DE2202886C3 - Schwingungsdämpfer für elektrische Leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer iür elektrische Leitungen, insbesondere Rohrsammeischienen, mit einem in Schwingungsrichtung der Leitung längsverschiebbar in einem Halter geführten Massekörper, der mit mindestens einer bei seiner Be-

ao wegung in der Führungsbahn beanspruchten Feder unter Bildung eines schwingungsfähigen Systems mit einer unter der Grundfrequenz der Leitung liegenden Resonanzfrequenz gekuppelt ist.

Die bekannten Schwingungsdämpfer dieser Art

as (deutsche Patentschrift 559184, deutsche Patentschrift 559645, deutsche Patentschrift 607 075) haben hydraulische, pneumatische oder durch mechanische Reibung wirkende Dämpfungseinrichtungen. Dies bedingt, daß die Dämpfung nur in einem relativ

kleinen Frequenzbereich, nämlich demjenigen Frequenzbereich, auf den der Schwingungsdämpfer abgestimmt ist, gut ist und daß sie mit zunehmender Entfernung von diesem Frequenzbereich stark abnimmt. Dies ist insofern störend, als bei elektrischen Leitungen sowohl die in der Frequenz niedrige Grundschwingung als auch die zugehörigen Oberschwingungen auftreten. Mit den bekannten Schwingungsdämpfern können daher entweder nur die Grundschwingjung oder nur ein Teil der Oberschwingungen

ausreichend gedämpft werden. Hinzu kommt noch, daß die Dämpfungswirkung hydraulischer und pneumatischer Dämpfungseinrichtungen sich merklich mit der Temperatur ändert und daß mechanische Dämpfungseinrichtungen wegen des unvermeidbaren Verschleißes einer Wartung bedürfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer für elektrische Leitungen, insbesondere Rohrsammeischienen zu schaffen, der alle auftretenden Schwingungen wirkungsvoll zu dämpfen vermag. Ausgehend von einem Schwingungsdämpfer d!"r eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindlungsgemäß dadurch gelöst, daß der Massekörper eines der beiden aus mindestens einem Magneten bzw. mindestens einem durch dessen Feld hindurch neweg-

5j baren elektrischen Leiter bestehenden Systeme einer Wirbelstrombremse aufweist und das andere System neben der Bahn des erstgenannten Systems angeordnet ist.
Ein soldier Schwingungsdämpfer vermag die

Schwingungen niedriger Frequenz der Leitung in erster Linie mittels seines als Schwingungstilger wirkenden schwingungsfähigen Systems zu dämpfen, und mit steigender Frequenz kommt die dämpfende Wirkung der Wirbelstrombremse immer mehr zur Geltung.

Daher läßt sich für das ganze auftretende Frequenzsjpcktrum eine wirksame Dämpfung erzielen. Außerdem ist dieser Schwingungsdämpfer temperaturunabhängig und wartungsfrei.

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P" Pinen raumsparenden Aufbau ermöglicht eine i λ Idungdes elektrischen Leiters der Wirbelstromil rase in Form eines zylindrischen Tauchankers mit ' Γ^SBewegungsrichtungdes Massekörpers liegender iflchse und Anordnung am Ende der Bahn des

njngsricfitungdes Massekorpers liegender ί anflsacnse und Anordnung am Ende der Bahn des L? ««körpers. Besteht in diesem Falle der Massekörf^fjLj einem magnetisch leitenden Material, dann ί Pfizer vorteilhafterweise an seiner dem Tauch-I verzusekehrten Stirnseite einen hohlzylindrischen Shrtsatz,in dem konzentrisch ein zylindrischer Dau- »o nnaenet angeordnet ist. Man kann dadurch also ein eine einfache Form aufweisenden Dauermagne-" „verwenden und benötigt kein zusätzliches Joch für Aiesßü Magneten.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ' neben der Bahn des Massekörpers mindestens ein Uaenet mit in die Bahn des Massekorpers greifendem Magnetfeld angeordnet. Zumindest ein Teil der durch j c Maenetfeld führenden Materialpartien des Masköroers müssen in diesem Falle elektrisch leitend « η Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht in *tster Linie darin, daß die Wirbelstrombremse nicht «feiner Verlängerung des Massekörpers in Richtung Liner Führungsbahn führt, was in manchen Anwenrhmesfällen, beispielsweise beim Einbau in ein Rohr, »: wichtig ist. Um die Wirksamkeit der Wirbelstrombremse so groß wie möglich zu machen, dennoch eine tomnakte Bauweise beibehalten zu können, ist es * kmäßig, weitere, bezüglich des Massekorpers pTeichliegende Magnete in Richtung der Bahn nebeneinander und/oder über den Umfang des Masse körnersverteilt anzuordnen. Zweckmäßigerweise werden kuch hierbei Magnete in Form von Topfmagneten verwendet und es ist zumindest bei der Verwendung mehrerer Magnete in der Regel vorteilhaft, den gesamten Massekörper aus einem elektrisch gut leitenden Material herzustellen.

Bei einer Ausführungsform fur eine ronrformige leitung besitzt der Halter im wesentlichen die Form einer zylindrischen Trommel mit einem Durchmesser, *o der eeringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Rohres ist Diese Trommel weist zumindesi zu ihrer einen Stirnseite hin einen offenen Hohlraum auf, den ein den Massekörper führender Stab mit quer zur Trommellängsachse liegender Langsachse durchauert In quei zum Stab verlaufenden und in den Hohlraum mündenden Bohrungen sitzen die Maenete Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich besonders für den Einbau in die rohrförmig Leitung, da seine Abmessung in der in Rohrquerrichtung liegenden Bewegungsrichtung des Massekorpers ein Minimum besitzt und die zu beiden Seiten der Bahn des Massekorpers liegenden Teile des Halters /ur Aufnahme der Magnete dienen, so daß fur diese kein den Schwingungsdämpfer in seinem Durchmesser vcrgroßcrnder Raum erforderlich ist.

Um das für das Einführen eines solchen Schwmeungsdämpfcrs in das Rohr erforderliche Spiel ausdeichen zu können, weist die Trommel >n >hrer Außenmantelfläche vorteilhafterweise mindestens eine Ringnut auf, in der ein an der Rohrinnenwandung anliegender elastischer Ring hegt.

Unabhängig von der speziellen Ausbildung und Lagerung des Massekorpers ist es zur Vermeidung zu großer Schwingungsamplituden des Massekorpers zweckmäßig, an diesem ndcr dem Halter elastisch chgiebige⁸ Anschläge, beispielsweise aus. Schwing- - vorzusehen, welcje an den beiden Enden der

Bahn wirksam werden. .

In Sonderfällen kann es vorteilhaft sein, ——-dene Resonanzfrequenzen des schwingungsfahigen Systems des Schwingungsdämpfers »"·£*"· HIf kann durch Verwendung von unterschiedlichen1 Federn erreicht werden. Ferner kann es unter Umwenden vorteilhaft sein, eine erhöhte Pfropfung in den Federn zu haben. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß man Federn verwendet, welche aus mehreren, miteinander verdrillten Drähten^gewickelt sind. Eine erhöhte Dämpfung kann aber weh durch ein zusätzliches hydraulisches Dämpfung** stern erreicht werden. ·

Im folgenden ist die Erfindung an Hand von zwei auf der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines ersten Ausfuh_rungsbeUpieh,_n ^^^^ Längsschnitt ones zweifln, in eine Rohrsammeischiene eingesetzten Ausführungsbeispiels, . . „ ,

Fig. 3 einen Schnitt nach der L-nie IU-III der

Ein ais Ganzes mit 1 bezeichneter Schwingungsdämpfer besitzt einen zylindrischen Schwingkoibcn 2 ·. t „.!-,-hen Mate na mit relativ ero-

uampter oesuzi cuicii<.)>inu>»^. _o

aus einem ferromagnetischen Material mit relativ großem spezifischem Gewicht, beispielsweise Weicheisen. Dieser Schwingkolben 2 ist in einem Halter geführt, der aus einer zylindrischen Büchse 3 und zwei an den Stirnflächen dieser Büchse anliegenden Endplatten 4 bzw. 5 besteht, welche durch drei außerhalb der Büchse 3 liegende und gleichmäßig über deren Umfang verteilt angeordnete Schrauben 6 gegeneinander und damit gegen die Enden der Büchse gezogen werden. Die Büchse 3 besteht im Ausführungsbeispiel aus Metall und an ihr liegt, wie Fig. 1 zeigt, der Schwingkolben 2 nicht unmittelbar an. Vielmehr führt sie zwei in Ringnuten des Schwingkolbens 2 gehaltene Kolbenringe 7 aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften, bei dem es sich im Ausführungsbeispiel um ein Polyf luoräthylen handelt. Die eine Endplatte 4 besitzt außer einem die Büchse 3 zentrierenden Sitz, in dem eine nicht dargestellte Dichtung vorgesehen ist, um den lnncnrauni des Halters abzudichten, eine zentrale Durchgangsbohrung für einen Verbindungsbolzen 8 mit einem an der Innenseite der Endplatte 4 anliegenden Kopf 8' sowie auf ihrer Innenseite eine ringförmige Vertiefung 9. die als Federteller für eine erste Schraubenfeder 10 dient. Das andere Ende dieser Feder IG stutzt sich an der der Endplatte 4 züge kehrten Stirnfläche des Schwingkolbcns 2 ab, der zur Zentrierung der Schraubenfeder 10 an dieser Stirnfläche einen kurzen, leicht konischen Ansatz 11 auf-

Der Kopf *' der Schraube 8 ist von einem ringförmigen Anschlag 12 aus Schwingmetall umgeben dt. an der Endplatte 4 anliegt und über den kopf β vor steht, der mittel· einer Mutter 13 in Anlage an der Innenplatte 4 gehalten wird.

An der gegenüberliegenden Stirnseilc ist der Schwingkolben 1 mit einem hohlzylindnschen Fori-

wählt ist, daß zwischen ihm und de^Buchse 3 ausreichend Raum für eine zweite S^rai^benfede -i* vorhanden ist, die sich einereeiis ^^S andererseits an der Endplatte 5 abstuzt, die zu dies Zwecke eine wie die ringförmige Vertiefung »au g bildete Vertiefung 16 aufweist, an die sich auiien

zentrierender und mit einer nicht dargestellten Dichtung versehener Sitz für die Büchse 3 anschließt.

Im Zentrum des durch den Fortsatz 14 gebildeten Raumes ist ein zylindrischer Dauermagnet 17 gleichachsig zum Schwinganker 2 angeordnet und mittels einer Schraube 18 mit diesem verbunden.

Auf den zwischen dem Dauermagneten 17 und dem Fortsatz 14 vorhandenen hohlzylindrischen Raum ist ein in seinen Abmessungen diesem Raum angepaßter hohlzylindrischer Fortsatz W der Endplatte 5 gerichtet. Die Endplatte 5 und damit auch der Fortsatz 19 bestehen im Ausführungsbeispiel aus Aluminium. Daher bildet der Fortsatz 19 eine Kurzschlußspule in Form eines Tauchankers. Ein innerhalb des Fortsatzes 19 an der Endplatte 5 anliegender, ringförmiger Anschlag 20 verhindert bei zu großer Amplitude des Schwingkolbens 2 ein metallisches Anschlagen an der Endplatte 5.

Da der Schwingungsdämpfer 1 so an der zu dämpfenden Leitung befestigt wird, daß die Längsachse des Schwingkolbens 2 in Richtung der Schwingungsanschläge der Leitung in deren Querrichtung liegt, haben solche Schwingungen auch eine Schwingung des Schwingkolbens 2 zur Folge, der zusammen mit den Schraubenfedern 10 und 15 ein schwingungsfähiges System bildet, dessen Resonanzfrequenz so gewählt ist, daß es tiefer als die Grundfrequenz der Leitung ist. Im Ausführungsbeispiel liegt die Resonanzfrequenz bei etwa 1 Hz, wenn die Grundfrequenz der beispielsweise durch ein Rohr gebildeten Leitung bei etwa 5 Hz liegt. Hierdurch schwingt der Schwingkolbcn 2 in Gegenphase zur Leitung und dämpft dadurch deren Schwingungen tiefer Frequenz. Eine gewisse Dämpfung wird bei diesen Frequenzen auch bereits durch die Wirbelstrombremse erzeugt, deren eines System aus dem Dauermagneten 17, dem Fortsatz 14 und dem diesen tragenden Endabschnitt des Schwingkolbens 2 besteht. Das andere System wird durch den Fortsatz 19 gebildet. Die Dämpfungswirkung dieser Wirbelstrombremse nimmt mit höher werdender Frequenz der Schwingungen der Leitung zu. Daher werden auch Oberschwingungen der Leitung wirksam gedämpft.

Ein im Prinzip gleich ausgebildetes, jedoch für den Einbau in eine Rohrsammeischiene 121 abgewandeltes Ausführungsbeispiel zeigen die Fi g. 2 und 3. Der Halter ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein im wesentlichen zylindrische Trommel 122 ausgebildet, deren Durchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Rohrsammeischiene 121. Das Spiel zwischen der Außenmantelfläche der Scheibe 122 und der Rohrsammeischiene 121 wird von zwei elastischen Ringen 123 überbrückt, welche in je einer Ringnut 124 in der Außenmantelfläche der Scheibe 122 gehalten werden.

Du" Trommel 122 besitzt an ihrer einen Stirnseite einen im Durchmesser kleineren zylindrischen Ansatz 125, der mit einem Rohr 126 verbunden ist. Dieses Rohr führt zu einer nicht dargestellten Klemmvorrichtung an dem ebenfalls nicht dargestellten Ende der Rohrsammeischiene 121 und dient dazu, die axiale Lage des als Ganzes mit 101 bezeichneten Schwingungsdämpfers bezüglich der Rohrsammeischiene 121 festzulegen

Die Trommel 122 besitzt einen Hohlraum 127, der zu der dem Ansatz 125 abgekehrten Stirnseite hin offen ist und eine rechteckige Grundfläche besitzt sowie symmetrisch zu zwei senkrecht aufeinander stehenden Längsmittelcbencn der Trommel 122 ausgebildet ist. Den Hohlraum 127 durchdringt in halber Höhe in Richtung seiner Längserstreckung und in gleichem Abstand von den beiden längeren parallelen Seitenwänden 128 und 129 des Hohlraumes 127 ein Führungsbolzen 130, dessen beide Enden in Bohrungen der Trommel 122 unverschiebbar gehalten sind.

Auf diesem Führungsbolzen 130 ist mittels einer to Büchse 131 aus einem Stoff mit guten Gleiteigcnschaften der Schwingkolben 102 verschiebbar geführt, der im Ausführungsbeispiel einen quadratischen Querschnitt hat, an den die entsprechenden Abmessungen des Hohlraumes 127 und damit auch die axiale «5 Länge der Trommel 122 angepaßt ist. Der aus Kupfer bestehende Schwingkolben 102 ist über zwei Schraubenfedern 110 und 115 an der Trommel 122 abgestützt. Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, umfassen im Ausführungsbeispiel die Schraubenfedern 110 und ao 115 den Führungsbolzen 130 und greifen in Erweiterungen 132 bzw. 133 der Längsbohrung des Schwingkolbcns 102 für den Führungsbolzen 130 ein. Die axiale Länge der Erweiterungen 132 und 133 ist im Ausführungsbeispiel je etwa gleich einem Drittel der »5 axialen Länge des Schwingkolbens 102, um relativ lange Federn benutzen zu können.

Stoßdämpfende Anschläge zur Begrenzung der Amplitude des Schwingkolbens 102 sind nicht dargestellt, können aber selbstverständlich vorgesehen sein. In den beiden die Seitenwände 128 und 129 des Hohlraums 127 begrenzenden Werkstoffpartien der Trommel 122 sind symmetrisch zur Quermittclebcne der Scheibe je zwei Bohrungen 134 und 135 vorgesehen, welche in den Hohlraum 127 mit senkrecht zur Längsachse des Schwingkolbens 102 stehender Längsachse münden. In jeder dieser vier Bohrungen sitzt ein Topf magnet. Die vier gleich ausgebildeten Topfmagnete bestehen je aus einem zylindrischen Permanentmagneten 117 einer diesen umgebenden, magnetisch nicht leitenden Büchse 136 und einem diese und den Magneten aufnehmenden Topf 114. Die Polflächen der Topfmagnete schließen bündig mit den Seitenwänden 128 bzw. 129 ab.

Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fi g. 1 ist die Resonanzfrequenz des aus dem Schwingkolben 102 und den Schraubenfedern 110 sowie 115 bestehenden schwingungsfähigen Systems so gewählt, daß sie unter der Grundfrequenz der Querschwingungen dr Rohrsammelschiene 121 liegt. Bei Querschwingungen der Rohrsammeischiene 121 schwingt daher der Schwingkolben 102 in Gegenphase. Da der Schwingkolben 102 sich bei seinen Schwingungen im Feld der Magnete verschiebt, werden in ihm Wirbelströme induziert, deren Stärke mit der Schwingungsfrequenz des Schwingkolbens 102 zunimmt. Daher ist die Dämpfungswirkung der aus den Topfmagneten und dem Schwingkolben bestehenden Wirbelstrombremse um so größer, je höher die Schwingungsfrequenz des Schwingkolbens ist.

Die äußerst kompakte Bauweise des Schwingungsdämpfers 101 kann selbstverständlich auch dann vorteilhaft sein, wenn kein Einbau in ein Rohr vorgesehen ist. Ferner können auch bei diesem Ausführungsbeispiel wie bei demjenigen gemäß Fi g. 1 Federn unter-6j schiedlicher Charakteristik und/oder Federn mit erhöhter Dämpfung sowie eine Flüssigkeitsdämpfung benutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schwingungsdämpfer für elektrische Leitungen, insbesondere Rohrsammeischienen, mit einem in Schwingungsrichtung der Leitung längsverschiebbar in einem Halter geführten Massekörper, der mit mindestens einer bei seiner Bewegung in der Führungsbahn beanspruchten Feder unter Bildung eines schwingungsfähigen Systems mit einer unter der Grundfrequenz der Leitung liegenden Resonanzfrequenz gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Massekörper (2; 102) eines der beiden aus mindestens einem Magneten (14,17; 114,117,128,129) bzw. mindestens einem durch dessen Feld hindurch bewegbaren elektrischen Leiter (19; 102) bestehenden Systeme einer Wirbelstrombremse aufweist und das andere System (19; 114,117,128, 129) neben der Bahn des erstgenannten Systems (14, 17; 102) angeordnet ist.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter der Wirbelstrombremse als zylindrischer Tauchanker (19) mit in der Bewegungsrichtung des Massekörpers (2) liegender Längsachse ausgebildet und am einen Ende der Βε-hn des Massekörpers angeordnet ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Massekörper (2) aus einem magnetisch leitenden Material besteht und an seiner dem Tauchanker (19) zugekehrten Stirnseite einen hohlzyundrist Jen Fortsatz (14) aufweist, in dem konzen:risch ein zylindrischer Dauermagnet (17) angeordnet ist.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Bahn des Massekörpers (102) mindestens ein Magnet (114, 117,136) mit in die Bahn des Massekörpers greifendem Feld angeordnet ist und daß zumindest ein Teil der durch das Magnetfeld führenden Materialpartien des Massekörpers elektrisch leitend lind.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß weitere, bezüglich des Massekörpers (102) gleichliegende Magnete in Richtung der Bahn nebeneinander und/oder über den Umfang des Massekörpers verteilt angeordnet sind.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete als Topfmagnete (114, 117, 136) ausgebildet sind.

7. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für eine rohrförmige Leitung der Halter (122) im wesentlichen die Form einer zylindrischen Trommel mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Rohres (121) ist, besitzt, die eine zumindest zur einen Stirnseite hin offenen Hohlraum (127) aufweist, den ein den Massekörper (102) führender Bolzen (130) mit quer zur Trommellängsachse liegender Langsachse durchquert, und daß in quer zum Bolzen (130) verlaufenden, in den Hohlraum (127) mündenden Bohrungen (134,135) Topfmagnele (114, 117, 136) sitzen.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (122) in ihrer äußeren Mantelfläche mindestens eine Ringnut (124) aufweist, in der ein an der Innenwand des Rohres (Ul) anliegender elastischer Ring (123) liegt.

9. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Bahn des Massekörpers (2) elastisch nachgiebige Anschläge (12, 20), vorzugsweise aus Schwingmetall, vorgesehen sind.