DE2060794C3

DE2060794C3 - Dämpfungselement, das an einem kraftaufnehmenden Widerlagerbauteil befestigt ist

Info

Publication number: DE2060794C3
Application number: DE2060794A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Kraupa
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-12-10
Filing date: 1970-12-10
Publication date: 1980-09-18
Also published as: FR2117112A5; DE2060794A1; CH540404A; AT309156B; IT943712B; BE776511A; NL7114357A; GB1378664A; US3796286A; SE379601B; DE2060794B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Diimpfungselcment, das an einem kraflaufnchmcndcn Widerlagurhiiutcil befestigt ist, /ur Aufnahme von Bruchkriiften an Anlagenkomponenten und Gebäuden, insbesondere in Kernkraftwerken, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1,

Ein solches Dämpfungselement ist, verwendet als Stoßdämpfer in einer Drahtziehmaschine, durch die US-PS 2275573 bekannt. Dort schlägt im Falle eines Drahtbruches das freie Ende des zu reckenden Drahtes oder einer Stange auf die ihm zugekehrte ebene Fläche eines becherförmigen fließfähigen Körpers, so daß dieser unter Energieverzehr gestaucht wird. Die dort gezeigte Becherform des fließfähigen Körpers läßt bereits Aussagen über den zu erwartenden Verformungsablauf zu und bewirkt eine wirksame Stoßdämpfung. Hierbei kommt es aber nur auf die Abbremsung eines mit hoher kinetischer Energie auf den 'wießfähigen Körper auftreffenden Teiles an; der fließ fähige Körper muß also so viel verformbares Materif 1 aufweisen, daß auch bei den höchsten zu erwartenden kinetischen Energien der Widerlagerbauteil nicht in Mitleidenschaft gezogen wird.

Bei der vorliegenden Erfindung geht es nicht nur um dieses Problem, sundern auch um den Schutz der Anlagenkomponente selbst. Bei Auftreten eines Bruches, beispielsweise in einer druckführenden Rohrleitung in einem Kernkraftwerk, treten kurzzeitig sehr hohe Kräfte auf. Es könnten dadurch an sich die an die Rohrleitung angeschlossenen Komponenten aus ihrer Verankerung gerissen werden und große Folgeschäden verursachen. Dabei ist es besonders wichtig, daß die Sicherheitshülle des Reaktorgebäudes nicht durchschlagen wird. Dies wird durch das Widerlagerbauteil und die damit verbundenen Abstützvorrichtungen verhindert, welche die Kräfte in die Fundamente ableiten. Das Dämpfungselement muß dabei aber zu den zu schützenden Anlagenkomponenten gewisse Mindestspielc aufweisen, damit die im Betrieb auftretenden Wärmebewegungen nicht behindert werden. Außerdem muß das Dämpfungselement kraftbegrenzend wirken, d. h. der Verformungsweg des fließfähigen Körpers muß zunächst proportional zur einwirkenden Kraft und bei Erreichen einer vorgegebenen Grenzkraft überproportional bis zur festgelegten Maximalkraft zunehmen, welche letztere nicht überschritten werden darf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Dämpfungselemenl der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es den vorgenannten Anforderungen Rechnung trägt, d. h., mil dem die geschilderten Bruchkräfte sicher kompensiert werden können, ohne daß größere Schaden an der Anlage auftreten könnten.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichen angegebene Merkmalskombina-(ion gelöst.

Durch die US-PS 32<>9«64 ist es bei einem Dämpfungselement bereit·; bekannt, das Material eines fließfähigen Körpers bei einem vorgegebenen Verformungsdruck zu einem Teil in Ausnehmungen eines Widerlagerbauteils zu pressen. Diese Ausnehmungen sind als am Außenumfangeines Kolbens angeordnete, sich in dessen Längsrichtung erweiternde Nuten ausgeführt, wobei der Kolben auf einen fließfähigen Körper drückt, der innerhalb eines becherförmigen Widerlagerkörpers angeordnet ist. Das Dämpfungsclcment ist dort in einem Anwendungsfall als Stoßdämpferfuß für mit einem Fallschirm abgeworfene Lasten gezeigt. Es wäre für den Anwcndungsfall nach der Hrfindung nicht geeignet, weil das durch dc-n Stoßvor-

gang herausgepreßte Material über die Auftreff-Fläehe des Kolbens hinaustritt.

Demgegenüber wird beim Gegenstand der Erfindung das fließfähige Material in die zentrale Ausnehmung des Widerlagerbauteils gepreßt; die erste Stirnfläche des fließfähigen Körpers, an der die Anlagenkomponente angreift, bleibt erhalten und damit auch die definierte Anlage.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil ist vor allem darin zu sehen, daß das Dämpfungselement die Bewegung der Komponenten, verursacht durch die Reaktionskräfte bei Auftreten eines Bruches, derart abbremst, daß die Bruchkräfte und die Verzögerungskräfte einen bestimmten festgelegten Wert nicht überschreiten. Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Für die Ausführungsform nach den Ansprüchen 3 und 4 ist hervorzuheben, daß besonders durch diese Formgebung bei Auftreten der Bruchkräfte eine definierte Verformung gewährleistet ist, so daß dadurch schon ein Teil der Kräfte absorbiert wird. Als Material mit den entsprechenden Fließeigenschaften eignen sich für die Dämpfungselemente besonders Reinaluminium oder Weicheisen.

Zur Ausführung nach Anspruch 5 ist zu bemerken, daß dadurch einerseits eine Bewegung der Anlagenkomponente gegenüber der Abstützung sowie andererseits eine Vorspannung des Dämpfungselementes ermöglicht ist.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispieles nach der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I einen Längsschnitt durch ein Dämpfungselement nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie U-II nach Fig. I, und

Fig. 3 ein Diagramm mit der Kennlinie, nach der die Verformung verläuft.

Nach Fig. 1 ist zwischen dem kraftauswirkenden Bauteil, also einer bruchgefährdeten Anlagenkomponente, von der hier nur ein Auflager 1 dargestellt ist, und dem kraftaufnehmenden Bauteil 2 ein fließfähiger Körper 3 geschaltet, welcher aus einem plastisch deformierbaren Material, insbesondere Reinaluminium oder Weicheisen, besteht. Dieser Körper 3 muß eine solche Form aufweisen, daß er bei Auftreten eines Bruches zunächst in sich selbst verformbar ist, um somit einen Teil der Bruchkräfte aufzunehmen. Das bedeutet, daß der Körper 3 nicht mit Vollquerschnitt ausgeführt sein soll, sondern entsprechende Ausnehmungen oder Hohlräume aufweisen muß, die zunächst bei der Verformung ausgefüllt werden.

Eine diesen Forderungen entsprechende Ausführungsform ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei ist der fließfähige Körper im wesentlichen zylindrisch mit den beiden Stirnflächen 4 und 5 sowie der Zylindermantelfläche 6. Er weist eine umlaufende nutähnliche Einschnürung 7 an seiner Mantelfläche 6 auf. Die Flanken dieser Einschnürung 7 verlaufen dabei zweckmäßigerweise geneigt zur Längsachse des Körpers 3,

Zur Abstützung Hegt der Körper 3 nur mit dem äußeren Bereich seiner Stirnfläche S auf dem abstützenden Bauteil 2 auf, da dessen zentraler Bereich mit einer schalenförmigen Vertiefung 8 versehen ist. Ferner weist das Bauteil 2 eine zentrale Bohrung 9 auf, deren Bedeutung noch beschrieben wird.

Auf der der Anlagenkomponente 1 zugewandten Seite des Körpers 3 ist noch eine kreisförmige Platte

i" 10 angeordnet, die eine ballig gewölbte Oberfläche 11 als Lagerung für die Anlagenkomponente aufweist. Über Vorspannschrauben 12 ist diese Halteplatte 10 mit dem Bauteil 2 verbunden, wodurch der Körper 3 verspannt wird.

υ Anhand einer Verformungskennlinie, die in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Wirkungsweise des Dämpfungselementes näher erläutert. In diesem Diagramm ist dabei über dem Verformungsweg S des Körpers 3 die Kraft P aufgetragen, die bei einem Bruch auf den

-" Körper einwirkt.

Danach ist zunächst im Bereich L-, -des Diagramms der Verformungsweg proportional zur einwirkenden Kraft, so daß die Kennlinie einen linearen Anstieg aufweist. Der gewünschte Anstieg dieses ersten

-' Kennlinienteils kann durch eine entsprechende Dicke des Körpers 3 sowie durch Vorspannung über die Schrauben 12 und durch die Wahl der Stützweite Dl entsprechend dem Durchmesser der Ausnehmung 8 eingestellt weiden. Nach Erreichen des Punktes P₁

«ι auf dem Diagramm erfolgt eine weitere Verformung des Körpers 3 im Ubergangsbereich S₂ bis zu einer bestimmten maximalen Kraft P_{1113x d} , die der maximal auf den Baukörper einwirkenden dynamischen Kraft entspricht. Dieser Übergangsbereich, in dem der Ver-

n formungsweg überproportional zur einwirkenden Kraft ansteigt, wird durch eine entsprechende Formgebung des Körpers 3 und ein beginnendes Fließen des Werkstoffes erreicht.

Nach Erreichen des Punktes P_mat _dyn erfolgt eine

in weitere Verformung des Körpers allein durch Fließen des Werkstoffes. Die maximale Kraft wird dabei durch eineii Verformungsvorgang ähnlich dem Strangpreßverfahren begrenzt, indem der aus Weicheisen oder Reinaluminium gefertigte Körper 3 in die zentrale

-f. Bohrung 9 gepreßt wird.

Die auftretende maximale Kraft kann durch Wahl des Durchmessers der Bohrung 9 genügend nahe an den Höchstwert der Bruchkraft gebracht werden, wobei die Abstützvorrichtung 2 für diese maximale Be-

">" lastung ausgelegt werden kann.

Das beschriebene Dämpfungselement ist geeignet, die bei einem Stoßfall über alle Grenzen anwachsende Kraft auf eine etwas über dem Höchstwert der Bruchkraft l'igende Maximalkraft zu reduzieren. Dabei

'>'. weist es besondere Vorteile auf, da es keine Störungsquelle im Betrieb darstellen kann, keiner Wartung bedarf und nur sehr geringe Herstellungskosten erfordert. Durch die beschriebene Form des fließfähigen Körpers können auch Kräfte begrenzt werden, deren

ti» Richtung von der i-ängsachsc des Körpers 3 abweichen und die schräg auf die Stirnfläche 4 auftreffen.

Hierzu 1 BInIt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dämpfungselement, das an einem kraftaufnehmenden Widerlagerbauteil befestigt ist, zur Aufnahme von Bruchkräften an Anlagenkomponenten und Gebäuden, insbesondere in Kernkraftwerken, mit einem aus plastisch deformierbarem Material, wie Reinaluminium, bestehenden fließfähigen Körper, der zwischen einem im Ansprechfalle kraftausübenden Teil und dem mit Abstand zu letzterem Oberliegenden ersten und zweiten Stirnflächen eingefügt ist, wobei der fließfähige Körper einen in Richtung der Bruchkräfte unterschiedlichen Querschnitt aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) das kraftausübende Teil ist von einem Auflager (1) der Anlagenkomponente gebildet, an dem im Ansprechfalle die Bruchkräfte der -'" Anlagtinkomponente angreifen;

b) eine durch eine Einschnürung (7) gebildete kleinste Querschnittsfläche des fließfähigen Körpers (3) ist etwa in dessen mittleren Bereich angeordnet; ·?>

c) der fließfähige Körper (3) ist mit seiner zweiten Stirnfläche (5) auf einer mit einer zentralen Ausnehmung (9) versehenen Gegenfläche des Widerlagerbauteils (2) so abgestützt, daß der massive Innenbereich des fließfähi- «> gen Elementes (3) der Ausnehmung (9) gegenüberliegt, und

d) bei einem vorgegebenen Verfonnungsdruck ist das Material ües fliebfähigen Körpers (3) zu einem Teil in die Ausnehmung (9) des Wi- >"■ derlagerbauteils (2) preboar.

2. Dämpfungselement nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Stirnfläche (5) des fließfähigen Körpers (3) eine die Stützweite (D₁) definierende, als etwa schalcnförmige ■«> Vertiefung gestaltete weitere Ausnehmung (8) des Widerlagerbauteils (2) gegenüberliegt, welche sich an die zentrale Ausnehmung (9) anschließ»

3. Dämpfungselement nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der fließfähige Kör- r> per (3) aus einem im wesentlichen zylindrischen Körper mit einer umlaufenden nutähnliche und geneigte Flanken aufweisenden Einschnürung (7) an seiner Mantelfläche (6) besteht.

4. Dämpfungselement nach Anspruch 3, da- >" durch gekennzeichnet, daß die Einschnürung (7) eine Tiefe von mindestens dem halben Radius des fließfähigen Körpers (3) hat.

5. Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der r. fließfähige Körper (3) über eine auf der der AnIagikomponente (1) zugewandten Seite ballig gewölbten Halteplatte (10) mit dem Widerlagerbauteil (2) über Vorspannschrauben (12) verbunden ist. Mi