DE69515214T2

DE69515214T2 - Fluidkupplung mit Dichtung aus Metall

Info

Publication number: DE69515214T2
Application number: DE69515214T
Authority: DE
Inventors: Edwin Carroll Turner; Danny Kay Wolff
Original assignee: Cooper Cameron Corp
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 2000-06-21
Anticipated expiration: 2015-03-28
Also published as: EP0688992A2; BR9502879A; AU699814B2; DE69515214D1; NO952486D0; EP0688992B1; US5482082A; NO313470B1; CA2145493A1; EP0688992A3; AU2050795A; NO952486L

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fluidkupplungen und insbesondere auf eine schnell trennbare Fluidkupplung, die Metall-zu-Metall-Dichtungen verwendet.
Schnell trennbare Fluidkupplungen wurden bislang für den Einsatz unter und über Wasser vorgeschlagen. Ein Beispiel für den Einsatz unter Wasser ist eine Untersee-Fluidkupplung, wie sie etwa allgemein in Verbindung mit Untersee-Ölbohrungen verwendet wird. Funktionen der Unterseebohrung werden mit Unterseevorrichtungen gesteuert, wie etwa mit Ventilen, die mit einem hydraulischen Fluid betätigt werden. Dieses Fluid wird von der Wasseroberfläche durch Fluidversorgungsleitungen zugeführt, die mit der Unterseebohrung durch Unterwasser-Kupplungen verbunden sind. Es ist üblich, Unterwasser-Kupplungen zu verwenden, die schnell getrennt und verbunden werden können. Jede Kupplung enthält Stecker- und Buchsenteile, die mit entsprechenden gemeinsamen Befestigungsplatten verbunden sind. Durch Zusammenführen der Befestigungsplatten kann eine gleichzeitige Verbindung der Stecker- und Buchsenteile bewerkstelligt werden. In ähnlicher Weise kann eine gleichzeitige Trennung der Stecker- und Buchsenteile durch Trennung der Befestigungsplatten vollzogen werden.
Jede Kupplung, d. h. jedes Paar, bestehend aus Stecker- und Buchsenteil, steuert den Fluß des Hydraulikfluids zu einer Unterseevorrichtung. Es ist üblich, eine relativ große Zahl von Unterseevorrichtungen zu verwenden, die den Einsatz von vielen Kupplungen erforderlich macht, was dazu führt, daß die gesamte Fluidsteuerung sehr umfangreich und aufwendig zu handhaben ist. Es wäre wünschenswert, die Gesamtgröße dieses Aufbaus zu minimieren und/oder die Verwendung von mehr Fluidleitungen für einen Aufbau gegebener Größe zu ermöglichen.
Weiterhin muß für eine Passung jedes Steckerteils mit einem Buchsenteil eine Dichtung um eine Verbindungsstelle zwischen den Stecker- und Buchsenteilen geschaffen werden. Normalerweise werden Metalldichtungen verwendet, die diese Dichtungsfunktion übernehmen. Obwohl Metalldichtungen dauerhafter sind als Elastomerdichtungen, nutzen sie sich ab, und ihre Erneuerung stellt einen beträchtlichen Aufwand dar. Wird die Steifigkeit der Dichtungen erhöht, um die Lebensdauer zu verlängern, kann die resultierende Steifigkeit der Dichtungen eine geeignete Relativbewegung und ein Spiel zwischen den Stecker- und Buchsenteilen verhindern. Daher wäre es wünschenswert, Metalldichtungen anzugeben, die eine lange Lebensdauer haben, und dennoch ausreichend elastisch sind, um eine Relativbewegung zwischen den Stecker- und Buchsenteilen zu ermöglichen.
GB-A-2195412 beschreibt das Konzept zum Abdicken von Fluidanschlüssen auf der Außenumfangsfläche des Steckerteils und entsprechender Fluidanschlüsse auf der Innenumfangsfläche des Buchsenteils durch Verschlüsse oder Schieber und Bewegen dieser Verschlüsse oder Schieber in eine Durchgangsstellung, wenn das Steckerteil in das Buchsenteil gesteckt wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fluidkupplung mit einem Buchsenteil, einem Steckerteil und Metalldichtungen. Das Buchsenteil enthält ein Gehäuse mit einer darin ausgebildeten länglichen Öffnung, die eine Längsachse definiert. Die Öffnung hat einen polygonalen Querschnitt, der wenigstens drei Innenwände aufweist. Eine erste Vielzahl von wenigstens drei fluidführenden Leitungen ist in diesem Gehäuse ausgebildet, wobei diese Leitungen jeweils eine der Innenwände schneiden, um erste seitliche Durchlässe zu bilden. Ein Verschluß befindet sich in der Öffnung für eine Gleitbewegung in Längsrichtung zwischen einer durchlaßblockierenden und einer durchlaßöffnenden Position. Das Steckerteil enthält einen Leitungskörper, der eine Längsachse definiert und ausgebildet ist, um in die Öffnung einzutreten. Der Leitungskörper hat einen polygonalen Querschnitt, der jenem der Öffnung entspricht. Der Leitungskörper enthält wenigstens drei Außenwände, die gegenüberliegend zu jeweils einer der Innenwände angeordnet sind, wenn das Steckerteil und das Buchsenteil verbunden worden sind. Eine zweite Vielzahl von wenigstens drei fluidführenden Leitungen sind im Leitungskörper ausgebildet, wobei die Leitungen jeweils eine der Außenwände schneiden, um zweite seitliche Durchlässe zu bilden. Ein Verschlußgleitelement ist auf dem Leitungskörper für eine Gleitbewegung in Längsrichtung zwischen einer durchlaßblockierenden Position und einer durchlaßöffnenden Position angebracht. Der Steck-Leitungskörper ist axial so in die Öffnung einsetzbar, daß der Leitungskörper den Verschluß in seine durchlaßöffnende Position schiebt und das Gehäuse das Verschlußgleitelement in seine durchlaßöffnende Position schiebt und jeder der ersten Durchlässe mit einem der zweiten Durchlässe seitlich ausgerichtet wird. Die Metalldichtungen sind zum Abdichten um jedes Paar aus erstem und zweitem Durchlaß ausgebildet, wenn diese Durchlässe zueinander ausgerichtet sind.
Vorzugsweise ist ein erster lösbarer Verbindungsstift vorgesehen, um abwechselnd den Verschluß mit dem Leitungskörper und dem Gehäuse in Abhängigkeit einer axialen Relativbewegung zwischen dem Stecker- und dem Buchsenteil zu verbinden. Ein zweiter lösbarer Verbindungsstift dient dazu, das Verschlußgleitelement abwechselnd mit dem Gehäuse und dem Leitungskörper in Abhängigkeit einer relativen Axialbewegung zwischen dem Stecker- und dem Buchsenteil zu verbinden.
Jede Metalldichtung enthält vorzugsweise ein ringförmiges Metalldichtungselement, in dem ein Mittenloch ausgebildet ist, das eine Mittenachse definiert. Das Dichtungselement enthält erste und zweite Dichtungslippen, die entlang der Mittenachse mit Abstand angeordnet sind und dazwischen eine Rille ausbilden. Jede Lippe weist ein Befestigungsende und ein freies Ende auf. Das Befestigungsende der ersten Lippe ist dicker als das Befestigungsende der zweiten Lippe, so daß die Verbiegung des Dichtungselementes nur in der zweiten Lippe auftritt.
Jede Dichtung ist derart angebracht, daß die ersten und zweiten Lippen entsprechende Oberflächen auf dem Stecker- und dem Buchsenteil berühren. Die Oberfläche, mit der die erste Lippe in Eingriff steht, ist vorzugsweise eine Oberfläche, die relativ zu der ersten Lippe gleitet, und die Oberfläche, die mit der zweiten Lippe in Eingriff steht, ist vorzugsweise eine Oberfläche, die in Bezug auf die zweite Lippe unbeweglich ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Fluidkupplung, die über die oben erwähnte lösbare Stiftanordnung verfügt.
Die Metalldichtung an sich stellt keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Die Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen. In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 eine axiale Schnittansicht einer Fluidkupplung nach vorliegender Erfindung in entkuppeltem Zustand;
Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, nachdem ein Steckerteil der Kupplung teilweise in einen verbundenen Zustand bewegt wurde;
Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, nachdem Stecker- und Buchsenteil vollständig miteinander gekuppelt sind;
Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 mit der Kupplung in einem zum Teil entkuppelten Zustand;
Fig. 5 eine Längsschnittansicht ähnlich Fig. 1, wobei die Ansicht über eine Ebene erfolgt, die 45º relativ zur Ebene ausgerichtet ist, über die Fig. 1 betrachtet wurde;
Fig. 6 eine Ansicht ähnlich Fig. 5, wobei Stecker- und Buchsenteil vollständig gekuppelt sind;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 aus Fig. 3;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 8-8 aus Fig. 3;
Fig. 9 eine Aufsicht des Metalldichtungselementes nach vorliegender Erfindung; und
Fig. 10 eine axiale Schnittansicht durch das Dichtungselement aus Fig. 9, wobei das Dichtungselement in einer Fluidkupplung angebracht ist.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit einer Untersee-Fluidkupplung erläutert, wobei jedoch darauf hingewiesen wird, daß die Erfindung in jeder Umgebung über oder unter Wasser Anwendung finden kann.
Eine Unterwasser-Kupplung 10, die in Fig. 1-8 dargestellt ist, enthält Stecker- und Buchsenteile 12, 14, die an entsprechenden Befestigungsplatten 16, 18 angebracht sind. Es wird darauf hingewiesen, daß zahlreiche identische Kupplungen 10 an den Platten 16, 18 angebracht sind, um gleichzeitig verbunden und getrennt zu werden, wenn die Platten zusammengeführt und getrennt werden.
Das Buchsenteil 14 enthält ein Metallgehäuse 17, das an der Befestigungsplatte 18 in geeigneter Weise, wie etwa durch Schweißen oder Schrauben, angebracht ist. Das Gehäuse 17 enthält eine Stirnfläche 20, die zum Steckerteil 12 ausgerichtet ist. In das Gehäuse 17 durch die Stirnfläche 22 erstreckt sich eine Öffnung 24 mit polygonalem, beispielsweise achteckigem Querschnitt. Die achteckige Öffnung 24 enthält vier ebene lange Wände 24L und vier ebene kurze Wände 24S, die abwechselnd um eine Längsachse 30 der Öffnung 24 angeordnet sind (siehe Fig. 7).
Mehrere, z. B. vier, Fluidleitungen 36 sind im Gehäuse 17 ausgebildet (siehe Fig. 5 und 7). Ein Ende jeder Leitung 36 ist dazu eingerichtet, mit einer flexiblen Versorgungsleitung 38 verbunden zu werden, die sich zu einer Hydraulikfluidquelle an der Wasseroberfläche erstreckt. Die Versorgungsleitungen verlaufen durch Öffnungen 38', die in der Befestigungsplatte 18 ausgebildet sind. Ein weiteres Ende jeder Leitung 36 schneidet eine entsprechende lange Wand 24L der Öffnung 24, um damit einen Durchlaß 39 zu bilden, der die Leitung 36 mit der Öffnung 24 verbin det. In jedem Durchlaß 39 befindet sich ein Metalldichtungselement 41 in einer Ausbildung, die hier später beschrieben wird.
Ein Metallverschluß 40 mit achteckigem Außenquerschnitt ist gleitfähig in der Öffnung 24 angeordnet. Der Verschluß enthält lange und kurze ebene Außenflächen 40L, 40S, die gleitend in entsprechende lange und kurze Öffnungswände 24L, 24S eingreifen. Der Verschluß 40 ist hohl und enthält ein zentrales Durchgangsloch 44 eines polygonalen, z. B. rechteckigen, Querschnitts. Das rechteckige Loch 44 ist durch vier Wände 46 ausgebildet. Zwei der Wände 46 sind mit seitlich nach außen hervorstehenden Anschlaglippen 47 (siehe Fig. 1) ausgebildet, die in länglichen Schlitzen 49 gleiten, die in zwei der kurzen Wände 24S der Öffnung 24 des Gehäuses 17 ausgebildet sind. Diese Schlitze 49 enden in Anschlagvorsprüngen 51, die mit den Anschlaglippen 47 in Eingriff stehen können, um das Ausmaß der Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und dem Verschluß in einer Längsrichtung (d. h. nach rechts in Fig. 1) zu begrenzen.
Zwei Löcher 48 erstrecken sich seitlich durch den Verschluß, wobei jedes Loch 48 eine der Außenseiten 40S und eine der Wände 46 schneidet. In jedem Loch 48 ist ein frei gleitfähiger Einraststift 50 angebracht. Jeder Stift 50 besteht aus einem zylindrischen Schaft 50S und einem Kopf 50H, wobei letzterer in eine Stufenbohrung 56 des entsprechenden Loches 48 paßt.
Eine seitliche Gleitbewegung der Stifte 50 nach innen, wird durch die Berührung von Flanschen 50F der Köpfe 50H mit den Vorsprüngen 58 verhindert, die durch die Konterbohrungen 56 definiert sind. Jeder Schaft 50S weist eine Fase 59 an seinem Ende auf, die sich gegenüberliegend zum Kopf 50H befindet. Der Kopf 50H ist ebenfalls angefast.
Das Gehäuse 17 enthält mehrere in Längsrichtung hervorstehende, in Umfangsrichtung mit Abstand angeordnete Finger 60. Auf einer Innenfläche 61 wenigstens zweier Finger ist eine Ausnehmung 62 ausgebildet (siehe Fig. 1 und 8). Jede Aus nehmung verfügt über eine Basisfläche 64 und eine geneigte Seitenoberfläche 66. In ähnlicher Weise ist in zwei der Oberflächen 42 des Durchgangsloches 44 eine in ähnlicher Weise beschaffene Ausnehmung 68 ausgebildet, die eine geneigte Seitenoberfläche aufweist (siehe Fig. 3). Jede Ausnehmung 68 ist derart ausgebildet, daß sie ein angefastes Ende des Kopfes eines Stiftes 50 aufnimmt. In ähnlicher Wiese sind die Ausnehmungen 62 so beschaffen, daß sie angefaste Enden der Schäfte von Stiften aufnehmen, die vom Steckerteil 12 getragen werden, wie es im folgenden erläutert wird.
Das Steckerteil 12 enthält einen Metalleitungskörper 90 mit einem Hauptabschnitt 91 von polygonalem, z. B. achteckigem Querschnitt (siehe Fig. 8). Ein Befestigungsende 91' des Hauptabschnittes 91, das sich durch ein Loch 93 in der Befestigungsplatte 16 erstreckt, ist entlang zweier Seiten ausgenommen, um Vorsprünge 92 zu bilden, die gegen die Befestigungsplatte 16 stoßen. Zwei Rückhaltefedern 94 greifen in eine Ausnehmung, die im Befestigungsende 91' ausgebildet ist, um den Körper 90 an der Befestigungsplatte 16 zu befestigen. Das Loch 93 hat einen größeren Querschnitt als das Befestigungsende 91', wodurch ein bestimmtes seitliches Spiel des Befestigungsendes 91' zugelassen wird, so daß sich das Steckerteil im Bezug auf die Öffnung 24 des Buchsenteils während der Installation des letztgenannten selbst ausrichtet.
Der Hauptabschnitt 91 des Leitungskörpers 90 verfügt über vier Leitungen 96, die durch diesen verlaufen (siehe Fig. 5 und 8). Jede Leitung 96 enthält einen länglichen Abschnitt 98 und einen seitlichen Abschnitt 100. Jeder längliche Abschnitt 98 ist dazu eingerichtet, mit einer Leitung (nicht gezeigt) verbunden zu werden, die Hydraulikfluid von der Kupplung 10 zum Bohrkopf (nicht gezeigt) leitet. Jeder seitliche Abschnitt 100 schneidet jeweils eine von vier Außenflächen 104' des Hauptabschnittes 91, um einen Durchlaß 106 zu bilden. Wenigstens zwei der anderen Außenflächen 104" des Hauptabschnittes 91 sind ausgenommen, um Stifte in einer Weise aufzunehmen, wie es beschrieben werden wird.
Auf dem Hauptabschnitt 91 des Körpers 90 ist ein Verschlußgleitelement 110 angebracht, daß für eine axiale Gleitbewegung relativ zum Leitungskörper 90 eingerichtet ist. Der Gleiter 110 enthält eine axiale Durchgangsbohrung 112 in achteckiger Form, die acht Oberflächen 114', 114" definiert. In vier dieser Oberflächen 114' sind Ausnehmungen 116 ausgebildet, in denen Dichtungen 118 angeordnet sind, deren Konstruktion anschließend beschrieben wird. Die Oberflächen 114', die die Dichtungen 118 enthalten, sind gegenüberliegend zu den Durchlässen 106 angeordnet, die im Körper 90 ausgebildet sind. Wenn sich das Verschlußgleitelement 110 in einer durchlaßblockierenden Position befindet, wie es in Fig. 1 und 1A gezeigt ist, bilden die Dichtungen 118 somit eine Dichtung um die Durchlässe 106.
An zwei der Oberflächen 114", die keine Dichtungen 118 tragen, sind gleitfähige Stifte 120 angebracht, wobei die Stifte zueinander ausgerichtet sind (siehe Fig. 5). Diese Stifte 120 sind dahingehend identisch zu den Stiften 50 ausgebildet, die sich im Verschluß 40 befinden, daß sie angefaste Köpfe 120H und angefaste Schäfte 120S haben. Die angefasten Schäfte 120S sind so ausgebildet, daß sie in die Ausnehmungen 62 passen, die in Fingern 60 des Gehäuses 17 ausgebildet sind, und die angefasten Köpfe 120H passen in Ausnehmungen 126, die in entsprechenden Oberflächen 104" des Leitungskörpers 90 ausgebildet sind (siehe Fig. 4). Eine Seitenwand 128 jeder Ausnehmung 126, die am weitesten entfernt von der Befestigungsplatte 16 angeordnet ist, ragt höher empor als eine Seitenwand 129, die sich am dichtesten zur Befestigungsplatte 16 angeordnet befindet (siehe Fig. 3). Damit ist sichergestellt, daß das Verschlußgleitelement 110 am Leitungskörper 90 während einer Trennung der Kupplung 10 angebracht wird, wie es später erläutert wird.
Vom Hauptabschnitt 91 das Leitungskörpers 90 steht eine Zunge 132 hervor, die sich in Richtung zum Gehäuse 17 erstreckt. Die Zunge 132 hat einen rechteckigen Querschnitt, der der Querschnittsausbildung des Rechteckloches 44 entspricht, das im Verschluß 40 ausgebildet ist. Die Außenwände 134 der Zunge enthalten Ausnehmungen 136, die jeweils derart ausgebildet sind, daß sie den angefasten Schaft 50S eines Stiftes 50 aufnehmen, wie es beschrieben werden wird.
Wenn im Gebrauch die Kupplung 10 verbunden werden soll, ist die Platte 18 derart ausgerichtet, daß sich Stecker- und Buchsenteil 12, 14 in der Position befinden, die in Fig. 1 und 5 gezeigt ist. In dieser Position sind die angefasten Köpfe 50H der Stifte 50 in den Ausnehmungen 68 des Gehäuses 17 und die angefasten Köpfe 120H der Stifte 120 in den Ausnehmungen 126 des Leitungskörpers 90 aufgenommen. Somit sind der Verschluß 40 für eine Bewegung mit dem Gehäuse 17 und der Platte 18 und das Verschlußgleitelement 110 mit dem Leitungskörper 90 verbunden.
Die Platten 16 und 18 befinden sind jeweils horizontal ausgerichtet, wobei sich die Platte 18 über der Platte 16 befindet. Um die Kupplung 10 (und alle weiteren Kupplungen, die mit den Platten 16, 18 verbunden sind) zu verbinden, wird die Platte 18 zur Platte 16 abgesenkt, d. h. sie wird in Fig. 1 nach rechts bewegt.
Wenn sich die Platte 18 der Platte 16 annähert, tritt die Zunge 132 des Leitungskörpers 90 in die Mitte des Durchgangsloches 44 des Verschlusses ein, und das Verschlußgleitelement 110 tritt in einen Zwischenraum ein, der durch die Finger 60 des Gehäuses 17 begrenzt ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.
Wenn die Platte 18 mit einer Bewegung zur Platte 16 fortfährt, kommt die Stirnfläche 22 des Gehäuses 17 mit dem Verschlußgleitelement 110 in Berührung und drückt des Verschlußgleitelement zur Platte 16. Demzufolge wirkt die Seitenwand 129 jeder Ausnehmung 126 als Nockenfläche, um den entsprechenden Stift 120 aus seiner Ausnehmung 126 und in die Ausnehmung 62 des Gehäuses 17 zu schieben, um so das Verschlußgleitelement 110 mit dem Gehäuse 17 zu verbinden. Zudem stößt der Verschluß 40 gegen den Leitungskörper 90 und wird dadurch in eine Richtung zur Platte 18 gedrückt. Demzufolge wirkt eine Seitenwand jeder Ausnehmung 68 als Nockenfläche, um den entsprechenden Stift 50 aus seiner Ausnehmung 68 und in die Ausnehmung 136 der Zunge 132 zu schieben, um so den Verschluß 40 mit dem Leitungskörper 90 zu verbinden. Die Stifte 120 und 50 bleiben in dieser Leitung, wenn die Kupplung ihren Verbindungszustand erreicht, wie es in Fig. 3 und 6 gezeigt ist. Die Platten 16 und 18 können dann in geeigneter Weise miteinander verbunden werden, um das Stecker- und Buchsenteil 12, 14 der Kupplung 10 (und den weiteren Kupplungen, die an der Plattem 16, 18 angebracht sind) im Verbindungszustand zu halten.
Wenn der Leitungskörper 90 in die Öffnung 24 eintritt, wird Wasser aus der Öffnung 24 entlang länglicher Zwischenräume gedrückt, die zwischen dem Leitungskörper 90 und der Öffnung ausgebildet sind.
Im verbundenen Zustand der Kupplung stehen die Durchlässe 106 der Leitungen 96 in Verbindung mit den Durchlässen 39 der Leitungen 36 (siehe Fig. 6), wodurch das Hydraulikfluid von der Wasseroberfläche zum Bohrkopf über die Kupplung 10 geleitet werden kann.
Wenn es gewünscht wird, die Kupplung 10 zu trennen, wird die Platte 18 von der Platte 16 gehoben, um den oben beschriebenen Vorgang umzukehren. Das bedeutet, wenn sich das Gehäuse 17 nach oben bewegt, d. h. es bewegt sich relativ zum Leitungskörper 90 in Fig. 3 nach links, bleibt der Verschluß 40 aufgrund seiner Verbindung mit dem Leitungskörper 90 über die Stifte 50 zunächst unverändert, und das Verschlußgleitelement 110 bewegt sich mit dem Gehäuse 17 aufgrund seiner Verbindung damit über die Stifte 120.
Schließlich kommen die Anschlagvorsprünge 51 des Gehäuses 17 mit dem Anschlaglippen 47 des Verschlusses 40 in Eingriff, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, worauf eine weitere Bewegung der Befestigungsplatte 18 nach links bewirkt, daß der Verschluß 40 nach links gedrückt wird. Demzufolge bewegen die Seiten der Ausnehmungen 136 der Zunge 132 durch Nockentätigkeit die Stifte 50 aus den Ausnehmungen 136 und in die Ausnehmungen 68 des Gehäuses. Gleichzeitig kommen die Köpfe 120H der Stifte mit den hohen Seiten 128 der Ausnehmungen 126 in Eingriff, um eine weitere Bewegung der Stifte 120 mit dem Gehäuse 17 zu verhindern. Anstelle dessen bewegen die Seiten der Ausnehmungen 62 durch Nockentätigkeit die Stifte 120 aus den Ausnehmungen 62 und in die Ausnehmungen 126. Dieser Zustand der Stifte 50, 120 stimmt mit dem Zustand überein, der in Fig. 2 gezeigt ist. Die Stecker- und Buchsenteile 12, 14 können nun vollständig getrennt und angeordnet werden, wie es in Fig. 1 und 5 dargestellt ist, wobei die Leitungen 36 des Gehäuses durch den Verschluß 40 und die Dichtungen 41 und die Leitungen 96 des Leitungskörpers durch das Verschlußgleitelement 110 und die Dichtungen 118 geschlossen sind.
Das Metalldichtungselement 41 ist in Fig. 10 und 11 vergrößert dargestellt. Das Dichtungselement, vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt, ist ringförmig mit einem Mittenloch 148 ausgebildet, das eine Mittenachse 150 definiert. Das Dichtungselement 41 enthält zwei ringförmige Lippen 152, 154, die entlang der Achse 150 durch eine Rille 156 mit Abstand angeordnet sind.
Das Dichtungselement ist in einer Aussparung 158 im Gehäuse 17 derart angeordnet, daß die dünne Lippe 152 das Gehäuse abdichtend berührt, wohingegen die dicke Lippe den Verschluß 40 abdichtend berührt. Das bedeutet, die dicke Lippe greift in eine Oberfläche, die relativ zur Dichtung senkrecht zur Achse 150 beweglich ist.
Jede der Lippen 152, 154 hat ein Befestigungsende und ein freies Ende. Das Befestigungsende der dicken Lippe 154 ist dicker als jenes der dünnen Lippe 152. Beispielsweise beträgt die Dicke T der dicken Lippe an ihrem Befestigungsende wenigstens das Doppelte der Dicke T' des Befestigungsendes der dünnen Lippe und vorzugsweise das Vier- oder Fünffache dieser Dicke.
Aufgrund des Dickenunterschiedes zwischen diesen Befestigungsenden ist die dünne Lippe 152 flexibel, wohingegen die dicke Lippe 154 steif ist. Das bedeutet jede Biegung des Dichtungselementes tritt in der dünnen Lippe auf, die sich um ihr Befestigungsende biegt. Wenn sie aus ihrem gelösten Zustand gebogen wird, spannt die Lippe die Dichtung vor, um eine Dichtungstätigkeit an der Stirnfläche der dicken Lippe (Scherdichtung) einzuleiten. Somit kann das Dichtungselement als kombinierte Lippen-/Scher-Dichtung bezeichnet werden. Zudem kann sich die dünne Lippe während des Betriebs biegen, um zuzulassen, daß das Dichtungselement ein Verschieben zwischen dem Gehäuse 17 und dem Verschluß 40 (oder zwischen dem Gehäuse 17 und dem Leitungskörper 90) parallel zur Achse 150 aufnimmt. Die dicke Lippe 154 ist steif, um eine Abnutzung zu minimieren, die aus einem Reibungskontakt mit dem Verschluß 40 (oder dem Leitungskörper 90) während der Bewegung des Verschlusses (oder des Leitungskörpers) relativ zur Dichtung in senkrechter Richtung der Achse 150 resultiert (d. h. parallel zur Achse 30). Somit kann sich das Dichtungselement biegen, um eine seitliche Verschiebebewegung zwischen den Teilen 17, 40 aufzunehmen, und ist dennoch an seiner Berührungsfläche mit einem relativ beweglichen Teil steif, um die notwendigen Dichtungsfunktionen auszuführen, ohne sich in großem Maße durch die resultierende Reibungskraft abzunutzen. Ein derartiges Verhalten der Dichtung ist mit herkömmlichen Metalldichtungen eines C-förmigen Querschnitts, bei dem die Lippen Befestigungsenden identischer Dicke haben, nicht möglich.
Die dicke Lippe 154 hat eine Außenfläche 151, die sich zu einem freien Ende 153 der dicken Lippe in einer Richtung weg von der dünnen Lippe 152 erstreckt. Als Folge davon tritt der Dichtungskontakt zwischen der dicken Lippe 154 und dem Leitungskörper 90 in einem relativ engen Bereich benachbart zum freien Ende 153 auf, so daß sich die Federkraft der Dichtung in diesem Bereich konzentriert. Auf diese Weise wird eine sehr wirkungsvolle Dichtungskraft erzeugt.
Wenn sich weiterhin der Leitungskörper 90 dem Dichtungselement 41 während eine Kupplungsvorgangs annähert, liegt die geneigte Fläche 157 des Dichtungselementes, die in Fig. 10 mit einer Phantomlinie dargestellt ist, dem entgegenkommenden Leitungskörper gegenüber und ermöglicht es dem Leitungskörper, das Dichtungselement entlang der Achse 150 auf einfachere Weise zusammenzudrücken. Das bedeutet, die Oberfläche 157 wirkt in einer Weise auf eine Nockenfolgeroberfläche, die eine axiale Kompression des Dichtungselementes durch den Leitungskörper vereinfacht.
Das Dichtungselement 41 ist so angeordnet, daß sich die Ausnehmung 156 zur Achse 150 öffnet. Das Dichtungselement 118 hat denselben Aufbau wie das Dichtungselement 41, mit der Ausnahme, daß sich die Ausnehmung 156 von der Achse 150 weg öffnet, wie es aus Fig. 5 und 6 deutlich wird. Demzufolge ist es einem Druck, der in der Leitung 96 auftritt, möglich, das Dichtungselement 118 durch Biegen der dünnen Lippe in eine Richtung zum Leitungskörper 90 zu öffnen. Dadurch kann das Dichtungselement 118 Druck in seinen entsprechenden Leitungen 96 ablassen. Ein Druckabbau dieser Art kann beispielsweise gefolgt von einer Entkupplung der Stecker- und Buchsenteile auftreten, um es einigen oder allen der Bohrkopfvorrichtungen, die durch den Hydraulikdruck betätigt wurden, zu ermöglichen, in einen geschlossenen oder neutralen Zustand zurückzukehren.
Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung eine Stecker-/Buchsenkupplung 12, 14 angibt, die es ermöglicht, daß mehrere, z. B. vier, Hydraulikleitungen gleichzeitig verbunden werden. Dies verringert deutlich die Gesamtgröße des Mehrfachkupplungsaufbaus, bei dem jede Stecker-/Buchsenkupplung 12, 14 nur eine von vielen dieser Kupplungen 12, 14 bildet. Somit ist ein Mehrfachkupplungsaufbau geringerer Größe in der Lage, die unterschiedlichen Unterseevorrichtungen zu verbinden, die gesteuert werden.
Weiterhin macht die Verwendung der Stifte 50, 120 zum Verschieben des Verschlusses 40 und den Verschlußgleitelementes 110 den Bedarf schwerer und platzbeanspruchender Federn für die Ausführung dieser Tätigkeit überflüssig. Die Fähigkeit des Steckerteils 12, sich selbst auszurichten (aufgrund des Spiels des Befestigungsteils 91' innerhalb des Loches 93), vereinfacht das Zusammen passen von Stecker- und Buchsenteilen und macht den Bedarf einer präzisen Ausrichtung dieser Teile überflüssig.
Die Metalldichtungen 41, 118 sind axial komprimierbar und dennoch hochfest, um einer Abnutzung durch Reibung Widerstand zu bieten.

Claims

1. Fluidkupplung umfassend:

ein Buchsenteil, enthaltend

ein Gehäuse mit einer darin ausgebildeten länglichen Öffnung, die eine Längsachse definiert, wobei die Öffnung einen polygonalen Querschnitt hat, der wenigstens drei Innenwände aufweist,

eine erste Vielzahl von wenigstens drei fluidführenden Leitungen, die in dem Gehäuse ausgebildet sind und jeweils eine der Innenwände schneiden, um erste seitliche Durchlässe zu bilden, und

einen Verschluß, der in der Öffnung für eine Gleitbewegung in Längsrichtung zwischen einer durchlaßblockierenden und einer durchlaßöffnenden Position ausgebildet ist;

ein Steckerteil, enthaltend:

einen Leitungskörper, der eine Längsachse definiert und ausgebildet ist, um in die Öffnung einzutreten, wobei der Leitungskörper einen polygonalen Querschnitt hat, der jenem der Öffnung entspricht und wenigstens drei Außenwände aufweist, die gegenüberliegend zu jeweils einer der Innenwände angeordnet sind, wenn das Steckerteil und das Buchsenteil verbunden worden sind,

eine zweite Vielzahl von wenigstens drei fluidführenden Leitungen, die im Leitungskörper ausgebildet sind und jeweils eine der Außenwände schneiden, um zweite seitliche Durchlässe zu bilden, und

ein Verschlußgleitelement, das auf dem Leitungskörper für eine Gleitbewegung in Längsrichtung zwischen einer durchlaßblockierenden Position und einer durchlaßöffnenden Position ausgebildet ist;

wobei der Steck-Leitungskörper axial so in die Öffnung einsetzbar ist, daß der Leitungskörper den Verschluß in seine durchlaßöffnende Position schiebt und das Gehäuse das Verschlußgleitelement in seine durchlaßöffnende Position schiebt und jeder der ersten Durchlässe mit einem der zweiten Durchlässe seitlich ausgerichtet wird, und

eine Metalldichtung zum Abdichten um jedes Paar aus erstem und zweitem Durchlaß, wenn diese Durchlässe zueinander ausgerichtet sind.

2. Fluidkupplung nach Anspruch 1, bei der die Öffnung wenigstens sechs Innenwände enthält, drei der Innenwände die ersten Durchlässe aufweisen und jede der drei verbleibenden Innenwände zwischen zwei der Innenwände angeordnet ist, die mit Durchlässen versehen sind, und der Leitungskörper wenigstens sechs Außenwände mit zweiten Durchlässen enthält und jede der drei verbleibenden Außenwände zwischen zwei Außenwänden angeordnet ist, die die Durchlässe enthalten.

3. Fluidkupplung nach Durchlaß 2 weiterhin enthaltend:

wenigstens einen Verbindungsstift:

zum Verbinden des Verschlusses mit dem Leitungskörper und zum Trennen des Verschlusses vom Gehäuse beim axialen Einstecken des Leitungskörpers in die Öffnung, und

zum Verbinden des Verschlusses mit dem Gehäuse und zum Trennen des Verschlusses vom Leitungskörper beim axialen Entfernen des Leitungskörpers aus der Öffnung,

wobei der erste Verbindungsstift mit einer Aussparung in Eingriff gebracht werden kann, die in einer der verbleibenden Innenwände ausgebildet ist;

und wenigstens einen zweiten Verbindungsstift:

zum Verbinden des Verschlußgleitelementes mit dem Gehäuse und zum Trennen des Verschlußgleitelementes vom Leitungskörper beim axialen Einstecken des Leitungskörpers in die Öffnung, und

zum Verbinden des Verschlußgleitelementes mit dem Leitungskörper und zum Trennen des Verschlußgleitelementes vom Gehäuse beim axialen Herausziehen des Leitungskörpers aus der Öffnung,

wobei der wenigstens eine zweite Verbindungsstift mit einer Aussparung in Eingriff gebracht werden kann, die in einer der verbleibenden Außenwände ausgebildet ist.

4. Fluidkupplung nach Anspruch 3, bei der es acht der Innenwände gibt, von denen vier die ersten Durchlässe enthalten, und acht Außenwände, von denen vier die zweiten Durchlässe enthalten.

5. Fluidkupplung nach Anspruch 1, bei der jede Metalldichtung ein ringförmiges Metalldichtungselement enthält, in dem ein Mittenloch ausgebildet ist, das eine Mittenachse definiert, wobei das Dichtungselement erste und zweite Dichtungslippen enthält, die entlang der Mittenachse mit Abstand angeordnet sind und dazwischen eine Rille ausbilden, und jede Lippe ein Befestigungsende und ein freies Ende aufweist, wobei das Befestigungsende der ersten Lippe dicker ist als das Befestigungsende der zweiten Lippe.

6. Fluidkupplung nach Anspruch 5, bei der das Befestigungsende der ersten Lippe wenigstens doppelt so dick ist, wie das Befestigungsende der zweiten Lippe.

7. Fluidkupplung nach Anspruch 5, bei der Metalldichtungselement ein Dichtungselement, das im Gehäuse angeordnet ist, und ein Dichtungselement enthält, das im Verschlußgleitelement angeordnet ist, wobei beim Dichtungselement im Gehäuse die erste Lippe mit dem Verschluß in Eingriff steht und beim Dichtungselement im Verschlußgleitelement die erste Lippe derart angeordnet ist, daß sie mit dem Leitungskörper in Eingriff steht.

8. Fluidkupplung nach Anspruch 7, bei der die Rille des Dichtungselementes im Gehäuse zur Mittenachse geöffnet ist und die Rille des Dichtungselementes im Verschlußgleitelement zur Mittenachse geöffnet ist.

9. Fluidkupplung nach Anspruch 5, bei der die erste Lippe eine Außenoberfläche hat, die sich zum freien Ende der ersten Lippe in einer Richtung weg von der zweiten Lippe erstreckt.

10. Fluidkupplung, enthaltend:

ein Buchsenteil, enthaltend

ein Gehäuse mit einer darin ausgebildeten länglichen Öffnung, die eine Längsachse definiert,

eine erste fluidführende Leitung, die in diesem Gehäuse ausgebildet ist und die Öffnung schneidet, um damit einen ersten seitlichen Durchlaß zu bilden, und

einen Verschluß, der in der Öffnung für eine Gleitbewegung in Längsrichtung zwischen einer durchlaßblockierenden und einer durchlaßöffnenden Position angebracht ist;

ein Steckerteil, enthaltend:

einen Leitungskörper, der eine Längsachse definiert und ausgebildet ist, um in die Öffnung einzutreten,

eine zweite fluidführende Leitung, die im Leitungskörper ausgebildet ist und deren Außenrand schneidet, um damit einen zweiten seitlichen Durchlaß zu bilden, und

ein Verschlußgleitelement, das auf dem Leitungskörper für eine Gleitbewegung in Längsrichtung zwischen einer durchlaßblockierenden Position und einer durchlaßöffnenden Position angebracht ist;

wobei der Steck-Leitungskörper axial so in die Öffnung einsetzbar ist, daß der Leitungskörper den Verschluß in seine durchlaßöffnende Position schiebt und das Gehäuse das Verschlußgleitelement in seine durchlaßöffnende Position schiebt und die ersten sowie zweiten Durchlässe zueinander seitlich ausgerichtet werden;

Metalldichtungen, die vom Steckerteil und vom Buchsenteil getragen werden, um Dichtungen um die ersten und zweiten Durchlässe zu bilden, wenn sich der Verschluß und das Verschlußgleitelement in ihren durchlaßblockierenden Positionen befinden, und um Dichtungen um die ersten und zweiten Durchlässe zu bilden, wenn die ersten und zweiten Durchlässe zueinander ausgerichtet sind;

wenigstens ein erstes Verbindungselement zum Verbinden des Verschlusses mit dem Leitungskörper und Trennen des Verschlusses vom Gehäuse beim axialen Einstecken des Leitungskörpers in die Öffnung, und zum Verbinden des Verschlusses mit dem Gehäuse und Trennen des Gehäuses vom Leitungskörper beim axialen Herausziehen des Leitungskörpers aus der Öffnung; und

wenigstens ein zweites Verbindungselement zum Verbinden des Verschlußgleitelementes mit dem Gehäuse und Trennen des Verschlußgleitelementes vom Leitungskörper beim axialen Einstecken des Leitungskörpers in die Öffnung, und zum Verbinden des Verschlußgleitelementes mit dem Leitungskörper und Trennen des Verschlußgleitelementes vom Gehäuse beim axialen Herausziehen des Leitungskörpers aus der Öffnung.

11. Fluidkupplung nach Anspruch 10, bei der das wenigstens eine Verbindungselement beweglich auf dem Verschluß angebracht ist und das wenigstens eine zweite Verbindungselement auf dem Verschlußgleitelement angebracht ist.

12. Fluidkupplung nach Anspruch 11, bei dem das wenigstens eine erste Verbindungselement einen ersten Stift enthält, der in einem ersten seitlichen Loch seitlich verschiebbar ist, das im Verschluß ausgebildet ist, und das wenigstens eine zweite Verbindungselement einen zweiten Stift enthält, der in einem zweiten seitlichen Loch seitlich verschiebbar ist, das im Verschlußgleitelement ausgebildet ist.

13. Fluidkupplung nach Anspruch 12, bei der erste Stift abwechselnd in die Aussparungen, die vom Gehäuse bzw. vom Leitungskörper getragen werden, eingesteckt werden kann, und der zweite Stift abwechselnd in die Aussparungen, die vom Gehäuse bzw. vom Leitungskörper getragen werden, eingesteckt werden kann.

14. Fluidkupplung nach Anspruch 13, bei der die Aussparungen im Gehäuse und im Leitungskörper Nockenoberflächen enthalten, um die ersten und zweiten Stifte durch Nockenwirkung aus den entsprechenden Aussparungen zu bewegen.

15. Fluidkupplung nach Anspruch 10, bei der die Öffnung einen polygonalen Querschnitt hat und wenigstens drei Wände enthält, und der Leitungskörper einen polygonalen Querschnitt hat und wenigstens drei Wände enthält, wobei es wenigstens drei der ersten fluidführenden Leitung gibt, die entsprechende Wände der Öffnung schneiden, um drei erste Durchlässe auszubilden, und es wenigstens drei der zweiten fluidführenden Leitungen gibt, die entsprechende Wände des Leitungskörpers schneiden, um drei zweite Durchlässe auszubilden.

16. Fluidkupplung nach Anspruch 10, bei der jede Metalldichtung ein ringförmiges Metalldichtungselement enthält, in dem ein Mittenloch ausgebildet ist, das eine Mittenachse definiert, wobei das Dichtungselement erste und zweite Dichtungslippen enthält, die entlang der Mittenachse mit Abstand angeordnet sind und dazwischen eine Rille ausbilden, und jede Lippe ein Befestigungsende und ein freies Ende aufweist, wobei das Befestigungsende der ersten Lippe dicker ist als das Befestigungsende der zweiten Lippe.