DE2806757A1

DE2806757A1 - Dynamischer schwingungsdaempfer zur anbringung an bauwerken

Info

Publication number: DE2806757A1
Application number: DE19782806757
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Hirsch
Original assignee: KA BE WERK LUFTTECHNIK und ENT
Current assignee: KA BE WERK LUFTTECHNIK und ENT
Priority date: 1978-02-17
Filing date: 1978-02-17
Publication date: 1979-08-23
Also published as: DE2806757B2; DE2806757C3

Description

Dynamischer Schwingungsdämpfer zur
Anbringung an Bauwerken Die Erfindung bezieht sich auf dynamische Schwingungsdämpfer zur Anbringung an Bauwerken oder Bauteilen, bestehend aus einer federnd am Bauwerk oder Bauteil anzubringenden Zusatzmasse mit gedämpfter Schwingung. Weiterhin betrifft die Erfindung mit derartigen Schwingungsdämpfern ausgerüstete Bauwerke oder Bauteile.
Es ist bekannt, Bauwerke oder Bauteile, welche durch äußere Erregung zur Schwingung in der Grundfrequenz oder einer höheren Eigenfrequenz neigen rund keine genügende Eigendämpfung besitzen, insbesondere Stahlkamine, Antennenträger, Pylone, Stützen, Seile und Rohrleitungen, durch dynamische Schwingungsdämpfer vor Schäden zu bewahren Die Erregung kann bei den genannten Bauwerken ZQB. durch den Wind hervorgerufen sein oder seismischen Ursprung haben. Eine Übersicht über den Stand der Technik auf diesem Gebiet mit weiteren Literaturnachweisen findet sich in Aufsätzen von chor. Pítersen und G. Hirsch in "Haus der Technik - Vortragsveröffentlichung 347", Seiten 93 bis 112. Ergänzend wird auf DE-GM 66 09 958, DR-OS 25 51 471 und DE-OS 26 16 899 verwiesen.
Nachdem die Berechnung dynamischer Schwingungsdämpfer grundsätzlich bekannt ist, kommt es für die weitere Entwicklung auf diesem Gebiet insbesondere darauf an, Syr,-leme und Strukturen für derartige Schwingungsdämpfer zu fintlen, die witterungsbeständig und verschleißfest sind, eine kontrollierbare Ausführung gestatten und den Stromuntrswiderstand des Bauwerks im Wind möglichst wenig erhöhen. Die bekannten Schwingungsdämpfer befriedigen nämlich in dieser Hinsicht noch nicht. Sie erfordern in den meisten Fällen ein verhältnismäßig voluminöses Gehäuse und sind auch dinn noch nicht wartungsfrei. Vielfach ist der konstruktive Aufbau verhältnismäßig kompliziert und entsprechend teuer. In anderen Fällen wiederum sind die Massen des Schwingungsdämpfers insgesamt relativ groß. Mit der vorliegenden Erfindung sollen alle diese Nachteile grundlegend beseitigt wer den, und hierzu wird ein dynamischer Schwingungsdämpfer vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäß die Zusatzmasse mit mechanischen, kombinierten Feder-Dämpfer-Elementen verbunden ist.
Bei der Erfidung kann auf die übliche pendelnde Aufhängung der Zusatzmasse verzichtet werden, bei welcher unterhalb der Zusatzmasse aus Sicherheitsgründen noch eine Auffangvorricht-ang angebracht sein sollte. Im Vergleich zu bekannten Konstruktionen mit Teleskopdämpfern ergibt sich durch die Erfindung in jedem Fall eine sehr viel kleinere Ausführung.
Außerdem kann die Störungsanfälligkeit und Wartungsbedürftigkeit der Teleskopdämpfer vermieden werden.
Geeignete Feder-Dämpfer-Elemente stehen als Drahtseil-Schraubenfedern zur Verfügung, die bisher unter der 1-zeichnung GTW Vibrations- und Schockminderer vor allem im Maschinenbau zur Verhinderung der Übertragung von Vibrationen und Stößen Anwen(llmg gefunden haben.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden die Feder- und Dämpfungseigenschaften der Drahtseil-Schraubenfedern durch Einlagerung von dämpfenden Materialien, wie z.B. Gummi oder Kunststoff, und /oder Umhüllung oder Vergu3 mit solchen Materialien eingestellt.
Alternativ zu den Drahtseil-Schraubenfedern können die Feder-Dämpfer-Elemente auch einen schlauchförmige, radial belasteten Querschnitt haben und aus einem ggf. armierten, federnden und gleichzeitig dämpfenden Material, wie z.B.
Gummi oder Kunststoff bestehen. In bevorzugt er abgewandelter Ausführung kommen auch Stahlgewebe-Schläuche in Frige, wobei ebenfalls die Feder- und Dämpfungseigenschaften durch Einlagerung von dämpfenden Materialien und/oder Umhüllung oder Verguß mit solchen Materialien eingestellt sind.
Es bereitete mit den bekannten dynamischen Schwingungsdämpfern verhältnismäßig große Schwierigkeiten, nicht nur die Schwingungen in der Grundfrequenz, sondern auch tlie Schwingungen in höheren Eigenfrequenzen zu dämpfen, da hierzu mehrere voneinander unabhängige Schwingungsdämpfer gebraucht wurden. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird nunmehr vorgeschlagen, daß zur Dämpfung von Schwingungen sowohl in der Grundfrequenz als auch in höheren Eigenfrequenzen zwei oder mehr Feder-Dämpfer-Elemente derart mit gegenseitigem Spiel in Richtung des Federwegs neben- oder ineinander angeordnet sind, daß sie bei zunehmender Schwingungsamplitude nacheinander belastbar sind.
Alternativ könnten grundsätzlich integrierte Feder-Dämpfer-Elemente mit nichtlinearer Federkennlinie verwendet werden.
Man gewinnt in jedem Fall den Vorteil, daß mehrere Eigenfrequenzen mittels einer einzigen Zusatzmasse und eines äußerst kompakten Schwingungsdämpfer-Systems gedämpft werden können.
Das Bauwerk oder Bauteil mit einem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer wird in einer ersten praktisch bevorzugten Ausführung so ausgebildet, daß das Gewicht der Zusatzmasse ausschließlich an den Feder-I)ämpfer-Elem'cnten abgestützt ist. In einer anderen praktisch realisierbaren Ausführungsform der Erfindung ruht das Gewicht der Zusatzmasse auf @ darunter gelenkig gelagerten Stiitzen. Im Verauch zur pendelnden Aufhängung der Zusatzmasse hl', diese Konstruktion den Vorteil, daß sich der TrRgring Für die Stützen und die Zusatzmsase unterhalb derselben befindet und somit gegen Herabfallen sichert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Zusatzmasse unmittelbar am äußersten Ende des Bauwerks angeordnet werden kann. Daneben ist aber auch nlchh wie vor eine pendelnde Aufhängung der Zusatzmasse möglich uiiter Verwendung der vorgeschlagenen Feder-Dämpfer-Elemente zwischen dem Bauwerk und der Zusatzmasse. Die Feder-Dämpfer-Elemente können auch mittelbar zwischen die Zusatzmasse und das Bauwerk eingeschaltet werden, indem sie z.B. an dem die Zusatzmasse tragenden Pendel oder Gestänge angreifen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen auf der Außenseite eines Stahlkamins angebrachten dynamischen Schwingungsdämpfer gemaß der Erfindung, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Schwingungsdämpfer nach Fig. 1, Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen in einem Stahlkamin installierten Brfindunggemäßen Schwingungsdämpfer, Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Feder-Dämpfer-Element mit nichtlinearer Federcharakteristik.
Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer dynamischer Schwingungsdämpfer können, wie der Vergleich von Fig. 1 und 3 zeigt, innen oder riißcn an einem Bauwerk, z.B. einem Stahlkamin 1, angebracht sein.
Es ist dabei nicht erforderlich, daß die Kittellängsach; e des zu dämpfenden Bauwerks oder Bauteils senkrecht steht, denn die Erfindung ist praktisch unabhängig von der Lage der Teile und der Art der Erregung.
Am Stahlkamin 1 sind diametral gegenüberliegend zwei Konsolen 2 fest angebracht, auf denen über gelenkig gelagerte Pendelstützen 3 das Gewicht einer Zusatzmasse 4 ruht, welche z.B. die Form eines geschlossenen oder offenen runden oder polygonalen Rings haben kann. Alternativ können auch über den Umfang verteilte Einzelmassen Anwendung finden. Die Zusatzmasse beträgt in der Praxis in der Größenordnung 1 bis 2 % der Gesamtmasse der zu dämpfenden Struktur.
Zwischen der Zusatzmasse 4 und dem Kamin 1 sind kombinierte Feder-Dämpfer-Elemente 5 eingesetzt, welche in einer praktischen Ausführungsform Drahtseil-Schraubenfedern sein können, die quer zu ihrer Mittellinie belastet werden. Die Verbindung zwischen den Feder-Dämpfer-Elementen und der Zusatzmasse 4 einerseits sowie dem Kamin andererseits kann über Klemmleisten an den Drahtseil-Schraubenfedern erfolgen, wie dies bei derartigen Federelementen bekannt ist.
Drahtseil-Schraubenfedern haben eine Dämpfungswirkung infolge der Reibung der Drähte aneinander. Sie sind korrosionsbeständig und wartungsfrei, nahmen wenig Platz in Anspruch und haben e"ne rroße Tragfähigkeit. Wegen der zuletzt genannten Eigenschaft können gegebenenfalls auch die Konsolen 2 und Pendelstützen 3 entfallen. Zur besseren Einstellung der Dampfungseigenschaft der Feder-Dämpfer-Elemente können, wie oben erwähnt, g; teeinete Materialien ein- oder aufgebracht werden.
Im Gegensatz zu den meisten anderen bekannten dynamischen Schwingungsdämpfern bedarf es bei der Erfindung keiner Anschlagpuffer zum weichen Auffangen extremer Amplituden der schwingenden Zusatzmasse 4.
Die beispielhaft gewählten Drahtseil-Schraubenfedern lassen sich gemäß der Draufsicht nach Fig. 4 ineinander schachteln, wobei dann eine Drahtseil-Schrce4ubenfeder 6 größeren Durchmessers eine mit 7 bezeichnete kleinere aufnimmt. Zur Verbin?:nr der größeren Drahtseil-Schraubenfeder 6 mit der K"tn 1 und mit der Zusatzmasse 4 dienen zwei diametral gegenüberliegende Klemmleisten 8 und 9, wobei die Klemmleiste 8 auch die Drahtseil-Schraubenfeder 7 hält. Die Auslegung wird man so vornehmen, daß die äußere Drahtseil-Schraubenfeder 6 zur Dämpfung der Schwingungen des Kamins in der Grundfrequenz ausreicht. Falls der Kamin in einer höheren Eigenfrequenz zu schwingen beginnt, welche durch die äußere Drahtseil-Schre4ubenfeder 6 nicht genügend gedämpft wird, tritt zusätzlich die innere Drahtseil-Schraubenfeder 7 in Aktion, welche so bemessen ist, daß sie zusammen mit der äußeren Drahtseil-Schraubenfeder 6 und der Zusatzmasse 4 einen dynamischen Schwingungsdämpfer für die höhere Eigenfrequenz bildet.
Es versteht sich, daß sich die Erfindung auch auf andere geeignete Feder-Dämpfer-Elemente aus anderen, als den genannten Materialien oder Kombinationen von Materialien erstreckt, sofern sich diese in derselben Weise, wie beansprucht, anordnen lassen. Dabei sind auch zahlreiche Abwandlungen der Form und Stützkonstruktionen der Zusatzmasse möglich. Eine @@@ndlung gegenüber der beschriebenen Ausführungsform beshteht auch darin, daß die Feder-Dämpfer-Elemente bei Konstruk--tionen gemäß Fig. 1 oder 3 nich-t unbedingt fest sowohl mit dem Bauwerk als auch mit der Zusatzmasse verbunden sein müssen, denn es genügt zur Erzielung der gewünschten Funktion eine einseitige Befestigung.

Claims

Patentansprüche Dynamischer Schwingungsdämpfer zur Anbringung an Bauwerken oder Bauteilen, bestehend aus einer federn Bauwerk oder Bauteil anzubringenden Zusatzmasse mit gedämpfter Schwingung, d a d u r c h g e ic e fl fl -z e i c h n e t , daß die Zusatzmasse (4) mit mechanischen, kombinierten Feder-1)ämpfer-Elementen (5) verbunden ist.
2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , daß die Feder-Dämpfer-Elemente (5) Drahtseil-Schraubenfedern sind.
3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Feder- tud Dämpfungseigenschaften der Drahtseil-Schraubenfedern (5) durch Einlagerung von dämpfenden Materialien, wie z.B. Gummi oder Kunststoff, und/oder Umhüllung oder Verguß mit solchen Materialien eingestellt sind,
4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Feder-Dämpfer-Elemente (5) einen schlauchförmigen, radial belasteten Querschnitt haben und aus einem gegebenenfalls armierten, federnden und gleichzeitig dämpfenden Material, wie z.B. Gummi oder Kunststoff,bestehen.
5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Feder-Dämpfer -Elemente (5) aus Stahlgewebe-Schläuchen bestehen, wobei die Feder- und Dämpfungseigenschaften durch Einlagerung von dämpfenden Materialien und/oder Umhüllung oder Verguß mit solchen Materialien eingestellt sind.
6. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Xnsprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e dfl zur Dämpfung von Schwingungen sowohl in der Grundfrequenz als auch in höheren Eigenfrequenz zwei oder mehr Feder-Dämpfer-Elemente (6, 7) derart mit gegenseitigem Spiel in Richtung des Federwegs neben- oder ineinander angeordnet sind, daß sie bei zunehmender Schwingungsamplitude nacheinander belastbar sind.
7. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d u u r c h g e k e n n z e i c h n e t , zur Dämpfung von Schwingungen sowohl in der Grundfrequenz als auch in höheren Eigenfrequenzen integrierte Feder-Dämpfer-Elemente mit nichtlinearer Federkonstanten vorgesehen sind.
8. Bauwerk oder Bauteil mit einem Schwingungsdämpfer nteh einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Gewicht der Zusatzmesse (4) ausschließlich an den Feder-Dämpfer-Elementen (5) abgestützt ist.
9. Bauwerk oder Bauteil mit einem Schwingungsdämpfer noch einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Gewicht der Zusatzmasse (4) auf darunter gelenkig gelagerten Stützen (3) ruht.
10. Bauwerk oder Bauteil nach Anspruch 8 oder 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Feder-Dämpfer-Elemente (5) axial in Höhe der Zusatzmasse (4) angeordnet sind.
11. Bauwerk oder Bauteil nach Anspruch 8 oder 9 , d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß de Feder-Dämpfer-Elemente (5) zwischen die Zusatzmasse (4) tragenden Stützen (3) oder Pendeln und dem Bauwerk (1) eingespannt sind.