WO2021023648A1 - Wälzlagerdrehverbindung und offshore-ölübergabestation mit einem drehbar gelagerten verankerungszylinder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wälzlagerdrehverbindung umfassend eine untere (2) und eine obere Anschlusskonstruktion (3), zwischen denen ein erstes Wälzlager (4) und ein zweites Wälzlager (5) konzentrisch zueinander angeordnet sind, die 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 aufweisen, wobei die Wälzlagerringe (6, 7, 8; 9, 10, 11) jeweils einer der Anschlusskonstruktionen (2, 3) zugeordnet und an dieser lösbar befestigbar sind, wobei mindestens einer der Wälzlagerringe (7) des ersten Wälzlagers (4) an der zugeordneten Anschlusskonstruktion (3) über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten ersten Keilelementen (17) gelagert ist, die mit gegenläufig an dem Wälzlagerring (7) und/oder der Anschlusskonstruktion (3) angeordneten Keilflächen (18) zusammenwirken und in radialer Richtung (R) verschiebbar sind zum Umlasten einer axial auf die Wälzlagerdrehverbindung (1) wirkenden Belastung zwischen dem ersten (4) und dem zweiten Wälzlager (5), sowie eine Offshore-Ölübergabestation mit einem drehbar gelagerten Verankerungszylinder.

Description

Wälzlagerdrehverbindung und

Offshore-Ölübergabestation mit einem drehbar gelagerten Verankerungszylinder Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Wälzlagerdrehverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Offshore-Ölübergabestation (auch bekannt als Schwimmende Produktions- und La gereinheit, engl. Floating Production Storage and Offloading Unit (FPSO)), mit einem dreh bar gelagerten Verankerungszylinder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

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 Gesamt ausfall 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 insbe sondere auf den Einsatz von Großwälzlagern zur Lagerung des Verankerungszylinders einer Offshore-Ölübergabestation zu.

Aus DE 26 34 776 C3 ist eine mittenfreie, vertikalachsige Wälzlagerdrehverbindung für die Lagerung von Schwenk- oder Rotationsgeräten mit mehreren Wälzkörperreihen zur Aufnah me von Axial-, Radial und Kippkräften bekannt, in der zwei mehrreihige Wälzlagerdrehver bindungen konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei jeweils nur eine der beiden Wälzlagerdrehverbindungen über einen aus mehreren Teilstücken bestehenden, auf dem je weiligen Oberteil der Wälzlagerdrehverbindung aufgelegten Tragring mit dem Geräteaufbau verbunden ist. Bei dieser Wälzlagerdrehverbindung kann die Funktion der Lagerung bei ei nem aufgetretenen Lagerschaden ohne Austausch der beschädigten Teile und somit auch ohne Demontage von Geräteteilen durch das Umlegen der Tragringteilstücke wieder in vol lem Umfang hergestellt werden. Nachteilig ist, dass zum Umlegen der Tragringteilstücke der Aufbau des Schwenk- oder Rotationsgerätes mit Hydraulikhebern angehoben werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wälzlagerdrehverbindung und eine Offshore-Öl übergabestation mit einem drehbar gelagerten Verankerungszylinder zu schaffen, deren Funktion im Falle eines Lagerschadens besonders einfach und mit nur kurzer Ausfallzeit wie derhergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlagerdrehverbindung mit den Merkmalen des An spruchs 1 und eine Offshore-Ölübergabestation mit einem drehbar gelagerten Veranke rungszylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 11.

Hierdurch wird eine Wälzlagerdrehverbindung geschaffen, die eine untere und eine obere Anschlusskonstruktion umfasst, zwischen denen ein erstes Wälzlager und ein zweites Wälz lager konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die beiden Wälzlager weisen jeweils min destens 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 zu geordneten Anschlusskonstruktion über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt ange ordneten ersten Keilelementen gelagert ist, die mit gegenläufig an dem Wälzlagerring und/oder der Anschlusskonstruktion angeordneten Keilflächen Zusammenwirken. Die Keil elemente sind in radialer Richtung verschiebbar zum Umlasten einer axial auf die Wälzlager drehverbindung wirkenden Belastung zwischen dem ersten und dem zweiten Wälzlager.

Durch die Lagerung zumindest eines der Wälzlager an der Anschlusskonstruktion mittels Keilelementen kann der Abstand zwischen der Anschlusskonstruktion und dem daran gela gerten 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 ab stützbar ist. Auf diese Weise können axial auf die Wälzlagerdrehverbindung wirkende Belas tungen von dem ersten auf das zweite Wälzlager umgelastet werden, ohne dass die Wälzla ger zwischenzeitlich von der Belastung, beispielsweise durch eine Hebevorrichtung, wie einen Kran, entlastet werden müssten. Während der Umlastung durchläuft der von der axia len 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 hydrau lischen Werkzeugs wiederhergestellt werden. Die beiden Wälzlager bilden somit ein redun dantes Lagersystem aus, bei dem bei bestehender Belastung eine Umlastung zwischen den Wälzlagern auf einfache Weise möglich ist. Alternativ kann vorgesehen sein, die Wälzlagerdrehverbindung zunächst mit einer radialen Positionierung der Keilelemente zu betreiben, bei der sich die axialen Belastungen, vorzugs weise gleichmäßig, auf die beiden Wälzlager verteilen. Bei einem Schaden oder Ausfall ei nes der Wälzlager kann eine Umlastung auf das jeweils andere Lager durch Herausziehen bzw. Eintreiben der Keilelemente erreicht werden.

Über die Verschiebung der Keilelemente sind somit verschiedene Betriebszustände einstell bar. In den verschiedenen Betriebszuständen sind jeweils zumindest die Wälzlagerringe des mindestens einen lastübertragenden Lagers an den jeweils zugeordneten Anschlusskon struktionen 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 zwei ten Wälzlager.

Vorzugsweise sind beide Wälzlager jeweils für die Übertragung der gesamten zu erwarten den Last ausgelegt.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass mindestens einer der Wälzlagerringe des zweiten Wälzla gers an der zugeordneten Anschlusskonstruktion über eine Mehrzahl von in Umfangsrich tung verteilt angeordneten zweiten Keilelementen gelagert ist, die mit gegenläufig an dem Wälzlagerring und/oder der Anschlusskonstruktion angeordneten Keilflächen Zusammenwir ken und in radialer Richtung verschiebbar sind.

Durch die Lagerung beider Wälzlager über erste und zweite Keilelemente kann eine Umlas tung bei einer im Wesentlichen gleichbleibenden axialen Abmessung der Wälzlagerdrehver bindung 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, insbeson dere so weit, dass das zweite Wälzlager die gesamte axiale Belastung trägt. Diese Ausfüh rungsform 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 Wälzlagerdrehver bindung ist somit mit besonders einfachen Mitteln erreichbar.

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 Siche rungsmittel, wie beispielsweise Sicherungsstifte oder mechanische Anschläge einsetzbar.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die ersten und/oder zweiten Keilele mente mit einem selbsthemmenden Keilwinkel ausgebildet sind. Selbsthemmung ist ein ef fektiver Sicherungsmechanismus gegen ein Verrutschen der Keilelemente, durch den zu gleich 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.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der radialen Position der ersten und zweiten Keilelemente zumindest eines der Wälzlager von axial wirkenden Belastungen ent lastbar ist. Besonders bevorzugt sind beide Wälzlager in jeweils unterschiedlichen Keilposi tionen entlastbar. Dadurch wird zum einen ermöglicht, das entlastete Lager als redundantes Ersatzteil vormontiert vorzuhalten und im Bedarfsfall einzusetzen und zum anderen ein de fektes Lager vollständig zu entlasten, um es vor Ort teilweise oder vollständig durch neue Bauteile zu ersetzen.

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 Wälzla gerring des entlasteten Wälzlagers unter Aufrechterhaltung eines axialen Spiels mit der zu geordneten 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.

Vorzugsweise sind die Wälzlager der Wälzlagerdrehverbindung Großwälzlager. Insbesonde re können das erste und das zweite Wälzlager einen Durchmesser von mindestens 3 Me tern, und bevorzugt von mindestens 10 Metern aufweisen. Die Wälzlagerringe des ersten und zweiten Wälzlagers sind vorzugsweise segmentiert ausgebildet.

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 ei ner 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 ausge bildet. 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 Ovalisie- rungen der Lager, hervorgerufen durch hohe Belastungen, eine zusätzliche Radialrollenreihe vorgesehen werden, so dass das Lager radial in beiden Richtungen abgestützt ist.

Bei mindestens dreireihigen Rollendrehverbindungen als Wälzlager kann mindestens ein Di stanzelement vorgesehen sein, das in einer eines der Wälzlager entlastenden Position der Keilelemente zwischen einen Tragring und einen Haltering des entlasteten Wälzlagers einge legt ist, wobei der Tragring und der Haltering an der zugeordneten Anschlusskonstruktion, vorzugsweise mit Befestigungsschrauben, lösbar befestigt sind. Durch die spielfreie Befesti gung der Wälzlagerringe des axial unbelasteten Lagers an der zugeordneten Anschlusskon struktion können dessen Radialrollen vorteilhaft zur Aufnahme von Lasten genutzt werden, um radialen Verformungen der Lagerringe entgegen zu wirken. Auf eine zusätzliche Wälz körperreihe zur beidseitigen Lagerung durch Radialrollen am Nasenring kann somit verzich tet werden. Das Distanzelement zwischen Tragring und Haltering hat die Funktion, die U-för mige Einfassung des Nasenrings zu erweitern und so ein axiales Spiel im Bereich der Tragrollen- und der Halterollenreihe bereitzustellen.

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 Wälz körper im unbelasteten Lager sicherzustellen.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Offshore-Ölübergabestation mit einem drehbar ge lagerten Verankerungszylinder zur Verankerung am Meeresboden, der in der Ölübergabe station mit einer vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Wälzlagerdrehverbindung gelagert ist. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der nachfolgenden Beschreibung und den Un teransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wälzlagerdrehverbindung in einer geschnittenen Darstellung,

Fig. 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wälzlagerdrehverbindung in einer geschnittenen Darstellung,

Fig. 3a, 3b zeigen schematisch zwei verschiedene Ausführungsformen von Keilele menten, die zur Verwendung in den in Fig. 1 und 2 gezeigten Wälzlager drehverbindungen geeignet sind,

Fig. 3c zeigt schematisch eine Ausführungsform von Keilflächen, die für die Zu sammenwirkung mit den Keilelementen gemäß Fig. 3a und 3b geeignet sind,

Fig. 4 zeigt schematisch den vorderen Querschnitt einer Offshore-Ölübergabesta- tion mit einem mittels einer erfindungsgemäßen Wälzlagerdrehverbindung gelagerten Verankerungszylinder.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen ver sehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wälzlagerdrehverbin dung 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 We sentlichen vertikal angeordnet ist. Die Wälzlager 4, 5 weisen jeweils mindestens zwei Wälz lagerringe 6, 7, 8; 9, 10, 11 und mindestens eine Reihe 12, 13, 14 von zwischen den Wälzla gerringen 6, 7, 8; 9, 10, 11 auf Wälzlagerlaufbahnen 15, 16 abrollbaren Wälzkörpern auf. Die Wälzlagerringe 6, 7, 8; 9, 10, 11 sind jeweils einer der Anschlusskonstruktionen 2, 3 zu geordnet und an dieser lösbar befestigbar. In dem dargestellten Betriebszustand der Wälzla gerdrehverbindung 1 sind zumindest die Wälzlagerringe 6, 7, 8 des belasteten, ersten Wälz lagers 4 fest mit den zugeordneten Anschlusskonstruktionen 2, 3 verbunden.

Der Wälzlagerring 7 des ersten Wälzlagers 4 ist an der ihm zugeordneten oberen Anschluss konstruktion 3 über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten ersten Keil elementen 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 Fig. 1 und 2 darge stellt 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.

Die Keilelemente 17 sind - insbesondere in einem von der zugeordneten Anschlusskonstruk tion 3 gelösten Zustand des Wälzlagerrings 7 - in radialer Richtung R verschiebbar zum Um lasten einer axial auf die Wälzlagerdrehverbindung 1 wirkenden Belastung zwischen dem ersten Wälzlager 4 und dem zweiten Wälzlager 5.

In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch der Wälzlagerring 10 des zweiten Wälzlagers 5 an der zugeordneten Anschlusskonstruktion 3 über eine Mehrzahl von in Um fangsrichtung 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.

Die Wälzlager 4, 5 gemäß Fig. 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. Die jeweils zwei Radialrollenreihen 13 verringern insbesondere bei großen Belastungen auf tretende Ovalisierungen der Lager 4, 5. Die Wälzlager 4, 5 haben vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 10 Metern. Derartig große Wälzlager 4, 5 werden üblicherwei se mit segmentierten Wälzlagerringen ausgebildet, in die die Wälzlagerlaufbahnen 15, 16 als gehärtete Laufbahnplatten, oder im Falle der Radialbahnen als gehärtete Laufbahndrähte, eingelegt sind.

In dem in Fig. 1 gezeigten Betriebszustand der Wälzlagerdrehverbindung trägt das erste Wälzlager 4 die gesamte zwischen den Anschlusskonstruktionen 2, 3 auftretende axiale Be lastung. 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 Keilele mente 17 sind in dem in Fig. 1 dargestellten Betriebszustand in einer lastübertragenden Po sition fixiert mittels Fixiermitteln 21, die beispielsweise als Sicherungsstifte ausgebildet sein können. Die Fixierung der Position kann vorzugsweise gegenüber der jeweiligen Anschluss konstruktion 3 oder gegenüber dem Wälzlagerring 7 erfolgen.

Die zweiten Keilelemente 19 weisen eine relative radiale Verschiebung zu den zweiten Keil flächen 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 Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 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.

Zumindest eine Wälzkörperreihe 14 des entlasteten Lagers 5, die zur Aufnahme axialer Be lastungen vorgesehen ist, wie beispielsweise die Halterollenreihe 14, kann - wie in Fig. 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.

Das in dem jeweils gewählten Betriebszustand lastübertragende Wälzlager 4 ist vorzugswei se 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.

Im Folgenden wird die Montage der Wälzlagerdrehverbindung 1 gemäß Fig. 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 vorzugswei se mittels Zylinderstiften an den obenliegenden, der oberen Anschlusskonstruktion 3 zuge ordneten Wälzlagerringen 7, 10 fixiert.

Anschließend werden die ersten Keilelemente 17 und die zweiten Keilelemente 19 positio niert. Die ersten Keilelemente 17 werden an dem ersten Wälzlager 4, welches Kraft übertra gen 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 Keilele mente 17, 19 in der lastübertragenden Position zumindest einseitig bündig mit den Keilflä chenelementen 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 kön nen.

In diesem Zustand wird die obere Anschlusskonstruktion 3 herabgelassen und auf den ers ten Keilelementen 17 positioniert. Die ersten Keilelemente 17 werden vorzugsweise gegen über der oberen Anschlusskonstruktion 3 mit Sicherungsstiften 21 fixiert. Das erste Wälzla ger 4 wird mittels Befestigungsschrauben 25 an der oberen Anschlusskonstruktion 3 end montiert. Das zweite Wälzlager 5 und die obere Anschlusskonstruktion 3 werden mittels Mit nehmerschrauben 22 oder einem Mitnehmerbolzen miteinander verbunden, um eine Rotati on des zweiten, unbelasteten Lagers 5 sicherzustellen.

Im Falle eines Defektes des ersten Wälzlagers 4 kann wie folgt vorgegangen werden: Zunächst werden die Mitnehmerschrauben 22 oder Mitnehmerbolzen demontiert. Anschlie ßend werden die zweiten Keilelemente 19 in die lastübertragende Position gebracht. Hierzu werden alle Keilelemente 19 mit gleichem Druck eingepresst und das Spiel S damit aufgeho ben wird. Die Keilelemente 19 werden mittels Zylinderstiften in der lastübertragenden Positi on gesichert und das zweite Wälzlager 5 wird durch Befestigungsschrauben mit der oberen Anschlusskonstruktion 3 verschraubt.

Daraufhin werden die Befestigungsschrauben 25 des ersten Wälzlagers 4 zur oberen An schlusskonstruktion 3 gelöst und entnommen und die Zylinderstifte 21 der ersten Keilele mente 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.

In dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Wälzlager 4, 5 als jeweils vierreihige Rollendrehverbindungen ausgebildet, wobei im Vergleich zu Fig. 1 jeweils eine Radialrollenreihe nicht benötigt wird.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 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. So wohl der Tragring 10 als auch der Haltering 11 sind an der zugeordneten Anschlusskonstruk tion 3 lösbar befestigt. Vorzugsweise sind der Tragring 10 und der Haltering 11 mittels Befes tigungsschrauben 26 mit der Anschlusskonstruktion 3 axial verspannt. Vorzugsweise sind die zweiten Keilelemente 19 in diesem Fall in der das Wälzlager 5 entlastenden Position mit Fi xiermitteln 36 fixiert.

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 Tragrollenrei he 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 wer den. Durch die Verschraubung des belasteten 4 und des entlasteten Lagers 5 an den An- Schlusskonstruktionen 2, 3 können die Radialrollenreihen 13 beider Lager Zusammenwirken als innere und äußere Führung und so radiale Belastungen in beiden Richtungen aufneh men.

Zusätzlich oder alternativ zu Sicherungsstiften 21 können die Keilelemente 17, 19 wie in Fig. 2 gezeigt, beispielsweise durch einen mechanischen Anschlag 24 in ihrer radialen Position fi xiert werden.

Die Montage der Wälzlagerdrehverbindung erfolgt ebenso wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, außer dass keine Mitnehmerschrauben oder -bolzen montiert werden. Anstelle dessen werden die Distanzelemente 23 vorzugsweise in Form von Abstimmplatten segmenten im Trag-/Halteringstoß des zweiten Wälzlagers 5 eingelegt und auch das zweite Wälzlager 5 wird an beiden Anschlusskonstruktionen 2, 3 verschraubt. Durch die Verwen dung 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 gewähr leistet, dass beide Radialbahnen 13 Last aufnehmen können. Dadurch ist dieses System - trotz nur einer Radialbahn pro Wälzlager - geeignet, eventuelle Deformationen der Wälzla ger aufgrund von extremen Belastungen zu vermeiden.

Beim Umlasten im Falle eines Defektes des ersten Wälzlagers 4 müssen im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel zunächst die Befestigungsschrauben 26 gelöst und die Di stanzelemente 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 Befestigungs schrauben 25 des ersten Wälzlagers 4 zur oberen Anschlusskonstruktion 3 werden die ers ten 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 eventu elles Setzen der Konstruktion mit dem belasteten Lager 5, nach der Entlastung des Lagers 4, kann ein Nachziehen der Schrauben erforderlich machen.

Im Übrigen gelten die vorstehenden Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel für das zweite Ausführungsbeispiel entsprechend. In Fig. 3a sind Keilelemente 17 gezeigt, die in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 Verwendung finden können. Die Keilelemente sind in gleicher weise als erste 17 und/oder als zweite Keilelemente 19 verwendbar. In Fig. 3a sind beispielhaft 3 Keilelemente 17 ge zeigt. 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 Be festigungsschrauben 25, 26 auf. In der dargestellten Ausführungsform sind jeweils 4 Langlö cher 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 La steinleitung zu erreichen. Ferner sind an den Keilelementen 17 Verstiftungsbohrungen 28 vorgesehen, für die Verstiftung mittels eines Sicherungsstiftes als Fixiermittel 21.

Die in Fig. 3b gezeigten Keilelemente 17 unterscheiden sich von den Keilelementen 17 aus Fig. 3a dadurch, dass anstelle von Langlöchern radiale Ausnehmungen 29 für den Durch gang von Befestigungsschrauben 25, 26 vorgesehen sind.

Die Keilelemente 17 gemäß Fig. 3a und 3b sind vorzugsweise mit einem selbsthemmenden Keilwinkel a ausgebildet.

In Fig. 3c sind Keilflächenelemente 30 für die Zusammenwirkung mit den Keilelementen 17 aus Fig. 3a und 3b gezeigt. Die Keilflächenelemente 30 sind zur Verschraubung auf dem zu geordneten 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 Befesti gungsschrauben kreisförmige Durchgänge 32 ausreichend. Die Keilflächenelemente 30 kön nen 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 Keil elemente 17, 19 während einer radialen Verschiebung. Der Keilflächenwinkel ß der Keilflä chenelemente 30 ist vorzugsweise gleich dem Keilwinkel a gewählt.

Fig. 4 zeigt schematisch den vorderen Querschnitt einer Offshore-Ölübergabestation 100 mit einem drehbar gelagerten Verankerungszylinder 110. Der Verankerungszylinder (engl.: tur- ret) 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 Be schreibung gelagert.

Bezugszeichenliste

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

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Wälzlagerdrehverbindung umfassend eine untere (2) und eine obere Anschlusskon struktion (3), zwischen denen ein erstes Wälzlager (4) und ein zweites Wälzlager (5) konzentrisch zueinander angeordnet sind, die jeweils mindestens zwei Wälzlagerrin ge (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 aufweisen, wobei die Wälzlagerringe (6, 7, 8; 9, 10, 11) jeweils einer der Anschlusskonstruktionen (2, 3) zugeordnet und an dieser lösbar befestigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Wälzlagerringe (7) des ersten Wälzlagers (4) an der zugeordneten Anschlusskonstruktion (3) über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten ersten Keilelementen (17) gelagert ist, die mit gegenläufig an dem Wälzlagerring (7) und/oder der Anschlusskonstruktion (3) angeordneten Keilflächen (18) Zusammenwirken und in radialer Richtung (R) ver schiebbar sind zum Umlasten einer axial auf die Wälzlagerdrehverbindung (1) wirken den Belastung zwischen dem ersten (4) und dem zweiten Wälzlager (5).

2. Wälzlagerdrehverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass min destens einer der Wälzlagerringe (10) des zweiten Wälzlagers (5) an der zugeordne ten Anschlusskonstruktion über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt ange ordneten zweiten Keilelementen (19) gelagert ist, die mit gegenläufig an dem Wälzla gerring (7) und/oder der Anschlusskonstruktion (3) angeordneten Keilflächen (20) Zusammenwirken und in radialer Richtung (R) verschiebbar sind.

3. Wälzlagerdrehverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Fixier mittel (21) vorgesehen sind, durch die die ersten und/oder die zweiten Keilelemente (17, 19) in einer lastübertragenden Position lösbar fixierbar sind.

4. Wälzlagerdrehverbindung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten Keilelemente (17, 19) mit einem selbst hemmenden Keilwinkel (a) ausgebildet sind.

5. Wälzlagerdrehverbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der radialen Position der ersten und zweiten Keil elemente (17, 19) zumindest eines der Wälzlager (4, 5) von axial wirkenden Belas tungen entlastbar ist.

6. Wälzlagerdrehverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Kopp lungsmittel (22) vorgesehen sind, mittels derer in einer eines der Wälzlager (5) ent lastenden Position der Keilelemente (17, 19) zumindest ein Wälzlagerring (10, 11) des entlasteten Wälzlagers (5) unter Aufrechterhaltung eines axialen Spiels (S) mit der zugeordneten Anschlusskonstruktion (3) formschlüssig koppelbar ist.

7. Wälzlagerdrehverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Wälzlager (4, 5) als eine mindestens drei reihige Rollendrehverbindung ausgebildet sind.

8. Wälzlagerdrehverbindung nach Anspruch 5 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Distanzelement (23) vorgesehen ist, das in einer eines der Wälzlager (5) entlastenden Position der Keilelemente (17, 19) zwischen einen Trag ring (10) und einen Haltering (11) des entlasteten Wälzlagers (5) eingelegt ist, wobei der Tragring (10) und der Haltering (11) an der zugeordneten Anschlusskonstruktion (3) lösbar befestigt sind.

9. Wälzlagerdrehverbindung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Wälzkörperreihe (14) des entlastbaren Lagers (5), die zur Aufnahme axialer Belastungen vorgesehen ist, eine Wälzlagerlaufbahn (16) mit einer gehärteten Laufbahnplatte hat, die an dem zugeordneten Wälzlagerring (11) in axialer Richtung federvorgespannt gelagert ist.

10. Wälzlagerdrehverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Wälzlager (4, 5) einen Durchmesser von mindestens 3 Metern aufweisen.

11. Offshore-Ölübergabestation mit einem drehbar gelagerten Verankerungszylinder zur Verankerung am Meeresboden (B), dadurch gekennzeichnet, dass der Veranke rungszylinder (110) in der Ölübergabestation (100) mit einer Wälzlagerdrehverbin dung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gelagert ist.