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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Wälzlagerdrehverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Offshore-Ölübergabestation (auch bekannt als Schwimmende Produktions- und Lagereinheit, engl. Floating Production Storage and Offloading Unit (FPSO)), mit einem drehbar gelagerten Verankerungszylinder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
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Wälzlagerdrehverbindungen, insbesondere Drehverbindungen mit Großwälzlagern, sind in vielen technischen Anwendungsgebieten für die Funktion der jeweiligen Anlage kritische Hauptkomponenten. Ein Defekt oder Ausfall des Wälzlagers führt häufig zu einem Gesamtausfall der Anlage bis das Wälzlager ersetzt worden ist. Insbesondere in Regionen mit schlechter Infrastruktur ist ein Austausch der Wälzlager oft gar nicht möglich. Dies trifft insbesondere auf den Einsatz von Großwälzlagern zur Lagerung des Verankerungszylinders einer Offshore-Ölübergabestation zu.
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Aus
DE 26 34 776 C3 ist eine mittenfreie, vertikalachsige Wälzlagerdrehverbindung für die Lagerung von Schwenk- oder Rotationsgeräten mit mehreren Wälzkörperreihen zur Aufnahme von Axial-, Radial und Kippkräften bekannt, in der zwei mehrreihige Wälzlagerdrehverbindungen konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei jeweils nur eine der beiden Wälzlagerdrehverbindungen über einen aus mehreren Teilstücken bestehenden, auf dem jeweiligen Oberteil der Wälzlagerdrehverbindung aufgelegten Tragring mit dem Geräteaufbau verbunden ist. Bei dieser Wälzlagerdrehverbindung kann die Funktion der Lagerung bei einem aufgetretenen Lagerschaden ohne Austausch der beschädigten Teile und somit auch ohne Demontage von Geräteteilen durch das Umlegen der Tragringteilstücke wieder in vollem Umfang hergestellt werden. Nachteilig ist, dass zum Umlegen der Tragringteilstücke der Aufbau des Schwenk- oder Rotationsgerätes mit Hydraulikhebern angehoben werden muss.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wälzlagerdrehverbindung und eine Offshore-Ölübergabestation mit einem drehbar gelagerten Verankerungszylinder zu schaffen, deren Funktion im Falle eines Lagerschadens besonders einfach und mit nur kurzer Ausfallzeit wiederhergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlagerdrehverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Offshore-Ölübergabestation mit einem drehbar gelagerten Verankerungszylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
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Hierdurch wird eine Wälzlagerdrehverbindung geschaffen, die eine untere und eine obere Anschlusskonstruktion umfasst, zwischen denen ein erstes Wälzlager und ein zweites Wälzlager konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die beiden Wälzlager weisen jeweils mindestens zwei Wälzlagerringe und mindestens eine Reihe von zwischen den Wälzlagerringen auf Wälzlagerlaufbahnen abrollbaren Wälzkörpern auf. Die Wälzlagerringe sind jeweils einer der Anschlusskonstruktionen zugeordnet und an dieser lösbar befestigbar. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens einer der Wälzlagerringe des ersten Wälzlagers an der zugeordneten Anschlusskonstruktion über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten ersten Keilelementen gelagert ist, die mit gegenläufig an dem Wälzlagerring und/oder der Anschlusskonstruktion angeordneten Keilflächen zusammenwirken. Die Keilelemente sind in radialer Richtung verschiebbar zum Umlasten einer axial auf die Wälzlagerdrehverbindung wirkenden Belastung zwischen dem ersten und dem zweiten Wälzlager.
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Durch die Lagerung zumindest eines der Wälzlager an der Anschlusskonstruktion mittels Keilelementen kann der Abstand zwischen der Anschlusskonstruktion und dem daran gelagerten ersten Wälzlager durch Verschiebung der Keilelemente in Radialrichtung verändert werden. Insbesondere kann der Abstand beim Lösen der Keilelemente soweit verringerbar sein, dass die Anschlusskonstruktion auf einem Wälzlagerring des zweiten Wälzlagers abstützbar ist. Auf diese Weise können axial auf die Wälzlagerdrehverbindung wirkende Belastungen von dem ersten auf das zweite Wälzlager umgelastet werden, ohne dass die Wälzlager zwischenzeitlich von der Belastung, beispielsweise durch eine Hebevorrichtung, wie einen Kran, entlastet werden müssten. Während der Umlastung durchläuft der von der axialen Belastung hervorgerufene Kraftfluss demnach mindestens eines der beiden Wälzlager. Bei einem Lagerschaden oder Verschleiß des ersten Wälzlagers kann die Funktionsfähigkeit der Anlage somit durch Herausziehen der Keilelemente, beispielsweise mittels eines hydraulischen Werkzeugs wiederhergestellt werden. Die beiden Wälzlager bilden somit ein redundantes Lagersystem aus, bei dem bei bestehender Belastung eine Umlastung zwischen den Wälzlagern auf einfache Weise möglich ist.
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Alternativ kann vorgesehen sein, die Wälzlagerdrehverbindung zunächst mit einer radialen Positionierung der Keilelemente zu betreiben, bei der sich die axialen Belastungen, vorzugsweise gleichmäßig, auf die beiden Wälzlager verteilen. Bei einem Schaden oder Ausfall eines der Wälzlager kann eine Umlastung auf das jeweils andere Lager durch Herausziehen bzw. Eintreiben der Keilelemente erreicht werden.
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Über die Verschiebung der Keilelemente sind somit verschiedene Betriebszustände einstellbar. In den verschiedenen Betriebszuständen sind jeweils zumindest die Wälzlagerringe des mindestens einen lastübertragenden Lagers an den jeweils zugeordneten Anschlusskonstruktionen lösbar fixiert. Insbesondere kann somit ein Umlasten erfolgen zwischen einem ersten Betriebszustand mit belastetem ersten Wälzlager und entlastetem zweiten Wälzlager und einem zweiten Betriebszustand mit entlastetem ersten Wälzlager und belastetem zweiten Wälzlager.
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Vorzugsweise sind beide Wälzlager jeweils für die Übertragung der gesamten zu erwartenden Last ausgelegt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass mindestens einer der Wälzlagerringe des zweiten Wälzlagers an der zugeordneten Anschlusskonstruktion über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten zweiten Keilelementen gelagert ist, die mit gegenläufig an dem Wälzlagerring und/oder der Anschlusskonstruktion angeordneten Keilflächen zusammenwirken und in radialer Richtung verschiebbar sind.
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Durch die Lagerung beider Wälzlager über erste und zweite Keilelemente kann eine Umlastung bei einer im Wesentlichen gleichbleibenden axialen Abmessung der Wälzlagerdrehverbindung durchgeführt werden. Dabei sind die zweiten Keilelemente des zweiten Wälzlagers so weit eintreibbar, dass das zweite Wälzlager zumindest einen Teil der Belastung aufnimmt. Anschließend sind die ersten Keilelemente des ersten Wälzlagers herausziehbar, insbesondere so weit, dass das zweite Wälzlager die gesamte axiale Belastung trägt. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den zusätzlichen Vorteil, dass das Herausziehen der ersten Keilelemente dadurch erleichtert werden kann, dass sie durch das Eintreiben der zweiten Keilelemente entlastet sind. Die Wiederherstellung der Funktionalität der Wälzlagerdrehverbindung ist somit mit besonders einfachen Mitteln erreichbar.
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In Ausführungsformen der Erfindung können darüber hinaus Fixiermittel vorgesehen sein, durch die die ersten und/oder die zweiten Keilelemente in einer lastübertragenden Position lösbar fixierbar sind. Als Fixiermittel sind vorzugsweise mechanische, formschlüssige Sicherungsmittel, wie beispielsweise Sicherungsstifte oder mechanische Anschläge einsetzbar.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die ersten und/oder zweiten Keilelemente mit einem selbsthemmenden Keilwinkel ausgebildet sind. Selbsthemmung ist ein effektiver Sicherungsmechanismus gegen ein Verrutschen der Keilelemente, durch den zugleich die an den gegebenenfalls zusätzlich vorgesehenen Fixiermitteln auftretenden Kräfte reduziert werden. Der Grenzkeilwinkel, bis zu dem Selbsthemmung auftritt, ist abhängig von der Haftreibungszahl der Materialpaarung von Keilelement und Keilfläche.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der radialen Position der ersten und zweiten Keilelemente zumindest eines der Wälzlager von axial wirkenden Belastungen entlastbar ist. Besonders bevorzugt sind beide Wälzlager in jeweils unterschiedlichen Keilpositionen entlastbar. Dadurch wird zum einen ermöglicht, das entlastete Lager als redundantes Ersatzteil vormontiert vorzuhalten und im Bedarfsfall einzusetzen und zum anderen ein defektes Lager vollständig zu entlasten, um es vor Ort teilweise oder vollständig durch neue Bauteile zu ersetzen.
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Bis zum Einsatz des zweiten, redundant vorgehaltenen Wälzlagers können unter Umständen viele Jahre vergehen. Zur Vermeidung von Stillstandskorrosion im Wälzkontakt ist dort ein regelmäßiger Austausch des Schmierstoffes wünschenswert. Dieser Austausch kann über eine Mitdrehung des redundanten, zweiten Wälzlagers im unbelasteten Zustand erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind deshalb Kopplungsmittel vorgesehen, mittels derer in einer eines der Wälzlager entlastenden Position der Keilelemente zumindest ein Wälzlagerring des entlasteten Wälzlagers unter Aufrechterhaltung eines axialen Spiels mit der zugeordneten Anschlusskonstruktion formschlüssig koppelbar ist. Alternativ kann ein separater Antrieb vorgesehen sein, um das zweite Wälzlager im unbelasteten Zustand zu bewegen. Der Antrieb kann beispielsweise ein Motor oder Hydraulikzylinder sein.
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Vorzugsweise sind die Wälzlager der Wälzlagerdrehverbindung Großwälzlager. Insbesondere können das erste und das zweite Wälzlager einen Durchmesser von mindestens 3 Metern, und bevorzugt von mindestens 10 Metern aufweisen. Die Wälzlagerringe des ersten und zweiten Wälzlagers sind vorzugsweise segmentiert ausgebildet.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Wälzlagerdrehverbindung zeigen sich besonders bei solchen Anwendungsgebieten, bei denen hohe Lasten über große Lager übertragen werden müssen, da in einem solchen Fall eine Entlastung der Drehverbindung zur Durchführung einer Umlastung zwischen erstem und zweitem Lager vor Ort oftmals gar nicht oder nur mit großem Aufwand möglich ist. Zur Aufnahme solcher Lasten sind das erste und das zweite Wälzlager daher vorzugsweise als eine mindestens dreireihige Rollendrehverbindung ausgebildet. Mindestens dreireihige Rollendrehverbindungen weisen jeweils mindestens eine Tragrollen-, eine Radialrollen- und eine Halterollenreihe von zwischen den Wälzlagerringen abrollbaren Wälzkörpern auf. So kann beispielsweise bei zu erwartenden großen Ovalisierungen der Lager, hervorgerufen durch hohe Belastungen, eine zusätzliche Radialrollenreihe vorgesehen werden, so dass das Lager radial in beiden Richtungen abgestützt ist.
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Bei mindestens dreireihigen Rollendrehverbindungen als Wälzlager kann mindestens ein Distanzelement vorgesehen sein, das in einer eines der Wälzlager entlastenden Position der Keilelemente zwischen einen Tragring und einen Haltering des entlasteten Wälzlagers eingelegt ist, wobei der Tragring und der Haltering an der zugeordneten Anschlusskonstruktion, vorzugsweise mit Befestigungsschrauben, lösbar befestigt sind. Durch die spielfreie Befestigung der Wälzlagerringe des axial unbelasteten Lagers an der zugeordneten Anschlusskonstruktion können dessen Radialrollen vorteilhaft zur Aufnahme von Lasten genutzt werden, um radialen Verformungen der Lagerringe entgegen zu wirken. Auf eine zusätzliche Wälzkörperreihe zur beidseitigen Lagerung durch Radialrollen am Nasenring kann somit verzichtet werden. Das Distanzelement zwischen Tragring und Haltering hat die Funktion, die U-förmige Einfassung des Nasenrings zu erweitern und so ein axiales Spiel im Bereich der Tragrollen- und der Halterollenreihe bereitzustellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform hat zumindest eine Wälzkörperreihe des entlastbaren Lagers, die zur Aufnahme axialer Belastungen vorgesehen ist, eine Wälzlagerlaufbahn mit einer gehärteten Laufbahnplatte, die an dem zugeordneten Wälzlagerring in axialer Richtung federvorgespannt gelagert ist. Durch die Federvorspannung der Wälzlagerlaufbahnen kann die Vorspannung im Laufsystem des Wälzlagers erhöht werden, um ein Abrollen der Wälzkörper im unbelasteten Lager sicherzustellen.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Offshore-Ölübergabestation mit einem drehbar gelagerten Verankerungszylinder zur Verankerung am Meeresboden, der in der Ölübergabestation mit einer vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Wälzlagerdrehverbindung gelagert ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wälzlagerdrehverbindung in einer geschnittenen Darstellung,
- 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wälzlagerdrehverbindung in einer geschnittenen Darstellung,
- 3a, 3b zeigen schematisch zwei verschiedene Ausführungsformen von Keilelementen, die zur Verwendung in den in 1 und 2 gezeigten Wälzlagerdrehverbindungen geeignet sind,
- 3c zeigt schematisch eine Ausführungsform von Keilflächen, die für die Zusammenwirkung mit den Keilelementen gemäß 3a und 3b geeignet sind,
- 4 zeigt schematisch den vorderen Querschnitt einer Offshore-Ölübergabestation mit einem mittels einer erfindungsgemäßen Wälzlagerdrehverbindung gelagerten Verankerungszylinder.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wälzlagerdrehverbindung 1 gezeigt. Die Wälzlagerdrehverbindung 1 umfasst eine untere Anschlusskonstruktion 2 und eine obere Anschlusskonstruktion 3. Zwischen den Anschlusskonstruktionen 2, 3 sind ein erstes Wälzlager 4 und ein zweites Wälzlager 5 konzentrisch zueinander angeordnet. Die Wälzlager 4, 5 weisen daher eine gemeinsame Drehachse A auf, die vorzugsweise im Wesentlichen vertikal angeordnet ist. Die Wälzlager 4, 5 weisen jeweils mindestens zwei Wälzlagerringe 6, 7, 8; 9, 10, 11 und mindestens eine Reihe 12, 13, 14 von zwischen den Wälzlagerringen 6, 7, 8; 9, 10, 11 auf Wälzlagerlaufbahnen 15, 16 abrollbaren Wälzkörpern auf.
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Die Wälzlagerringe 6, 7, 8; 9, 10, 11 sind jeweils einer der Anschlusskonstruktionen 2, 3 zugeordnet und an dieser lösbar befestigbar. In dem dargestellten Betriebszustand der Wälzlagerdrehverbindung 1 sind zumindest die Wälzlagerringe 6, 7, 8 des belasteten, ersten Wälzlagers 4 fest mit den zugeordneten Anschlusskonstruktionen 2, 3 verbunden.
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Der Wälzlagerring 7 des ersten Wälzlagers 4 ist an der ihm zugeordneten oberen Anschlusskonstruktion 3 über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten ersten Keilelementen 17 gelagert. Die Keilelemente 17 wirken mit gegenläufig an dem Wälzlagerring 7 angeordneten Keilflächen 18 zusammen. Alternativ oder zusätzlich können Keilflächen 18 an der Anschlusskonstruktion 3 zur Zusammenwirkung mit den Keilelementen 17 vorgesehen sein. Die Keilflächen 18 können entweder unmittelbar an dem jeweiligen Wälzlagerring 6, 8, 9, 11 oder der Anschlusskonstruktion 2, 3 ausgebildet sein, oder wie in 1 und 2 dargestellt in Form von Keilflächenelementen 30 auf den jeweiligen Wälzlagerring 6, 8, 9, 11 oder die Anschlusskonstruktion 2, 3 aufgebracht und befestigt sein. Die Keilflächenelemente 30 können beispielsweise am Wälzlagerring oder der Anschlusskonstruktion verschraubt sein.
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Die Keilelemente 17 sind - insbesondere in einem von der zugeordneten Anschlusskonstruktion 3 gelösten Zustand des Wälzlagerrings 7 - in radialer Richtung R verschiebbar zum Umlasten einer axial auf die Wälzlagerdrehverbindung 1 wirkenden Belastung zwischen dem ersten Wälzlager 4 und dem zweiten Wälzlager 5.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch der Wälzlagerring 10 des zweiten Wälzlagers 5 an der zugeordneten Anschlusskonstruktion 3 über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten zweiten Keilelementen 19 gelagert, die mit gegenläufig an dem Wälzlagerring 7 und/oder der Anschlusskonstruktion 3 angeordneten Keilflächen 20 zusammenwirken und in radialer Richtung R verschiebbar sind.
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Die Wälzlager 4, 5 gemäß 1 sind als fünfreihige Rollendrehverbindungen ausgebildet, die jeweils zwei Tragrollenreihen 12, zwei Radialrollenreihen 13 und eine Halterollenreihe 14 aufweisen. Bei dieser mindestens dreireihigen Lagerbauart umgreifen jeweils ein Tragring 7, 10 und ein Haltering 8, 11 U-förmig einen Nasenring 6, 9, so dass neben Axialkräften auch Radialkräfte und Kippmomente aufgenommen werden können. Der Nasenring 6, 9 kann zweiteilig mit einem Basisring 35 ausgebildet sein.
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Die jeweils zwei Radialrollenreihen 13 verringern insbesondere bei großen Belastungen auftretende Ovalisierungen der Lager 4, 5. Die Wälzlager 4, 5 haben vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 10 Metern. Derartig große Wälzlager 4, 5 werden üblicherweise mit segmentierten Wälzlagerringen ausgebildet, in die die Wälzlagerlaufbahnen 15, 16 als gehärtete Laufbahnplatten, oder im Falle der Radialbahnen als gehärtete Laufbahndrähte, eingelegt sind.
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In dem in 1 gezeigten Betriebszustand der Wälzlagerdrehverbindung trägt das erste Wälzlager 4 die gesamte zwischen den Anschlusskonstruktionen 2, 3 auftretende axiale Belastung. Die radiale Position der ersten und zweiten Keilelemente 17, 19 bewirkt, dass das zweite Wälzlager 5 mit einem axialen Spiel S zwischen den Anschlusskonstruktionen 2, 3 angeordnet ist und dadurch von axial wirkenden Belastungen entlastet ist. Die ersten Keilelemente 17 sind in dem in 1 dargestellten Betriebszustand in einer lastübertragenden Position fixiert mittels Fixiermitteln 21, die beispielsweise als Sicherungsstifte ausgebildet sein können. Die Fixierung der Position kann vorzugsweise gegenüber der jeweiligen Anschlusskonstruktion 3 oder gegenüber dem Wälzlagerring 7 erfolgen.
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Die zweiten Keilelemente 19 weisen eine relative radiale Verschiebung zu den zweiten Keilflächen 20 auf, wodurch ein geringerer axialer Bauraum benötigt wird und ein axiales Spiel S besteht. Das zweite Wälzlager 5 ist daher unbelastet. Die Wälzlagerringe 10 und 11 sind über Kopplungsmittel 22 unter Aufrechterhaltung des axialen Spiels S mit der zugeordneten Anschlusskonstruktion 3 formschlüssig und/oder kraftschlüssig gekoppelt. In dem Ausführungsbeispiel nach 1 sind die Kopplungsmittel 22 als Mitnehmerschrauben ausgebildet, die zugleich den Haltering 11 tragen. Es ist aber auch eine Ausführungsform mit einseitig einsteckbaren Mitnehmerbolzen denkbar. Durch die Kopplungsmittel 22 wird das entlastete Lager 5 bei jeder Drehung der Anschlusskonstruktionen 2, 3 zueinander mitbewegt. Schon aufgrund des Eigengewichts der Wälzlagerringe 10, 11 tendieren die Wälzkörper dazu, auf den Wälzlagerbahnen 15, 16 abzurollen, so dass einer Stillstandskorrosion entgegengewirkt wird.
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Zumindest eine Wälzkörperreihe 14 des entlasteten Lagers 5, die zur Aufnahme axialer Belastungen vorgesehen ist, wie beispielsweise die Halterollenreihe 14, kann - wie in 1 dargestellt - eine Wälzlagerlaufbahn 16 mit einer gehärteten Laufbahnplatte haben, die an dem zugeordneten Wälzlagerring 11 in axialer Richtung federvorgespannt gelagert ist. Die Federvorspannung bewirkt zusätzlich zum Eigengewicht der Bauteile eine Spannung auf das Laufsystem, wodurch eine Rotation der Wälzkörper im unbelasteten Zustand sichergestellt werden kann.
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Das in dem jeweils gewählten Betriebszustand lastübertragende Wälzlager 4 ist vorzugsweise mit Befestigungsschrauben 25 an den beiden Anschlusskonstruktionen 2, 3 verschraubt. Von dem entlasteten Wälzlager 5 kann vorzugsweise ebenfalls zumindest ein Wälzlagerring 9 mit einer der Anschlusskonstruktionen 2 verschraubt sein.
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Im Folgenden wird die Montage der Wälzlagerdrehverbindung 1 gemäß 1 beschrieben:
- Zunächst werden die der unteren Anschlusskonstruktion 2 zugeordneten Wälzlagerringe 6, 9 an der unteren Anschlusskonstruktion 2 mittels Befestigungsschrauben 25 verschraubt und Keilflächenelemente 30 werden für beide Wälzlager 4, 5 mittels Schrauben und vorzugsweise mittels Zylinderstiften an den obenliegenden, der oberen Anschlusskonstruktion 3 zugeordneten Wälzlagerringen 7, 10 fixiert.
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Anschließend werden die ersten Keilelemente 17 und die zweiten Keilelemente 19 positioniert. Die ersten Keilelemente 17 werden an dem ersten Wälzlager 4, welches Kraft übertragen soll, in eine lastübertragende Position gebracht. In der lastübertragenden Position liegen die Keilelemente 17, 19 vorzugsweise vollständig auf den Keilflächen 18, 20 auf, um eine möglichst große Fläche zur Lastübertragung bereitzustellen. Bevorzugt schließen die Keilelemente 17, 19 in der lastübertragenden Position zumindest einseitig bündig mit den Keilflächenelementen 30 ab, um die Positionierung der Keilelemente 17, 19 zu erleichtern. Die zweiten Keilelemente 19 werden am zweiten Wälzlager 5 so positioniert, dass sie ein axiales Spiel S zur oberen Anschlusskonstruktion 3 aufweisen und daher keine Last übertragen können.
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In diesem Zustand wird die obere Anschlusskonstruktion 3 herabgelassen und auf den ersten Keilelementen 17 positioniert. Die ersten Keilelemente 17 werden vorzugsweise gegenüber der oberen Anschlusskonstruktion 3 mit Sicherungsstiften 21 fixiert. Das erste Wälzlager 4 wird mittels Befestigungsschrauben 25 an der oberen Anschlusskonstruktion 3 endmontiert. Das zweite Wälzlager 5 und die obere Anschlusskonstruktion 3 werden mittels Mitnehmerschrauben 22 oder einem Mitnehmerbolzen miteinander verbunden, um eine Rotation des zweiten, unbelasteten Lagers 5 sicherzustellen.
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Im Falle eines Defektes des ersten Wälzlagers 4 kann wie folgt vorgegangen werden:
- Zunächst werden die Mitnehmerschrauben 22 oder Mitnehmerbolzen demontiert. Anschließend werden die zweiten Keilelemente 19 in die lastübertragende Position gebracht. Hierzu werden alle Keilelemente 19 mit gleichem Druck eingepresst und das Spiel S damit aufgehoben wird. Die Keilelemente 19 werden mittels Zylinderstiften in der lastübertragenden Position gesichert und das zweite Wälzlager 5 wird durch Befestigungsschrauben mit der oberen Anschlusskonstruktion 3 verschraubt.
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Daraufhin werden die Befestigungsschrauben 25 des ersten Wälzlagers 4 zur oberen Anschlusskonstruktion 3 gelöst und entnommen und die Zylinderstifte 21 der ersten Keilelemente 17 werden entfernt. In diesem Zustand werden die ersten Keilelemente 17 gezogen, so dass die axiale Belastung von den zweiten Keilelementen 19 übertragen wird. Es kann dabei zu einem Setzen der oberen Anschlusskonstruktion 3 kommen, das ein Nachziehen der Befestigungsschrauben des zweiten Wälzlagers 5 erforderlich machen kann. Danach kann das zweite Wälzlager 5 für den Betrieb freigegeben werden. Das erste Wälzlager 4 bleibt außer Betrieb und kann gegebenenfalls repariert oder demontiert werden.
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In dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Wälzlager 4, 5 als jeweils vierreihige Rollendrehverbindungen ausgebildet, wobei im Vergleich zu 1 jeweils eine Radialrollenreihe nicht benötigt wird.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist mindestens ein Distanzelement 23 vorgesehen, das in einer das zweite Wälzlager 5 entlastenden Position der Keilelemente 17, 19 zwischen den Tragring 10 und den Haltering 11 des Wälzlagers 5 eingelegt ist. Vorzugsweise ist das Distanzelement 23 mehrteilig über den Umfang des Lagers 5 segmentiert ausgebildet. Sowohl der Tragring 10 als auch der Haltering 11 sind an der zugeordneten Anschlusskonstruktion 3 lösbar befestigt. Vorzugsweise sind der Tragring 10 und der Haltering 11 mittels Befestigungsschrauben 26 mit der Anschlusskonstruktion 3 axial verspannt. Vorzugsweise sind die zweiten Keilelemente 19 in diesem Fall in der das Wälzlager 5 entlastenden Position mit Fixiermitteln 36 fixiert.
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Durch das Vorsehen eines Distanzelements 23 zwischen Tragring 10 und Haltering 11 wird das im entlasten Wälzlager 5 vorhandene axiale Spiel S1, S2 aufgeteilt auf die Tragrollenreihe 12 und die Halterollenreihe 14. Erst durch das Distanzelement 23 kann das Wälzlager 5 auch im entlasteten Zustand mit beiden Anschlusskonstruktionen 2, 3 fest verschraubt werden. Durch die Verschraubung des belasteten 4 und des entlasteten Lagers 5 an den Anschlusskonstruktionen 2, 3 können die Radialrollenreihen 13 beider Lager zusammenwirken als innere und äußere Führung und so radiale Belastungen in beiden Richtungen aufnehmen.
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Zusätzlich oder alternativ zu Sicherungsstiften 21 können die Keilelemente 17, 19 wie in 2 gezeigt, beispielsweise durch einen mechanischen Anschlag 24 in ihrer radialen Position fixiert werden.
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Die Montage der Wälzlagerdrehverbindung erfolgt ebenso wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, außer dass keine Mitnehmerschrauben oder -bolzen montiert werden. Anstelle dessen werden die Distanzelemente 23 vorzugsweise in Form von Abstimmplattensegmenten im Trag-/Halteringstoß des zweiten Wälzlagers 5 eingelegt und auch das zweite Wälzlager 5 wird an beiden Anschlusskonstruktionen 2, 3 verschraubt. Durch die Verwendung der Abstimmplattensegmente wird ein Spiel S1 oberhalb der Tragbahn und ein Spiel S2 oberhalb der Haltebahn erzeugt, so dass diese Laufbahnen bei Rotation nicht belastet werden. Gleichzeitig ist durch die beidseitige Verschraubung beider Wälzlager 4, 5 gewährleistet, dass beide Radialbahnen 13 Last aufnehmen können. Dadurch ist dieses System - trotz nur einer Radialbahn pro Wälzlager - geeignet, eventuelle Deformationen der Wälzlager aufgrund von extremen Belastungen zu vermeiden.
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Beim Umlasten im Falle eines Defektes des ersten Wälzlagers 4 müssen im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel zunächst die Befestigungsschrauben 26 gelöst und die Distanzelemente 23 entfernt werden. Nachfolgend werden die zweiten Keilelemente 19 in eine belastende Position gebracht, wodurch das Spiel S1 verschwindet. Das Spiel S2 wird durch Anziehen der Befestigungsschrauben 26 aufgehoben. Nach dem Lösen der Befestigungsschrauben 25 des ersten Wälzlagers 4 zur oberen Anschlusskonstruktion 3 werden die ersten Keilelemente 17 in eine entlastende Position verschoben, die Distanzelemente 23 in den Trag-/Halteringstoß des ersten Wälzlagers 4 eingefügt und die Befestigungsschrauben 25 des ersten Wälzlagers 4 zur oberen Anschlusskonstruktion 3 wieder angezogen. Ein eventuelles Setzen der Konstruktion mit dem belasteten Lager 5, nach der Entlastung des Lagers 4, kann ein Nachziehen der Schrauben erforderlich machen.
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Im Übrigen gelten die vorstehenden Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel für das zweite Ausführungsbeispiel entsprechend.
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In 3a sind Keilelemente 17 gezeigt, die in den Ausführungsbeispielen nach 1 und 2 Verwendung finden können. Die Keilelemente sind in gleicher Weise als erste 17 und/oder als zweite Keilelemente 19 verwendbar. In 3a sind beispielhaft 3 Keilelemente 17 gezeigt. Die Keilelemente 17 sind jedoch umlaufend über den gesamten Umfang der Wälzlager 4, 5 verteilt vorgesehen. Die Keilelemente 17 weisen Langlöcher 27 für den Durchtritt der Befestigungsschrauben 25, 26 auf. In der dargestellten Ausführungsform sind jeweils 4 Langlöcher 27 vorgesehen. Bevorzugt bilden die Keilelemente 17, 19 Umfangssegmente, die einem Mittelpunktswinkel des Wälzlagers 4, 5 im Bereich von 2 bis 10 Grad entsprechen. Bevorzugt werden die Keilelemente 17, 19 derart angeordnet, dass sie eine Abstützungsfläche des Wälzlagerrings 7, 10 zu mindestens 80 % überdecken, um eine möglichst gleichmäßige Lasteinleitung zu erreichen. Ferner sind an den Keilelementen 17 Verstiftungsbohrungen 28 vorgesehen, für die Verstiftung mittels eines Sicherungsstiftes als Fixiermittel 21.
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Die in 3b gezeigten Keilelemente 17 unterscheiden sich von den Keilelementen 17 aus 3a dadurch, dass anstelle von Langlöchern radiale Ausnehmungen 29 für den Durchgang von Befestigungsschrauben 25, 26 vorgesehen sind.
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Die Keilelemente 17 gemäß 3a und 3b sind vorzugsweise mit einem selbsthemmenden Keilwinkel α ausgebildet.
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In 3c sind Keilflächenelemente 30 für die Zusammenwirkung mit den Keilelementen 17 aus 3a und 3b gezeigt. Die Keilflächenelemente 30 sind zur Verschraubung auf dem zugeordneten Wälzlagerring oder der Anschlusskonstruktion vorgesehen und weisen hierfür Befestigungsbohrungen 33 auf. Da die Keilflächenelemente 30 auf dem Wälzlagerring oder der Anschlusskonstruktion ortsfest montiert werden sind für den Durchgang der Befestigungsschrauben kreisförmige Durchgänge 32 ausreichend. Die Keilflächenelemente 30 können zusätzlich Verstiftungsbohrungen zur Verstiftung mit der Anschlusskonstruktion 3, dem Wälzlagerring 7, 10 und/oder den Keilelementen 17, 19 aufweisen. Vorzugsweise weisen die Keilflächenelemente 30 zusätzlich seitliche Führungsschienen 31 auf, zur Führung der Keilelemente 17, 19 während einer radialen Verschiebung. Der Keilflächenwinkel β der Keilflächenelemente 30 ist vorzugsweise gleich dem Keilwinkel α gewählt.
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4 zeigt schematisch den vorderen Querschnitt einer Offshore-Ölübergabestation 100 mit einem drehbar gelagerten Verankerungszylinder 110. Der Verankerungszylinder (engl.: turret) 110 ist über Verankerungen (engl.: morring lines) 111 am Meeresboden B verankert. Durch den Verankerungszylinder können Steigleitungen (engl.: riser) 112 vom Meeresboden an Bord der Ölübergabestation 100 geführt werden. Der Verankerungszylinder 110 ist in der Ölübergabestation 100 mit einer Wälzlagerdrehverbindung 1 gemäß der vorstehenden Beschreibung gelagert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlagerdrehverbindung
- 2
- untere Anschlusskonstruktion
- 3
- obere Anschlusskonstruktion
- 4
- erstes Wälzlager
- 5
- zweites Wälzlager
- 6, 7, 8, 9
- Wälzlagerring
- 10
- Wälzlagerring, Tragring
- 11
- Wälzlagerring, Haltering
- 12
- Wälzkörperreihe, Tragrollenreihe
- 13
- Wälzkörperreihe, Radialrollenreihe
- 14
- Wälzkörperreihe, Halterollenreihe
- 15, 16
- Wälzlagerlaufbahn
- 17
- erste Keilelemente
- 18
- Keilflächen
- 19
- zweite Keilelemente
- 20
- Keilflächen
- 21
- Fixiermittel, Sicherungsstift
- 22
- Kopplungsmittel
- 23
- Distanzelement
- 24
- Fixiermittel, mechanischer Anschlag
- 25, 26
- Befestigungsschraube
- 27
- Langloch
- 28
- Verstiftungsbohrung
- 29
- radiale Ausnehmung
- 30
- Keilflächenelement
- 31
- Führungsschiene
- 32
- Durchgang
- 33
- Befestigungsbohrung
- 34
- Verstiftungsbohrung
- 35
- Basisring
- 36
- Sicherungsstift
- 100
- Ölübergabestation
- 110
- Verankerungszylinder
- 111
- Verankerung
- 112
- Steigleitung
- A
- Drehachse
- B
- Meeresboden
- R
- radiale Richtung
- S, S1, S2
- axiales Spiel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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