DE3883497T2 - Flexible connection of an anchor cable for a vertically anchored oil platform. - Google Patents
Flexible connection of an anchor cable for a vertically anchored oil platform.Info
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine flexible Verbindung eines Ankerkabels für eine vertikal verankerte Ölplattform bzw. Ölplattform mit gespannten Kabeln.The present invention relates to a flexible connection of an anchor cable for a vertically anchored oil platform or oil platform with tensioned cables.
Eine solche Plattform ist eine schwimmende Förder- oder Bohrplattform, die am Boden des Meeres mit Hilfe rohrförmiger Ankerkabel (oder -stangen) festgemacht ist, deren äußerste Enden gelenkig in Verbindungskästen angebracht sind, die an Anschlußeinrichtungen befestigt sind, die am Boden des Meeres und in den Säulen der Plattform ausgespart sind.Such a platform is a floating production or drilling platform moored to the seabed by means of tubular anchor cables (or rods) whose extreme ends are hinged in junction boxes which are attached to connecting devices recessed in the seabed and in the columns of the platform.
Die Gruppe der Kabel ist ständig Zugkräften ausgesetzt (woher der Ausdruck "Plattform mit gespannten Kabeln" stammt, der dem angelsächsischen Ausdruck "Tension Leg Platform", TLP, entspricht), und zwar aufgrund der Eigenschaft, daß die Ölplattform schwimmt.The group of cables is constantly subjected to tensile forces (hence the term "tensioned cable platform" which corresponds to the Anglo-Saxon term "Tension Leg Platform", TLP), due to the fact that the oil platform is floating.
Die Verbindung der Enden eines jeden der Ankerkabel gestattet ihnen, den horizontalen Bewegungen der Plattform unter der Wirkung der Wellen und des Windes zu folgen, wobei sie sich wie ein verformbares Parallelogramm verhalten.The connection of the ends of each of the anchor cables allows them to follow the horizontal movements of the platform under the action of the waves and the wind, behaving like a deformable parallelogram.
Das wesentliche Element einer jeden gelenkigen Verbindung ist von einer ringförmigen und kugelsymmetrischen, geschichteten Elastomeranordnung gebildet, in welcher Elastomerschichten mit gewölbten Metallschichten abwechseln, was die Bezeichnung "flexible Verbindung" rechtfertigt, wie diese Art von Verbindung genannt wird.The essential element of any articulated connection is formed by an annular and spherically symmetrical layered elastomer arrangement in which elastomer layers alternate with curved metal layers, which justifies the term "flexible connection", as this type of connection is called.
Die Hauptfunktionen einer geschichteten Elastomeranordnung der oben genannten Art im Rahmen einer flexiblen Verbindung sind die folgenden:The main functions of a layered elastomer arrangement of the type mentioned above in a flexible connection are the following:
- die Übertragung von Zugkräften, die durch das Ankerkabel ausgeübt werden,- the transmission of tensile forces exerted by the anchor cable,
- das Ermöglichen winkliger (oder konischer) Auslenkungen des Ankerkabels, hervorgerufen durch die horizontalen Versetzungen der auf der Meeresoberfläche schwimmenden Plattform, wobei die Einspannmomente begrenzt werden, und- allowing angular (or conical) deflections of the anchor cable caused by the horizontal displacements of the platform floating on the sea surface, while limiting the clamping moments, and
- die Übertragung seitlicher Einwirkungen auf der Höhe der oberen Anschlußeinrichtung.- the transmission of lateral effects at the height of the upper connection device.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Aufbau der geschichteten Anordnung durch zahlreiche Parameter bedingt ist, wie Belastungen, zur Verfügung stehender Raum, Umgebung usw.; in jedem Fall jedoch müssen die Belastungen und Auslenkungen, denen eine geschichtete Anordnung in jeder Anschlußeinrichtung unterzogen ist, so sein, daß diese Anordnung nur unter Druck und Schub arbeitet.It is noted that the design of the layered assembly is conditioned by numerous parameters such as loads, available space, environment, etc.; in any case, however, the loads and deflections to which a layered assembly is subjected in each connection device must be such that this assembly operates only in compression and shear.
Während des mechanischen Lösens der Verbindung der Befestigungskabel wird die oben genannte geschichtete Anordnung jedoch einer unerwünschten Zugkraft unterzogen, was man tunlichst vermeiden sollte, um sie nicht zu zerstören.However, during the mechanical loosening of the connection of the fixing cables, the above-mentioned layered arrangement is subjected to an undesirable tensile force, which should be avoided at all costs in order not to destroy it.
Die im Stand der Technik für ein Ankerkabel benutzte, flexible Verbindung weist eine einzige geschichtete, kugelsymmetrische Anordnung auf, wie sie durch das Bezugszeichen F in der Fig. 2 dargestellt ist, die der Beschreibung der vorliegenden Erfindung beigefügt ist: diese geschichtete Anordnung ist durch Elastomerschichten gebildet, die mit ausgewölbten Metallschichten abwechseln, die den gleichen Krümmungsmittelpunkt aufweisen, und ist mit dem Deckel eines Verbindungskastens B verbunden, der an einer unteren Anschlußeinrichtung E befestigt ist, die in den Meeresboden eingelassen ist, oder an einer oberen Anschlußeinrichtung, die am obersten, äußersten Ende des Ankerkabels gelegen ist.The flexible connection used in the prior art for an anchor cable comprises a single layered, spherically symmetrical arrangement, as represented by the reference F in Fig. 2, which is attached to the description of the present invention: this layered arrangement is formed by elastomer layers alternating with bulging metal layers having the same center of curvature and is connected to the cover of a junction box B which is attached to a lower connection device E embedded in the seabed or to an upper connection device located at the uppermost extremity of the anchor cable.
Nun treten aber bei dieser bekannten Art flexibler Verbindungen die Zugkräfte nicht nur im Augenblick des Lösens des Systems auf, sondern auch in normalen Zuständen, und sind (wie man in der oben genannten Fig. 2 sehen kann) nur durch ein Metallgelenkstück R begrenzt, das einen axialen Anschlag bildet, der in der Mitte der Krümmung des flexiblen Gelenks zentriert ist. Diese Bauart ist demnach weit davon entfernt, zufriedenstellend zu sein, und mindert außerdem die Lebensdauer der Verbindung aufgrund der Abnutzung infolge der Reibung zwischen dem Ende des Ankerkabels und dem Gelenkstück.However, in this known type of flexible joint, the tensile forces occur not only at the moment of release of the system, but also in normal conditions, and are limited (as can be seen in the above-mentioned Fig. 2) only by a metal joint R which forms an axial stop centered in the middle of the curvature of the flexible joint. This type of construction is therefore far from satisfactory and, in addition, reduces the life of the joint due to wear caused by friction between the end of the anchor cable and the joint.
Es ist in gleicher Weise durch die EP-A1-0 045 613 eine Verbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, und es ist das Ziel der Erfindung, ein flexibles Gelenk für das Kabel zum Festmachen einer schwimmenden Ölplattform mit gespannten Kabeln vorzusehen, das besser den Erfordernissen der Praxis entspricht als die schon früher bekannten, auf den gleichen Zweck abzielenden flexiblen Verbindungen, und zwar insbesondere dadurch, daßIn the same way, a connection according to the preamble of claim 1 is known from EP-A1-0 045 613, and the aim of the invention is to provide a flexible joint for the cable for mooring a floating oil platform with tensioned cables, which corresponds better to the requirements of practice than the previously known flexible connections aimed at the same purpose, in particular in that
- die flexible Verbindung keinerlei Zugspannung unterworfen ist und die Ermüdung der geschichteten Anordnungen begrenzt, weil es ihr Aufbau gestattet, die Querkräfte zu beherrschen,- the flexible connection is not subject to any tensile stress and limits the fatigue of the layered structures because its structure allows the shear forces to be controlled,
- die Lebensdauer dank des Ausräumens jeglicher Reibung durch die Berührung von Metall auf Metall im flexiblen Gelenk gefördert ist, und- the service life is increased thanks to the elimination of any friction caused by metal-to-metal contact in the flexible joint, and
- diese Verbindung einen geometrischen Mittelpunkt bietet, der mit dem Mittelpunkt des Angriffs von Kräften zusammenfällt.- this connection provides a geometric center that coincides with the center of application of forces.
Die vorliegende Erfindung hat eine flexible Verbindung für das Ankerkabel einer schwimmenden Ölplattform zur Aufgabe, die eine Plattform mit gespannten Kabeln genannt ist, und weist an jedem Ende des Kabels folgende Merkmale auf:The present invention has for its object a flexible connection for the anchor cable of a floating oil platform, called a tensioned cable platform, and has the following features at each end of the cable:
- ein Verbindungskasten für das entsprechende Ende, der mit einer Befestigungs-Anschlußeinrichtung verbunden ist und umgrenzt ist von:- a junction box for the corresponding end, connected to a fixing connection device and surrounded by:
. einem Deckel, der mit einer mittigen Öffnung versehen ist, die den Durchtritt des gespannten Kabels und dessen Winkelverlagerungen gestattet, die den Verlagerungen der schwimmenden Plattform entsprechen,. a cover provided with a central opening allowing the passage of the tensioned cable and its angular displacements corresponding to the displacements of the floating platform,
. einer Seitenwand, und. a side wall, and
. einem Boden,. a floor,
wobei diese Seitenwand und dieser Boden die Einfassung des Kastens festlegen,whereby this side wall and this base define the frame of the box,
wobei die genannte flexible Verbindung, die im genannten Kasten angeordnet ist, die Drehbewegung des entsprechenden Endes des gespannten Kabels gestattet und die folgenden Merkmale aufweist:said flexible connection, arranged in said box, allowing the rotational movement of the corresponding end of the tensioned cable and having the following characteristics:
. eine erste ringförmige, geschichtete Anordnung, die hinsichtlich eines Krümmungsmittelpunkts kugel symmetrisch ist, der im Inneren des Verbindungskastens gelegen ist, und rund um das gespannte Kabel angeordnet ist, wobei diese erste geschichtete Anordnung - die sich in vorgespanntem Zustand befindet, und zwar unter Vorspannung montiert ist - mit dem Ende des gespannten Kabels und dem Deckel des Kastens verbunden ist und sich aus einer Vielzahl von Elastomerschichten zusammensetzt, die mit gewölbten Metallschichten abwechseln, die an den Elastomerschichten anhaften und den oben genannten Krümmungsmittelpunkt aufweisen, und. a first annular layered assembly, spherically symmetrical with respect to a centre of curvature located inside the junction box, and arranged around the tensioned cable, said first layered assembly - which is in a pre-tensioned state, namely mounted under pre-tension - being connected to the end of the tensioned cable and to the cover of the box and is composed of a plurality of elastomer layers alternating with curved metal layers adhered to the elastomer layers and having the above-mentioned centre of curvature, and
wobei diese flexible Verbindung durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet ist:This flexible connection is characterized by the following features:
a) sie weist außerdem eine zweite ringförmige, geschichtete Anordnung auf, die ebenfalls hinsichtlich eines Punktes kugelsymmetrisch ist, der mit dem Krümmungsmittelpunkt der genannten ersten geschichteten Anordnung zusammenfällt - und die auch mit Vorspannung montiert ist -, und der demnach den Krümmungsmittelpunkt der flexiblen Verbindung in ihrer Gesamtheit bildet, wobei diese zweite ringförmige, geschichtete Anordnung mit dem Ende des gespannten Kabels und dem Boden des Verbindungskastens verbunden ist und sich wie die erste geschichtete Anordnung aus einer Vielzahl von Elastomerschichten zusammensetzt, die mit gewölbten Metallschichten abwechseln, die an den Elastomerschichten anhaften,a) it also comprises a second annular laminated assembly, also spherically symmetrical about a point coinciding with the centre of curvature of said first laminated assembly - and also mounted with prestress - and thus constituting the centre of curvature of the flexible connection as a whole, said second annular laminated assembly being connected to the end of the tensioned cable and to the bottom of the junction box and being composed, like the first laminated assembly, of a plurality of elastomer layers alternating with curved metal layers adhered to the elastomer layers,
b) die Höhe der Seitenwand der Einfassung des Verbindungskastens ist im Verhältnis zum axialen Raumbedarf der flexiblen Verbindung festgelegt und ist als Funktion des gewünschten Vorspannungsgrades gewählt;b) the height of the side wall of the junction box enclosure is determined in relation to the axial space required by the flexible joint and is chosen as a function of the degree of prestress required;
c) die genannte zweite ringförmige, geschichtete An ordnung ist im Verhältnis zum Krümmungsmittelpunkt der Verbindung auf derselben Seite angeordnet, auf welcher die erste ringförmige, geschichtete Anordnung gelegen ist;c) said second annular layered arrangement is arranged on the same side as the first annular layered arrangement, relative to the centre of curvature of the joint;
d) der Boden des Verbindungskastens weist einen rohrförmigen, mittigen Vorsprung (axialer Vorsprung) auf, der sich im Inneren des Kastens in Richtung zu dessen Deckel hin bis über den vorgenannten Krümmungsmittelpunkt erstreckt, wobei das Ende des gespannten Kabels eine Aussparung (Aushöhlung) aufweist, in welcher berührungsfrei ein Teil des genannten rohrförmigen Vorsprungs sitzt; und(d) the base of the junction box has a tubular central projection (axial projection) which extends inside the box towards the cover of the box beyond the above-mentioned centre of curvature, the end of the tensioned cable forming a recess (cavity) in which a part of said tubular projection sits without contact; and
e) die genannte zweite ringförmige, geschichtete Anordnung haftet zwischen zwei Ringstücken aus Metall, von denen das erste Stück am genannten rohrförmigen Vorsprung befestigt ist, während das zweite Ringstück am Ende des gespannten Kabels befestigt ist.e) said second annular layered arrangement is bonded between two metal ring pieces, the first of which is fixed to said tubular projection, while the second ring piece is fixed to the end of the tensioned cable.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Anordnung ist das genannte erste Ringstück zum Tragen der genannten zweiten ringförmigen, geschichteten Anordnung rund um den genannten rohrförmigen Vorsprung des Bodens des Kastens auf gesetzt und gelangt auf einer Schulter der Außenwand dieses rohrförmigen Vorsprungs zur Anlage, wobei die genannte Schulter im wesentlichen auf der Höhe des Krümmungsmittelpunkts der flexiblen Verbindung eingebracht ist.According to a preferred embodiment of this arrangement, said first ring piece for supporting said second annular layered arrangement is placed around said tubular projection of the bottom of the box and comes to bear on a shoulder of the outer wall of this tubular projection, said shoulder being introduced substantially at the level of the center of curvature of the flexible connection.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindung ist die Höhe der Seitenwand des Verbindungskastens als Funktion des Ausmaßes der festgelegten Vorspannung gewählt, die man in die genannte erste und zweite ringförmige, geschichtete Anordnung des flexiblen Gelenks einzuleiten wünscht.According to another preferred embodiment of the connection according to the invention, the height of the side wall of the connection box is chosen as a function of the amount of fixed prestress that one wishes to introduce into said first and second annular, layered arrangement of the flexible joint.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindung ist die genannte erste geschichtete Anordnung fest mit dem Deckel des Verbindungskastens über ein Teil verbunden, das dazu bestimmt ist, in den Deckel eingebaut zu werden.According to another advantageous embodiment of the connection according to the invention, said first layered arrangement is firmly connected to the cover of the junction box via a part intended to be incorporated into the cover.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindung weisen die Elastomerschichten einer jeden der genannten ersten und zweiten geschichteten, ringförmigen Anordnung unterschiedliche Dicken auf.According to another embodiment of the inventive compound, the elastomer layers of each of said first and second layered annular arrangements have different thicknesses.
Außer den vorangehenden Anordnungen betrifft die Erfindung in gleicher Weise ein Verfahren zum Aufbau einer Verbindung, wie sie oben definiert ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man zur Montage der ringförmigen, geschichteten Anordnungen unter Vorspannung die Einfassung des Verbindungskastens an dessen Deckel befestigt, nachdem man einerseits die erste ringförmige, geschichtete Anordnung am Deckel des Verbindungskastens und andererseits die zweite ringförmige, geschichtete Anordnung am lösbaren Ende des Verankerungskabels befestigt hat, wobei die Höhe der Seitenwand der Einfassung des Verbindungskastens so gewählt ist, daß sie die ringförmigen, geschichteten, vorgenannten Anordnungen aus dem normalen Zustand in den vorgespannten Zustand übergehen läßt.In addition to the foregoing arrangements, the invention also relates to a method of constructing a connection as defined above, characterized in that, in order to assemble the annular, layered arrangements under prestress, the junction box skirt is fixed to the cover thereof after having fixed, on the one hand, the first annular, layered arrangement to the cover of the junction box and, on the other hand, the second annular, layered arrangement to the detachable end of the anchoring cable, the height of the side wall of the junction box skirt being chosen so as to allow the aforementioned annular, layered arrangements to pass from the normal state to the prestressed state.
In vorteilhafter Weise ist die Vorspannung größer als die maximale Zugspannung in irgendeiner der genannten ersten und zweiten ringförmigen, geschichteten Anordnungen der flexiblen Verbindung während der Übertragung einer Belastung entgegen der normalen Funktionsrichtung des Verankerungskabels, wobei diese Belastung auf außergewöhnliche Bedingungen zurückzuführen ist, wie Montagevorgänge oder Manipulationen, die aber ausreichen, um irgendeine der ringförmigen, geschichteten Anordnungen zu beschädigen, was diesen gestattet, ständig unter Druckbelastung zu arbeiten.Advantageously, the prestress is greater than the maximum tensile stress in any of said first and second annular layered assemblies of the flexible connection during the transmission of a load opposite to the normal functional direction of the anchoring cable, which load is due to exceptional conditions, such as assembly operations or manipulations, but sufficient to damage any of the annular layered assemblies, allowing them to operate continuously under compressive load.
Andere Anordnungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, in welchen:Other arrangements of the invention will become apparent from the following description, which refers to the accompanying drawings, in which:
- Fig. 1 eine schematische Ansicht einer vertikal verankerten Ölplattform [mit gespannten Kabeln (TLP)] ist, d.h. eine Plattform, die am Boden des Meeres durch Ankerkabel festgemacht ist, die an ihren unteren und oberen Enden mittels fester Anschlußeinrichtungen am Boden des Meeres bzw. an den Säulen der Plattform befestigt ist,- Fig. 1 is a schematic view of a vertically anchored oil platform [with tensioned cables (TLP)], that is to say a platform moored to the seabed by anchor cables connected at their lower and upper ends by means of fixed connection devices to the seabed or to the columns of the platform,
- Fig. 2, wie bereits weiter oben angesprochen, eine gelenkige Verbindung des Standes der Technik darstellt, die an einer Verbindungseinrichtung E befestigt ist, die in den Boden des Meeres eingelassen ist und schematisch sowie abgebrochen gezeigt ist, wobei die genannte flexible Verbindung im Inneren eines Verbindungskasten B angeordnet ist und eine ringförmige, geschichtete, kugelsymmetrische Elastomeranordnung F sowie ein Kugelgelenk R aufweist, das mit dem vergrößerten äußersten Ende des Ankerkabels 1 zusammenwirkt, und- Fig. 2, as already mentioned above, represents a prior art articulated connection fixed to a connecting device E embedded in the seabed and shown schematically and broken away, said flexible connection being arranged inside a connection box B and comprising an annular, layered, spherically symmetrical elastomer arrangement F and a ball joint R cooperating with the enlarged extremity of the anchor cable 1, and
- Fig. 3 und 4 eine erste Ausführungsform der flexiblen Verbindung nach der Erfindung darstellen und sich im wesentlichen dadurch unterscheiden, was die Befestigungsweise des Deckels des Verbindungskastens an einer der beiden geschichteten Anordnungen angeht, woraus sich die flexible Verbindung zusammensetzt.- Fig. 3 and 4 represent a first embodiment of the flexible connection according to the invention and differ essentially in the manner of fastening the cover of the junction box to one of the two layered assemblies of which the flexible connection is composed.
Es muß indessen darauf hingewiesen werden, daß die Zeichnungen und die entsprechenden beschreibenden Abschnitte alleine zum Zwecke der Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung vorgelegt sind, an welcher sie in keiner Weise eine Einschränkung bedeuten.It must, however, be pointed out that the drawings and the corresponding descriptive paragraphs are presented solely for the purpose of illustrating the subject matter of the invention, to which they in no way imply any limitation.
Die Fig. 3 und 4 zeigen die Enden 10 eines der gespannten Ankerkabel 1 einer schwimmenden Plattform (nicht dargestellt: siehe jedoch Fig. 2) am Boden des Meeres, das von einem Verbindungskasten 2 für das Ende 10 umgeben ist.Figures 3 and 4 show the ends 10 of one of the tensioned anchor cables 1 of a floating platform (not shown: see however Figure 2) at the bottom of the sea, surrounded by a connection box 2 for the end 10.
Der Kasten, der an einer Anschlußeinrichtung (nicht gezeigt: siehe jedoch nochmals Fig. 2) befestigt ist, ist umgrenzt von:The box, which is attached to a connection device (not shown: but see again Fig. 2), is surrounded by:
- einem Deckel 3, der mit einer mittigen Öffnung 4 versehen ist, die den Durchtritt des Kabels und dessen winklige Bewegungen gestattet, die den Bewegungen der schwimmenden Plattform unter der Wirkung der Wellen und des Windes entspricht,- a cover 3 provided with a central opening 4 allowing the passage of the cable and its angular movements corresponding to the movements of the floating platform under the action of the waves and the wind,
- einer Seitenwand 5, und- a side wall 5, and
- einem Boden 6,- a floor 6,
wobei dieser Boden und die Seitenwand die Einfassung 15 des Kastens bilden.This base and the side wall form the frame 15 of the box.
Im Inneren des Kastens 2 ist eine flexible Verbindung 40 (siehe die Fig. 3 und 4) angeordnet, die die Schwenkbewegung des Endes 10 gestattet und folgende Merkmale aufweist:Inside the box 2 there is a flexible connection 40 (see Figs. 3 and 4) which allows the pivoting movement of the end 10 and has the following features:
- eine erste, in Bezug auf einen Mittelpunkt C kugelsymmetrische, ringförmige Anordnung 20, die rund um das Kabel 1 angeordnet ist, am Ende 10 sowie am Deckel 3 des Kastens 2 anhaftet und sich aus einer Vielzahl von Elastomerschichten 8 zusammensetzt, die mit ausgewölbten Schichten 9, vorzugsweise aus Metall, abwechseln, die an den Schichten 8 anhaften, wobei der Krümmungsmittelpunkt der geschichteten Anordnung 20 insgesamt und der gewölbten Schichten 9 insbesondere vom Punkt C gebildet ist,- a first annular assembly 20, spherically symmetrical with respect to a centre point C, arranged around the cable 1, adhered to the end 10 and to the cover 3 of the box 2 and composed of a plurality of elastomer layers 8 alternating with curved layers 9, preferably made of metal, adhered to the layers 8, the centre of curvature of the layered assembly 20 as a whole and of the curved layers 9 in particular being formed by point C,
- eine zweite geschichtete, kugelsymmetrische, ringförmige Anordnung, die mit dem Ende 10 sowie mit dem Boden 6 des Verbindungskastens 2 verbundem ist und sich wie die erste geschichtete Anordnung 20 aus einer Vielzahl von Elastomerschichten zusammensetzt, die sich mit gewölbten Metallschichten abwechseln, die an den Elastomerschichten anhaften, wobei der Krümmungsmittelpunkt der zweiten geschichteten Anordnung und seiner gewölbten Schichten mit dem Krümmungsmittelpunkt C der ersten geschichteten Anordnung 20 zusammenfällt.- a second layered, spherically symmetrical, annular arrangement connected to the end 10 and to the bottom 6 of the connection box 2 and, like the first layered arrangement 20, composed of a plurality of elastomer layers alternating with curved metal layers adhered to the elastomer layers, the center of curvature of the second layered arrangement and of its curved layers being aligned with the Center of curvature C of the first layered arrangement 20 coincides.
In den Fig. 3 und 4 ist die geschichtete Anordnung 30 von einem rohrförmigen, mittigen (axialen) und abgesetzten Vorsprung 14 des Bodens 6 des Kastens 2 getragen.In Figs. 3 and 4, the layered arrangement 30 is supported by a tubular, central (axial) and offset protrusion 14 of the bottom 6 of the box 2.
Es wird nun insbesondere Bezug auf die Fig. 3 und 4 genommen; es muß an dieser Stelle vermerkt werden, daß die zweite geschichtete Anordnung 30, die aus Elastomerschichten 12 zusammengesetzt ist, die an gewölbten Metallschichten 13 anhaften, zwischen zwei Ringstücken 16 und 17 anhaftet.Referring now in particular to Figures 3 and 4, it is to be noted here that the second layered assembly 30, composed of elastomer layers 12 adhered to curved metal layers 13, is adhered between two ring pieces 16 and 17.
Das Stück 16 ist rund um den rohrförmigen Vorsprung 14 des Bodens 6 des Kastens 2 aufgesetzt und gelangt auf einer Schulter 18 der Außenwand dieses rohrförmigen Vorsprungs l4 zur Anlage, wobei die Befestigung des Ringstücks 16 am Boden des Kastens durch Schraubenbolzen l9 erreicht wird.The piece 16 is placed around the tubular projection 14 of the bottom 6 of the box 2 and comes to rest on a shoulder 18 of the outer wall of this tubular projection l4, the fastening of the ring piece 16 to the bottom of the box being achieved by screw bolts l9.
Das Ringstück 17 ist am Ende 10 des Kabels 1 durch Schraubenbolzen 21 befestigt.The ring piece 17 is attached to the end 10 of the cable 1 by means of screw bolts 21.
Um die Zusammenwirkung zwischen dem Ende 10 und dein rohrförmigen Vorsprung 14 zu gestatten, ist in dieses Ende eine Aussparung 25 (Aushöhlung) eingebracht.In order to allow the interaction between the end 10 and the tubular projection 14, a recess 25 (hollow) is made in this end.
Die erste geschichtete Anordnung 20 kann unmittelbar am Deckel 3 angeklebt werden (siehe Fig. 3 und 5).The first layered arrangement 20 can be glued directly to the lid 3 (see Fig. 3 and 5).
Was die Vorbereitung der beiden geschichteten Anordnungen 20 und 30 vor der Montage der unterschiedlichen Teile der erfindungsgemäßen Verbindung angeht, muß an dieser Stelle angemerkt werden, daß die geschichtete Anordnung 20 unmittelbar und gleichzeitig auf das Ende 10 des gespannten Kabels 1 und unter dem Deckel 3 des Kastens 2 in den in den Fig. 3 und 5 dargestellten Ausführungsformen des Kastens aufgeformt ist, oder auf Teilen 33, die dazu bestimmt sind, in den Deckel des Kastens eingebaut zu werden, was die in den Fig. 4 und 6 dargestellten Ausführungsformen angeht.As regards the preparation of the two layered assemblies 20 and 30 prior to the assembly of the different parts of the connection according to the invention, it should be noted at this point that the layered assembly 20 is placed directly and simultaneously on the end 10 of the tensioned cable 1 and under the cover 3 of the box 2 in the positions shown in Fig. 3. and 5, or on parts 33 intended to be incorporated into the lid of the box, as regards the embodiments shown in Figs. 4 and 6.
Die geschichtete Anordnung 30 ist zwischen den beiden tragenden und festigenden Ringstücken 16, 17 eingeformt.The layered arrangement 30 is formed between the two supporting and strengthening ring pieces 16, 17.
Die Montage der verschiedenen Teile findet in der folgenden Reihenfolge statt:The assembly of the various parts takes place in the following order:
- Einbau des Deckels 3 des Verbindungskastens auf dem Teil 33, wenn dieses vorliegt,- Installation of the cover 3 of the junction box on the part 33, if present,
- Befestigung der zweiten geschichteten Anordnung 30 am Ende 10 des gespannten Kabels 1 über das ringförmige Zwischenstück 17, und- fastening the second layered arrangement 30 to the end 10 of the tensioned cable 1 via the annular intermediate piece 17, and
- Befestigung der Einfassung 15 des Verbindungskastens an dessen Deckel 3 (über Schraubenbolzen 11) und am ringförmigen Zwischenstück 16 bzw. 27; während dieser Tätigkeit werden die beiden ringförmigen, geschichteten Anordnungen 20 und 30 einer Vorspannung unterzogen, deren Ausmaß als Funktion der Höhe der Seitenwand 5 des Kastens 2 im Vergleich mit dem axialen Raumbedarf der flexiblen Verbindung 40 reguliert ist. In der Praxis bringt man bei der Montage eine Vorspannung auf, die höher ist als die maximale Zugspannung, die in die erste und/oder zweite geschichtete Anordnung 20 und 30 der flexiblen Verbindung während der Übertragung einer Kraft eingeleitet wird, die entgegen der normalen Funktionsrichtung des Ankerkabels verläuft und auf außergewöhnliche Bedingungen (Demontage, Manipulation usw.) zurückgeht, welche aber ausreicht, um die eine oder andere der geschichteten Anordnungen zu beschädigen. Auf diese Weise läßt die gelegentliche Belastung der Gesamtanordnung auf Zug, insbesondere während der mechanischen Lösung des Ankerkabels, das Elastomer der geschichteten Anordnung stets unter Druckbelastung.- fixing the casing 15 of the junction box to its cover 3 (by means of bolts 11) and to the annular spacer 16 and 27, respectively; during this operation, the two annular laminated assemblies 20 and 30 are subjected to a prestressing, the magnitude of which is regulated as a function of the height of the side wall 5 of the box 2 in comparison with the axial dimensions of the flexible joint 40. In practice, during assembly, a prestressing is applied which is higher than the maximum tensile stress induced in the first and/or second laminated assemblies 20 and 30 of the flexible joint during the transmission of a force which is opposite to the normal operating direction of the anchor cable and which is due to exceptional conditions (dismantling, handling, etc.) but which is sufficient to damage one or other of the laminated assemblies. In this way, the occasional tensile stress on the assembly as a whole, Especially during the mechanical release of the anchor cable, the elastomer of the layered arrangement is always under compressive load.
Es ist leicht, zu verdeutlichen, daß die Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung den Zielen entspricht, auf die die Erfindung abzielt und die weiter oben bezeichnet sind, und zwar insbesondere darin, was die Beherrschung seitlicher (oder guerverlaufender) Kräfte und das Ausräumen jeglicher Berührung von Metall auf Metall sowie jeglicher Zugspannung in den geschichteten Anordnungen angeht, woraus sie sich zusammensetzt.It is easy to see that the joint according to the present invention meets the aims to which the invention is directed and which are indicated above, in particular as regards the control of lateral (or transverse) forces and the elimination of any metal-to-metal contact and any tensile stress in the layered assemblies of which it is composed.
Angesichts dessen ist es klar, daß das Vorliegen querverlaufender Belastungen das Angreifen eines Moments - in Bezug auf den Krümmungsmittelpunkt C - an jeder Schicht der ersten geschichteten Anordnung 20 hervorruft, was Anlaß zum seitlichen Kippen dieser geschichteten Anordnung gäbe und somit zu einer Unstabilität des Systems, wenn nicht die zweite geschichtete Anordnung 30 vorläge, die die notwendige Stabilität sicherstellt, indem sie die querverlaufenden Belastungen aufnimmt (d.h. überträgt), was zur Kombination axialer Belastungen und winkliger Auslenkungen führt: Sie verhält sich somit wie eine geschichtete "Sicherheitsanordnung".In view of this, it is clear that the presence of transverse loads causes the application of a moment - with respect to the centre of curvature C - on each layer of the first layered assembly 20, which would give rise to the lateral tilting of this layered assembly and thus to an instability of the system, if it were not for the presence of the second layered assembly 30, which ensures the necessary stability by absorbing (i.e. transmitting) the transverse loads, leading to the combination of axial loads and angular deflections: it therefore behaves like a layered "safety assembly".
Hier muß auch unterstrichen werden, daß die Steifigkeit der flexiblen Verbindung in ihrer Gesamtheit die Summe der Steifigkeit eines jeden Bestandteils ist, und daß die radiale Widerstandsfähigkeit der zweiten geschichteten Anordnung 30 in der gleichen Größenordnung liegt wie die axiale Widerstandsfähigkeit der ersten geschichteten Anordnung 20.It must also be emphasized here that the stiffness of the flexible connection as a whole is the sum of the stiffness of each component and that the radial resistance of the second layered arrangement 30 is of the same order of magnitude as the axial resistance of the first layered arrangement 20.
Der Beitrag zur Übertragung von Belastungen von den beiden geschichteten Anordnungen der erfindungsgemäßen flexiblen Verbindung hängt ab von der Widerstandsfähigkeit einer jeden geschichteten Anordnung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden angeraten:The contribution to the transfer of loads from the two layered arrangements of the flexible connection according to the invention depends on the resistance of each layered arrangement. In the context of the present invention, it is recommended:
- für das Verhältnis zwischen den axialen Starrheiten Ka&sub1; und Ka&sub2; der ersten bzw. zweiten geschichteten Anordnung die folgenden Werte:- for the ratio between the axial rigidities Ka₁ and Ka₂ of the first and second layered arrangements, respectively, the following values:
10 ≤ Ka&sub1;/Ka&sub2; ≤ 10010 ≤ Ka1/Ka2 ≤ 100
mit Ka&sub1; ≥ 4 10&sup6;kN/m, undwith Ka₁ ≥ 4 10⁶kN/m, and
- für die Starrheit gegenüber Drehung Kr (und zwar Torsionsstarrheit und konische Starrheit) Werte in der gleichen Größenordnung pro Drehwinkeleinheit, d.h.:- for the rigidity against rotation Kr (namely torsional rigidity and conical rigidity) values in the same order of magnitude per unit of rotation angle, i.e.:
Kr ≤ 150kNm/Grd.Kr ≤ 150kNm/grd.
Wie es sich aus dem Vorangehenden ergibt, ist die Erfindung in keiner Weise auf ihre Ausführungs- und Anwendungsformen begrenzt, die soeben detaillierter beschrieben wurden; sie umfaßt im Gegenteil alle Varianten, die sich für den zuständigen Fachmann ergeben, ohne daß er den Rahmen oder Umfang der vorliegenden Erfindung verläßt. Insbesondere muß ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß aus praktischen Gründen die beiden Enden 10 eines Ankerkabels, von denen jedes mit einer entsprechenden flexiblen Verbindung ausgestattet ist, nicht zusammen mit dem Ankerkabel aus einem einzigen Stück ausgebildet sind, sondern auf eine solche Weise trennbar sind, wie die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnungen an die eigentlichen Ankerkabel angesetzt sind (an welchen sie mittels aller geeigneter, vorzugsweise lösbarer Mittel befestigt sind).As is clear from the foregoing, the invention is in no way limited to its embodiments and applications which have just been described in more detail; on the contrary, it includes all variants which may occur to the person skilled in the art without departing from the scope or extent of the present invention. In particular, it must be expressly pointed out that, for practical reasons, the two ends 10 of an anchor cable, each of which is equipped with a corresponding flexible connection, are not formed in a single piece together with the anchor cable, but are separable in the same way as the arrangements shown in Figures 3 and 4 are attached to the actual anchor cables (to which they are attached by any suitable means, preferably detachable).
Außerdem ist es deutlich, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Montageverfahren für die erfindungsgemäße, flexible Verbindung umrissen ist, und zwar für die unterschiedlichen Teile, aus denen sich diese zusammensetzt, welches im wesentlichen aus einer Vorspannungs-Beaufschlagung der ringförmigen, geschichteten Anordnungen 20 und 30 besteht, und zwar einer Montage mit Vorspannung.Furthermore, it is clear that within the scope of the present invention, an assembly method is outlined for the flexible connection according to the invention, namely for the different parts of which it is composed, which essentially consists of a pre-stressing of the annular, layered arrangements 20 and 30, namely an assembly with pre-stressing.
Die Vorspannungs-Beaufschlagung der ringförmigen, geschichteten Anordnungen 20 und 30 wird während der Befestigung der Einfassung 15 des Verbindungskastens 2 an dessen Deckel 3 bewirkt, und dies geschieht, nachdem man einerseits die erste ringförmige, geschichtete Anordnung 20 am Deckel 3 des Verbindungskastens 2 und andererseits die zweite ringförmige, geschichtete Anordnung 30 am lösbaren Ende 10 des Ankerkabels 1 befestigt hat. Diese Vorspannungs-Beaufschlagung wird dadurch erhalten, daß man die Höhe der Seitenwand 5 der Einfassung 15 des Verbindungskastens 2 so wählt, daß man die ringförmigen, geschichteten, oben genannten Anordnungen 20 und 30 aus dem normalen Zustand (I) in den vorgespannten Zustand (lI) übergehen läßt: siehe Fig. 4.The prestressing of the annular, layered assemblies 20 and 30 is effected during the fastening of the casing 15 of the junction box 2 to the cover 3 thereof, and this occurs after having fastened, on the one hand, the first annular, layered assembly 20 to the cover 3 of the junction box 2 and, on the other hand, the second annular, layered assembly 30 to the detachable end 10 of the anchor cable 1. This prestressing is obtained by choosing the height of the side wall 5 of the casing 15 of the junction box 2 so as to allow the above-mentioned annular, layered assemblies 20 and 30 to pass from the normal state (I) to the prestressed state (II): see Fig. 4.
Genauer gesagt, die Vorspannung ist höher als die maximale Zugspannung, die in irgendeine der ersten und zweiten ringförmigen, geschichteten Anordnungen 20 und 30 der flexiblen Verbindung 40, 50 während der Übertragung einer Belastung in der normalen Funktionsrichtung des Ankerkabels eingeleitet wird, wobei diese Belastung auf außergewöhnliche Bedingungen zurückzuführen ist, wie Montagetätigkeiten oder Manipulationen, aber ausreichend, um jede der ringförmigen, geschichteten Anordnungen 20 und 30 zu beschädigen, was es diesen gestattet, ständig unter Druck zu arbeiten, wie dies bereits weiter oben angesprochen wurde.More specifically, the prestress is higher than the maximum tensile stress induced in any of the first and second annular layered assemblies 20 and 30 of the flexible connection 40, 50 during the transmission of a load in the normal operating direction of the anchor cable, this load being due to exceptional conditions such as assembly operations or manipulations, but sufficient to damage any of the annular layered assemblies 20 and 30, allowing them to operate continuously under pressure, as already mentioned above.
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