihrer Erstreckung durch den Körper des Aufnahmeteils in ihrem Durchmesser mehrere Veränderungen aufweisen. In einer bevorzugten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ventilan ordnung 82 des Aufnahmeteils im wesentlichen gleich der Ventilanordnung 43 des Einsteckteils.

Vorzugsweise ist der Außendurchmesser der Steckerwandung 14 ein wenig kleiner als der Innendurchmesser der in der Auf nahmekammer 83 des Aufnahmeteils angeordneten Dichtung-Hal teelemente 48, 49, 50. Ein oder mehrere Radialdichtungen 84, 85, 86 können sich radial in die Aufnahmekammer er strecken, um an den Außenumfang der Steckerwandung an zugreifen, wenn diese eingeschoben wird. Zusätzlich können ein oder mehrere der Radialdichtungen durch das hydrauli sche Fluid in der Kupplung unter Druck gesetzt sein, so daß die Dichtung sich mit ihrem Innenumfang radial nach innen ausdehnt und an der Steckerwandung dichtend anliegt.

Die Steckerwandung 14 weist ein oder mehrere konkave Ver tiefungen 90, 91, 92 auf, die in einem Abstand zueinander um ihren äußeren Umfang herum angeordnet sind. Vorzugsweise haben die konkaven Vertiefungen eine Tiefe von 0,508 mm (0,02 inches) in dem Körper des Einsteckteils. Zum Beispiel beträgt in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Radius der Steckerwandung des Einstecktelis 16,383 mm (0,645 inches), während der Radius der Steckerwandung an jeder konkaven Vertiefung 15,875 mm (0,625 inches) beträgt.

Wenn das Einsteckteil in die Aufnahmekammer eingeschoben wird, bewegen sich die konkaven Vertiefungen 90, 91, 92 hinter die Dichtungen. Wenn eine konkave Vertiefung mit einer Dichtung fluchtet, entweicht Meerwasser aus der Auf nahmekammer durch den zwischen der konkaven Vertiefung und der Dichtung geschaffenen Raum. Somit geben die Radialdich tungen an unterschiedlichen Positionen an der Aufnahmekam mer die Steckerwandung frei, wenn die konkaven Vertiefungen mit den Dichtungen fluchten, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Die konkaven Vertiefungen erlauben den Durchgang von Meer wasser in die Aufnahmekammer und aus dieser heraus, so daß eine hydraulische Sperre zwischen dem Einsteck- und dem Aufnahmeteil vermieden wird. Wenn das Einsteckteil voll ständig in die Aufnahmekammer eingeführt worden ist, wie in Fig. 3 dargestellt, liegen die Dichtungen an der Stecker wandung an, da die konkaven Vertiefungen in axialem Abstand zu den Dichtungen angeordnet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Radialdich tungen 84, 85 unter Spannung stehende Metallhohldichtungen. Diese Dichtungen werden in dem Ringraum zwischen dem Ein steck- und dem Aufnahmeteil durch ein inneres Halteelement 48 und ein mittleres Halteelement 49 zurückgehalten. Die Halteelemente 48, 49 können mit einer Klemme oder mit einem äußeren Halteelement 50, das mit der Aufnahmekammer des Aufnahmeteils verschraubt ist, in Stellung gehalten werden. Wahlweise kann eine Radialdichtung 86, die vorzugs weise eine Elastomerdichtung mit schwalbenschwanzförmiger Gestalt ist, zwischen dem mittleren Halteelement 49 und dem äußeren Halteelement 50 verwendet werden.

Eine in Fig. 5 bis 7 gezeigte zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Einsteckteil 17, das eine Steckerwandung 18 mit einem gestuften Außenumfang aufweist. Der gestufte Außenumfang hat zwei oder mehr und vorzugs weise vier unterschiedliche Durchmesser 26, 27, 28, 29 mit äußeren Schultern 36, 37, 38 zwischen jedem Durchmesser. Der gestufte Außenumfang läßt einen Durchgang von Meerwas ser in die Aufnahmekammer oder aus der Aufnahmekammer zu, wenn das Einsteckteil in die Aufnahmekammer des Aufnahme teils eingeschoben oder aus derselben herausgezogen wird. Ferner kann der gestufte Körper ein oder mehrere konkave nicht gezeigte Vertiefungen aufweisen.

Ein Aufnahmeteil zur Verwendung mit der zweiten Ausfüh rungsform umfaßt Radialdichtungen 56, 57, 58 und Dichtung- Halteelemente 52, 53, 54. Vorzugsweise sind die Radialdich tungen 56, 57 unter Spannung stehende Metallhohldichtungen und ist die Radialdichtung 58 eine Gummidichtung mit einem zwischen den Halteelementen 53 und 54 sitzenden Schwalben schwanz.

Die Halteelemente und Dichtungen der zweiten Ausführungs form der Erfindung sind so bemessen, daß sie dichtend an der Steckerwandung anliegen, wenn das Einsteckteil voll ständig in die Aufnahmekammer eingeschoben ist, wie in Fig. 6 gezeigt wird. Während des Einschiebens oder Herausziehens des Einsteckteils in die bzw. aus der Aufnahmekammer liegt jede Dichtung frei und läßt ein Hinterströmen der Dichtun gen durch Meerwasser in die Aufnahmekammer oder aus dersel ben heraus zu, wie in Fig. 7 gezeigt wird.

Claims

1. 1. Einsteckteil zum Einschieben in ein Aufnahmeteil in einer hydraulischen Unterwasserkupplung, wobei das Ein steckteil (10) eine äußere Umfangsfläche und das Auf nahmeteil (20) mindestens eine Radialdichtung (84, 85, 86) zur dichtenden Anlage an der äußeren Umfangsfläche des Einsteckteils aufweist, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Ver tiefungen (90, 91, 92) im Mittenbereich der äußeren Um fangsfläche des Einsteckteils (10), die axialen Ab stand von der mindestens einen Radialdichtung haben, wenn das Einsteckteil (10) voll in das Aufnahmeteil eingeschoben ist, so daß die Radialdichtung dichtend an der äußeren Um fangsfläche anliegt, wobei jede der Vertiefungen (90, 91, 92) eine ausreichende Tiefe hat, um die Radialdichtung au ßer Dichtungseingriff mit der äußeren Umfangsfläche zu bringen, wenn die Radialdichtung beim teilweisen Herauszie hen des Einsteckteils (10) aus dem Aufnahmeteil (20) mit der konkaven Vertiefung fluchtet.

2. Einsteckiteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest eine in Ruhestellung geschlossene Ventileinrichtung zum Regeln des Hydraulikfluidflusses zwischen dem Einsteckteil (10) und dem Aufnahmeteil (20).

3. Einsteckteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine in Ruhestellung geschlossene Ventileinrichtung geschlossen ist, wenn die Radialdichtung beim teilweisen Herausziehen des Einteckteils (10) aus dem Aufnahmeteil (20) mit der konkaven Vertiefung fluchtet.

4. Einsteckteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangsflä che des Einsteckteils (10) gestuft ist.

5. Einsteckteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialdichtung (84, 85, 86) eine unter Spannung stehende Metalldichtung mit innenliegendem Hohlraum ist.

6. Einsteckteil nach Anspruch 5, ferner mit einem Halteelement (48, 49, 50) zum in Stel lung halten der unter Spannung stehenden Metalldichtung, wenn das Einsteckteil vollstän dig oder teilweise aus der Aufnahmekammer herausgezogen ist.

7. Einsteckteil zum Einschieben in eine passende Kammer in einer hydraulischen Unterwasserkupplung, mit:

a) einem Körper, der eine sich von einem ersten zu einem zweiten Ende hindurch erstreckende Längsbohrung, wobei die Bohrung einen Ventilsitz nahe dem ersten Ende aufweist;
b) einem Ventil, das innerhalb der Bohrung gleitfähig aus gebildet ist, wobei das Ventil ein Spannelement umfaßt, das Ventil in eine in Ruhestellung geschlossene Position gegen den Ventilsitz zwingt; und
c) einer Steckerwandung, die eine gestufte zylindrische Ge stalt mit fortschreitend größer werdenden Durchmessern vom ersten Ende zum zweiten Ende des Körpers hin aufweist, und mit mindestens einer Umfangsvertiefung in der Steckerwan dung, und wobei die passende Kammer mit einer Radialdich tung zum Dichtungseingriff mit der Steckerwandung des Ein steckteils vorgesehen ist, wobei die Umfangsvertiefung ein Freigeben der Radialdichtung von der Steckerwandung beim Herausziehen oder Einschieben des Steckerteils aus bzw. in das passende Teil bewirkt.

8. Einsteckteil zum Einschieben in ein Aufnahmeteil in einer hydraulischen Kupplung, wobei das Aufnahmeteil eine radiale Metalldichtung aufweist, mit:

a) einem zylindrischen Körper mit einer sich von einem er sten Ende zu einem zweiten Ende hindurcherstreckenden Längsbohrung, wobei die Bohrung einen Ventilsitz nahe dem ersten Ende aufweist, wobei der zylindrische Körper an der radialen Metalldichtung zum Dichtungseingriff mit dem Auf nahmeteil anliegt, wobei der zylindrische Körper mit einer Vielzahl von Umfangsvertiefungen im Mittenbereich der äuße ren Umfangsfläche zum Freigeben der radialen Metalldichtung von dem zylindrischen Körper beim Einschieben oder Heraus ziehen des Einsteckteils in oder aus der Aufnahmekammer versehen ist; und
b) einem verschiebbaren Ventil in der Längsbohrung und ei nem Federelement, das das Ventil in eine Schließstellung gegen den Ventilsitz zwingt, wobei das Ventil sich in der geschlossenen Stellung befindet, wenn die Umfangsvertiefung die radiale Metalldichtung vom zylindrischen Körper frei gibt.

9. Einsteckteil nach Anspruch 8, in dem der zylindrische Körper mit mindestens zwei beginnend am ersten Ende fortschreitend größer werdenden Durchmessern und einer äußeren Schulter zwischen jedem Durchmesser versehen ist.

10. Einsteckteil nach Anspruch 8, in dem der zylindrische Körper mit zwei Umfangsver tiefungen (90, 91) zum gleichzeitigen Freigeben von zwei radialen Metalldichtungen von dem zylindrischen Körper beim Einschieben oder Herausziehen des Einsteckteils in die oder aus der Aufnahmekammer versehen ist.

11. Einsteckteil nach Anspruch 8, in dem der zylindrische Körper mit drei Umfangsver tiefungen (90, 91, 92) zum gleichzeitigen Freigeben von drei radialen Dichtungen, wobei zu mindest zwei der Dichtungen radiale Metalldichtungen sind, beim Einschieben oder Her ausziehen des Einsteckteils in die oder aus der Aufnahmekammer versehen ist.