DE102007040255A1

DE102007040255A1 - Anordnung mit einem erdbebengeschützten Bauteil

Info

Publication number: DE102007040255A1
Application number: DE102007040255A
Authority: DE
Inventors: Ehrenfried Von Waldow
Original assignee: Gerb Schwingungsisolierungen GmbH and Co KG
Current assignee: Gerb Schwingungsisolierungen GmbH and Co KG
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2009-02-26
Also published as: WO2009024143A1; CN101784818A; US20100242380A1; JP2010537129A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem erdbebengeschützten, mast- oder turmartig aufragenden Bauteil (1) einer industriellen Anlage. Sie bezieht sich vorzugsweise auf eine Anordnung zum Schutz eines entsprechenden Bauteils (1) einer Anlage zur Stromerzeugung, -verteilung oder Umformung. Dabei geht die Erfindung von einer Anordnung aus, bei der das betreffende erdbebengeschützte Bauteil (1) über ein Fundament im Boden (4) verankert oder über ein Befestigungselement (3) am Boden (4) oder an einem anderen Bauteil der Anlage befestigt ist. Zum Erdbebenschutz ist erfindungsgemäß zwischen dem Fundament oder dem Befestigungselement und dem erdbebengeschützten Bauteil (1) lediglich eine vertikal ausgerichtete Schraubenfeder (2) angeordnet. Diese ist kraft- und/oder formschlüssig mit dem Fundament oder dem Befestigungselement (3) sowie mit dem axial unteren Ende des erdbebengeschützten Bauteils (1) verbunden, wobei die Schraubendruckfeder (2) im Erdbebenfall, das heißt dynamisch, ausschließlich vertikal und auf Biegung belastet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem erdbebengeschützten, mast- oder turmartig aufragenden Bauteil. Sie bezieht sich auf den Erdbebenschutz eines entsprechenden Bauteils, welches als Teil einer industriellen Anlage vertikal aufragt. Ohne hierauf beschränkt zu sein handelt es sich bei der Erfindung vorzugsweise um eine Anordnung zum Schutz eines Bauteils einer Anlage zur Stromerzeugung, -verteilung oder Umformung.
In den erdbebengefährdeten Gebieten der Erde kommt technischen Lösungen zum Schutz von Gebäuden, Bauwerken und industriellen Anlagen vor den Auswirkungen eines Erdbebens eine herausragende Bedeutung zu. Daher wurde insbesondere für den Schutz von Gebäuden und der darin wohnenden und/oder arbeitenden Menschen bereits eine Vielzahl technischer Lösungen entwickelt, Derartige Lösungen sind häufig sehr aufwändig und insofern teuer. Für den Schutz von Menschenleben ist ein entsprechend hoher Aufwand allerdings sicherlich in jedem Falle gerechtfertigt.
Darüber hinaus gilt es aber auch, Lösungen für den Schutz der Infrastruktur vor einer Zerstörung durch die Wirkungen eines Erdbebens zu finden. So ist gerade nach einem schweren Erdbeben die Verfügbarkeit einer weitgehend intakten Infrastruktur und von Versorgungseinrichtungen besonders wichtig. Dies gilt in besonderem Maße auch für die Stromversorgung. Es gilt insoweit, Lösungen für den Schutz entsprechender Anlagen zu finden, welche effektiv, aber möglichst bedeutend kostengünstiger als aufwändige Maßnahmen zum Schutz von Menschenleben sind. Hierbei gilt es zu berücksichtigen, dass insbesondere Anlagen der Stromerzeugung, Stromverteilung oder Stromumformung häufig eine Vielzahl von Bauteilen umfassen, welche, wie zum Beispiel die Masten einer Hochspannungsleitung, mast- oder turmartig vertikal aufragen.
Für den Erdbebenschutz eines solchen mast- oder turmartig aufragenden Bauteils ist beispielsweise durch die JP 05 101 730 A eine Lösung für eine Hochspannungsanlage bekannt geworden. Gemäß der Druckschrift ist in die Konstruktion des betreffenden mastartigen Bauteils eine Dämpfungseinheit eingefügt, bei welcher in einem röhrenförmigen beziehungsweise hohlzylindrischen Abschnitt ein Faltenbalg und um diesen herum ein Ringelement angeordnet ist, welches aus wechselweise horizontal angeordneten Federn und Dämpfungselementen besteht. Die Federn werden dabei aufgrund ihrer horizontalen Anordnung durch das darüber aufragende, erdbebengeschützte Bauteil statisch vertikal belastet, und im bei einem Erdbeben, wie von anderen Lösungen des Standes der Technik her bekannt, horizontal und vertikal beansprucht.
Aus der JP 06 245 336 A ist eine Lösung bekannt, bei welcher der aus Glas, Keramik oder Porzellan bestehende Isolatorkörper eines mastförmig aufragenden Elements einer Hochspannungsanlage über eine Art Pendel mit einer sich in einem viskosen Dämpfungsmittel bewegenden Masse verbunden ist. Die gesamte Anordnung ist aufgeständert, wobei das erdbebengeschützte Bauteil über ein horizontal angeordnetes Ringfederelement mit den vertikalen Elementen des Ständers verbunden ist. Beide zuvor beschriebenen Lösungen weisen aufgrund dessen, dass sie passiver Art sind, bereits einen verhältnismäßig einfachen Aufbau auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Lösung für den Erdbebenschutz von mast- oder turmartig vertikal aufragenden Bauteilen anzugeben, welche darüber hinaus vorzugsweise einen noch einfacheren Aufbau aufweist.
Die Erfindung wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
Die erfindungsgemäße Lösung für ein erdbebengeschütztes, mast- oder turmartig vertikal aufragendes Bauteil einer industriellen Anlage geht von einer Anordnung aus, bei der das betreffende erdbebengeschützte Bauteil über ein Fundament im Boden verankert oder über ein Befestigungselement am Boden oder an einem anderen Bauteil der Anlage befestigt ist.
Erfindungsgemäß ist dabei zwischen dem vorgenannten Fundament oder dem Befestigungselement und dem erdbebengeschützten Bauteil lediglich eine vertikal ausgerichtete Schraubenfeder angeordnet. Diese ist kraft- und/oder formschlüssig mit dem Fundament oder dem Befestigungselement sowie mit dem axial unteren Ende des erdbebengeschützten Bauteils verbunden. Bei dieser für den Erdbebenschutz neuen Lösung mit einer vertikal angeordneten Schraubendruckfeder wird die Feder, abweichend von den Lösungen des bisher bekannten Standes der Technik, dynamisch ausschließlich vertikal und auf Biegung belastet. Sie wird zum einen statisch durch die eingetragene Gewichtskraft des erdbebengeschützten Bauteils vertikal belastet und zum anderen dynamisch, also im Erdbebenfall, ausschließlich vertikal und auf Biegung beansprucht. In Laborversuchen hat sich überraschender Weise gezeigt, dass durch diese sehr einfache Anordnung eine effektive Lösung für einen Erdbebenschutz mast- oder turmartig aufragender Bauteile als Teil einer entsprechenden Anordnung gegeben ist.
Dabei kommt die erfindungsgemäße Anordnung grundsätzlich beziehungsweise in einer Vielzahl von Anwendungsfällen mit ausschließlich einer entsprechend dimensionierten, vertikal angeordneten Schraubendruckfeder aus. Gemäß einer möglichen Ausbildungsform der Erfindung handelt es sich bei dem erdbebengeschützten Bauteil um ein Bauteil einer Anlage zur Stromerzeugung, -verteilung oder -umformung. Ein besonders praxisrelevanter Einsatzfall ist durch eine Anordnung gegeben, bei welcher es sich bei dem erdbebengeschützten Bauteil um einen Stromumformer mit einem vertikal aufragenden Isolator, nämlich einem Glas, Keramik- oder Porzellankörper handelt, wobei die Schraubendruckfeder unterhalb des betreffenden Isolators an dem Stromumformer angeordnet und am Boden des Standortes des Stromumformers befestigt ist. Aber auch für den Erdbebenschutz des Mastes einer Stromleitung ist eine entsprechend ausgebildete Anordnung einsetzbar.
Wie bereits ausgeführt, ist ein wirksamer Erdbebenschutz, entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung, bereits mit nur einer, unterhalb des erdbebengeschützten Bauteils vertikal angeordneten Schraubendruckfeder möglich. Dies schließt indes nicht aus, dass je nach Einsatzfall die Wirksamkeit des durch die Schraubendruckfeder gegebenen Erdbebenschutzes durch zusätzliche Maßnahmen, aber unter grundsätzlicher Beibehaltung eines einfachen Aufbaus, noch erhöht beziehungsweise verbessert wird. Insoweit ist eine mögliche Weiterbildung dadurch gegeben, dass unterhalb des erdbebengeschützten Bauteils, parallel zu der Schraubendruckfeder, ein oder mehrere Dämpfer angeordnet sind. Hierbei kann es sich um viskoelastische Dämpfer, elastisch-plastische Dämpfer oder auch um hydraulische Dämpfer handeln.
Gemäß einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung ist zur Bedämpfung der Schraubendruckfeder um diese herum eine Art Schrumpfschlauch aus einem elastischen Material angeordnet. Eine andere mögliche Ausbildungsform ist darüber hinaus dadurch gegeben, dass die Schraubendruckfeder in einen mit einer viskosen Dämpfungsmasse gefüllten Behälter gestellt ist. Als viskose (vorzugsweise hoch viskose), das heißt fließfähige Masse zur Füllung eines die Schraubendruckfeder umgebenden Behälters kommen beispielsweise Silikonöl oder Bitumen in Betracht.
Ferner lässt sich ein wirksamer Schutz bei dennoch vergleichsweise einfachem Aufbau auch erreichen, indem die Schraubendruckfeder beziehungsweise mindestens eines ihrer axialen Enden, vorzugsweise das axial untere Ende, in eine elastisch-plastische Masse eingebettet wird. Hierfür können mit Vorteil geschäumte oder gegossene Elastomere verwendet werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels nochmals näher erläutert werden. Hierzu ist in der 1 beispielhaft die Anordnung eines mit dem erfindungsgemäßen Erdbebenschutz versehenen Bauteils 1 dargestellt, bei welchem es sich um einen Stromumformer 5, 6, 7. Der Stromumformer 5, 6, 7 besteht aus einem oberen Behälter 5, welcher den eigentlichen Umformer aufnimmt, einem Isolator, beispielsweise in Form eines Keramikkörpers 6 und einem unteren Sekundär-Klemmkasten 7, über welchen die Schraubendruckfeder 2 an dem Stromumformer 5, 6, 7 befestigt ist. Aus der Figur wird erkennbar, dass insbesondere der vertikal aufragende spröde Keramikkörper 6 des Stromumformers 5, 6, 7 im Falle einer dynamischen Beanspruchung durch in Folge eines Erdbebens auftretende Schwingungen zerstörungsgefährdet ist. Daher ist, entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung, unterhalb des Keramikkörper 6 an dem erdbebengeschützten Bauteil 1, in axialer Flucht mit dem vertikal aufragenden Keramikkörper 6 eine Schraubendruckfeder 2 in vertikaler Ausrichtung angeordnet. Diese ist vorliegend bezüglich des erdbebengeschützten Bauteils 1, an dem Sekundär-Klemmkasten 7 des Stromumformer 5, 6, 7 und mit dem anderen axialen Ende über die Platte 3 mit zugehörigen Verschraubungen am Boden 4, beispielsweise einer Betonfläche, befestigt. Die gezeigte Anordnung kommt für einen wirksamen Erdbebenschutz mit ausschließlich einer Schraubendruckfeder 2 aus, deren Außendurchmesser, wie aus der Zeichnung ersichtlich, größenordnungsmäßig dem Außendurchmesser des mastförmigen, erdbebengeschützten Bauteils 1 entspricht.
Abweichend von dem in der 1 gezeigten Bespiel kann die Platte 3, mit den, durch die links und rechts der Schraubendruckfeder 2 vertikal verlaufenden Linien angedeuteten Verschraubungen, auch als Grundplatte eines topfförmigen Befestigungselements ausgebildet sein, wobei die entsprechende Grundplatte den topfförmigen Teil des betreffenden Befestigungselements seitlich überragt. Die unteren Windungen der Schraubendruckfeder 2 wären in diesem Falle in eine die Schraubendruckfeder 2 bedämpfende plastisch-elastische Masse eingebettet und über die Grundfläche des topfförmigen Elements mit zugehörigen Verschraubungen am Boden 4 befestigt.

1: (erdbebengeschütztes) Bauteil
2: Schraubendruckfeder
3: Befestigungselement, zum Beispiel Platte mit Verschraubungen
4: Boden
5: Stromumformer (Kasten mit Umformer)
6: Stromumformer (Isolator, zum Beispiel Keramikkörper)
7: Stromumformer (Kasten bzw. Sekundär-Klemmkasten)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 05101730 A [0004]
- JP 06245336 A [0005]

Claims

Anordnung mit einem erdbebengeschützten, mast- oder turmartig vertikal aufragenden Bauteil (1) einer industriellen Anlage, wobei das betreffende Bauteil (1) über ein Fundament im Boden (4) verankert oder über ein Befestigungselement (3) am Boden (4) oder an einem anderen Bauteil der Anlage befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fundament oder dem Befestigungselement (3) und dem erdbebengeschützten Bauteil (1) eine vertikal ausgerichtete Schraubendruckfeder (2) angeordnet ist, welche kraft- und/oder formschlüssig mit dem Fundament oder dem Befestigungselement (3) sowie dem axial unteren Ende des erdbebengeschützten Bauteils (1) verbunden ist, wobei die durch das erdbebengeschützte Bauteil (1) statisch vertikal belastete Schraubendruckfeder (2) im Erdbebenfall ausschließlich vertikal und auf Biegung beansprucht wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Schraubendruckfeder (2) etwa der Querschnittsfläche des erdbebengeschützten mast- oder turmförmigen Bauteils (1) entspricht.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem erdbebengeschützten Bauteil (1) um ein Bauteil einer Anlage zur Energieerzeugung, insbesondere zur Stromerzeugung, oder einer Anlage zur Stromverteilung oder -umformung handelt.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauteil (1) um einen Stromumformer (5, 6, 7) mit einem vertikal aufragenden Glas-, Keramik- oder Porzellankörper (6) handelt und die Schraubendruckfeder (2) unterhalb des Glas-, Keramik- oder Porzellankörpers (6) am Stromumformer (5, 6, 7) angeordnet und mittels einer vorzugsweise verschraubten Platte (3) am Boden (4) befestigt ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauteil (1) um den Mast einer Stromleitung handelt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des erdbebengeschützten Bauteils (1), parallel zu der Schraubendruckfeder (2), zusätzlich ein oder mehrere Dämpfer angeordnet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bedämpfung der Schraubendruckfeder (2) um diese herum ein Schrumpfschlauch angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubendruckfeder (2) in einen mit einer viskosen Masse gefüllten Behälter gestellt ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der viskosen Masse um Bitumen oder Silikonöl handelt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Schraubendruckfeder (2) oder mindestens eines ihrer axialen Enden in eine elastisch-plastische Masse eingebettet ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der elastisch-plastischen Masse um ein geschäumtes oder gegossenes Elastomer handelt.