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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Koppler zum Zusammenfügen von
Anschlüssen
und insbesondere auf einen Mehrfachkoppler zum Zusammenfügen einer
Anzahl von Anschlüssen,
insbesondere, aber nicht ausschließlich, zur Verwendung in aggressiven
Umgebungen, zum Beispiel Unterseeumgebungen.
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Unter
Wasser verwendete Versorgungskabel beinhalten typischerweise ein
Anzahl interner Kabel, Schläuche
oder Drähte,
die zum Beispiel elektrische Drähte,
hydraulische Leitungen, pneumatische Leitungen, Glasfaserkabel oder
andere Arten von Drähten,
Leitungen oder Kabeln (hiernach im Folgenden als „Kabel" bezeichnet) tragen,
welche zur Übertragung
von beispielsweise Leistung, Signalen, Daten usw. verwendet werden.
An dem Punkt, an dem das Versorgungskabel an eine Grundeinrichtung
oder Struktur mit entsprechenden Kabeln angeschlossen ist, kann
es notwendig sein, jedes Kabel in dem Versorgungskabel separat anzuschließen. Solche
Anschlüsse
herbeizuführen
kann schwierig und zeitaufwendig sein.
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Dieses
Problem wurde angegangen, indem zwei parallele Platten aneinander
angeschlossen und arretiert wurden, wobei jede Platte zusammenpassende
Anschlussstückhälften beinhaltet,
die auf ihrer zusammenpassenden Fläche montiert sind. Es ist jedoch
schwierig, diese Platten auszurichten und aneinander anzuschließen, und
sie sind anfällig
für Beschädigung und
das Eindringen von Schmutz. Die mit diesen Platten verbundenen Probleme
verschärfen
sich in Untersee- oder anderen schwierigen Umgebungen.
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US
Patent Nr. 4917627 offenbart ein elektrisches Anschlussstück, das erste
und zweite elektrische Stützen,
die mit ersten und zweiten Endenverschlüssen versehen sind, beinhaltet,
wobei die ersten Endenverschlüsse
mit den zweiten Endenverschlüssen
in Eingriff gebracht werden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum
Anschließen erster
Abschnitte von mindestens zwei Kabeln an jeweilige zweite Abschnitte
der mindestens zwei Kabel bereitgestellt, wobei die Vorrichtung
Folgendes beinhaltet:
ein im Allgemeinen zylindrisches einzusteckendes Glied
mit einer zentralen Längsachse,
wobei das einzusteckende Glied an die ersten Abschnitte der Kabel
gekoppelt ist;
ein im Allgemeinen zylindrisches aufnehmendes Glied
mit einer zentralen Längsachse,
wobei das aufnehmende Glied an die zweiten Abschnitte der Kabel gekoppelt
ist;
gekennzeichnet durch einen Betätigungsmechanismus, der ein
sich verjüngendes
Glied mit einer sich verjüngenden
Oberfläche
beinhaltet, wobei einer der ersten und der zweiten Abschnitte der
Kabel Eingriffsglieder beinhaltet, die angepasst sind, um mit der
sich verjüngenden
Oberfläche
in Eingriff zu kommen;
eine Gehäuseeinrichtung, die eine Vielzahl
von Öffnungen
beinhaltet;
wobei eine Bewegung des sich verjüngenden
Gliedes entlang der zentralen Längsachse
des einzusteckenden Gliedes angepasst ist, um durch die Öffnungen
der Gehäuseeinrichtung
mindestens einen Teil von mindestens einem der ersten und der zweiten Abschnitte
der Kabel in eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse
des einzusteckenden und des aufnehmenden Gliedes ist, radial zu
verdrängen,
um mit den anderen Abschnitten der Kabel in Eingriff zu kommen.
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Typischerweise
beinhaltet das aufnehmende Glied eine Bohrung und ist angepasst,
um das einzusteckende Glied in der Bohrung zu empfangen.
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Die
ersten und die zweiten Abschnitte der Kabel beinhalten vorzugsweise
jeweils zusammenpassende Flächen.
Typischerweise greifen die ersten und die zweiten Abschnitte der
Kabel an ihren jeweiligen zusammenpassenden Flächen ineinander.
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Vorzugsweise
ist das aufnehmende Glied angepasst, um mit mindestens einem Abschnitt
des einzusteckenden Gliedes in Eingriff zu kommen, und eine Bewegung
des Betätigungsmechanismus
in der Richtung des Eingriffs des einzusteckenden und des aufnehmenden
Glieds führt
zu der radialen Verdrängung
des mindestens einen der ersten und der zweiten Abschnitte der Kabel.
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Vorzugsweise
führt eine
Bewegung des Betätigungsmechanismus
zu der radialen Verdrängung des
ersten Abschnitts der Kabel, um mit dem zweiten Abschnitt der Kabel
radial in Eingriff zu kommen.
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Vorzugsweise
werden die ersten Abschnitte der Kabel von dem einzusteckenden Glied
radial nach außen
verdrängt.
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Die
ersten Abschnitte der Kabel beinhalten vorzugsweise das Eingriffsglied,
das angepasst ist, um mit der sich verjüngenden Oberfläche des
sich verjüngenden
Gliedes in Eingriff zu kommen.
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Vorzugsweise
bewirkt eine Bewegung des sich verjüngenden Gliedes, um zu bewirken,
dass ein breiterer Abschnitt des sich verjüngenden Gliedes mit jedem Eingriffsglied
in Eingriff kommt, eine radiale Verdrängung jedes Eingriffsgliedes
und der ersten Abschnitte der daran gekoppelten Kabel.
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Die
Fläche
jedes Eingriffsgliedes, das mit dem sich verjüngenden Glied in Eingriff kommt,
ist eine gekrümmte
Fläche
mit einem kleineren Krümmungsradius
als die Fläche
des sich verjüngenden Gliedes,
mit dem es in Eingriff kommt.
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Vorzugsweise
weist jedes Eingriffsglied mindestens einen Schlitz auf.
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Vorzugsweise
ist zwischen dem einzusteckenden und dem aufnehmenden Glied ein
Führungsmechanismus
bereitgestellt.
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Der
Führungsmechanismus
beinhaltet vorzugsweise ein erstes, im Wesentlichen hohles kegelförmiges Glied,
das an einem von dem einzusteckenden und dem aufnehmenden Glied
befestigt ist, und ein zweites kegelförmiges Glied, das an dem anderen
von dem einzusteckenden und dem aufnehmenden Glied befestigt ist,
wobei das erste kegelförmige Glied
angepasst ist, um das zweite kegelförmige Glied zu empfangen.
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Vorzugsweise
weist das einzusteckende Glied einen Schutzmechanismus auf, um die
zusammenpassenden Flächen
der ersten Abschnitte der Kabel abzudecken.
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Vorzugsweise
beinhaltet der Schutzmechanismus ein röhrenförmiges Glied und eine Vorspanneinrichtung.
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Die
Vorspanneinrichtung verformt sich vorzugsweise beim Eintritt des
einzusteckenden Gliedes in das aufnehmende Glied, um die zusammenpassenden
Flächen
der Kabel freizulegen, und formt sich neu, wenn das einzusteckende
Glied aus dem aufnehmenden Glied zurückgezogen wird, um die zusammenpassenden
Flächen
der Kabel mit dem röhrenförmigen Glied
abzudecken.
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Das
einzusteckende Glied beinhaltet vorzugsweise ferner ein Endplattenglied.
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Vorzugsweise
beinhaltet jeder erste Abschnitt eines Kabels ferner ein Stützglied.
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Jedes
Stützglied
erstreckt sich vorzugsweise von dem Endplattenglied zu einem Eingriffsglied.
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Vorzugsweise
ist ein Vorspannmechanismus bereitgestellt, um sich der radialen
Bewegung der Stützglieder
zu widersetzen.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Vorrichtung ferner einen Drehausrichtmechanismus,
um das einzusteckende und das aufnehmende Glied in Bezug aufeinander
drehend auszurichten.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Vorrichtung ferner einen axialen Ausrichtmechanismus,
um das einzusteckende und das aufnehmende Glied in Bezug aufeinander
axial auszurichten.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Anschließen erster
Abschnitte von mindestens zwei Kabeln an zweite Abschnitte von mindestens
zwei Kabeln bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
beinhaltet:
Bereitstellen eines im Allgemeinen zylindrischen
einzusteckenden Gliedes mit einer zentralen Längsachse, das an die ersten
Abschnitte der Kabel gekoppelt ist;
Bereitstellen eines im
Allgemeinen zylindrischen aufnehmenden Gliedes mit einer zentralen
Längsachse, das
an die zweiten Abschnitte der Kabel gekoppelt ist;
gekennzeichnet
durch das Bereitstellen eines Betätigungsmechanismus, der ein
sich verjüngendes
Glied mit einer sich verjüngenden
Oberfläche
beinhaltet, wobei einer der ersten und der zweiten Abschnitte der
Kabel Eingriffsglieder beinhaltet, die angepasst sind, um mit der
sich verjüngenden
Oberfläche
in Eingriff zu kommen;
Bereitstellen einer Gehäuseeinrichtung,
die eine Vielzahl von Öffnungen
beinhaltet; und
Bewegen des sich verjüngenden Gliedes entlang der zentralen
Längsachse
des einzusteckenden Gliedes, so dass durch die Öffnungen der Gehäuseeinrichtung
mindestens ein Teil der ersten oder der zweiten Abschnitte der Kabel
in eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse
des einzusteckenden und des aufnehmenden Gliedes ist, radial verdrängt werden,
um mit den anderen Abschnitten der Kabel in Eingriff zu kommen.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung können
ein aufnehmendes Behältnis
mit mindestens einer individuellen Anschlussstückhälfte/-hälften
und einen einzusteckenden Koppler mit mindestens einer individuellen
zusammenpassenden Anschlussstückhälfte/-hälften, die
sich an die individuelle(n) Anschlussstückhälfte(n) des aufnehmenden Behältnisses
anschließen
und mit ihr/ihnen arretieren lässt/lassen,
wenn der einzusteckende Mehrfachkoppler in das aufnehmende Mehrfachbehältnis eingeführt und
betätigt
wird, bereitstellen, wobei der Anschlussstückbetätigungsmechanismus in dem einzusteckenden
Koppler aus einem sich verjüngenden Dorn
besteht, dessen axiale Fortbewegung die Anschlussstückhälfte(n)
durch Löcher
in dem Körper des
einzusteckenden Kopplers und in den Anschluss mit der/den zusammenpassenden,
in dem aufnehmenden Behältnis
untergebrachten Anschlussstückhälfte(n)
radial nach außen
zwingt.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung wird nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme
auf die beigelegten Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine
auseinander gezogene perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt
der Erfindung ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines aufnehmenden Gliedes der Vorrichtung
aus 1 ist;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Nasenkegels der Vorrichtung aus 1 ist;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Gehäuses der Vorrichtung aus 1 ist;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Teils eines einzusteckenden Gliedes
der Vorrichtung aus 1 ist;
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6a eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht eines Blocks des einzusteckenden Gliedes aus 5 ist,
die auch einen Abschnitt eines Kabels vom aufnehmenden Glied zeigt;
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6b eine
Seitenansicht des Blocks aus 6a ist
(ohne die Kabel zu zeigen); und
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6c eine
Seitenansicht des Blocks aus 6b bei
Gebrauch ist.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen wird ein Koppler 30 gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung gezeigt, der ein aufnehmendes Glied oder Behältnis 31 und
ein einzusteckendes Glied 32 zeigt.
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Das
einzusteckende Glied 32 beinhaltet ein Gehäuse 9,
eine Hülse 36,
eine Endplatte 12, Stützglieder 15,
einen Nasenkegel 7 und eine sich verjüngende Arretierstange 14.
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Die
Stützglieder 15 sind
radial um die Endplatte 12 bereitgestellt und erstrecken
sich axial davon und sind an Blöcke 16 gekoppelt,
welche sie stützen.
Die Stützglieder 15 sind
flexibel und können
radial verdrängt
werden. Ein O-Ring 23 ist um die Stützglieder 15 bereitgestellt.
Nach dem radialen Verdrängen
der Stützglieder 15,
wie unten beschrieben, fördert
der O-Ring 23 ihre Rückkehr
und insbesondere die Rückkehr
der Blöcke 16 in
ihre Startposition, wie in 1 und 5 gezeigt.
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Individuelle
Kabel/Schläuche
(nicht gezeigt) einer Grundeinrichtung/eines Versorgungskabels (nicht
gezeigt) werden an Trennwandanschlussstücken 20 auf der Rückseite
der Endplatte 12 befestigt. Jedes Kabel (nicht gezeigt)
auf dem einzusteckenden Glied 32 erstreckt sich von Trennwandanschlussstücken 20 durch
die Endplatte 12, durch ein Stützglied 15, dann durch
die Blöcke 16 und
heraus durch eine Öffnung 18 in
dem Gehäuse 9.
Eine Anschlussstückhälfte 13 ist
an dem Ende des Kabels bereitgestellt, um mit einer komplementären Anschlussstückhälfte 6 auf
dem Kabelabschnitt des aufnehmenden Glieds 31 in Eingriff
zu kommen.
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Die
Stange 14 erstreckt sich koaxial durch das Zentrum der
Endplatte 12. Normalerweise verjüngt sich nur das zweite Ende 33 der
Stange 14, wobei die Verjüngung von einem kleineren Durchmesser
an dem äußersten
Abschnitt des zweiten Endes 33 zu einem größeren Durchmesser
an einem inneren Abschnitt des zweiten Endes 33 im Wesentlichen linear
verläuft.
Das einzusteckende Glied 32 ist so angeordnet, dass eine
radial innerste Fläche
jedes Blocks 16 auf dem sich verjüngenden Abschnitt der Stange 14 ruht.
Um Herstellungstoleranzen zu berücksichtigen
und die individuellen Anschlussstücke 6, 13 mit
einer konstanten Haltekraft fest zusammenzuhalten, ist die radial
innerste Fläche
jedes Blocks 16, die mit dem sich verjüngenden Abschnitt der Stange
in Eingriff kommt, mit einem kleineren Krümmungsradius gekrümmt als
der sich verjüngende
Abschnitt der Stange, auf dem sie ruht. Die Blöcke 16 weisen zwei
gegenüberliegende
Schlitze 21 auf, wie in 6a–6c gezeigt
(aber nicht in den anderen Figuren gezeigt), die es ermöglichen,
dass sich die Blöcke 16 elastisch
verformen.
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Die
Blöcke 16,
die Stützglieder 15,
die Endplatte 12 und die Kabel werden als eine Einheit
in ein erstes Ende 34 des Gehäuses 9 eingeführt. Jeder Block 16 kommt
mit einem Schlitz 17 in dem Gehäuse 9 in Eingriff,
um die Blöcke 16/Stützglieder 15 usw. in
Bezug auf das Gehäuse 9 drehend
auszurichten. Die Anschlussstückhälften 13 jedes
Kabels erstrecken sich durch die Öffnungen 18 in dem
Gehäuse 9. Ein
sich nach außen
erstreckender Zapfen 8 ist auf der äußeren Fläche des Gehäuses 9 gegenüber seinem
ersten Ende 34 und nahe seinem zweiten Ende 35 bereitgestellt.
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Der
Nasenkegel 7 beinhaltet einen stumpfkegeligen Abschnitt 39 und
einen zylindrischen Abschnitt 40, wobei das äußerste Ende
des zylindrischen Abschnitts 40 an dem zweiten (gegenüberliegenden)
Ende 35 des Gehäuses 9 befestigt
ist, und der stumpfkegelige Abschnitt 39 fördert die
Positionierung des einzusteckenden Gliedes 32 in das aufnehmende
Behältnis 31,
wie später
beschrieben wird.
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Die
Hülse 36 beinhaltet
einen festen röhrenförmigen Abschnitt 10 und
einen röhrenförmigen Federabschnitt 11.
Die Hülse 36 wird
zwischen dem Zapfen 8 und der Endplatte 12 um
das Gehäuse 9 platziert,
so dass der röhrenförmige Abschnitt 10 die Anschlussstücke 13,
die in den Öffnungen 18 des Gehäuses 9 bereitgestellt
sind, abdeckt und schützt, zumindest
wenn das einzusteckende Glied 32 und das aufnehmende Behältnis 31 nicht
aneinander angeschlossen sind.
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Das
aufnehmende Behältnis 31,
das in 2 detaillierter gezeigt ist, beinhaltet einen
röhrenförmigen Abschnitt 1 und
ein stumpfkegelig geformtes Behältnis 2.
Vier Kabelanschlussstücke 6 sind
im gleichen Abstand um die äußere Fläche des
röhrenförmigen Abschnitts 1 angeordnet.
Die individuellen Kabel/Schläuche
(nicht gezeigt) der Grundeinrichtung/des Versorgungskabels (nicht
gezeigt), die nicht an den Trennwandanschlussstücken 20 befestigt sind,
werden an den Anschlussstücken 6 befestigt. Die
innere Bohrung des Rohrs 1 weist einen Durchmesser auf,
der groß genug
ist, um den Eintritt des Gehäuses 9 zu
ermöglichen,
aber klein genug ist, um sich der Einführung der Hülse 36 zu widersetzen. Das
stumpfkegelige Behältnis 2 ist
angepasst, um mit dem Nasenkegel 7 in Eingriff zu kommen,
um das einzusteckende Glied 32 in die innere Bohrung des aufnehmenden
Behältnisses 31 zu
führen. Über die ganze
Länge entlang
der inneren Fläche
des röhrenförmigen Abschnitts 1 des
aufnehmenden Behältnisses 31 erstreckt
sich ein Schlitz 3 und ist angepasst, um mit dem Zapfen 8 des
Gehäuses 9 in
Eingriff zu kommen, wie unten beschrieben.
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Bei
Gebrauch wird das einzusteckende Glied 32 in das aufnehmende
Behältnis 31 eingeführt. Der Nasenkegel 7 führt das
einzusteckende Glied 32 in das aufnehmende Behältnis 31.
Der Zapfen 8 auf dem einzusteckenden Glied 32 kommt
mit dem Schlitz 3 in dem aufnehmenden Behältnis 31 in
Eingriff und widersetzt sich dadurch einer Drehbewegung zwischen
dem einzusteckenden Glied 32 und dem aufnehmenden Behältnis 31.
Der Schlitz 3 in dem röhrenförmigen Abschnitt 1 des
aufnehmenden Behältnisses 31 weist
einen sich einwärts
erstreckenden Stopperzapfen 4 auf, der an dem dem kegeligen
Glied 2 gegenüberliegenden
Ende des Rohrs 1 bereitgestellt ist.
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Das
Ineinandergreifen des Schlitzes 3 und des Zapfens 8 richtet
daher die Anschlussstücke 6 und 13 drehend
aus. Die Hülse 36,
die einen breiteren Durchmesser als das Rohr 1 aufweist,
stößt gegen
das erste Ende 37 des Rohres an, und so führt die
Einführung
des Gehäuses 9 in
das Rohr 1 dazu, dass die Hülse 36 und insbesondere
die Feder 11 zwischen der Endplatte 12 und dem
ersten Ende 37 des Rohres 1 komprimiert werden,
wodurch die Öffnungen 18 des
Gehäuses 9 bloßgelegt
werden.
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Das
Gehäuse 9 bewegt
sich weiter in das Rohr 1, bis der Zapfen 8 auf
dem Gehäuse 9 gegen den
Stopperzapfen 4 in dem Schlitz 3 des Rohres 1 stößt. Einer
fortgesetzten Bewegung des Gehäuses 9 wird
sich dadurch widersetzt.
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An
diesem Punkt sind die Anschlussstücke 13 in den Öffnungen 18 des
Gehäuses 9 axial
und drehend auf die Anschlussstücke 6 in
den Öffnungen 5 ausgerichtet.
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Das
erste Ende der Stange 14 (das Ende, das sich von der Rückseite
der Endplatte 12 erstreckt) wird durch ein beliebiges geeignetes
Mittel wie etwa einen Hydraulikzylinder oder einen Gewindespindelmechanismus
(nicht gezeigt) ergriffen, und die Stange 14 wird weiter
in das aufnehmende Behältnis 31 gedrückt. Da
das Gehäuse 9 von
den Zapfen 4, 8, die gegeneinander anstoßen, gehalten
wird, bewegt sich nun die Stange 14 unabhängig von
dem Gehäuse 9.
Die auf der Stange 14 ruhenden Blöcke 16 kontaktieren
einen breiteren Abschnitt (Abschnitt mit größerem Durchmesser) der sich
verjüngenden Stange 14 und
werden radial nach außen
gedrückt. Die
Stützglieder 15 werden
auch gegen die Vorspannwirkung des O-Rings 23 radial nach
außen
verdrängt.
Die Blöcke
16 wiederum drücken
die Anschlussstücke 13 durch
jeweilige Öffnungen 18 in dem
Gehäuse 9 weiter
nach außen,
so dass die Anschlussstücke 13 mit
den jeweiligen Anschlussstücken 6 des
aufnehmenden Behältnisses 31 zusammen
passen.
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So
wird der Anschluss zwischen den Kabeln/Schläuchen, die an den Anschlussstücken 6 befestigt
sind, und den Kabeln/Schläuchen,
die an den Anschlussstücken 13 befestigt
sind, gebildet. Die Stange 14 kann durch jedes geeignete
Mittel (nicht gezeigt) in Position arretiert werden. Internem Druck oder
anderen Umweltkräften,
die den Anschluss beeinflussen können,
widersetzen sich die Blöcke 16, die
gegen die sich verjüngende
Stange 14 anstoßen, wodurch
die Integrität
des Anschlusses zwischen den Anschlussstücken 6 und 13 verbessert
wird.
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Um
den Anschluss zu lösen,
wird die Prozedur im Allgemeinen umgekehrt, das heißt, die
Stange 14 wird zurückgezogen.
Die Blöcke 16 können dann auf
einem dünneren
Abschnitt (Abschnitt mit kleinerem Durchmesser) der sich verjüngenden
Stange 14 ruhen, und der O-Ring 23 um die Stützglieder 15 fördert diese
Rückkehr
der Blöcke 16.
Der Anschluss wird unterbrochen, indem die Anschlussstücke 13 in das
Gehäuse 9 zurückgezogen
werden. Das einzusteckende Glied 32 kann dann frei aus
dem aufnehmenden Behältnis 31 zurückgezogen
werden. Die Feder 11 der Hülse 36 formt sich
neu, und die Anschlussstücke 13 in
den Öffnungen 18 werden
von dem röhrenförmigen Abschnitt 10 der
Hülse 36 wieder
abgedeckt und geschützt.
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Der
Koppler 30 kann verwendet werden, um Kabel anzuschließen, die
jegliche Art von Signalen oder Leistung, die pneumatische, elektrische,
hydraulische oder optische Signale oder Leistung umfassen, befördern.
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Es
versteht sich, dass, obwohl sich die hier beschriebene Ausführungsform
auf einen Koppler bezieht, der vier Kabel anschließt, der
Bereich der Verbindung nicht auf einen solchen Koppler beschränkt ist,
da durch an der Ausführungsform
vorgenommene einfache Abwandlungen jede beliebige Anzahl von Kabeln
mit einem Koppler gemäß dem ersten,
zweiten, dritten, vierten, fünften
oder sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung angeschlossen werden
können.
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Verbesserungen
und Abwandlungen können vorgenommen
werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.