DE3524477C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine umschaltbare mechanische Kupplung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 für die konstruktive Verbindung von rohrförmigen Verankerun­ gen von Meeresplattformen mit Zugankern, die als Zugbeinplatt­ formen bekannt sind, mit den Fundamenten, die auf dem Meeres­ boden angeordnet sind.

Es ist bekannt, daß derartige Meeresplattformen am Meeresbo­ den über eine Gruppe von rohrförmigen Zugankern verankert wer­ den, die konstruktiv mit den Fundamenten am Meeresboden über umschaltbare mechanische Kupplungen verbunden sind, die sich im Inneren geeigneter Sitze, die in den Fundamenten vorgese­ hen sind, selbst festklemmen.

Bei den verschiedenen Arten von umschaltbaren mechanischen Kupplungen, die für den oben angegebenen Zweck bekannt sind, sind die Verbindungen der Zugankermeeresplattformen mit dem Meeresboden nicht in der Lage, Biegespannungen abzuleiten, denen die Zuganker ausgesetzt sind. Um das Biegemoment zu kompensieren, ist es bisher notwendig, zwischen der Veranke­ rung und der Kupplung ein Kugelgelenk anzuordnen, was mit al­ len der Verwendung einer derartigen Vorrichtung in großer Meerestiefe eigenen Nachteilen verbunden ist.

Durch die Erfindung sollen diese Nachteile vermieden und eine Kupplung geschaffen werden, die es erlaubt, auch Biege­ momentspannungen abzuleiten, ohne daß zusätzliche Einrich­ tungen benutzt werden müssen.

Das wird gemäß den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen im wesentlichen dadurch erzielt, daß die Kupplung von einem zylindrischen Körper gebildet wird, auf dem zwei Ar­ ten von Klemmeinrichtungen im geeigneten Abstand, nämlich Klemmhebel und Keile, angebracht sind.

Die hydraulisch betätigten Klemmhebel sorgen für ein mecha­ nisches Zusammenwirken zwischen dem untersten Ende des Kör­ pers der Kupplung und dem entsprechenden konischen Bereich des Sitzes.

Aufgrund dieser Zusammenwirkung, die an einer konischen Flä­ che erzielt wird, können sowohl vertikale als auch horizonta­ le Kräfte abgeleitet werden.

Die Keile, die gleichfalls hydraulisch betätigt sind, unter­ drücken den Spielraum zwischen dem oberen Teil des Körpers der Kupplung und dem entsprechenden Sitzbereich.

Über die Keile können horizontale Kräfte abgeleitet werden. Dank der Klemmhebel und der Keile kann die Kupplung somit nicht nur Zug- und Scherspannungen, sondern auch Biegemomente abführen. Der horizontale Anteil der Reaktionskraft, die durch die konische Fläche des Sitzes der Klemmhebel ausgeübt wird, bildet in der Tat zusammen mit der Kraft, die im Gegen­ satz dazu durch den Sitz der Keile ausgeübt wird, ein Kräfte­ paar, das dem Biegemoment entgegenwirkt, das an der rohrför­ migen Verankerung und somit der fest an deren Ende angebrach­ ten Kupplung liegt.

Durch geringe Änderungen kann erreicht werden, daß sich die erfindungsgemäße Kupplung auch zur Übertragung des Verdreh­ momentes über geeignete vertikale Verlängerungen eignet, die an den Außenflächen der Keile vorgesehen sind und in entspre­ chende vertikale Schlitze einzuführen sind, die im Sitz vor­ gesehen sind.

Die erfindungsgemäße Kupplung erlaubt es insbesondere:

• - hohe Zug-, Biegemoment-, Scher- und mögliche Verdrehmoment­ spannungen aufgrund der geometrischen Rohrform ohne Schwä­ chungslöcher, so daß vom konstruktiven Standpunkt die Kupp­ lung sehr wirksam ist, und aufgrund der Spannungen an den Klemmeinrichtungen, nämlich den Klemmhebeln und -keilen, ab­ führen, die im wesentlichen vom kompressiven Typ sind,
• - eine spielfreie Klemmverbindung mit breiten konstrukti­ ven Abmessungstoleranzen zu ermöglichen,
• - die Klemmverbindung der Kupplung mit dem Sitz und das Lösen davon über insbesondere einfache Arbeitsvorgänge zu ermöglichen,
• - die Klemmverbindung der Kupplung mit dem Sitz mit einer breiten Toleranz der Anfangsausrichtung und Zentrierung auszuführen,
• - eine genaue Ausrichtung und Zentrierung der Kupplung re­ lativ zum Sitz nach Herstellung der Klemmverbindung zu erzie­ len, da aufgrund der Wirkung der konischen Ausbildung des Sitzes das System selbstzentrierend ist,
• - die Kupplung auch nach möglichen Rissen und Unterbrechun­ gen des öldynamischen Kreislaufes aufgrund der Wirkung der geringen konischen Ausbildung der Keile, die kleiner als der kleinste Reibungswinkel ist, und der Selbstklemmwirkung des Kupplungszuges an den Klemmhebeln beizubehalten,
• - die Verbindung auch nach möglichen Abmessungsänderungen (Korrosion, Stöße) der Kupplung oder ihres Sitzes beizubehal­ ten,
• - ein hohes Maß an Schutz der Bauteile der öldynamischen Kreisläufe zu bieten, und
• - das Lösen der Kupplung unter Verwendung einer Zusatzein­ richtung auch im Fall einer Fehlfunktion des öldynamischen Betätigungskreislaufes durchzuführen.

Gemäß der Erfindung können die Klemmhebel um den unteren Ver­ bindungsring herum über Drehzapfen angelenkt sein, die ein kleines konstruktives Spiel haben, so daß die Drehzapfen nicht unter Spannung stehen, wenn die Kupplung sich in ih­ rer Klemmlage befindet, in der die Klemmhebel gegen die ko­ nische Fläche des Sitzes gedrückt sind.

Weiterhin können die Keile unter einem Winkel zusammenlau­ fen, der kleiner als der kleinste Reibungswinkel ist, der ihre Freigabe bei der praktischen Benutzung auch im Fall des Fehlens eines Druckes im Inneren der öldynamischen Zylinder verhindert.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung beson­ ders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 in einer vorderen Teilschnittansicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsge­ mäßen Kupplung im bereits im zugehöri­ gen Sitz angeordneten, jedoch nicht festgeklemmten Zustand,

Fig. 2 eine Vertikalschnittansicht des Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kupplung in im Sitz festgeklemmtem Zu­ stand längs der Linie A-A von Fig. 3,

Fig. 3 eine Draufsicht im vergrößerten Maßstab der Kupplung entlang der Linie B-B von Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht im vergrößerten Maßstab der Kupplung längs der Linie C-C von Fig. 2,

Fig. 5 das Schaltbild des öldynamischen Betäti­ gungskreislaufes, und

Fig. 6 in einer perspektivischen Teilansicht im vergrößerten Maßstab eine Einzelheit eines Ausführungsbeispiels der erfin­ dungsgemäßen Kupplung.

Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, besteht die Kupp­ lung aus einem zylindrischen Körper 1, der an seinem unte­ ren Bereich mit Führungen 2 für Keile 12 versehen ist und dessen unteres Ende mit einem sich erweiternden Teil 3 mit umgekehrt konischer Ausbildung versehen ist.

In der Nähe des unteren Endes des Körpers 1 der Kupplung sind die Körper von drei öldynamischen Zylindern 4 befestigt, deren Kolben im Gegensatz dazu an einen unteren Verbindungsring 5 angelenkt sind.

Am unteren Verbindungsring 5 sind drei Paare von Klemmhebeln 7 über Träger 6 und Drehzapfen 6′ angebracht, wie es ins­ besondere in Fig. 4 dargestellt ist.

Die Klemmhebel 7 werden in Kontakt mit dem Körper des Ver­ bindungsteils oder der Kupplung über die Wirkung von Federn 8 gehalten, die zwischen den Hebeln und den Trägern 6 des Verbindungsringes 5 wirken, wie es insbesondere in Fig. 6 dargestellt ist.

Die Drehzapfen 6′, über die die Klemmhebel 7 mit den Trägern 6 des Ringes 5 verbunden sind, haben ein leichtes konstruk­ tives Spiel derart, daß dann, wenn die Kupplung sich in ih­ rer festgeklemmten Lage befindet, sie nicht unter Spannung stehen, indem die dabei auftretenden Kräfte alle über die Klemmhebel 7 auf den konisch erweiterten Teil 19 des Sitzes abgelei­ tet werden.

Am oberen Teil des Körpers der Kupplung und außen am Körper sind die Körper von drei öldynamischen Zylindern 9 befestigt, deren Kolben im Gegensatz dazu an den oberen Ring 10 ange­ lenkt sind.

Mit dem Ring 10 sind über kleine Verbindungsstäbe 11 drei Keile 12 unter 120° verbunden, die an geeigneten Führungen 2 des Kupplungskörpers entlanggleiten können.

Die Keile 12 laufen unter einem Winkel zusammen, der kleiner als der kleinste Reibungswinkel ist, was verhindert, daß sie im praktischen Einsatz auch beim Fehlen von Druck in den öldynamischen Zylindern 9 freigegeben werden.

Am oberen Verbindungsring 10 sind Augen 13 befestigt, die dann benutzt werden, wenn die Kupplung im Notfall von Hand gelöst werden soll.

Sowohl der obere Verbindungsring 10 als auch der untere Ver­ bindungsring 5 in ihrer jeweiligen oberen Grenzlage ihrer Bewegungsstrecke erfassen Haken 14 und 15, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Wirkung der Haken 14 und 15 reicht aus, um das Gewicht der Verbindungsringe und die davon nach unten hängenden Einrichtungen beim Fehlen eines Druckes in dem öldynamischen Kreislauf zu halten.

Im Inneren des Körpers der Kupplung, insbesondere in einem Ölbad unter Raumdruck, ist ein Teil des öldynamischen Be­ tätigungskreislaufes aufgenommen.

Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, besteht jeder der öldynami­ schen Kreisläufe zum Betätigen der Keile und der Klemmhebel jeweils aus einer Abgabe- und Rückführungsleitung 16 und 16′, Strömungstrenneinrichtungen 17 und 17′ und öldynami­ schen Zylindern 4 und 9.

Die öldynamischen Leitungen, die die Zylinder mit den Strö­ mungstrenneinrichtungen verbinden, verlaufen durch den Kör­ per der Verbindungseinrichtung oder der Kupplung über Bohrun­ gen, die in geeigneter Weise in dem Körper oder in der Ver­ bindungseinrichtung oder seiner Bodenwand vorgesehen sind.

Jede Strömungstrenneinrichtung 17 oder 17′ wird im wesent­ lichen von drei öldynamischen Motoren, beispielsweise Ge­ triebemotoren oder Axialkolbenmotoren, gebildet, die an derselben Welle angebracht sind, so daß sie die gleiche Ab­ gabe und somit den gleichen Hub für die drei öldynamischen Zylinder 9 oder 4 garantieren, die damit verbunden sind.

Die Abgabe- und Rückführungsleitungen 16 und 16′ sind im Inneren des Verankerungsrohres oder in anderer Weise jeweils verlegt und mit der Speisepumpe und dem Auslaß verbunden.

Der Sitz für die Kupplung besteht aus einem oberen Teil mit nahezu zylindrischer Form, in dem der Keileingriffsbereich 18 und ein unterer konisch erweiterter Teil 19 zum Zen­ trieren und zur Ineingriffnahme der Klemmhebel vorgesehen sind.

Das Festklemmen der Kupplung im Inneren ihres Sitzes wird in der folgenden Weise erzielt.

Die Kupplung mit auseinandergezogenen öldynamischen Zylin­ dern, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird in das Innere ihres Sitzes eingeführt. Der Zentrierungskonus 21, der an der Mündung des Sitzes befestigt ist, erleichtert diesen Arbeits­ vorgang. Der Spielraum, der bei diesem Arbeitsschritt zwi­ schen der Kupplung und dem Sitz vorhanden ist, ermöglicht es, die Kupplung auch bei einer Exzentrizität oder Fehlaus­ richtung einzuführen.

Wenn die Kupplung die in Fig. 1 dargestellte Lage erreicht hat, werden die unteren öldynamischen Zylinder 4 zusammen­ gezogen, was dazu führt, daß der untere Verbindungsring 5 abgesenkt und folglich die Klemmhebel 7 nach außen geschwenkt werden, so daß diese zur Anlage an den sich erweiternden konischen Teil 3 kommen. Die Kupplung wird dann nach oben gezogen, bis die Klemmhebel 7 in Kontakt mit dem konischen Teil 19 des Sitzes kommen. Die Bewegung der Kupplung nach oben bewirkt eine ge­ naue Zentrierung des unteren Endes der Kupplung aufgrund der Wirkung der konischen Ausbildung des Sitzes.

Das Zusammenziehen der oberen öldynamischen Zylinder 9 führt dazu, daß der obere Verbindungsring 10 abgesenkt wird, was zur Folge hat, daß die Keile 12 gegen den Keileingriffsbereich 18 des Sitzes gedrückt werden.

Das führt zu einer genauen Ausrichtung der Kupplung zum Sitz und zu einem Festklemmen der Kupplung im Sitz.

Das Lösen der Kupplung vom Sitz erfolgt dadurch, daß der oben beschriebene Arbeitsvorgang des Festklemmens der Kupplung in umgekehrter Weise ausgeführt wird.

Sollte aufgrund einer Fehlfunktion der öldynamische Kreislauf die Kupplung nicht in üblicher Weise lösen lassen, kann im Notfall die Kupplung in der folgenden Weise gelöst werden.

Mit Hilfe einer Hilfseinrichtung, beispielsweise mit Hilfe von Seilen, die von der Plattform heruntergelassen werden, oder mit Hilfe einer Winde, die an den Fundamenten ange­ bracht ist und mit den Hubaugen 13 verbunden wird, wird der obere Ring 10 angehoben, der die Haken 14 erfaßt.

Der Spielraum, der folglich zwischen den Keilen 12 und dem oberen Teil des Sitzes 18 erzeugt wird, erlaubt es, die Kupp­ lung abzusenken.

Die erste Strecke der Abwärtsbewegung der Kupplung bringt die Klemmhebel 7 zur Anlage am unteren Ende 20 des Sitzes, während eine weitere Bewegung nach unten dazu führt, daß der untere Ring 5 durch die Haken 15 eingeklemmt wird.

Die Wirkung der Federn 8 oder gegebenenfalls des konischen Teiles 19 des Sitzes führt zu einem Schwenken der Klemm­ hebel 7, so daß die Kupplung aus dem Sitz herausgezogen wer­ den kann.

Claims (8)

1. Umschaltbare mechanische Kupplung zum Festklemmen im Inneren eines passenden, im wesentlichen aus einem zylindrischen Körper bestehenden Sitzes im Fundament zum Veran­ kern von rohrförmigen Zugankern einer Meeresplattform am Fundament, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper (1) an seinem unteren Abschnitt in einem konisch erweiterten Teil (19) mündet, der eine Gruppe von Klemmhe­ beln (7) dazu bringen kann, sich radial auszudehnen, wobei die Klemmhebel (7) an ihrem oberen Teil um einen unteren Ver­ bindungsring (5) herum angelenkt sind, der koaxial mit dem zylindrischen Körper (1) verläuft und für eine axiale Bewe­ gung über eine Gruppe von öldynamischen Zylindern (4) ge­ steuert wird, die durch den zylindrischen Körper (1) gehal­ ten sind, die Klemmhebel (7) in Berührung mit dem zylindri­ schen Körper (1) durch Federn (8) gehalten sind und mechanisch in ihrer ausgedehnten Lage mit einer konischen Fläche (19) zusammenwirken, die am Sitz vorgesehen ist, der zylindri­ sche Körper (1) an seinem oberen Teil mit vertikalen Führun­ gen (2) für eine Gruppe von Keilen (12) versehen ist, die mit der zylindrischen Fläche des Sitzes (Keileingriffsbereich 18) zusammenarbeiten können, die Keile (12) in ihrer oberen Lage um einen oberen Ver­ bindungsring (10) herum angelenkt sind, der koaxial mit dem zylindrischen Körper (1) angeordnet und für eine axiale Be­ wegung über eine zweite Gruppe von öldynamischen Zylin­ dern (9) gesteuert wird, die durch den zylindrischen Körper (1) gehalten sind, und Einrichtungen vorgesehen sind, die die öldynamischen Zylinder (4, 9) jeder Gruppe identisch spei­ sen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhebel (7) um den unteren Verbindungsring (5) über Drehzapfen (6) angelenkt sind, die ein leichtes konstrukti­ ves Spiel haben.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile (12) unter einem Winkel zusammenlaufen, der kleiner als der kleinste Reibungswinkel ist.

4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Verbindungsring (10) mit Hubaugen (13) versehen ist, um die Kupplung von ihrem Sitz von Hand auszulösen.

5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur identischen Speisung der öldy­ namischen Zylinder (4, 9) jeder der beiden Zylindergruppen aus einer Strömungstrenn- oder -verteilungseinrichtung (17, 17′) be­ steht, die von so vielen öldynamischen Motoren, nämlich Getriebemotoren oder Axialkolbenmotoren, gebildet wird, wie öldynamische Zylinder vorhanden sind, wobei die Ver­ teilungseinrichtung im Inneren des zylindrischen Körpers in einem Ölbad angeordnet ist.

6. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper (1) mit zwei Gruppen von Haken (14, 15) zum Festhaken und Halten jeweils der beiden Verbindungs­ ringe (5, 10) und der daran angelenkten Einrichtungen in einer relativ zum Sitz gelösten Lage versehen ist.

7. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der Klemmhebel (7) drei Paare von Klemmhebeln umfaßt, die unter 120° relativ zueinander angeordnet sind.

8. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der Keile (12) drei Keile umfaßt, die unter 120° relativ zueinander angeordnet sind.