DE2755592A1 - Kugelgelenk zur verbindung eines, eine ueberwasserplattform tragenden betonturmes mit einem fundament - Google Patents

Kugelgelenk zur verbindung eines, eine ueberwasserplattform tragenden betonturmes mit einem fundament

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DE2755592A1 DE19772755592 DE2755592A DE2755592A1 DE 2755592 A1 DE2755592 A1 DE 2755592A1 DE 19772755592 DE19772755592 DE 19772755592 DE 2755592 A DE2755592 A DE 2755592A DE 2755592 A1 DE2755592 A1 DE 2755592A1
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Description

GUTEHOFFNUNGSHÜTTE STERKRAI'E Oberharser 11, den 7. Dezember 1977 Aktiengesellschaft *\ η r r r Q *)
PA/Bri/S
Akte Nr. 2389
Kugelgelenk zur Verbindung eines, eine Uberwasserplattform tragenden Betonturmes mit einem Fundament
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindung zwischen einem, eine Uberwasserplattform tragenden Betonturm und einem, am Meeresboden verankerten Fundament, und sie betrifft ein Kugelgelenk, bestehend aus einer Kugelpfanne im Betonturm und einem, auf einer Fundamentplatte befestigten Kugelkopf, der für durch das Gelenk führende Förderleitungen nach oben und unten offen ist und einem, beide Teile verbindendes,kardanisch gelagerten vorspannbaren Zugglied.
Die Aufgabe des Kugelgelenks besteht darin, eine Lageveränderung der Uberwasserplattform unter dem Einfluß der Meereskräfte, des Winddruckes, des Trossenzuges von anliegenden Schiffen oder dergleichen zu ermöglichen, ohne daß der Betonturm und das Fundament durch Biegungskräfte unzulässig beansprucht werden.
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Derartige Gelenkverbindungen sind bereits bekanntgeworden, beispielsweise aus der US-PS 3 522 709. Diese Gelenkverbindung ermöglicht jedoch nur ein Verschwenken in einer vertikalen Ebene, während zusätzliche Gelenkanordnungen nach Art eines Kardangelenkes erforderlich sind, um eine allseitige Verschwenkbarkeit zu ermöglichen. Diese Gelenkelemente sind jedoch dem Seewasserangriff ausgesetzt, was auf die Dauer zu Korrosionsschäden führen kann.
Eine Gelenkverbindung, die ein allseitiges Verschwenken ermöglicht, ist in der DT-OS 25 49 859 beschrieben. Diese, als Kugelgelenk ausgebildete, mit einem Zugglied versehene, allseitig verschwenkbare Verbindung gestattet es, Förderleitungen für flüssige oder gasförmige Medien, beispielsweise Erdöl, Erdgas oder dergl., aufzunehmen.
Auch diese Verbindung ist dem Seewasserangriff ausgesetzt. Die Außenfläche des Kugelkopfes kann nur von Tauchern daraufhin kontrolliert werden, ob sich Korrosionserscheinungen zeigen.
Ausgehend von einem derartigen Kugelgelenk, bestehend aus einem Kugelkopf und einer Kugelpfanne
und einem, beide Teile verbindenden Zugglied sowie durch das Gelenk geführten Förderleitungen
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besteht die Aufgabe der Erfindung darin, durch eine fortschrittliche Ausbildung und Gestaltung des Gelenkes auch unter schwersten Einsatzbedingungen eine leichte Beweglichkeit durch Herabsetzung der Gleitreibung zu ermöglichen und diese auch unter dem Angriff des Seewassers dauernd aufrecht zu erhalten.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zwischen der Kugelpfanne, die als äußere Kugelhalbschale ausgebildet wird, und dem Kugelkopf, ausgebildet als innere Kugelhalbschale, mit Schmiermittel versorgbare Gleitelemente angeordnet sind und das Kugelgelenk gegen Seewasser abgeschirmt wird.
Für die Montage des Kugelgelenks ist es vorteilhaft, daß die innere Kugelhalbschale mit unterschiedlichen Kugelradien ausgeführt wird. Dabei erhält der obere, mit einer mittigen Bohrung versehene Kugelabschnitt einen kleineren Radius als der untere Kugelabschnitt, der über ein Zylinderstück auf einer Fundamentplatte befestigt ist, auf der auch das Zugglied verankert ist.
Für die sichere Oberleitung der auftretenden Zugkräfte auf die äußere Kugelhalbschale bei geringstmöglicher Reibung ist es notwendig, daß die zwischen den Kugelhalbschalen angeordneten Gleit-
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elemente eine, den unterschiedlichen Kugelradien entsprechende, geometrische Form aufweisen. Infolge des kleineren Kugelradius des oberen Kugelabschnittes nimmt die Stärke der Gleitelemente» die als Gleitschuhe mit einer PTFE-Gleitschicht ausgebildet sind, in diesem Bereich zu, was eine Montageerleichterung bedeutet.
Zur Erhaltung der Funktionsfähigkeit des Kugelgelenks bei auftretenden Verschleißerscheinungen ist es zweckmäßig, daß die Gleitschuhe auswechselbar sind. Eine konstruktive Ausgestaltung sieht vor, daß die Gleitschuhe als Neotopf-Gleitlager mit einer Gleitschicht aus PTFE in einer, dem Spalt zwischen den Kugelhalbschalen entsprechenden geometrischen Form ausgebildet sind. PTFE als Gleitschicht bietet den Vorteil, daß es alterungsbeständig ist und unter allen bekannten Werkstoffen den geringsten Reibungswiderstand aufweist. Eine weitere Reduzierung der Reibung wird dadurch erzielt, daß die Gleitschuhe bzw. die Neotopf-Gleitlager einzeln und unabhängig voneinander wit einer Hochdruckschmierung versorgt werden.
Zum Auswechseln der Gleitschuhe ist es notwendig, die im unteren Teil des Betonturmes befindliche äußere Kugelhalbschale um einige zehntel Milli-
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meter anzuheben. Dazu wird die Verbindung des Zuggliedes etwas gelöst, so daß sich die äußere Kugelhalbschale infolge des Auftriebs des Betonturmes und des vorhandenen Schmiermitteldruckes von der inneren Kugelhalbschale abhebt. Die im Querschnitt leicht konischen Gleitschuhe bzw. Neotopf-Gleitlager können dann nacheinander leicht ausgewechselt werden. Zur Vermeidung von Leckverlusten ist jeweils nur der Bereich des auszutauschenden Gleitelementes drucklos.
Geringer Verschleiß an den Gleitschuhen bzw. Neotopf-Gleitlagern wird dadurch erzielt, daß die der PTFE-Gleitschicht gegenüberliegende Gleitfläche auf der Innenseite der äußeren Kugelhalbschale aus korrosionsbeständigem Werkstoff besteht, der durch Plattieren oder Schweißen auf das Grundmaterial aufgebracht und hochglanzpoliert wird. Damit werden die bestmöglichen Gleitbedingungen geschaffen. Eine gute Schmiermittelverteilung wird erreicht, wenn die beschichtete Gleitfläche in mehrere, den jeweiligen PTFE-Schichten auf den Neotopf-Gleitlagern zugewandte Sektoren unterteilt ist.
Der Schutz des Kugelgelenkes gegen Seewasserangriff erfolgt dadurch, daß zwischen der, die innere Ku-
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gelhalbschale tragenden Fundamentplatte und einem, die äußere Kugelhalbschale abschließenden Flansch ein reifenförmiger, torsionssteifer, als Dehnbalg ausgebildeter Dichtkörper angeordnet ist.
Neben dem Schutz des Kugelgelenkes vor dem Seewasserangriff nimmt der torsionssteife Dehnbalg auch das auftretende Drehmoment um die Vertikalachse des Betonturmes auf. Dadurch ist innerhalb des Kugelgelenkes keine weitere Verdrehsicherung notwendig. Gleichzeitig wird von dem Dehnbalg die Kippbewegung zwischen dem Betonturm und dem Fundament ausgeglichen. Die hohen mechanischen Beanspruchungen können erfindungsgemäß dadurch aufgenommen werden, daß der Dehnbalg aus einer Karkasse besteht, auf die eine öl- und seewasserbeständige Gummiqualität aufvulkanisiert ist, die keinen Meeresbewuchs zuläßt. Eine zusätzliche Sicherheit für das Kugelgelenk wird dadurch erreicht, daß innerhalb des Dehnbalgs eine zylinder förmige balgenartige Schürze angeordnet ist. Das Zusammendrücken des Dehnbalgs durch den auflastenden Wasserdruck wird dadurch verhindert, daß die Innenräume mit einer Dichtflüssigkeit gefüllt sind. Dazu ist es erforderlich, daß für jeden Innenraum voneinander getrennte Füll- und Entlüftungsleitungen vorhanden sind, die mit im Bereich der Wasseroberfläche angeordneten,
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mit der Dichtflüssigkeit gefüllten Vorratsbehältern in Verbindung stehen. Diese Vorratsbehälter sind außerhalb des Betonturmes angeordnet oder innerhalb desselben untergebracht. Sie können auch als Schwimmkörper mit flexiblen Steigleitungen ausgebildet sein. In weiterer Ausbildung der Dichtmittelversorgung kann es vorteilhaft sein, wenn von den, vom Dehnbalg umschlossenen Räumen eine zweite Flüssigkeitsleitung zu den Vorratsbehältern geführt wird, die von oben in diese einmündet und somit Druckänderungen in den, von dem Dehnbalg umschlossenen Räumen, z. B. durch Schwankungen der Wasserspiegelhöhe oder durch Leckverluste, durch natürli- · chen Dichtmittelumlauf ausgeglichen werden. Gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, daß als Dichtflüssigkeit öl verwandt wird. Zur Kontrolle, ob in den unmittelbar dem Seewasser zugewandten Raum durch Leckagen von außen Seewasser eingedrungen ist, ist für den Innenraum zwischen Dichtkörper und innerer Schürze ein zusätzlicher Kontrollölkreislauf vorhanden. Hierbei wird das öl im unteren Bereich angesaugt, durch ein überwachungsgerät, z. B. ein Schauglas, geführt und in den Ringraum zurückgespeist.
Die Verbindung der äußeren Kugelhalbschale der Kugelpfanne - mit der inneren Kugelhalbschale
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- dem Kugelkopf - erfolgt bekannterweise durch ein allseitig schwenkbares Zugglied, dessen Zugstange in einem, auf dem Baukörper abgestützten Joch gelagert und vorgespannt wird. Die Einstellung einer stets gleichbleibenden Vorspannung ist Voraussetzung dafür, daß die Gleitschuhe zwischen den Kugelhalbschalen gleichmäßig belastet werden und damit deren Lebensdauer verlängert wird. Die Ausbildung des Zuggliedes erfolgt nach der Erfindung derart, daß die Vorspannung im Zugglied von hydraulischen Pressen, die zwischen dem Joch und einer, von der verlängerten Zugstange getragenen Traverse angeordnet sind, aufgebracht wird. Die vorhandene Zugspannung wird mittels bekannter Meßeinrichtungen laufend überwacht.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenkes ist in der Zeichnung stark schematisiert dargestellt.
Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch das Kugelgelenk, Figur 2 einen Teilschnitt gemäß Linie 2-2 in Figur 1.
Die äußere Kugelhalbschale 1 - die Kugelpfanne ist mit einem Flansch 2 versehen in einer Aussparung des Betonturmes 3, der mittels des er-
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findungsgemäßen Kugelgelenks mit dem Fundament 4 verbunden wird, fest verankert. Die innere Kugelhalbschale 5 - der Kugelkopf - ist über ein zylindrisches Stück 6 mit der Fundamentplatte 7 fest verbunden. Zwischen den Kugelhalbschalen 1 und 5 sind auswechselbare Gleitschuhe 8 angeordnet. Die Gegengleitflache 9 ist mit korrosionsbeständigem Werkstoff beschichtet und wird hochglanzpoliert. Der Gleitbereich wird zur weiteren Reduzierung der Reibung mit einer Hochdruckschmierung 10 versorgt und gegen Leckverluste sowie gegen eindringende Fremdkörper mit Spezialdichtungen 11 gesichert. Zum Schutz des Kugelgelenkes gegen Seewasserangriff ist zwischen dem Flansch und der Fundamentplatte 7 ein reifenförmiger, torsionssteifer Dehnbalg 12 angeordnet, der innen von einer zylinderförmigen balgenartigen Schürze 13 zusätzlich abgedichtet wird. Dadurch ist das Kugelgelenk durch zwei voneinander getrennte Innenräume 14 und 15 umgeben, die gegen den auflastenden Wasserdruck mit einer Dichtflüssigkeit gefüllt sind. Die Füllung und gleichzeitige Entlüftung erfolgt von, im Bereich des Wasserspiegels angeordneten, Vorratsbehältern 16 über getrennte Leitungen 17. Durch eine weitere Leitung 18 aus dem Innenraum 15 wird über eine Pumpe 19 Dichtflüssigkeit, vorzugsweise Ul, einem Überwachungsgerät 20, z. B. einem Schauglas, zugeführt,
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um zu kontrollieren, ob durch Leckagen Seewasser
»Γ?
in den Innenraum 15 eingedrungen ist.
Die kraftschlüssige Verbindung der beiden Kugelhalbschalen 1 und 5 erfolgt bekannterweise über ein allseitig schwenkbares Zugglied, dessen Gelenkstellen von einem unabhängigen Schmiersystem versorgt werden und dessen Zugstange 21 in einem Joch 22 gelagert ist. Eine stets gleiche Vorspannung in der Zugstange wird von hydraulischen Pressen 23 erzeugt, die zwischen dem Joch 22 und einer, von der verlängerten Zugstange 24 getragenen Traverse 25 angeordnet sind.
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Leerseite

Claims (22)

  1. Patentansprüche
    Kugelgelenk zwischen einem eine Überwasserplattform tragenden Betonturm und einem am Meeresboden verankerten Fundament, bestehend aus einer Kugelpfanne im Betonturm und einem auf einer Fundamentplatte befestigten Kugelkopf, der für durch das Gelenk führende Förderleitungen nach oben und unten offen ist und einem, beide Teile verbindendes kardanisch gelagerten vorspannbaren Zugglied, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kugelpfanne, die als äußere Kugelhalbschale (1) ausgebildet wird, und dem Kugelkopf, ausgebildet als innere Kugelhalbschale (5), mit Schmiermittel versorgbare Gleitelemente (8) angeordnet sind und das Kugelgelenk gegen Seewasserangriff abgeschirmt wird.
  2. 2. Kugelgelenk nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kugelhalbschale (5) mit unterschiedlichen Kugelradien ausgeführt wird.
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  3. 3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Kugelhalbschalen angeordneten Gleitelemente (8) eine, den unterschiedlichen Kugelradien entsprechende geometrische Form aufweisen.
  4. 4. Kugelgelenk nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitelemente (8) als Gleitschuhe mit einer PTFE-Gleitschicht ausgebildet sind.
  5. 5. Kugelgelenk nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschuhe auswechselbar sind.
  6. 6. Kugelgelenk nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschuhe (8) als Neotopf-Gleitlager mit einer Gleitschicht aus PTFE in einer, dem Spalt zwischen den Kugelhalbschalen entsprechenden, geometrischen Form ausgebildet sind.
  7. 7. Kugelgelenk nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschuhe (8) bzw. Neotopf-Gleitlager einzeln und unabhängig voneinander mit einer Hochdruckschmierung ausgerüstet werden.
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  8. 8. Kugelgelenk nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der PTFE-Gleitschicht gegenüberliegende Gleitfläche (9) auf der Innenseite der äußeren Kugelhalbschale (1) aus korrosionsbeständigem Werkstoff besteht.
  9. 9. Kugelgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der korrosionsbeständige Werkstoff durch Plattieren auf das Grundmaterial aufgebracht und hochglanzpoliert wird.
  10. 10. Kugelgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der korrosionsbeständige Werkstoff auf das Grundmaterial aufgeschweißt und anschliessend hochglanzpoliert wird.
  11. 11. Kugelgelenk nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichtete Gleitfläche (9) in mehrere, den jeweiligen PTFE-Gleitschichten auf den Neotopf-Gleitlagern zugewandte Sektoren unterteilt ist.
  12. 12. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der, die innere Kugelhalbschale
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    (5) tragenden Fundamentplatte (7) und einem, die äußere Kugelhalbschale (1) abschließenden Flansch (2) ein reifenförmiger torsionssteifer, als Dehnbalg ausgebildeter, Dichtkörper (12) angeordnet ist.
  13. 13. Kugelgelenk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnbalg (12) aus einer Karkasse besteht, auf die eine öl- und seewasserbeständige Gummiqualität aufvulkanisiert ist und die keinen Meeresbewuchs zuläßt.
  14. 14. Kugelgelenk nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Dehnbalgs (12) eine zylinderförmige balgenartige Schürze (13) angeordnet ist.
  15. 15. Kugelgelenk nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenräume (14, 15) mit einer Dichtflüssigkeit gefüllt sind.
  16. 16. Kugelgelenk nach Anspruch 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Innenraum (14, 15) voneinander getrennte Füll- und Entlüftungsleitungen (17) vorhanden sind.
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  17. 17. Kugelgelenk nach Anspruch 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Füll- und Entlüftungsleitungen (17) für die Innenräume (14, 15) mit im Bereich der Wasseroberfläche angeordneten, mit der Dichtflüssigkeit gefüllten Vorratsbehältern (16) in Verbindung stehen.
  18. 18. Kugelgelenk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsbehälter (16) außerhalb des Betonturmes (3) angeordnet oder innerhalb desselben untergebracht sind.
  19. 19. Kugelgelenk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsbehälter (16) als Schwimmkörper mit flexiblen Steigleitungen ausgebildet sind.
  20. 20. Kugelgelenk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtflüssigkeit öl verwandt wird.
  21. 21. Kugelgelenk nach Anspruch 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß für den Innenraum (15) zwischen Dichtkörper (12) und innerer Schürze (13) ein zusätzlicher Kontroll-Ölkreislauf vorhanden ist.
    «09825/0087
  22. 22. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung im Zugglied (21) von hydraulischen Pressen (23), die zwischen dem Joch (22) und einer, auf der verlängerten Zugstange (24) angeordneten Traverse (25) aufgebracht wird.
    909825/0087
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