DE69123346T2

DE69123346T2 - Einrichtung zur Verriegelung einer Welle oder manuelle Betätigung

Info

Publication number: DE69123346T2
Application number: DE69123346T
Authority: DE
Inventors: Gerald S Baker
Original assignee: Cooper Cameron Corp
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1991-04-03
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2011-08-31
Also published as: CA2047437A1; EP0507027A1; NO912959L; EP0507027B1; NO912959D0; ATE145711T1; DE69123346D1; JPH04312273A; US5046376A; CA2047437C; MX9100442A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche als manuelle Betätigungseinrichtung oder als Verriegelungseinrichtung für eine Welle bei Ventilen, Drosseln und anderen Einrichtungen eingesetzt werden kann, welche einen fernbedienbaren Betätiger mit einer axial beweglichen Stange oder Welle aufweisen, bei dem die Stange oder Welle manuell zu einer ihrer Endlagen bewegt und in dieser Lage verriegelt werden kann, bis der verbesserte Betätiger gelöst oder manuell bewegt wird, um eine solche Bewegung zu gestatten.
Vor Schaffung dieser Erfindung gab es viele Konstruktionen von manuellen Betätigern oder Überlagerungsmechanismen, zur Anwendung bei Ventilen, um die Ventilwelle gegen die Kraft, welche auf die Ventilwelle in Reaktion des Fluiddruckes, welcher in der Ventilkammer wirkt, und ebenso gegen die Kraft, die durch eine Rückholfeder auf die Welle ausgeübt wird, wenn sich eine solche im Einsatz befindet zu bewegen. US-A-4 844 407 ist ein Beispiel für eine solche Konstruktion eines manuellen Betätigers und eines Überlagerungsmechanismus nach dem Stand der Technik.
US-A-4 194 718 ist ein Beispiel für den Stand der Technik eines Überlagerungsmechanismus, welcher bei einer Drossel angewendet wird, und welcher durch ein Handrad betätigt werden kann. Er umfaßt Mittel zur lösbaren Verbindung des manuellen Betätigers mit dem Schieber, um den Schieber manuell zu bewegen, und zum Lösen des manuellen Betätigers vom Schieber, um diese Bewegung zu ermöglichen. US-A-3 378 224 beschreibt ein Schieberventil, welches durch einen Kolben zusammen mit einem Handrad betätigt wird, das eine Buchse aufweist, die auf eine Welle geschraubt ist, welche durch den Kolben hindurchgeht. Eine Drehung des Handrades bewirkt eine Bewegung sowohl des Kolbens als auch des Ventilteiles.
US-A-4 189 980 offenbart eine manuelle Steuereinrichtung, welche eine gespaltene Antriebsmutter und ein Nockensystem aufweist, welches mit dem sich drehenden System zusammenwirkt, um die gespaltene Antriebsmutter mit der Antriebsschraube in Eingriff zu bringen und die gespaltene Mutter zu drehen, um die Antriebsschraube und das damit verbundene Ventilteil zu bewegen.
US-A-3 628 397 offenbart ein Ventilteil mit einer Kugelmutter, die am oberen Teil des Kolbens befestigt ist, und einer Kugelwelle, die an der Oberseite der Kappe befestigt und so angeordnet ist, daß deren Drehung eine Bewegung des Kolbens und des Ventilteiles bewirkt. Während der normalen Funktion bewirkt die Bewegung des Kolbens eine Drehung der Kugelwelle.
US-A-4 213 480 beschreibt einen Überlagerungsmechanismus für ein Ventil, in welchem eine Mutter auf der Antriebswelle aufgeschraubt ist und in Kontakt mit einer Antriebsbuchse steht, welche über die Mutter geschoben ist, und bei der Schiebekeile die Buchse mit der Mutter verbinden. Eine Drehung der Buchse dreht die Mutter, welche eine der angrenzenden Flächen berührt und dann eine Bewegung des Schiebers bewirkt.
Bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik bestand das Problem, daß es schwierig war, diese in beide Richtungen zu drehen, wenn die Ventilkammer unter Druck stand. Manchmal war die Kraft dieses Druckes ausreichend, um eine Entriegelung oder Öffnung zu ermöglichen, ohne den Druck, welchem die Welle ausgesetzt ist, abzulassen.
US-A-4 691 893 beschreibt eine Einrichtung zur Verriegelung einer Welle zur Anwendung in einer Vorrichtung mit einer axial verschieblichen Welle und Mitteln zur Bewegung der Welle, wobei die Welle ein erfaßbares Ende aufweist und die Einrichtung ein Gehäuse umfaßt, welches ein Mittel enthält, das mit der Vorrichtung in einer Position, wenn es die Welle umgibt und auf diese ausgerichtet ist, verbunden werden kann, und erfindungsgemäß ist eine solche Einrichtung gekennzeichnet durch eine erste Zylinderfläche, eine zweite Zylinderfläche, wobei die erste und die zweite Zylinderfläche denselben Durchmesser aufweisen und aufeinander ausgerichtet sind, ein Mittel, welches eine der Zylinderflächen gegen Verdrehung festhält, ein Mittel, welches die Welle und die andere der Zylinderflächen miteinander verbindet, so daß die Bewegungen der Welle und der anderen Fläche voneinander abhängig sind, eine Klemmfeder, die koaxial zu den Zylinderflächen angeordnet ist und diese umgibt und eng an ihnen anliegt, um eine relative Drehung zwischen diesen in einer Richtung zu verhindem und eine solche Drehung in der entgegengesetzten Richtung zu ermöglichen, sowie ein Mittel zur Lösung des engen Anliegens der Klemmfeder an den Flächen, um die relative Drehung zwischen diesen zu ermöglichen, welche ohne die Lösung verhindert wird.
Die anliegenden Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ist eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Form des erfindungsgemäßen Ventilbetätigers, der an einem Ventil in einer Position angeordnet ist, in welcher der Betätiger die Ventilwelle steuert, um sie in der unteren oder offenen Position zu halten.
Figur 2 ist eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung in zurückgezogener Position, in welcher sie die Ventilwelle nicht steuert.
Figur 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 3-3 in Figur 2, welche die Ruheposition der Antriebsbuchse und der die Mutter antreibenden Buchse zeigt.
Figur 4 ist eine Querschnittsansicht, wie sie sich entlang der Schnittlinie 4-4 in Figur 2 ergibt und welche die Position des Lösedornes für die Klemmfeder zeigt.
Figur 5 ist eine weitere Querschnittsansicht, wie sie sich entlang der Schnittlinie 5-5 in Figur 2 ergibt, und welche die Rollen zeigt, die auf einer durch die Mutternwelle hindurchgehenden Welle sitzen und in die Ausnehmungen in der Führungsbuchse der Welle eingreifen.
Figur 6 ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer modifizierten Form einer erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Position, in welcher die Einrichtung die Position der Ventilwelle nicht steuert.
Figur 7 ist eine z. T. geschnittene Queransicht, wie sie sich entlang der Schnittlinie 7-7 in Figur 6 ergibt, und welche die Stiftverbindung zwischen der Betätigungsbuchse und der Wellenführung zeigt.
Figur 8 ist eine teilweise geschnittene Queransicht entlang der Schnittlinie 8-8 in Figur 6, welche die relativen Positionen der zwei Klemmfedern zeigt.
Figur 9 ist eine Schnittansicht einer weiteren modifizierten Form des erfindungsgemäßen Betätigers in einer Position, in welcher der Betätiger die Position der Ventilwelle nicht steuert.
Figur 10 ist eine teilweise geschnittene Queransicht, wie sie sich entlang der Schnittlinie 10-10 in Figur 9 ergibt, um die Verbindung zwischen der Betätigungsbuchse und der Kugelschraube zu zeigen.
Figur 11 ist eine teilweise geschnittene Queransicht entlang der Schnittlinie 11-11 in Figur 9, um die Antriebsverbindung zwischen der Wellenführung und der Kugelschraube zu zeigen.
Figur 12 ist eine teilweise geschnittene Längsansicht des Betätigers auf einer Seite eines Bohrlochschiebers mit der daran befestigten erfindungsgemäß verbesserten Verriegelungs einrichtung für die Welle, welche den Kolben und die Endstange des Bohrlochschieberstößels in ihrer inneren Position zeigt.
Figur 13 ist eine teilweise geschnittene Ansicht, wie sie sich entlang der Schnittlinie 13-13 in Figur 12 ergibt, um die Kugelschraubenwelle und die Wellenführung zu zeigen.
Figur 14 ist eine teilweise geschnittene Ansicht entlang der Schnittlinie 14-14 in Figur 12, welche die Klemmfeder und deren radial nach außen vorstehenden Dorn zeigt.
Figur 15 ist eine teilweise geschnittene Längsansicht, ähnlich der Figur 12, bei der der Kolben und die Endstange des Bohrlochschiebers sich in ihrer äußeren Position befinden (wobei der Bohrlochschieber geöffnet ist).
Figur 16 ist eine schematische Ansicht des Nockenringes für die Klemmfeder in verriegelter Position.
Figur 17 ist eine schematische Ansicht des Nockenringes für die Klemmfeder in gelöster Position.
Figur 18 ist eine teilweise geschnittene Ansicht eines Bohrlochschiebers, mit welchem die erfindungsgemäß verbesserte Einrichtung verwendet werden kann.
Das Ventil 10, wie es in Figur 1 dargestellt ist, ist ein Schieberventil mit einem Kolbenbetätiger 12 und besitzt eine innere Ventilkammer 14 in welcher der Schieber 16 beweglich angeordnet ist. Es umfaßt weiterhin einen Einlaß 18, und einen Auslaß 20, welche die gegenüberliegenden Seiten des Schiebers 16 in der Kammer 14 verbinden. Der Betätiger 12 umfaßt die Welle 22, welche durch die Kappe 24 hindurchgeht und mit dem Schieber 16 zusammenwirkt. Der Betätiger 12 umfaßt das Gehäuse 26, das an der Kappe 24 befestigt ist, wobei der Kolben 28 darin angeordnet ist und die Feder 30 den Kolben 28 von der Kappe 24 wegdrückt. Ein geeignetes Mittel ist vorgesehen, um in das Gehäuse 26 des Betätigers unter Druck stehendes Fluid einzulassen, und den Kolben 28 nach unten zu bewegen, und normalerweise genügt die Feder 30 und der Druck am Schieber 16 in der Kammer 14 für die Aufwärtsbewegung des Kolbens 28 und des Schiebers 16. Der manuelle Betätiger 32 ist am Bund 34 am oberen Ende des Kolbengehäuses 26 befestigt. Das obere Ende der Welle 22 ist innerhalb des Betätigers 32 angeordnet, wie es in Figur 1 dargestellt ist.
Der Betätiger 32 umfaßt die Buchse 36, welche um den Bund 34 und die Wellenführungsschraube 38 des Betätigers z. B. durch Aufschrauben oder mit anderen geeigneten Mitteln, wie am besten in Figur 2 erkennbar ist, befestigt wird. Das Betätigergehäuse 40 umfaßt sowohl die Buchse 36 als auch die Kappe 42, wobei die Kappe 42 in ähnlicher Weise an der Wellenführungsschraube 38 befestigt ist. Diese Elemente des Betätigers 32, welche am Bund 34 befestigt sind, werden somit starr gehalten, während die anderen Elemente des Betätigers 32 gedreht werden, wie dies im folgenden erläutert werden soll. Ein rotierendes Mittel 44 ist vorgesehen, um die rotierende Bewegung zu übertragen, welche durch die Drehung der Betätigungsbuchse 46 übermittelt wird, die ein äußeres Ende 47 besitzt, an dem eine geeignete manuelle Dreheinrichuung, z. B. ein (nicht dargestelltes) Handrad aufgenommen werden kann, und die sich in das Gehäuse 40 hinein erstreckt. Die Betätigungsbuchse 46 ist an dem drehbaren Bund 48 mittels Stiften 50 befestigt, wobei ein kleiner Abstandsschlitz 52 (Figur 3) in der Betätigungsbuchse 46 vorgesehen ist, um deren anfängliche Bewegung zu ermöglichen, ohne die Bewegung auf den drehbaren Bund zu vermitteln. Lagerungen 54, 56 und 58 sind vorgesehen, um eine relativ reibungslose Drehung der Betätigungsbuchse 46 und des Bundes 48 sowie anderer drehbarer Elemente in bezug auf das Gehäuse 40 zu ermöglichen. Der drehbare Bund 48 ist in geeigneter Weise an der Kugelmutter 60 befestigt, welche sich relativ zur Kugelschraubenwelle 62 dreht, wobei die Kugeln 64 sich in den Nuten zwischen der Kugelmutter 60 und der Kugelschraubenwelle 62 befinden. Die Kugelschraubenwelle 62 umfaßt einen äußeren mit Gewinde versehenen Abschnitt 62a und einen inneren gewindelosen Abschnitt 62b und wird durch Mittel 66 (in Figur 5 dargestellt), welche mit der Wellenführung 38 zusammenwirken, gegen Verdrehung festgehalten. Ein solches Mittel 66 umfaßt innere, sich gegenüberliegende axiale Ausnehmungen 68, welche Vorsprünge 70 aufnehmen, die von den sich gegenüberliegenden Seiten des gewindefreien Abschnittes 62b der Kugelschraubenwelle 62 hervorstehen. Die Vorsprünge 70 sind vorzugsweise geeignete Rollen 72, welche im äußeren Teil des gewindefreien Abschnittes 62b der Kugelschraubenwelle 62 befestigt sind.
Ein Mittel 74 (in den Figuren 2 und 4 dargestellt) ist vorgesehen, um die Kugelmutter 60 und den drehbaren Bund 48 gegen eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn relativ zum Gehäuse 40 und zur Kugelschraubenwellenführung 38 festzuhalten. Dieses Haltemittel 74 umfaßt eine Feder 76, welche mit den entsprechenden Außenf lächen 78 und 80 auf dem drehbaren Bund 48 und dem Rand 82, welcher von der Kugelschraubenwellenführung 38 nach außen vorsteht, zusammenwirkt. Ein Ende der Feder 76 besitzt einen nach außen vorstehenden Dorn 84, welcher im Schlitz 86 im inneren Ende der Betätigungsbuchse 46 angeordnet ist. Das andere Ende der Feder 76 ist am Ring 48a, welcher am drehbaren Bund 48 angeordnet ist, befestigt. Weil die Feder 76 als Verriegelung fungiert, um eine relative Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn zwischen dem drehbaren Bund 48 und der Kugelschraubenwellenführung 38 zu verhindern, ist sie eng anliegend um die Flächen 78 und 80 gewunden und weist genügend nach innen gerichtete Kraft auf, um eine relative Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn dieser Flächen zu unterbinden und dadurch die Kugelschraubenwelle 62 in ihrer axialen Position zu verriegeln, um eine nach außen gerichtete Bewegung zu verhindern, wenn die Feder 76 diese Flächen umgreifen kann. Wenn ein relatives Drehmoment im Uhrzeigersinn auf die Betätigungsbuche 46 wirkt, hebt die Feder 76 automatisch von der Fläche 80 ab, wodurch sich die Feder 76 und der drehbare Bund 48 in Uhrzeigerrichtung frei drehen können. Dies resultiert daraus, daß die Feder 76 mit rechtsgerichteten Windungen versehen ist, welche selbsttätig abheben, wenn eine relative Drehung im Uhrzeigersinn zwischen den Enden der Feder auftritt. Somit verriegelt die Feder 76 nur relative Drehungen zwischen dem drehbaren Bund 48 und der Kugelschraubenwellenführung 38, die gegen den Uhrzeigersinn gerichtet sind.
Wenn es erforderlich ist, daß sich die Welle 62 axial nach außen bewegen kann, oder sie in Reaktion der gegen den Uhrzeigersinn gerichteten Drehung der Betätigungsbuchse 46 nach außen zu bewegen, ist es lediglich notwendig, die Betätigungsbuchse 46 um einen geringen Betrag gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, so daß ihr Anschlag am Dorn 84 diesen in Richtung gegen den Uhrzeigersinn um einen geringen Betrag bewegt, welcher den Innendurchmesser der Feder 76 vergrößert, so daß deren Anliegen an den Flächen 78 und 80 gelöst wird. Dies macht es möglich, daß die Welle 62 von der in Figur 1 dargestellten Position axial in die in Figur 2 dargestellte Position zurückgezogen werden kann. Auch in der vorgeschobenen Position, bei der die Feder 76 in verriegelnder Funktion an den Flächen 78 und 80 anliegt, wird die Welle 62 unter ausreichendem Druck in Eingriff mit dem äußeren Ende der Ventilwelle 22 gehalten, um deren Bewegung unter Wirkung der Kraft der Feder 30 und des Fluiddruckes in der Ventilkammer 14 zu verhindern. Wenn sie sich jedoch in dieser vorgeschobenen Position befindet, erms.glicht die geringe Drehung der Betätigungsbuchse 46, die Feder 76 zu lösen und eine Bewegung der Welle 22 infolge der Kraft der Feder 30 und des Fluiddruckes innerhalb der Kammer 14 zu ermöglichen. Diese relative Leichtigkeit der Bewegung ist das Ergebnis der Lagerung der rotierenden Bauteile im Gehäuse 40 und der Kugel- Schrauben-Kombination, welche es ermöglichen, daß nur eine relativ geringe Drehkraft zur Bewegung der Schraubenwelle 62 benötigt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß die Feder 76, wenn sie im Uhrzeigersinn aufgewunden ist, gegen eine Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinn verriegelt, daß sie aber bei Drehung im Uhrzeigersinn frei rutscht. Genau umgekehrt sind die Verhältnisse, wenn eine Feder entgegen dem Uhrzeigersinn aufgewunden ist.
Als Feder 76 wird vorzugsweise eine Feder verwendet, die aus hochfestem Federstahidraht mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt hergestellt ist. Da sie straff gewunden ist, berühren sich die Wicklungen, und ihr innerer Durchmesser ist vor der Anordnung im manuellen Betätiger 32 etwas kleiner als der Durchmesser der Flächen 78 und 80. Wenn z. B. die Flächen 78 und 80 einen Durchmesser von etwa 102 mm (4 inch) aufweisen, ist der Innendurchmesser der Feder 76 vor der Anordnung auf diesen Flächen vorzugsweise zwischen 0,25 mm und 0,51 mm (0,010 und 0,020 inch) kleiner als der Durchmesser der Flächen. Durch diese Formgebung der Feder 76 ist ein Anliegen an den Flächen 78 und 80 gesichert, solange die Feder 76 nicht im positiven Drehsinn verspannt und ihr Anliegen an diesen Flächen gelöst wird. Durch die Verwendung von Draht mit viereckigem Querschnitt ergibt die flache innere Fläche der Feder 76 eine größere Berührungsfläche mit den anliegenden Flächen und sorgt auch für ein Maximum an Querschnitt und Kraft der Feder im Vergleich zu Drahtfedern mit rundem oder halbrundem Querschnitt.
Der in den Figuren 6, 7 und 8 dargestellte manuelle Betätiger 90 ist eine modifizierte Form des erfindungsgemäßen Betätigers, welcher die erfindungsgemäß verbesserte Struktur und die verbesserte Wirkungsweise des erf indungsgemäßen Betätigers aufweist. Der Betätiger 90 besitzt eine Buchse 92, welche der zuvor beschriebenen Buchse 36 ähnlich ist, und bildet das Gehäuse 94 mit der Kappe 96. Die Mutternbuchse 98 ist mit der Gehäusebuchse 92 und der Kugelmutter 100 durch geeignete Mittel, z. B. durch Gewinde, wie in Figur 6 dargestellt, verbunden. Die Kugelschraubenwelle 102 geht durch die Kugelmutter 100 hindurch und besitzt äußere Nuten, welche mit den inneren Nuten in der Kugelmutter 100 und den Kugeln 104 so zusammenwirken, daß sie eine Gewindeverbindung ergeben. Diese Gewindeverbindung wirkt so, da es der Kugelschraubenwelle 102 möglich ist, sich nach innen (in der Darstellung der Figur 6 nach links) zu bewegen, wenn die Kugelschraubenwelle 102 mittels der Dreheinrichtung 106 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie dies im folgenden noch beschrieben werden soll. Das Lager 108 ist am inneren Ende der Kugelschraubenwelle 102 befestigt, um eine drehbare Verbindung zwischen der sich drehenden Kugelschraubenwelle 102 und der (nicht dargestellten) Ventilwelle zu ermöglichen, welche durch den manuellen Betätiger 90 erfaßt und in ihrer inneren Position gehalten wird. Eine solche Dreheinrichtung 106 umfaßt das Antriebsteil 110, welches durch das äußere Ende der Kappe 96 mit einem äußeren Teil 110a hindurchragt, um ein (nicht dargestelltes) Handrad aufzunehmen, und ein inneres Wandteil 110b aufweist, welches die Wellenführung 112 und die Kugelbuchse 98 umgibt. Der Stift 114 geht durch das innere Randteil 110b, durch die Wellenführung 112 und durch die Adapterbuchse 116, welche einen Teil des Randteiles 110b umgibt, hindurch. Schlitze 118 sind im Randteil 110b vorgesehen, wie am besten in Figur 7 erkennbar ist, um eine anfängliche Bewegung des Antriebsteiles 110 zu ermöglichen, bevor es die Wellenführung 112 aus Gründen, die im folgenden noch erläutert werden, bewegt. Das Innere der Führungsbuchse 112 besitzt radial verlaufende, gegenüberliegend angeordnete Ausnehmungen 120 und Rollen 122, welche als Vorsprünge an den sich gegenüberliegenden Seiten der Kugelschraubenwelle 102 innerhalb der Ausnehmungen 120 befestigt sind. Der Mutternbuchsenadapter 124 ist an der Mutternbuchse 98 befestigt und mit dem Antriebsbuchsenadapter 116 ausgerichtet. Die äußere Antriebsbuchse 126 ist am Antriebsteil 110 befestigt und umgibt die Antriebsbuchse 116.
Bei dieser modifizierten Form der Erfindung umfaßt die erste Rückhalteeinrichtung 128 die linksgewundene innere Feder 130, welche mit den Flächen 132 und 134 an der Außenseite der Wellenführung 112 und der Mutternbuchse 98 entsprechend zusammenwirkt, um eine relative Drehung im Uhrzeigersinn zwischen diesen zu verhindern. Die Feder 130 besitzt einen Dorn 136, welcher im Schlitz 138 am inneren Ende des inneren Randteiles 110b angeordnet ist. Die zweite Rückhalteeinrichtung 140 umfaßt die rechtsgewundene äußere Feder 142, welche mit den Flächen 144 und 146 an den Außenseiten des Antriebsbuchsenadapters 116 und des Mutternbuchsenadapters 124 entsprechend zusammenwirkt, um eine Drehung zwischen diesen, entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn, zu verhindern. Der Dorn 148 am inneren Ende der Feder 142 ist in dem Schlitz 150 am inneren Ende der äußeren Antriebsbuchse 126 angeordnet. Bei der Drehung des Antriebsteus 110 im Uhrzeigersinn wird die Wirkung der Feder 142 außer Kraft gesetzt und sie dreht sich frei über dem feststehenden Mutternbuchsenadapter 124. Wenn versucht wird, die Welle 102 entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen, verhindert die Feder 142 eine solche Drehung. Die innere Feder 130 ist linksgewunden, um eine Drehung im Uhrzeigersinn zu verhindern. In dieser Weise wird die Welle 102 daran gehindert sich in beiden Richtungen zu drehen, wenn nicht die Dreheinrichtung 106 zuvor gedreht wird.
In den Figuren 9, 10 und 11 ist der manuelle Betätiger 160 dargestellt, der eine weitere modifizierte Form der vorliegenden Erfindung ist. Der manuelle Betätiger 160 umfaßt die Buchse 162, welche den zuvor beschriebenen Buchsen 36 und 90 ähnlich ist, und bildet das Gehäuse 164 mit der Kappe 166. Die Mutternbuchse 168 ist an der Buchse 162 und der Kugelmutter 170 befestigt, und die Mutternbuchse 168 ist außerdem an der Kappe 166 mittels geeigneter Miutel, z. B. mit Gewinde, befestigt. Die Kugelschraubenwelle 172 geht durch die Kugelmutter 170 hindurch und besitzt äußere Nuten, welche mit den inneren Nuten in der Kugelmutter 170 und den Kugeln 174 zusammenwirkt, um eine Gewindeverbindung zwischen diesen Herzustellen. Diese Gewindeverbindung wirkt so, daß es der Kugelschraubenwelle 172 ermöglicht wird, sich nach innen zu bewegen (in der Darstellung der Figur 9 nach links), wenn die Kugelschraubenwelle 172 durch die Dreheinrichtung 176 wie nachfolgend beschrieben, gedreht wird. Das Lager 178 ist am inneren Ende der Kugelschraubenwelle 172 befestigt, um eine drehbare Verbindung zwischen der drehbaren Kugelschraubenwelle 172 und der (nicht dargestellten) Ventilwelle herzustellen, welche vom manuellen Betätiger 160 erfaßt und in deren innerer Position gehalten werden soll. Diese Dreheinrichtung 176 umfaßt ein Antriebsteil 180, welches durch das äußere Ende der Kappe 166 mit einem äußeren Teil 180a hindurchragt, um ein (nicht dargestelltes) Handrad aufzunehmen, und mit einem inneren Randteil 180b, welches die Wellenführungsbuchse 182 umgibt. Der Stift 184 geht durch die Schlitze 186 im Randteil 180b und durch die Wellenführung 182 hindurch, so daß, wenn das Antriebsteil 180 im Uhrzeigersinn gedreht wird, sich die Kugelschraubenwelle 172 axial nach innen in eine Position bewegt, die die (nicht dargestellte) Ventilwelle in deren unterer oder innerer Position hält. Die Schlitze 186 im Randteil 180b ermöglichen eine anfängliche Bewegung des Antriebsteiles 180, bevor die Wellenführungsbuchse 182 bewegt wird. Das Innere der Wellenführungsbuchse 182 umfaßt axial angeordnete, sich gegenüberliegende Ausnehmungen 188 und Rollen 190, welche als Vorsprünge an den sich gegenüberliegenden Seiten der Kugelschraubenwelle 172 befestigt und in den Ausnehmungen 188 so angeordnet sind, daß die Kugelschraubenwelle 172 und die Führungsbuchse 182 sich zusammen drehen.
Die Rückhalteeinrichtung 192 umfaßt die Feder 194, welche die Außenfläche 196 der Führungsbuchse 182 und die Außenfläche 198 der Mutternbuchse 168 eng umgibt. Das äußere Ende der Feder 194 ist mittels des Ringes 200 befestigt, welcher an der Außenseite der Führungsbuchse 182 angeordnet ist, und das innere Ende der Feder 194 besitzt einen nach außen vorstehenden Dorn 202, welcher in einen Schlitz 204 am inneren Ende des Randteiles 180b eingreift.
Wenn die Erfindung, die in den Figuren 6, 7 und 8 dargestellte Form aufweist, ist der manuelle Betätiger 90 für den Einsatz mit einem Ventil, wie es allgemein beschrieben ist, und auch für den Einsatz mit einer fernbedienten Einrichtung zur Betätigung einer Vorrichtung, z. B. eines Unterwasserventiles, geeignet. Alle Formen der vorliegenden Erfindung zeigen im Zusammenwirken mit Ventilen und Drosseln Vorteile.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen besteht darin, daß es fast keines Drehmomentes bedarf, um die Klemmfeder zu lösen und eine prompte Bewegung entweder durch das Wirken einer Feder und des Druckes der Ventilkammer oder durch das Wirken einer manuellen Drehung zu ermöglichen. Beim Testen des Prototyps der vorliegenden Erfindung wurde eine Kraft von 220.000 N (50.000 pounds) angewendet, und die manuelle Drehung benötigte nur ein Drehmoment von etwa 6,8 Nm (5 lb.ft.). Selbst bei einem solchen geringen manuellen Drehmoment für die Betätigung war die Verriegelungswirkung der Feder positiv, und die Feder blieb sogar bei einer dicken Fettschicht zwischen der Feder und den drehbaren Flächen verriegelt.
Eine weitere Form der vorliegenden Erfindung ist in den Figuren 12 bis 18 dargestellt, wobei eine erfindungsgemäß verbesserte Einrichtung 210 in Verbindung mit dem Betätiger 212 eines in Figur 18 dargestellten Bohrlochschiebers BOP verwendet wird. Der Bohrlochschieber BOP umfaßt einen Körper B mit einer vertikalen Bohrung VB, die sich durch diesen erstreckt, und mit aufeinander ausgerichteten Führungsbahnen G, welche sich von der vertikalen Bohrung VB in gegenüberliegende Richtungen erstrecken. Die Stößel R sind innerhalb der Führungsbahnen G gleitend angeordnet und werden in Abhängigkeit des Druckes, der auf die Betätiger 212 ausgeübt wird, bewegt. Jeder Stößel R umfaßt geeignete Dichtungsmittel 5 zur Abdichtung gegenüber dem Oberteil seiner Führungsbahn G, zur Abdichtung entlang der Seiten seiner Führungsbahn G und zur Abdichtung gegenüber dem gegenüberliegenden Stößel R, wenn die Stößel R durch die vertikale Bohrung VB nach innen, in Berührung miteinander, bewegt werden. In dieser Position ermöglichen die Stößel R ein dichtes Verschließen der vertikalen Bohrung, um ein (nicht dargestelltes) Bohrloch, über welchem der Bohrlochschieber BOP angeordnet wurde, sichern zu können. Die Kolbenstange PR ist mit ihrem Stößel R verbunden und erstreckt sich in den Betätiger 212, wie im folgenden noch erläutert werden soll.
Der Kolben 214 des Betätigers 212 ist innerhalb des Gehäuses 216 angeordnet, durch welches die Kolbenstange (PR) in Richtung hinweg vom Kolben 214 hindurchgeht, und die Endstange 220 erstreckt sich vom Kolben 214 hinweg in die entgegengesetzte Richtung. Der Bund 222 ist am Ende der Wellenführung 224 befestigt und dichtet um die Endstange 220 ab, welche die Kugelschraubenwelle 226 bildet und Rollen 228 aufweist, die an jeder Seite hervorstehen, um in die Schlitze 230 an der Innenseite der Wellenführung 224 einzugreifen. Die innere Bohrung 232 erstreckt sich durch die Endstange 220 zu einem Punkt in der Nähe der Rollen 228 und verbindet dann den Rollenabschnitt mit der äußeren Bohrung 234, welche sich über die verbleibende Länge der Endstange 220 erstreckt. Das innere Ende der inneren Bohrung 232 steht mit dem Inneren des Gehäuses 216 auf der Innenseite des Kolbens 214 in Verbindung. Die Öffnung 236 im Gehäuse 216 steht mit dem Inneren des Gehäuses 216 und der Innenseite des Kolbens 214 in Verbindung. Die Öffnung 238 im Gehäuse 216 ist mit dem Inneren des Gehäuses 216 an der Außenseite des Kolbens 214 verbunden. Der Durchgang 240 erstreckt sich vom Gehäuse 216 auf der Außenseite des Kolbens durch die Wellenführung 224 in die Druckkammer 242 auf der Innenseite des Nockenringes 244. Die Kugelmutter 246 ist innerhalb des äußeren Randteiles 248 der Wellenführung 224 angeordnet, und die Kugeln 250 schaffen die Verbindung zwischen den Nuten an der Außenseite der Welle 226 und den Nuten an der Innenseite der Kugelmutter 246. Der Kugelmutterbund 252 ist an der Kugelmutter 246 angeordnet und mit geeigneten Lagerungen 254 und 256 zwischen dem Bund 252 und der Gehäusekappe 258 und zwischen dem Bund 252 und dem äußeren Randteil 248 versehen. Somit sind die Kugelmutter 256 und der Kugelmutterbund 252 in bezug zur übrigen Struktur der Einrichtung 210 drehbar verbunden. Das Gehäuse 216 wird durch das Gehäuseteil 260 und die Gehäusekappe 258 komplettiert. Das Gehäuseteil 260 ist an der Außenseite der Führung 224 befestigt und besitzt eine nach innen gerichtete Schulter 262, welche als Stopper für die Bewegung des Nockenringes 244 fungiert und weist eine Kappe 258 auf, welche mit dem äußeren Ende des Gehäuseteiles 260 verbunden ist.
Eine zylindrische Fläche 264 ist auf der Außenseite des äußeren Randteiles 248 der Führung 224 vorgesehen, sowie eine zylindrische Fläche 266, welche denselben Durchmesser wie die Fläche 264 aufweist und axial mit der Fläche 264 ausgerichtet ist. Die Fläche 266 ist an der Außenseite des Kugelmutterbundes 252 vorgesehen. Die Klemmfeder 268 umschließt die Flächen 264 und 266 eng und besitzt einen nach innen vorstehenden Dorn 270, der innerhalb des äußeren Randteiles 248 der Wellenführung 224 befestigt ist, und einen nach außen vorstehender Dorn 272, der sich über die Fläche 266 hinaus in den Nockenschlitz 274 des Nockenringes 244 erstreckt. Die Öffnung 276 geht durch den Bund 252 der Mutter hindurch, um eine Verbindung zu der Druckkammer an der Außenseite des Nockenringes 244 herzustellen. Der Stift 278 erstreckt sich, wie in den Figuren 12 und 15 dargestellt ist, nach innen und greift in den Schlitz 280 in der Außenseite des äußeren Randteiles 248 der Wellenführung 224 ein. Dies verhindert eine Drehung des Nockenringes 244 während der Bewegung, um zu sichern, daß er ordnungsgemäß den Dorn 272 betätigt.
Wie in den Figuren 16 und 17 dargestellt ist, weist der Nockenring 244 einen Nockenschlitz 274 auf, welcher an seinem inneren Ende breit ist, so daß es der Klernmfeder 268 möglich ist, die Flächen 264 und 266 eng zu umschließen, sein äußeres Ende ist jedoch relativ schmal und betätigt den Dorn 272 in der Richtung, welche es möglich macht, daß die Klemmfeder 268 etwas vergrößert wird, so daß eine relative Drehung zwischen den Flächen 264 und 266 in beiden Richtungen stattfinden kann
Aus dem Vorstehenden ist erkennbar, daß, wenn Druck durch die Öffnung 236 zugeführt wird, dieser auf die Innenfläche des Kolbens 214 ausgeübt wird und diesen nach außen drückt. Er wird auch durch die Bohrungen 232 und 234 nach außen in den Raum am äußeren Ende der Endstange 220, in den Bund 252 der Mutter und durch die Öffnung 276 in den Bund 252 übertragen, um den Nockenring 244 nach innen zu drücken, so daß der Dorn 272 in dem engen Teil des Nockenschlitzes 274 angeordnet ist. Dies drückt den Dorn 272 in die Richtung, in welcher er die Klemmfeder 268 in ihrem Innendurchmesser leicht aufweitet, so daß eine relative Bewegung zwischen den Flächen 264 und 266 möglich wird. Wenn Druck durch die Öffnung 238 zugeführt wird, um auf die Außenseite des Kolbens 214 zu wirken, wird er auch durch den Durchlaß 240 übertragen, um den Nockenring 244 nach außen zu drücken. Diese Bewegung des Nockenringes 244 bringt den Dorn 272 in den breiteren Teil des Nockenschlitzes 274 und ermöglicht der Klemmfeder 268 zu ihrem normalen engen Umschließen der Flächen 264 und 266 zurückzukehren. In dieser Position wird eine relative Drehung zwischen den Flächen 264 und 266 in der Richtung, die der Windung der, Feder 268 entgegengesetzt ist, verhindert, aber sie erlaubt eine relative Drehung in der Windungsrichtung der Feder. Dies ermöglicht die Bewegung des Kolbens 214 und der Endstange 220 nach innen, und wenn sie ihre innere Position erreicht haben, wird die Klemmfeder gesetzt und verhindert die Rückdrehung. In dieser Weise ermöglicht die erfindungsgemäß verbesserte Einrichtung eine einfache, jedoch effektive Verriegelung der Bohrlochschieber in deren geschlossener Position.
Durch Beschreibung der Funktion der Klemmf eder ist klar geworden, daß sie als rechtsgewundene Feder oder als linksgewundene Feder hergestellt werden kann, und daß, wenn die relative Drehung der Flächen so geschieht, daß sie die Federwindungen zusammenzieht, eine Verriegelung eintritt, und daß, wenn die Drehung in der entgegengesetzten Richtung geschieht, die Federwindungen sich lösen. Eine anderweitige Drehung in Richtung der Verriegelung ist nur möglich, wenn der Dorn 272 in die Löseposition des schmalen Abschnittes des Nockenschlitzes 274 bewegt wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung unter Verwendung einer Kugelmutter und einer Kugelschraubenwelle zur Erzeugung einer hochwirksamen Verbindung, welche zu ihrer Drehung ein geringes Drehmoment benötigt, dargestellt wurde. Es ist zu beachten, daß auch jede andere hochwirksame Verbindung, welche als Überlagerungsverbindung wirkt, verwendet werden kann.

Claims

1. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle zur Anwendung in einer Vorrichtung mit einer axial verschieblichen Welle (22) und Mitteln zur Bewegung der Welle, wobei die Welle ein ergreifbares Ende aufweist und die Einrichtung ein Gehäuse (40, 941 164, 216) umfaßt, welches ein Mittel (36) enthält, das mit der Vorrichtung in einer Position, wenn es die Welle umgibt und auf diese ausgerichtet ist, verbunden werden kann, gekennzeichnet durch eine erste Zylinderfläche (80, 134, 146, 198, 264), eine zweite Zylinderfläche (78, 132, 144, 196, 266), wobei die erste und die zweite Zylinderfläche denselben Durchmesser aufweisen und aufeinander ausgerichtet sind, ein Mittel (38, 98, 124, 168, 224), welches eine der Zylinderflächen gegen Verdrehung festhält, ein Mittel (48, 60, 122, 112, 114, 116, 190, 182, 246, 252), welches die Welle und die andere der Zylinderflächen miteinander verbindet, so daß die Bewegungen der Welle und der anderen Fläche voneinander abhängig sind, eine Klemmfeder (76, 130, 142, 194, 268), die koaxial zu den Zylinderflächen (78, 80, 134, 146, 132, 144, 198, 196, 264, 266) angeordnet ist und diese umgibt und eng an ihnen anliegt, um eine relative Drehung zwischen diesen in einer Richtung zu verhindern und eine solche Drehung in der entgegengesetzten Richtung zu ermöglichen, sowie ein Mittel zur Lösung des engen Anliegens der Klemmfeder an den Flächen, um die relative Drehung zwischen diesen zu ermöglichen, welche ohne die Lösung verhindert wird.

2. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das miteinander verbindende Mittel (48, 60, 122, 112, 114, 116, 190, 182, 246, 252) ein Mittel zur Umsetzung einer axialen Bewegung der Welle (22) in eine Drehbewegung der anderen der Flächen (78, 132, 144, 196, 266) enthält.

3. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das miteinander verbindende Mittel (48, 60, 122, 112, 114, 116, 190, 182, 246, 252) ein Mittel zur Umsetzung einer Drehbewegung der jeweils anderen der Flächen (78, 132, 144, 196, 266) in eine axiale Bewegung der Welle (22) enthält.

4. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 1 zur Anwendung mit einem Ventil (10), umfassend ein Ventilgehäuse, einen Ventilkörper (16), der den Durchfluß durch das Ventil steuert, eine Ventilwelle (22), die die bewegliche Welle darstellt, welche mit dem Ventilkörper verbunden ist und sich mit diesem zwischen relativen Positionen bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventuwelle ein äußeres Ende aufweist, welches von der Außenseite des Ventilgehäuses ergreifbar ist, und daß die Verriegelungseinrichtung weiterhin umfaßt: Eine Kugelmutter (60, 100, 170); eine Kugelschraubenwelle (62, 102, 172); Kugeln (64, 104, 174), welche die Kugelmutter und die Kugelschraubenwelle so miteinander verbinden, daß eine relative Drehung eine axiale Bewegung der Welle verursacht; ein Mittel (44, 106, 176) zur Drehung entweder der Kugelmutter oder der Kugelschraubenwelle, ein Mittel (70, 122, 190) zum Festhalten des jeweils anderen Teils entweder der Kugelmutter oder der Kugelschraubenwelle gegenüber einer Drehbewegung, um die Kugelschraubenwelle axial in eine Position zu bewegen, in der sie das Ende der Ventilwelle mit dem Ventilkörper in dessen innerster Position erfaßt, in welcher die Klemmfeder (76, 130, 142, 194) die Zylinderflächen (80, 134, 146, 198, 78, 132, 144, 196) in entspannter Position berührt, um eine relative Drehbewegung zwischen diesen Flächen zu verhindern; sowie ein Mittel, das mit den rotierenden Teilen verbunden ist, um die Feder aus dem festhaltenden Eingriff mit mindestens einer der Flächen während der anfänglichen Bewegung der drehbaren Teile herauszubewegen und eine axiale Bewegung der Kugelschraubenwelle zu ermöglichen.

5. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese weiterhin umfaßt: Eine Führungsbuchse (38, 112, 182), welche die Kugelschraubenwelle (62, 102, 172) umgibt, und ein Mittel (70, 122, 190, 68, 120, 188), welches für einen gegenseitigen Eingriff zwischen der Buchse und der Kugelschraubenwelle sorgt, um die Welle gegen eine relative Drehung in bezug zur Buchse festzuhalten.

6. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das für den gegenseitigen Eingriff sorgende Mittel mindestens einen Schlitz (68, 120, 188) in der Führungsbuchse (38, 12, 182) und einen Vorsprung (70, 122, 190), welcher von der Kugelschraubenwelle (62, 102, 172) hervorsteht und in den Schlitz eingreift, um eine relative Bewegung der Welle und der Führungsbuchse zu verhindern, umfaßt.

7. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das für den gegenseitigen Eingriff sorgende Mittel zwei gegenüberliegende Schlitze (68, 120, 188) in der Führungsbuchse (38, 112, 182) und zwei Vorsprünge (70, 122, 190), welche aus der Kugelschraubenwelle (62, 102, 172) hervorstehen und in die Schlitze eingreifen, um eine relative Drehung der Welle und der Führungsbuchse zu verhindern, umfaßt.

8. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelschraubenwelle (62) gegen Drehung festgehalten wird und die Kugelmutter (60) um die Kugelschraubenwelle mittels des Drehantriebsmittels (44) gedreht wird.

9. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelmutter (100, 170) gegen Drehung in bezug zur Kegelschraubenwelle (102, 172) festgehalten wird und die Kugelschraubenwelle in der Kugelmutter mittels des Drehantriebsmittels gedreht wird.

10. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine zweite Klemmfeder (130, 142) aufweist, die an einer feststehenden Fläche (134, 146) und einer drehbaren Fläche (132, 144) in entspannter Position anliegt, um eine relative Drehung zwischen diesen Flächen zu verhindern, wobei die zweite Klemmfeder eine relative Drehung der Kugelmutter (100) und der Kugelschraubenwelle (102) in einer Drehrichtung verhindert, die jener Drehrichtung entgegengesetzt ist, welche von der Klemmfeder verhindert wird.

11. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Lagerung (54, 56, 58) aufweist, um die Reibbelastung der mittels des Drehantriebsmittels (44) bewirkten Drehung zu vermindern.

12. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung zwischen dem äußeren Ende der Ventilwelle und dem Ende der Kugelschraubenwelle, welches dem äußeren Ende der Ventilwelle zugewandt ist, angeordnet ist.

13. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (54, 56, 58) im Gehäuse (40) zwischen rotierenden und feststehenden Bauteilen der Einrichtung angeordnet ist.

14. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine drehbare Kappe (47, 110a, 180a) aufweist, welche Teil des Drehantriebsmittels ist, und sich zur Außenseite des Gehäuses (40, 94, 164) erstreckt, um eine geeignete Einrichtung aufzunehmen und eine manuelle Drehung desselben zu ermöglichen.

15. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin umfaßt: Eine Kugelmutter (60, 100, 170, 246), eine Kugelschraubenwelle (62, 102, 172, 226), Kugeln (64, 104, 174, 250), welche die Kugelmutter und die Kugelschraubenwelle so miteinander verbinden, daß eine axiale Bewegung der Welle und eine relative Drehung voneinander abhängig sind, wobei entweder die Kugelmutter oder die Kugelschraubenwelle drehbar ist, und das jeweils andere Teil, d. h. die Kugelschraubenwelle oder die Kugelmutter, festgehalten wird, sowie eine erste Zylinderfläche (78, 134, 146, 198, 266), die mit der Kugelmutter verbunden ist, und eine zweite Zylinderfläche (80, 132, 144, 196, 264), die mit der Kugelschraubenwelle verbunden ist, wobei die ersten und zweiten Flächen denselben Durchmesser aufweisen und aufeinander ausgerichtet sind.

16. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Bohrlochschieber (BOP) ist.

17. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Lösung einen druckbetätigten Nockenring (244) zum Eingriff in die Klemmfeder (268), um deren Lösung zu bewirken, umfaßt.

18. Einrichtung zur Verriegelung einer Welle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin umfaßt: Einen Betätiger (212) für die Stößel (R) des Bohrlochschiebers mit einem Kolben (214), einer Kolbenstange (218), einer Endstange (220), welche mit der Kugelschraubenwelle (226) eine Einheit bildet, Mittel zur Zuführung von Druckfluid zu den sich gegenüberliegenden Seiten des Kolbens und Mittel zum Weiterleiten des dem Kolben zugeführten Druckfluides, um den Nockenring (244) zu betätigen.