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Dämpfer für zu transversalen Schwingungen neigende Kamine Die Erfindung
betrifft einen Dämpfer für zu transversalen Schwingungen neigende Kamine mit einem
an der Kaminkrone befestigten, den Kamin umgebenden Gehäuse, das mit einer als Dämpfmasse
wirkenden, viskosen Flüssigkeit teilweise gefällt ist und das mehrere mit dem Gehäuse
starr verbundene Platten enthält, durch die über Durchlässe miteinander verbundene
Kammern gebildet sind.
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Bei einem derartigen Dämpfer, der Gegenstand eines älteren Patents
ist, stehen die Platten in dem den Kamin umgebenden Gehäuse radial, so daß sich
sektorartige Kammern ergeben, und die Kammern sind außer mit der viskosen Flüssigkeit
mit einem porösen Faserhaufwerk gefüllt. Ein Bemessen dieses Dämpfers durch Vorausberechnung
ist nicht möglich, und sein Betriebsverhalten ändert sich wegen des Faserhaufwerkes
im Laufe der Zeit.
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Es ist eine Einrichtung bekannt, die zum Dämpfen der Schwingungen
von Vibratoren, z. B. eines Unterwasserschallapparates oder eines Materialprüfapparates,
dient. Die erwähnten Apparate verursachen Schwingungen hoher Frequenz, die nur in
einer Richtung auftreten. Zum Dämpfen dieser Schwingungen wird die Reibung einer
in einem Hohlraum der schwingenden Masse befindlichen Flüssigkeit, zweckmäßig Quecksilber,
ausgenutzt. Diese Einrichtung eignet sich nur zum Dämpfen von in einer Richtung
auftretenden und hochfrequenten Schwingungen.
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Zum Stand der Technik gehört ferner eine Einrichtung, die zum Dämpfen
von Biegeschwingungen dient und die von einem Schwinger - bestehend aus einer
Masse und einem Koppelglied - gebildet wird, der mit dem zu dämpfenden schwingenden
Gebilde verbunden ist. Der Schwinger ist so bemessen, daß er in Resonanz gerät,
d. h., daß die Amplitude des Schwingers größer wird als die des schwingenden
Gebildes. Hier wird durch die elastischen und dämpfenden Eigenschaften des Koppelgliedes
Energie absorbiert. Auch diese Einrichtung dämpft nur die in einer bestimmten Richtung
auftretenden Schwingungen.
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Eine andere bekannte Dämpfungseinrichtung wirkt wie ein Kolbendämpfer;
bei ihr wird bei Relativbewegung zwischen einer festen Dämpfungsmasse und dem schwingenden
System eine Flüssigkeit durch einen langen, engen Spalt gedrückt, wobei Energie
absorbiert wird. Diese Einrichtung ist ebenfalls nur in einer Schwingungsrichtung
wirksam und eignet sich nicht zum Dämpfen von Kaminschwingungen.
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Zum Dämpfen von Drehschwingungen eines Schiffes um seine Längsachse
ist der Frahmsche Schlingertank bekannt, bei dem eine Flüssigkeit, die zwei über
eine Drosselstelle miteinander verbundene Gefäße teilweise füllt, gegenüber der
Drehschwingung des Schiffes verzögert von einem Gefäß in das andere strömt. Diese
Einrichtung eignet sich nur zum Dämpfen von Drehschwingungen um eine horizontale
Achse und nicht von Transversalschwingungen eines Kamins.
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Es ist weiter eine Einrichtung nicht mehr neu, die zum Dämpfen von
Schwingungen von vertikalen Läuferwellen dient, wobei auf der Welle über ein Kugellager
ein Ringmantel gelagert ist, der mehr oder weniger tief in ein mit Oel gefülltes
Ringgefäß taucht, das mit seinen parallelen Wänden den Ringmantel mit Abstand umgibt.
Das Gefäß ist mit einem festen Teil des Systems, z. B. dem Gehäuse des Wellenlagers,
starr verbunden. Diese Einrichtung ist ebenfalls nicht zum Dämpfen von Kaminschwingungen
geeignet, weil sie der Abstützung an einem festen Teil bedarf.
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Schließlich -ist eine Dämpfungseinrichtung bekannt, die zwei sich
relativ zueinander bewegende Teile, z. B. Wagenkasten und Radachse eifies Fahrzeuges,
dämpft. Die beiden Teile sind über je einen Hebel in einem Gelenk verbunden,
in dem mehrere parallele, runde, abwechselnd an dem einen und an dem anderen Hebel
befestigte Platten angeordnet sind, zwischen denen sich 01 befindet. Wenn
die Teile sich relativ zueinander bewegen, drehen sich die Platten gegeneinander,
wobei
in den Ulschichten zwischen den Platten Reibung entsteht, durch die Bewegungsenergie
absorbiert wird. Das'01 wirkt hier wie ein »Bremsbelag«; es hat nicht die Funktion,
allein als Dämpfermasse zu wirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dämpfer zu schaffen,
der geeignet ist, die transversalen Kaminschwingungen, die in der Horizontalebene
in allen Richtungen verlaufen können, wirksam zu dämpfen. Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe bei dem Dämpfer der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Kammern
durch horizontale, übereinander angeordnete Platten gebildet sind und daß die Platten
mit der Flüssigkeit überdeckt sind.
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In dem erfindungsgemäß ausgebildeten Dämpfer wirkt allein die viskose
Flüssigkeit, z. B. 01, als Dämpfermasse, indem sie sich in den zwischen den
horizontalen Platten gebildeten Kammern relativ zu den Bewegungen des Kamins und
den damit starr verbundenen Platten bewegt und durch Reibungsarbeit in der Flüssigkeit
Energie absorbiert. Dadurch, daß das Gehäuse den Kamin umgibt, wodurch auch die
Kammern den Kamin umgeben, werden in der Horizontalebene iir allen Richtungen
- auftretende Schwingungen gedämpft. Da der Dämpfer im wesentlichen nur aus
dem Gehäuse, den damit verbundenen Platten und der Olfüllung besteht, ergibt sich
eine sowohl hinsichtlich Konstruktion als auch hinsichtlich der Montage einfache
Vorrichtung. Der Dämpfer hat darüber hinaus noch den Vorteil, daß seine Bemessung
für ein bestimmtes schwingendes System im voraus durch Berechnung erfolgen kann.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung haben die übereinander
angeordneten Platten mindestens teilweise ungleiche Äbstände voneinander.
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Zwei Ausflührungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung
an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Skizze zur
Erläuterung des Dämpfungsprinzips, F i g. 2 ein Diagramm, F i g. 3
und 4 in schematischer Darstellung je
einen Längsschnitt durch zwei Ausführungsbeispiele
des Schwingungsdämpfers und F i g. 5 ein Diagramm zum Ausführungsbeispiel
nach F i g. 4.
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Die F i g. 1 zeigt zwei parallele, starre Plattenkörper
1. zwischen denen sich eine viskose Flüssigkeit 2. z. B. Mineralöl, befindet.
Die Plattenkörper 1
schwingen in ihrer Längsrichtung nach der Bewegungsgleichung
xt) # 4) sin tot. Die Flüssigkeit schwingt in der gleichen Schwingungsrichtung
ebenfalls harmonisch nach der Gleichung x = A sin «,) t - 7).
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wobei A und 7 vom Plattenabstand ro abhängig sind.
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Auf Grund dieser Voraussetzungen läßt sich durch Rechnung zeigen,
daß die pro Schwingung vom Dämpfer absorbierte Energie
Dabei sind E: Pro Schwingung absorbierte Energie ....... (mkg)
G: Gewicht der Dämpfungsflüssigkeit ..... (kg)
co: Kreisfrequenz
der harmonischen Schwingung des zu dämpfenden Systems ................. (1/S)
g: Beschleunigung des freien Falles ............. (m1J) A0:
Amplitude der schwingenden Platten ..... (m) e: Energieab§orptionszahl
... (dimensionslos) Durch Umformen der Gleichung (1) ergibt sich für
die absorbierte Energie folgende Gleichung:
Die ebenfalls durch Rechnung zu findende Energieabsorptionszahl e ist, wie F i
g. 2 zeigt, von einer dimensionslosen Zahl x abhängig, wobei
Hier bedeutet r: Klinematische Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit (Wls)
ro: Plattenabstand ........... (m) Das Diagramm gemäß F i g. 2 zeigt,
daß die Energieabsorptionszahl e durch innere Flüssigkeitsreibung bei einem Wert
von ;e = 2,5 ein Maximum aufweist. Im allgemeinen wird angestrebt, das Gewicht
der Dämpfungsmasse klein zu halten. Unter Berücksichtigung der obigen Gleichungen
ergibt sich dann, daß man bei gleichbleibender Energieabsorption E das erforderliche
Gewicht der Dämpfungsflüssigkeit klein halten kann, wenn man die Energieabsorptionszahl
e entsprechend groß wählt, indem der Plattenabstand ro und die kinetische Viskosität
r auf die Kreisfrequenz w der Schwingung abgestimmt werden. Praktisch wird
man den Dämpfer so bemessen, daß sich ;, im Bereich zwischen den Werten
0,1 und 100 befindet, in dem das Maximum der Energieabsorptionszahl
e liegt.
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F i g. 3 zeigt einen nach diesen Erkenntnissen gebauten Kaminschwingungsdämpfer.
An der Kaminkrone 3 ist ein ringförmiges Gehäuse 4 angebracht, in dem horizontale,
mit diesem starr verbundene Platten 5 angebracht sind, die voneinander den
Ab-
stand ro aufweisen. Das Gehäuse 4 ist teilweise mit 01 so gefüllt,
daß es die Platten 5 bedeckt. Bei einer transversalen Schwingung des Kamins
bewegt sich das 01 zwischen den Platten hin und her, wobei durch innere Reibung
Energie absorbiert und damit die Schwingung gedämpft wird. Die Platten
5 sind mit Löchern 6 versehen, durch die das 01 bei seiner
Hin- und Herbewegung nach oben ausweichen kann.
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Da aus Preisgründen als Dämpfungsflüssigkeit vorwiegend Mineralöle
in Betracht kommen, die - im Gegensatz etwa zu Silikonölen - eine
relativ steile Viskositäts-Temperaturkurve aufweisen, unterliegt die kinematische
Viskosität in der Praxis bisweilen starken Änderungen. Die Viskosität kann, durch
Temperaturänderung bedingt. beispielsweise im Verhältnis 1 : 100 variieren.
Dementsprechend wÜrden die in F i g. 2 mit A und B bezeichneten
Grenzarbeitspunkte,
welche der maximalen bzw. der minimalen Viskosität entsprechen und gleiche e-Werte
aufweisen, auf einem verhältnismäßig kleinen Wert e,
liegen.
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Nach einer weiteren Ausführungsförm der Erfindung kann der e-Wert
für die Grenzarbeitspunkte eines gleichen x-Verhältnisses dadurch erhöht werden,
daß im Dämpfer unterschiedliche Plattenabstände vorgesehen werden. Das Verhalten
eines solchen abgewandelten Dämpfers läßt sich etwa ausdrücken durch eine deformierte
e-Kurve, wie sie in F i g. 5
dargestellt ist. Sie gilt für einen Dämpfer nach
F i g. 4 mit vierzehn Platten 5, von denen zehn Platten im Abstand
von 8 mm, zwei Platten im Abstand von 25 mm und die zwei letzten Platten
im Abstand von 45 mm angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung sind die den entsprechenden
Arbeitspunkten A und B zugehörigen Werte e2 höher als bei konstantem
Plattenabstand ro (F i g. 2). In diesem Falle sind die Platten ebenfalls
mit Löchern wie in F i g. 3 versehen, was aber hier nicht dargestellt ist.