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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für schwingungsempfindliche Bauwerke, wie z. B. Türme, Maste oder Brücken, nach dem System eines Zweimassenschwingers, insbesondere mit einstellbarer Dämpfung, bei dem eine Zusatzmasse im Inneren und/oder an der Aussenseite des Bauwerkes relativ zum Bauwerk schwingbar gelagert ist, und zwischen dem Bauwerk und der Zusatzmasse ein oder mehrere Dämpfungseinrichtungen vorgesehen sind.
Es ist bekannt, Schwingungen von Bauwerken nach dem System eines Zweimassenschwingers zu dämpfen (DE-PS Nr. 1027388). Bei stabartigen schlanken Bauwerken (Türmen, Masten, Kaminen) kann der Angriff des Schwingungserregers (Wind) aus allen Richtungen erfolgen und ist die
Zusatzmasse für die zweite Masse konstruktiv beschränkt. Ähnliches gilt für Brücken, wo sowohl der Windangriff als auch die Verkehrsbelastung zu Schwingungen führt, die in unterschiedliche
Richtungen weisen. Um zu befriedigenden Dämpfungseigenschaften zu gelagen, wurden gedämpfte
Zweimassenschwinger mit definierter Dämpfung (DE-AS 1559243 und DE-OS 3215428) entwickelt.
Um die erforderliche definierte, temperaturunabhängige Dämpfungskraft sicherzustellen, wurde bei hydraulischen Dämpfungsgliedern eine Beheizung des Hydraulikmediums eingebaut. Das Beheizen des Öldämpfers benötigt nicht nur ständige Fremdenergie, sondern auch bei Stromausfall eine
Notfallreserve und ist daher in der Handhabung sehr aufwendig. Dämpfer mit Reibgewichten bringen wieder unter anderem Probleme mit dem schmierenden Abrieb, so dass auch hier eine definierte Dämpfungseigenschaft schwer sichergestellt werden kann.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, einen wartungsfreien Schwingungsdämpfer zu finden, der keine Fremdenergie benötigt und auch sein Arbeitsmittel aus seiner Umgebung entnimmt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung einen oder mehrere pneumatische Dämpfungszylinder umfasst, die im Raum zwischen Bauwerk und Zusatzmasse des sekundären Schwingers, insbesondere eines Pendels, angeordnet sind. Insbesondere sind die Dämpfungszylinder als Gummibalg ausgebildet, deren luftgefüllter Innenraum mit der freien
Atmosphäre durch eine Drosselstelle verbunden ist. Vorzugsweise ist die Dämpfungskraft durch
Vergrössern bzw. Verkleinern der Drosselstelle einstellbar ausgebildet und gegebenenfalls geschwin- digkeitsabhängig progressiv.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, dass durch eine billige Konstruktion, die sogar der Serienproduktion entnommen werden kann, eine temperaturempfindliche Dämpfungseinrichtung geschaffen wurde, deren Wartungsanforderung auf das Auswechseln unbrauchbar gewordener Konstruktionsteile beschränkt ist. Durch die Verwendung von Luft als Dämpfungsmedium wird ferner erreicht, dass die Dämpfung in allen vorkommenden Temperaturbereichen von-30 bis +40 C konstante, progressive Charakteristik zeigt.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. l ein turmartiges Bauwerk im Aufriss, Fig. 2 eine Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung, Fig. 3 eine Konstruktionsvariante zur Dämpfungseinrichtung nach Fig. 2, Fig. 4 einen Dämpfungszylinder als Gummibalg und Fig. 5 eine Konstruktionsvariante zum Dämpfungszylinder nach Fig. 4.
Fig. 1 zeigt im Aufriss ein Bauwerk-l-mit kreisförmigem Querschnitt, welches auch durch Abspannseile --2-- gehalten sein kann. Dieses an und für sich schwingfähige Bauwerk-l- ist dem Wind ausgesetzt, wobei im Windschatten sich Luftwirbel periodisch von beiden Seiten ablösen und so das Bauwerk zur Schwingung anregen. Um dieselbe zu dämpfen, ist etwa im Bereich der grössten Amplitude, z. B. am oberen Ende, ein Schwingungsdämpfer --3-- vorgesehen, den die eigentliche Erfindung betrifft.
Fig. 2 zeigt ein rohrförmiges Bauwerk-l-im Bereich des Schwingungsdämpfers --3--, der an der Rohraussenseite befestigt ist, und einen sekundären Schwinger --4--, insbesondere ein ringförmiges Pendel, welches an Konsolen --5-- des Bauwerkes --1-- pendelnd aufgehängt ist, sowie eine Dämpfungseinrichtung --6-- zwischen dem Schwinger --4-- und dem Bauwerk - umfasst. Die Dämpfungeinrichtung --6-- ist in diesem Fall ein pneumatischer doppeltwirkender Zylinder, dessen eine Kammer bei einer Dämpfungsbewegung Luft ansaugt, während die zweite Kammer Luft ausstösst, und dies entsprechend der Schwingungsbewegung alternierend.
Die Ansaug- und Ausstossöffnung --7, 7'-- wirken als Drosselstellen, wobei durch Verwendung von Rückschlagventilen die Drosselwerte der Ausstoss- bzw. Ansaugöffnung --7, 7'-- unterschiedlich eingestellt werden können.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der Schwinger --4'-- im Inneren eines
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Rohres angeordnet ist. Das Rohr ist Teil eines schwingungsempfindlichen Bauwerkes --1-- wie z. B. Turm, Mast, Kamin.
In Fig. 4 und 5 sind spezielle platzsparende Dämpfungseinrichtungen --6-- dargestellt, in welchen die komplizierte Kolbenführung vermieden wird. Die Dämpfungseinrichtung --6-- besteht im wesentlichen aus Gummihohlkörpern--8--wie z. B. Gummifedern, Gummibälgen, die an ihren beiden Enden durch eine Metallplatte --9-- mit Anschlüssen --10-- versehen sind, die an sekundären Schwingern (Pendeln) bzw. an das zu dämpfende Bauwerk --1-- angeschlossen sind. Eine oder beide Metallplatten --9-- weisen eine oder mehrere Öffnungen --7"-- auf, durch welche die Luft jeweils angesaugt oder ausgestossen wird.
Zur besseren Regelung sind die Öffnungen --7"-- in Fig. 5 durch einschraubbare Düsen --11-- Rückschlagventile oder Über- druckventile ausgerüstet, so dass die Öffnungen den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden können. Die Gummidämpfer weisen progressive Kennlinien auf, so dass der Schwingungsdämpfer für ein breites Amplitudenfeld wirksam ist. Zur Verbesserung der Druckaufnahmefähigkeit der
Bälge können nicht dargestellte Ringe und/oder Einlagen verwendet werden.
Die Anordnung der Dämpfungseinrichtung --6-- kann je nach Platz radial oder tangential zum turmartigen Bauwerk erfolgen, wobei die tangentiale Anordnung sogar die Möglichkeit eröffnet, Torsionsschwingungen, hervorgerufen durch Windangriff am Kragarm eines Beleuchtungsmastes, zu dämpfen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schwingungsdämpfer für schwingungsempfindliche Bauwerke, wie z. B. Türme, Maste oder Brücken, nach dem System eines Zweimassenschwingers, insbesondere mit einstellbarer Dämpfung, bei dem eine Zusatzmasse im Inneren und/oder an der Aussenseite des Bauwerkes relativ zum Bauwerk schwingbar gelagert ist, und zwischen dem Bauwerk und der Zusatzmasse ein oder mehrere Dämpfungseinrichtungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (6) einen oder mehrere pneumatische Dämpfungszylinder aufweist, die im Raum zwischen Bauwerk (1) und Zusatzmasse des sekundären Schwingers (4), insbesondere eines Pendels, angeordnet sind.
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The invention relates to a vibration damper for vibration-sensitive structures, such as. B. towers, masts or bridges, according to the system of a dual-mass oscillator, in particular with adjustable damping, in which an additional mass is mounted in the interior and / or on the outside of the structure such that it can vibrate relative to the structure, and one or more between the structure and the additional mass Damping devices are provided.
It is known to damp vibrations of structures according to the system of a dual mass vibrator (DE-PS No. 1027388). With rod-like slim structures (towers, masts, chimneys), the vibration exciter (wind) can attack from all directions and is
Additional mass for the second mass structurally limited. The same applies to bridges, where both the wind attack and the traffic load lead to vibrations that occur in different ways
Show directions. In order to achieve satisfactory damping properties, steamed ones were used
Dual mass transducer with defined damping (DE-AS 1559243 and DE-OS 3215428) developed.
In order to ensure the required, defined, temperature-independent damping force, the hydraulic medium was installed in hydraulic dampers. Heating the oil damper not only requires constant external energy, but also one in the event of a power failure
Emergency reserve and is therefore very expensive to use. Damper with friction weights again cause problems with lubricating abrasion, so that a defined damping property is difficult to ensure here, too.
The object of the invention is to find a maintenance-free vibration damper that does not require any external energy and also takes its working fluid from its surroundings. The invention is characterized in that the damping device comprises one or more pneumatic damping cylinders, which are arranged in the space between the structure and the additional mass of the secondary vibrator, in particular a pendulum. In particular, the damping cylinders are designed as rubber bellows, whose air-filled interior with the free
Atmosphere is connected by a throttle. The damping force is preferably through
Enlargement or reduction of the throttling point adjustable and, if necessary, progressive depending on the speed.
The main advantage of the invention is seen in the fact that a cheap construction, which can even be taken from series production, has created a temperature-sensitive damping device, the maintenance requirement of which is limited to the replacement of components which have become unusable. The use of air as a damping medium also ensures that the damping exhibits constant, progressive characteristics in all occurring temperature ranges from -30 to +40 ° C.
The invention is shown schematically and by way of example in the drawings. 1 shows a tower-like structure in elevation, FIG. 2 shows an embodiment of the damping device, FIG. 3 shows a construction variant for the damping device according to FIG. 2, FIG. 4 shows a damping cylinder as a rubber bellows and FIG. 5 shows a construction variant for the damping cylinder according to FIG. 4 .
Fig. 1 shows in elevation a structure-l-with a circular cross-section, which can also be held by guy ropes --2--. This structure, which in itself is capable of swinging, is exposed to the wind, with air vortices periodically detaching from both sides in the slipstream, thus stimulating the structure to vibrate. To dampen the same, is in the range of the greatest amplitude, for. B. at the upper end, a vibration damper --3-- provided, which relates to the actual invention.
Fig. 2 shows a tubular structure in the area of the vibration damper -3, which is attached to the outside of the tube, and a secondary vibrator -4, in particular an annular pendulum, which is attached to brackets -5. of the structure --1-- is suspended with a pendulum, as well as a damping device --6-- between the transducer --4-- and the structure. In this case, the damping device --6-- is a pneumatic double-acting cylinder, one chamber of which draws in air during a damping movement, while the second chamber expels air, and this alternates according to the oscillating movement.
The suction and discharge opening --7, 7 '- act as throttling points, whereby the throttle values of the discharge or suction opening --7, 7' - can be set differently by using check valves.
Fig. 3 shows an embodiment in which the oscillator --4 '- inside a
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Pipe is arranged. The pipe is part of a vibration-sensitive structure --1-- such as B. tower, mast, fireplace.
4 and 5 special space-saving damping devices --6-- are shown, in which the complicated piston guidance is avoided. The damping device --6-- consists essentially of hollow rubber bodies - 8 - such as. B. rubber springs, rubber bellows, which are provided at both ends by a metal plate --9-- with connections --10--, which are connected to secondary oscillators (pendulums) or to the structure to be damped --1-- . One or both metal plates --9-- have one or more openings --7 "- through which the air is sucked in or expelled.
For better control, the openings --7 "- in Fig. 5 are equipped with screw-in nozzles --11-- check valves or pressure relief valves, so that the openings can be adapted to the respective circumstances. The rubber dampers have progressive characteristics, see above that the vibration damper is effective for a wide amplitude field. To improve the pressure absorption capacity of the
Bellows can be used rings and / or deposits, not shown.
Depending on the space, the damping device --6-- can be arranged radially or tangentially to the tower-like structure, whereby the tangential arrangement even opens up the possibility of damping torsional vibrations caused by wind attack on the cantilever arm of a lighting pole.
PATENT CLAIMS:
1. Vibration damper for vibration sensitive structures, such as. B. towers, masts or bridges, according to the system of a dual-mass oscillator, in particular with adjustable damping, in which an additional mass is mounted in the interior and / or on the outside of the structure such that it can vibrate relative to the structure, and one or more between the structure and the additional mass Damping devices are provided, characterized in that the damping device (6) has one or more pneumatic damping cylinders which are arranged in the space between the structure (1) and the additional mass of the secondary vibrator (4), in particular a pendulum.