DE2446600A1

DE2446600A1 - Stossdaempfer

Info

Publication number: DE2446600A1
Application number: DE19742446600
Authority: DE
Inventors: Elmer Chensheng Yang
Original assignee: Pacific Scientific Co
Current assignee: Pacific Scientific Co
Priority date: 1973-10-01
Filing date: 1974-09-30
Publication date: 1975-04-03
Also published as: CA1013375A; JPS6124575B2; DE2446600C2; JPS52148781A; FR2246776A1; FR2246776B1; JPS5061582A; GB1440173A; JPS6014221B2; JPS6078132A; US3876040A

Description

PATENTANWÄLTE 2 4 4 6**6 Q O

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-ING.

PACIFIC SCIENTIFIC COMPANY kn-pa-12

BB/stg 50.September 1974

Stoßdämpfer

Die Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer, der eine starke Beschleunigung eines Gegenstandes verhindert oder dämpft, jedoch eine kleine Beschleunigung zuläßt.'

In Atomkraftwerken und ähnlichen Anlagen gibt es viele Rohrleitungen für Fluide mit hohem Druck oder hoher Temperatur, wie zum Beispiel Dampf, Wasser, Natrium usw.. Diese Rohrleitungen sind in einem Abstand von den Wänden oder den Decken der Gebäude oder anderer Stützeinrichtungen befestigt. In Gegenden,·in denen Erdbeben auftreten, besteht die Gefahr, daß solche Rohrleitungen während eines Erdbebens zerstört werden können, da eine schnelle Relativbewegung zwischen den Rohrleitungen und den Stützen, an denen sie befestigt sind, auftritt. Infolgedessen werden Stoßdämpfer benötigt, die an den Rohrleitungen und den Stützen,befestigt sind, um eine schnelle Relativbewegung zu verhindern oder abzuschwächen. Bei Normalbedingungen muß die Rohrleitung die Möglichkeit haben, sich ein gewisses Stück ausdehnen und zusammenziehen zu können, da Temperaturänderungen auftreten insbesondere während des Einschaltens und Abschaltens der Anlage. Infolgedessen"" muß der Stoßdämpfer diese langsame Relativbewegung zulassen, während er eine schnelle Bewegung der Rohrleitung, die durch ein Erdbeben hervorgerufen ist, verhindern muß. Nachdem eine schnelle Bewegung abgedämpft worden ist, muß der Stoßdämpfer von selbst in seine ursprüngliche Lage zurückkehren, um erneut eine langsame Bewegung der Rohrleitung in beiden Richtungen relativ zu ihrer Stütze zuzulassen.

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Selbstverständlich muß der Stoßdämpfer einen langen Zeitraum zuverlässig arbeiten, da Kosten entstehen, wenn man für die Stoßdämpfer einen Zugang vorsieht, um sie zu reparieren oder . nicht mehr zuverlässig arbeitende auszutauschen. Wegen der Strahlung stellt die Wartung der Stoßdämpfer für die Gesundheit eine gewisse Gefahr und ein Risiko dar. Ferner muß das Dämpfvermögen zu jeder Zeit gegeben sein, selbst wenn es nie zum Einsatz kommt. Das Versagen eines Stoßdämpfers, könnte ein Sicherheitsrisiko darstellen und zu sehr großen wirtschaftlichen Verlusten führen, wenn eine große Kraftanlage stillgelegt werden muß oder zerstört wird.

Die meisten bekannten Stoßdämpfer 'arbeiten hydraulisch. Ein wesentlicher Nachteil der hydraulischen Stoßdämpfer liegt darin, daß das hydraulische Fluid und die verwendeten Dichtungen nach einem gewissen Zeitraum altern, was inbesondere dann auftritt, wenn sie Strahlungen ausgesetzt sind. Das hydraulische Fluid neigt dazu, ' sich in eine gummiartige Substanz umzuwandeln und die Dichtungen verlieren ihre Flexibilität und werden-hart und spröde. Infolgedessen ist es notwendig, hydraulische Stoßdämpfer zu warten, wodurch hohe Kosten entstehen. Daher werden zuverlässig arbeitende nur aus mechanischen Teilen bestehende Stoßdämpfer benötigt, die nicht altern.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, Stoßdämpfer zu schaffen, die nur aus mechanischen Teilen aufgebaut sind und wenig altern.

Ein Lösungsmittel dieser Aufgabe wird im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dargestllt.

Erfindungsgemäß sind rohrförraige öler zylindrische Teile so angeordnet, daß sie axial relativ zueinander hin- und herbewegt werden können. Das äußere Ende eines dieser Teile ist so ausgestaltet, daß es an der Rohrleitung, deren Bewegung gedämpft werden soll, befestigt werden kann. Das äußere Ende des anderen Teiles kann an einer Stütze, wie zum Beispiel einer Wand, an der die Rohr-

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leitung angeordnet ist, befestigt werden. Im Stoßdämpfer ist eine Einrichtung vorgesehen, die eine relative. Axialbewegung der Teile in eine Drehbewegung einer Trägheitsmasse umsetzt. Ein elastischer Antrieb, wie zum Beispiel eine Spiralfeder dient zum Antreiben der Trägheitsmasse während einer kleinen Beschleunigung. Bei einer starken Beschleunigung wird die Trägheitsmasse zurückbleiben und die Feder aufwickeln. Das Aufwickeln der Feder verringert ihren Durchmesser und bewirkt, daß sie an einer benach«- barten, nicht drehbaren Bremsfläche angreift, die durch einen Abschnitt eines der Stützteile des Stoßdämpfers gebildet sein kann. Eine weitere Beschleunigung der Stützteile wird verhindert, wärend die Feder mit der Bremsfläche in Eingriff steht, obgleich die Bewegung fortgesetzt werden kann. Sobald keine Drehkraft mehr an der Feder wirkt, wird die Trägheitsmasse, nachdem sie den Mitnehmer aufgeholt hat, von den Federenden freigegeben, so daß die Feder wieder ihren ursprünglichen Dir chmesser annimmt, der ihr erlaubt, die Trägheitsmasse zu bewegen. Infolgedessen nimmt der Stoßdämpfer von selbst seine ursprüngliche Lage wieder ein, um eine langsame, relative Axialbewegung eines Stützteiles relativ zum anderen durchführen zu können, was zum Aufnehmen normaler, langsamer Beschleunigungen desjenigen Teiles notwendig ist, dessen schnelle · ' Bewegung gedämpft worden war. Für eine zuverlässige Arbeitsweise des Stoßdämpfers stellt das sich von selbst Zurücksetzen eine wesentliche Eigenschaft dar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die axiale Bewegung der Stützteile in eine Drehbewegung umgesetzt, was durch eine Schraube mit einer großen Steighöhe oder eine Kugelmutter mit einer Schraube erfolgt. Die Schraube oder die Gewdndestange ist mit einem an ihr befestigten Drehmitnehmer an einem Stützteil angeordnet und die Mutter ist am anderen Stützteil befestigt. Der Stützteil mit dem Drehmitnehmer hat eine zylinderförmige Umhüllung und ein Gehäuse, durch welche ein ringförmiger Raum begrenzt wird. Der Drehmitnehmer hat einen zylindrischen Mantel, der in den ringförmigen Raum paßt. Die Spiralfeder ist zwischen dem zylinderförmigen Mantel des Drehmitnehmers und der

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Umhüllung angeordnet. Die Trägheitsmasse hat eine allgemeine becherartige Form. Ihr zylindrischer Mantelabschnitt paßt ebenso in den ringförmigen Raum zwischen dem Mantel des Drehmitnehmers und dem umgebend ei Gehäuse. Vorzugsweise ist die Feder zylinderförmig und hat mehrere Windungen. Die Federenden erstrecken sich durch ein Fenster, das im Mantel des Drehmitnehmers ausgebildet ist, um mit der Trägheitsmasse in Eingriff zu kommen'.

Da die Trägheitsmasse eine langsame Beschleunigung der Stützteile zuläßt, besteht die Gefahr, daß bei einer fortwährenden, langsamen Beschleunigung der relativen, axialen Bewegung der Stützteile eine Geschwindigkeit erzeugt wird, die ausreicht, die Feder zu zerstören, wenn die Stützteile plötzlich angehalten werden. Um dies zu verhüten, ist ein Kupplungsband im Inneren der Trägheitsmasse angeordnet und arbeitet mit den Federenden zusammen. Durch die Kupplung kann die Trägheitsmasse weiterrutschen, wenn der Drehmitnehmer plötzlich angehalten wird.

Eine wesentliche Eigenschaft der Anordnung besteht in der Empfindlichkeit der Kombination aus der Spiralfeder und der Trägheitsmasse. Eine weitere Eigenschaft ist durch das große Last-Kraft-Verhältnis gegeben. Beispielsweise kann man ein Verhältnis von ^o.ooo ohne Schwierigkeiten erhalten. Wenn zum Beispiel die Trägheitsmasse so beschleunigt wird, daß an der Spiralfeder eine Kraft von o,5 kg auftritt, wird die Feder die Bremsfläche umgreifen und einer Kraft von I5.000 kg an den Stützteilen entgegenwirken.

Ein AuEführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen dargestellt:

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung des Stoßdämpfers von außen.

Fig. 2 zeigt einen Längsquerschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1.

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Pig. 2 zeigt einen Querschnitt des Stoßdämpfers längs der Linie 5-3 der Fig. 2, wobei der Stoßdämpfer in einer nicht gebremsten Stellung dargestellt ist.

Pig. A zeigt einen Querschnitt ähnlich dem der Fig. 3> wobei der Stoßdämpfer sich in einer gebremsten Stellung befindet.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Stoßdämpfer mit zwei Stützteilen Io und 12 dargestellt, die teleskopartig ineinander angeordnet und axial relativ zueinander hin- und herbewegbar sind. Um die Herstellung zu erleichtern, sind die Stützteile aus mehreren Teilen zusammengesetzt. Der Stützteil Io hat an seinem äußeren Ende eine Zunge 14 mit einer öffnung 15, um -einen Gegenstand befestigen zu können, dessen Bewegung gedämpft werden soll, wie zum Beispiel eine Rohrleitung für ein Fluid in einem Kraftwerk. Für die Befestigung kann ein Stift, ein Schäkel oder eine andere geeignete . Einrichtung verwendet werden. Das innere Ende der Zunge 14 ist mit einem Sockel ausgebildet, in dem das Ende einer länglichen Stützröhre l6 angeordnet ist. Die Röhre ist an der Zunge 14 befe--' stigt und gegenüber einer Drehung relativ zu dieser Zunge durch einen Stift 18 gesichert, der sich quer durch die Röhre und eine Querbohrung in der Sockelwand der Zunge 14 erstreckt. Eine rohrartige Umhüllung 2o umgibt einen Abschnitt der Zunge und der Röhre l6, um den Stift 18 in seiner Lage zu halten und die Röhre 16 abzudecken. Die Umhüllung wird an der Zunge durch eine Schraube 21 gehalten.

Zum anderen Stützteil 12 gehört ein becherförmiges Gehäuse 22 mit einem breiten, quadratischen Flansch 22a an seinem äußeren Ende. ·' In geeigneter Weise kann dieser an einem passenden Flansch oder einer Stütze, die in der Wand eines Gebäudes angeordnet ist, befestigt werden, um den Stoßdämpfer zu halten. Eine längliche Röhre 24 erstreckt sich in das geschlossene Ende des Gehäuses 22 und istdurch geeignete Mittel in diesem befestigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Haltering 26 teilweise in eine passende

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ringförmige Nute auf dem Umfang der Röhre 24. eingepaßt und steht mit der Endwand 22b des Gehäuses 22 in Eingriff, um dadurch eine Trennung zwischen dem Gehäuse und der Röhre in axialer Richtung -zu verhindern. Ein ähnlicher Haltering 27 ist im Abstand vom Ring 26 angeordnet und teilweise in eine ringförmige Nute auf dem Äußeren der Röhre 24 eingepaßt. Dieser steht mit einem größeren 28 in Eingriff, der am Gehäuse 22 durch mehrere Bolzen 29 befestigt ist, die sich durch die Endwand 22b des Gehäuses erstrecken und in den Ring eingeschraubt sind. Diese Anordnung verhindert eine Bewegung des Gehäuses 22 in axialer Richtung relativ zur Röhre 24.

Das linke Ende der Röhre 24 paßt verschiebbar über die Röhre 16 des linken Stützteile®,, so daß eine relative,teleskopartige Bewegung der Stützteile Io und 12 möglich ist. Das äußerste, linke Ende der Röhre 24 trägt einen nach innen gerichteten Vorsprung 24, der ziemlich eng an der inneren Röhre 16 anliegt. Der mittlere Abschnitt 24b der Röhre hat einen größeren Durchmesser und hat infolgedessen von der inneren Röhre einen Abstand. Eine sich axial erstreckende Schiene 3o ist innerhalb des Bereiches mit dem größeren Durchmesser angeordnet und an der Wand der Röhre durch mehrere Schrauben 33 befestigt. Die Schiene 3o bildet eine Rippe an der inneren Wand der Röhre 24. Eine in das Ende der Röhre 16 eingeschraubte Mutter J>k hat einen sich nach außen erstreckenden Flansch, der verschiebbar in den Bereich mit dem größeren Durchmesser der Röhre 24 paßt. Der Durchmesser der Mutter 34 ist größer.als der Innendurchmesser des Vorsprunges 24a am linken Ende der Röhre 24, wodurch eine Trennung der Stützteile Io und 12 verhindert wird. Die Mutter 34 hat einen sich axial erstreckenden Schlitz, der die Schiene 3° aufnimmt, um dadurch eine relative Drehbewegung zwischen den Stützteilen Io und 12 zu unterbinden.

Um die Teleskopbewegung der Stützteile in eine Drehbewegung umzuwandeln, ist eine sogenannte Kugelmutter-Schrauben-Vorrichtung innerhalb der Röhren l6 und 24 angeordnet. Diese Vorrichtung besteht aus einer Gewinderstange 38 mit einem durchgehenden Gewinde,

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das zum Aufnehmen mehrerer Kugellager ausgebildet ist. Diese Kugellager befinden sich in einem Gehöuse 4o, das eine Bahn 4oa zum'Zurückführen der Kugeln hat. Es ist dadurch möglich, daß mehrere Kugeln auf dem Gewinde.der Stange wiederkehrend umlaufen. Ein Ende des Gehäuses 4o ist in die Mutter 34 eingeschraubt und durch eine Peststellschraube 41 an der Mutter 34 fixiert. Das Kugelgehäuse 4o ist auf diese Weise an der inneren Röhre 16 befestigt.

Das andere Ende der Gewindestange 38 erstreckt sich durch ein Lager 44, das im Ende der Röhre 24 gehalten wird. Die Stange 38 ist durch eine auf sie aufgeschraubte Mutter 46 an der inneren Laufbahn 44a des Lagers befestigt. Die Mutter hält auch einen auf der Stange befestigten Drehmitnehmer 48, dessen Nabe 48a mit der axialen Fläche der Lagerlaüfbahn 44a in Eingriff steht. Die äußere Laufbahn 44b des Lagers 44 ist in einer inneren, ringförmigen Nute in der Röhre 24 angeordnet und durch eine in das Ende der Röhre 24 eingeschraubte ,zylindrische Mutter 50 axial befestigt. Mit dieser Anordnung wird eine teleskopartige Axialbewegung der Stützteile Io und 12 in eine Drehung der. Stange 38 und der inneren Laufbahn 44a auf den Kugeln 44c des Lagers 44 umgewandelt.

Der Drehmitnehmer 48 ist zusätzlich zur Drehung mit der Stange 28 mittels eines Keiles 52 befestigt, der in eine passende Nute in der Stange und in.der Nabe 48a des Drehmitnehmers paßt. Ein Sperrteil 54 erstreckt sich auch in die Nute der Stange und wirkt mit einer Nute in der Mutter 46 zusammen. Das Sperrteil ist zwischen den Drehmitnehmer und die Mutter eingeklemmt, um eine Drehung der Mutter zu verhindern, wenn sie einmal auf die Stange aufgeschraubt worden ist. Der Drehmitnehmer ist allgemein becherförmig ausgebildet und hat einen ringförmigen Flansch 48b, der sich nach außen über den Durchmesser der Röhre 24 erstreckt. Ferner hat er einen zylindrischen Abschnitt oder Mantel 48c, der das Ende der Röhre 24 umgibt, jedoch von der Röhre einen Abstand hat, so daß er sich leicht um die feste Röhre drehen kann. Der Drehmitnehmer hat ein Fenster 48d in seinem zylindrischen Abschnitt 48c, das sich axial ungefähr über die Länge des zylindrischen Abschnittes

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erstreckt. Radial hat es eine Breite von ungefähr 45°, wie es in der Fig. 3 zu sehen ist. Eins Verstärkung 48e begrenzt das Ende des Fensters an der offenen Seite des Drehmitnehmers 43, um seine Festigkeit zu erhöhen. Das ist vorteilhaft, wenn der Drehmitnehmer als ein Gußteil hergestellt werden soll.

Gemäß Fig. 2 und 3 ist ein ringförmiger Raum zwischen der äußeren Fläche der Röhre 24 und der Innenwand des sie umgebenden zylindrischen Abschnittes 48c des Drehmitnehmers vorhanden. In diesem ringförmigen Raum ist eine Spiralfeder 6o angeordnet, die eine zylindrische, schraubenförmige Gestalt hat und normalerweise lose die Röhre 24 umgibt. Der Unterschied zwischen dem inneren Durchmesser der Feder und dem Außendurchmesser der Röh?e soll bei 0,125 bis 0,25 mm liegen, wodurch ein gewisser Abstand entsteht. Die Feder hat mehrere Windungen, die. vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt haben, so daß der Röhre 24 eine ausreichende Fläche der Feder gegenüber liegt. Die Enden 60a und 60b der Feder 60 sind so gebogen, daß sie sich radial nach außen in das Fender 48d des Drehmitnehmers gemäß Fig. 3 erstrecken. Die Federenden 60a und 6ob haben natürlich einen axialen Abstand, so daß sich ein Ende in der Nähe des einen axialen Endes des Fensters und das andere Ende in der Nähe des anderen axialen Endes befindet. Die Federenden sind gemäß Fig. 3 auf dem Umfang angeordnet, wobei beide Enden, innerhalb des Fensters. 48d zu liegen kommen. Ein Ende 60a drückt gegen die eine axiale Kante 48f des Fensters und das andere Ende 60b steht mit der gegenüberliegenden axialen Kante 43g in Eingriff. Die Feder 60 ist axial innerhalb des Drehmitnehmers an einem Ende durch den Flansch 48b begrenzt und am anderen Ende durch eine sich nach innen erstreckende ringförmige Rippe 48h.

Am äußersten, rechten Ende der Stange 38 ist eine becherförmige Trägheitsmasse 7o angeordnet. Die Trägheitsmasse hat eine mittlere Nabe 7oa, die als eine einfache Lagerbüchse zum Drehen der Trägheitsmasse dient. Axial wird sie auf der Stange 38 durch eine geeignete Einrichtung 72 gehalten. Von der Nabe 7oa der Trägheits-

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masse erstreckt sich eine Endwand oder Plansch 7ob nach außen, an dem ein zylindrischer Abschnitt 7oc angeordnet ist. Das äußere oder rechte Ende des zylindrischen Abschnitts, wie er in der Fig. zu sehen ist, hat eine wesentliche Größe, um dadurch eine ausreichende Masse zu bilden. Der restliche Teil des zylindrischen Abschnittes 7oc ist mit einer dünneren Wand ausgebildet und umgibt in einem Abstand den zylindrischen Abschnitt 48c des Drehmitnehmers.

Gegen die Innenfläche des zylindrischen Abschnittes 7oc der Trägheitsmasse drückt eine dünnwandige Federkupplung 74, die sich nahezu vollkommen über die Innenfläche der Trägheitsmasse erstreckt. Gemäß Fig. 3 sind die Enden 74a und 74b des Kupplungsbandes radial soweit nach innen gebogen, daß sie in den Bereich der Federenden 6oa und 6ob gelangen. Der umfangsmäßige Abstand der Kupplungsenden ist genauso groß wie die Weite des Fensters im Drehmitnehmer, damit die Enden 6oa und 6ob der Spiralfeder eingeklammert werden und ein Eingriff mit ihnen möglich ist. ,

Es wurde bereits kurz erklärt, daß ein Ende des Stoßdämpfers an dem Teil befestigt ist, dessen Bewegung gedämpft werden soll, und daß das andere Ende an einer Abstützung angeordnet ist. Wenn der Stoßdämpfer in einem Kraftwerk verwendet werden soll, um die Bewegung der Rohleitungen zu dämpfen, wird am günstigsten der Stützteil Io an der Rohrleitung befestigt und der Stützteil 12 wird an der Abstützung oder Gebäudewand angeordnet. Der Flansch 28b des Stützteiles 12 ist zum Befestigen an einer Abstützung geeignet.

Wenn am Stoßdämpfer'eine nicht kompensierte Kraft angreift, wie es durch eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen der Rohrleitung auftreten kann, kann sich der Stützteil Io axial relativ zum Stutζteil 12 bewegen. Diese axiale Bewegung Jedoch bewegt das

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,Kugelgehäuse 4o der Kugel-Schrauben-Vorrichtung 36, die wiederum die Gewindestange ^8 und den Drehmitnehmer 48 in Drehung versetzt. Da die Kanten 48f und 48g des Fensters im Drehmitnehmer mit den Enden der Feder 6o in Eingriff stehen, wird die Feder zusammen mit dem Drehmitnehmer gedreht. Da weiterhin die Enden 60a und 6ob der Feder mit den Enden 74a und 74b des Kupplungsbandes 74 in Eingriff stehen werden dieses und die Trägheitsmasse 70 ebenso gedreht. Auf diese Weise läßt der Stoßdämpfer eine langsame, axiale Beschleunigung eines Stützteiles Io relativ zum anderen Stützteil 12 zu. Es wird darauf hingewiesen, daß die Bewegung in beiden Richtungen auftreten kann, da die Kugel-Schrauben-Vorrichtung J>6 in beiden Richtungen arbeitet und die Feder in der Trägheitsmasse ebenso sich in beiden Richtungen drehen kann.

Wenn die Stützteile Io und 12 teleskopartig bis zu einem vorgegebenen Schwellenwert beschleunigt werden, wird die Trägheitsmasse entsprechend ihrem Schwellenwert beschleunigt, wobei die Trägheit der Masse 7o bewirkt, daß sie hinter dem Drehmitnehmer zurückbleibt und eine Zugkraft an einem Ende der Feder 60 ausübt.

Wenn sich der Drehmitnehmer entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, wie es in der Fig. 4 durch einen Pfeil 76 angedeutet ist, übt seine Fensterkante 48f eine entsprechend . gerichtete Kraft auf das Federende 60a aus. Das andere Ende 60b der Feder überträgt die entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gerichtete Kraft auf das Kupplungsende 74b und damit auch auf die Trägheitsmasse ebenfalls in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung, wie es durch den Pfeil 77 angedeutet ist. Aufgrund der Trägheit der Masse fo -bewegt sich diese, nicht so schnell wie der Drehmitnehmer, mit dem Ergebnis, daß auf die Feder 60 eine Kraft wirkt, die'sie aufwickelt. Dieser Zustand ist in der Fig. 4 dargestellt, wo das Federende 60b, das mit dem Kupplungsende 74b in Eingriff steht, näher am Federende 60a als in der Fig. 3 liegt, das sich von dem Kupplungsende 74a fortbewegt hat. Eine Aufwickelkraft an

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der Feder verringer t ihren Durchmesser ein wenig, so daß sie mit der Außenfläche der nicht drehbaren Röhre 24 in Eingriff kommt, wodurch eine Bremskraft auftritt. Die Windungen der Feder bilden einen Bremsbacken und die Außenfläche der nicht drehbaren Röhre 24 bilden öine .Bremstrommel.

Das Ergebnis- dieser Bremswirkung besteht in einer Begrenzung der Beschleunigung des Drehmitnehmers 48 und der Stange 38 bis zu einem vorgegebenen Schwellenwert. Dadurch wird wiederum die Axialbewegung des Kugelgehäuses 4o und der Röhre 16, an der es befestigt ist, begrenzt. Mit anderen Worten, die relative, teleskopartige Beschleunigung der Stützteile Io und 12 wird auf einen vorgebenen · Wert begrenzt, jedoch kann eine teleskopartige Bewegung andauern, wenn die teleskopartige Kraft anhält. Wenn die Kraft, die die teleskopartige Beschleunigung erzeugt, aufhört, endet auch die Kraft, die eine Drehbeschleunigung des Drehmitnehmers und der Feder erzeugt. Die Eigenelastizität der Feder 6o bewirkt, daß ihre Enden in die Ausgangslage gemäß Fig. 3 zurückkehren, wobei die Trägheitsmasse ein wenig gedreht wird. Auf diese Weise wird die durch die Feder erzeugte Bremskraft vollkommen aufgehoben.

Es wird darauf hingewiesen, daß obwohl der Bewegungsablauf bei der Drehung des Drehmitnehmers in einer Richtung beschrieben worden ist, der Bremsvorgang in ähnlicher Weise abläuft, wenn die Stützteile so bewegt werden, daß sich der Drehmitnehmer in der entgegengestzten Richtung dreht. Eine Aufwickelkraft wirkt immer dann, wenn die Trägheitsmasse hinter dem Drehmitnehmer zurückbleibt. Der Unterschied liegt darin, daß die Fensterkante 48g mit dem Ende 6ob der Spiralfeder und das Ende 6oa mit dem Kupplungsende 74a während des Aufwickelvorganges in Eingriff kommt. Das Ende 74b des Kupplungsbandes hat vom Federende 6ob während dieses Vorganges einen Abstand.

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Man sieht, daß der erfindungsgemäße Stoßdämpfer in besonders günstiger Weise dazu geeignet ist, Bewegungen schnell zu begrenzen, die durch abwechselnde, starke Kräfte erzeugt werden, wie sie zum Beispiel bei Erdbeben auftreten können. Jedoch läßt der Stoßdämpfer eine langsame, teleskopartige Bewegung der Stützteile zu. Wenn die durch ein Erdbeben hervorgerufenen Kräfte nachlassen, kehrt der Stoßdämpfer in seine freie Lage zurück. Die Bremseinrichtung des Stoßdämpfers ist jederzeit bereit, auch wenn sie über Jahre hindurch nicht zum Einsatz gekommen ist.

Die Tatsache, daß der Stoßdämpfer ,eine Bewegung nicht anhält, sondern eine langsame Beschleunigung sogar bei fortwährender starker Kraftwirkung zuläßt, ist unter manchen Umständen von großer Bedeutung. Normalerweise, wenn eine Rohrleitung durch Krüfte, die beispielsweise durch Temperaturänderungen auftreten, bewegt wird, lassen die Rohrsättel eine solche Bewegung zu, so daß ein erfindungs gemäßer oder auch bekannte Stoßdämpfer verwendet werden können. Es kann jedoch der Fall sein, daß die Rohrsättel oder andere Stützen verklemmt sind und keine Bewegung der Rohrleitung solange zulassen, bis sich diese nicht aufgrund einer stärkeren Kraft um 2,5 oder 5 om verschieben möchte. Wenn sich der verwendete Stoßdämpfer schnell bei einer plötzlichen Bewegung sperrt und eine weitere Bewegung nicht auftreten kann, bis die Kraft nachgelassen hat und den Stoßdämpfer freigibt, könnte die Kraft weiterwirken und möglicherweise zu einem Rohrleitungsbruch führen. Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer jedoch würde eine weitere Bewegung zulassen, obgleich nur eine schwache Beschleunigung auftritt. Auf diese Weise würde die starke Kraft, die die Rohrleitung bewegt, berücksichtigt und ein Rohrleitungsbruch verhindert .

Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer ist gegenüber Beschleunigungskräften sehr empfindlich und kann starke axiale Kräfte aufgrund seines großen Last-Kraft-Verhältnisses berücksichtigen. Dies wird durch die Kugel-Schrauben-Vorrichtung und die Bremsfläche ermöglicht, die von der Spiralfeder 6o gebildet wird. Die Feder kann in ihre Bremsstellung durch eine sehr kleine an den Feder-

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enden angreifende Kraft gebracht werden, wobei gleichzeitig die Bremskraft sehr groß sein kann. Beispielsweise liefert bei einer Versuchsausführung des Stoßdämpfers die Kugel-Schrauben-Vorrichtung ein mechanisches Last-Kraft-Verhältnis von 3o, während die Anordnung mit der Spiralfeder ein solches von ungefähr l.ooo gibt, worauf sich ein Gesantwert von 3o.ooo errechnet. Infolgedessen kann eine sehr kleine Bremskraft, die durch die Trägheitsmasse auf die Spiralfeder ausgeübt wird, eine sehr starke axiale Kraft, die bei einem Erdbeben aufgetreten sein kann, aufnehmen. Infolgedessen ist die Vorrichtung gegenüber Beschleunigungskräften sehr empfindlich und kehrt dennoch schnell und leicht aus ihrer Bremsstellung zur ück. Da.die Vorrichtung so empfindlich ist, dreht sich die Trägheitsmasse niemals richtig, während der bei einem Erdbeben auftretenden Kräfte, sondern schwingt stattdessen ein bißchen, so daß die Federenden keine größeren Momente aufnehmen müssen. Das bedeutet aber«, daß die Beschleunigung nahezu sofort gedämpft wird. Da normalerweise die bei einem Erdbeben auftretenden Kräfte schwingen, entsteht keine wesentliche Geschwindigkeit.

Da der Stoßdämpfer nicht auf Geschwindigkeiten anspricht, ist es möglich, die Stützteile aus einer extremen Lage in die andere extreme Lage ineinander zu schieben, solange eine kleine aber konstante Beschleunigung auftritt. Dabei kann es sich ergeben, daß eine bedeutende Geschwindigkeit am Drehmitnehmer und der Trägheitsmasse auftritt. Da keine starke Beschleunigung vorhanden war und kein Nachlaufen der Trägheitmasse aufgetreten war, wird infolgedessen die Vorrichtung nicht abbremsen. Diese Verhältnisse würden normalerweise in einem Kraftwerk nicht auftreten, da sich die Rohrleitungen mit einem solchen Beschleunigungswert gewöhnlicherweise ausdehnen und zusammenziehen, daß keine wesentliche Geschwindigkeit auftreten.würde. Während.eines Erdbebens würde diese Art von Bewegung nicht erfolgen. Nichtsdestotrotz könnte ein Handwerker die Vorrichtung beim Einbau solchen Kräften aussetzen. Wenn dies auftritt, würden die Stützteile Io und 12 plötzlich abgebremst werden, wenn sie an einem Ende ihrer Bewegung angekommen sind. Die Trägheitsmasse, die sich dann mit einer

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großen Geschwindigkeit dreht, hätte einen beträchtlichen Impuls, mit der Folge, daß eine starke Kraft auf die Federenden, wo diese an der Trägheitsmasse angreifen, ausgeübt wird. Ein solcher Impuls könnte die Federenden 74a und 74b beschädigen. Das Kupplungsband 74 ist vorgesehen, um solche Kräfte zu berücksichtigen und eine Beschädigung der Federenden zu verhüten. Das Kupplungsband 74 ermöglicht, daß die Trägheitsmasse relativ zu dem Band rutschen kann, wenn'eine vorgegebene relative Kraft auftritt. Diese Kraft wird die Feder 60 nicht beschädigen, jedoch ist sie größer als die, die jemals an den Federenden bei einer starken Beschleunigung auftreten würde. Während einer Bewegung, wie sie bei einem Erdbeben auftritt, würde eil© Trägheitsmasse einfach zusammen mit der Kupplung bewegt j,und die gesamte Einrichtung arbeitet, als wenn die Kupplung und die Trägheitsmasse aus einer einzigen Einheit bestünde.

Die Arbeitsweise der Kupplung wird noch einmal im einzelnen dargestellt. Die einzelnen Teile hätten eine Lage gemäß der Fig. 3, wobei sich die Trägheitsmasse mit einer relativ hohen Geschwindigkeit und geringer Beschleunigung bewegt. Wenn der Drehmitnehmer plötzlich abgebremst wird, würde die Trägheitsmasse ihre Bewegung fortsetzen und anfangs das Kupplungsband 74 mitnehmen. Das Kupplungsband würde ein Ende .der Spiralfeder gegen das andere Ende bewegen, das durch die Fensterkante im Drehmitnehmer stationär gehalten wird. Die Aufziehbewegung der Feder würde durch die Röhre 24 begrenzt sein. Diese Stellung ist in der Fig. 4 dargestellt, wenn man annimmt, daß der Drehmitnehmer stationär ist und sich die Trägheitsmasse insider Richtung des unterbrochenen Pfeiles 78 bewegt. Die Kupplung wurde durch die Spiralfeder angehalten und die Masse kann sich solange bewegen, bis sie durch die Reibung des Kupplungsbandes vollkommen abgebremst worden ist.

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Claims

50.Sept.1974 PATENTANSPRÜCHE

1. Stoßdämpfer mit zwei zueinander relativ bewegbaren Stützteilen, dadurch gek'ennze i chne t , daß eine beschleunigungsabhängige Einrichtung (70,60) mit den Stützteilen.(10,12) verbunden ist, wodurch die Bewegung eines der Stützteile relativ zum anderen in jeder von zwei entgegengesetzten Richtungen auf einen Schwellenwert einer Beschleunigung begrenzbar ist, und daß eine Einrichtung' vorhanden ist, durch die unterhalb des Schwellenwertes der Eingriff der Einrichtung zum Begrenzen der relativen Bewegung verhinderbar ist, wodurch eine wiederholte oder kontinuierliche Relativbewegung unterhalb des Schwellenwertes vor und nach dem Erreichen der vorgegebenen Beschleunigung durchführbar ist. ·

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß die beschleunigungsabhängige Einrichtung (70,60) eine Bremseinrichtung (βθ,24) zum Beschränken der relativen Bewegung und eine Trägheitsmasse (70) hat, durch die die Beschleunigung der relativen Bewegung fühlbar ist, und durch die die Bremseinrichtung (60,24) zum Verhindern einer

Schwelle überschreitenden Beschleunigung in Eingriff bringbar ist.

3. Stoßdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beschleunigungsabhängige Einrichtung (70,60) eine die Bremsfläche (24) lose umgebende Torsionsfeder (βθ) und eine Trägheitsmasse (70) hat, die durch die relative Bewegung der Stützteile (10,12)

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durch die Torsionsfeder (βθ) so antreibbar ist, daß durch eine schnelle Beschleunigung der Trägheitsmasse (70) in jedervon zwei entgegengesetzten Richtungen ein Zurückbleiben der Trägheitsmasse (70) in Bezug auf die Antriebskraft bewirkbar ist, wodurch eine Aufwickelkraft an der Feder (7o) entstehbar ist, um die Bremsfläche (24) zu umgreifen und dadurch die Beschleunigung der Stützteile (10,12) zu begrenzen.

4. Stoßdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,, daß die Stützteile (10,12) relativ zueinander hin- und herbewegbar sind.

5. Stoßdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß die Stützteile (10,12) einen teleskopartig bewegbaren Stab haben.

6. Stoßdämpfer nach Anspruch 5* dadurch gekenn.ze ichnet, daß die beschleunigungsabhängige Einrichtung eine drehbar angeordnete Trägheitsmasse (70), eine Einrichtung (38,40) zum Umwandeln einer teleskopischen Bewegung des Stabes in eine Drehbewegung der Trägheitsmasse (70) hat, wobei die Trägheitsmasse in ihrer Bewegung zurückbleibt, wenn die teleskopische Beschleunigung des Stabes den Schwelfcnwert erreicht, und daß eine Bremseinrichtung (60,24) vorhanden ist, die auf das Zurückbleiben ansprechbar ist, um die Beschleunigung auf dem Schwellenwert zu begrenzen.

7. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützteile (10,12) hin- und herbewegbar und undrehbar zueinander angeordnet sind, und daß vorhanden sind ein drehbar angeordneter Drehmitnehmer (48), eine Einrichtung (358,40) zum Umwandeln einer relativen axialen 3e-

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wegung der Stützteile (10,12) in eine Drehung des Drehmitnehmers (48), eine drehbar angeordnete Trägheitsmasse (70),eine Bremsfläche (24) innerhalb des Drehmitnehmers (48) und eine Federeinrichtung (βθ) innerhalb des Drehmitnehmers (48), die die Bremsfläche (24) lose umgibt, und daß die Federeinrichtung (βθ) mit dem Drehmitnehmer (48) und der Trägheitsmasse (70) verbindbar ist, wodurch die Feder (60) und die Trägheitsmasse (70) mit dem Drehmitnehmer (48) während einer geringen Beschleunigung des Drehmitnehmers (48) drehbar sind,und daß während einer großen Beschleunigung die Trägheitsmasse (70) hinter dem Drehmitnehmer (48) zurückbleibbar ist, wodurch der Federdurchmesser verringerbar ist und wodurch die Feder (60) mit der Bremsfläche (24) in Eingriff bringbar ist und der Drehmitnehmer (48) festsetzbar ist, so daß dadurch die Stützteile (10,12) festgesetzt werden.

8. Stoßdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichn· e t, daß die Federeinrichtung (6o) allgemein zylindrisch mit einer Vielzahl von Windungen ausgebildet ist, die die Bremsfläche (24) umgeben und sich längs der Bremsfläche erstrecken, wodurch eine beträchtliche Angriffsfläche der Feder (60) auf der Bremsfläche (24) herstellbar ist.

9. Stoßdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzei c*h net, daß die Federenden (60a, 60b) mit dem Drehmitnehmer (48) und der Trägheitsmasse (70) in Eingriff bringbar sind, .■ wodurch die Trägheitsmasse (70) durch den Drehmitnehmer .(48) antreibbar ist.

10. Stoßdämpfer nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichn e t, daß der Drehmitnehmer (48) einen mit einem Fenster (48d) ausgebildeten .zylindrischen Abschnitt hat, und daß sich

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die Federenden (6Oa,6Ob) durch das Fenster erstrecken, wobei sie normalerweise mit gegenüberliegenden Kanten (48f,48g) des Fensters (48d) in Eingriff sind, und daß die Federenden (60a, 6Ob) mit der Trägheitsmasse (70) in Verbindung stehen.,wodureh die Federenden (6Oa,6Ob) beim Zurückbleiben der Trägheitsmasse (70) hinter dem Drehmitnehmer (48) in aine die'Feder aufwickelnde Richtung bewegbar sind und die Feder mit der Bremsfläche (24) in Eingriff bringbar ist.

11. Stoßdämpfer nach Anspruch 1O₅ dadurch gekenn ze ich η e t , daß eine Kupplungseinrichtung (74) innerhalb der Trägheitsmasse (70) angeordnet ist, und daß die Kupplungseinrichtung mit den Federenden (60a,60b) zum Antreiben der Trägheitsmasse (70) in Eingriff bringbar ist.

12. Stoßdämpfer nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Trägheitsmasse (70) eine normalerweise mit ihr drehbare Kupplungseinrichtung (74) vorhandoi ist, wobei die Trägheitsmasse (70) mit der Federeinrichtung (60) durch die Kupplungseinrichtung (74) verbindbar ist, wodurch die sich sehr schnell drehende Trägheitsmasse (70) beim plötzlichen Bremsen der Stützteile (10,12) relativ an der Kupplungseinrichtung (74) und der Federeinrichtung

(60) entlang gleitbar ist.

13. Stoßdämpfer nach Anspruch 12, dadurch gekennze ichn e t , daß die Trägheitsmasse (70) eine nach innen weisende zylindrische Oberfläche hat, und daß die Kupplungseinrichtung (74) ein Band aus federndem Material mit einer al! gemein zylindrischen Form innerhalb der Trägheitsmasse ist, und daß dieses Band mit der inneren zylindrischen Fläche (70c) der Trägheitsmasse (70) aufgrund.der Federkraft des Kupplungs materials" in Eingriff bringbar ist, und daß sich das

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Kupplungsband beträchtlich über die innere Oberfläche der Trägheitsmasse erstreckt und mit in Abstand auf dem Umfang angeordneten, nach innen weisenden Flanschen (74a,74b) ausgebildet ist> und daß diese mit der Federeinrichtung (60) in Eingriff bringbar sind.

14. Stoßdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich η e t, daß die Stützteile (10,12) allgemein zylindrisch ausgebildet sind, und daß der Drehmitnehmer (48) becherartig ausgebildet und an einem Ende des Stützteiles (24) drehbar angeordnet ist,und daß die Feder (60) zwischen einem Stützteil und dem Drehmitnehmer (48) angeordnet ist, und daß die Trägheitsmasse (70) becherartig ausgeformt ist und den Drehmitnehmer (48) umfaßt, und daß sich die Federenden (6Oa,6Ob) durch ein Fenster (48d) im Drehmitnehmer (48) erstrecken, wodurch sie mit der Trägheitsmasse (70) in Eingriff bringbar sind.

15. Beschleunigungsabhängige Einrichtung zum Dämpfen einer Bewegung, wenn eine vorgegebene Beschleunigungsschwelle erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß vorhanden sind eine Bremsfläche (24) , eine drehbar angeordnete Trägheitsmasse (70) und eine Federeinrichtung (60), die die Bremsfläche (24) umgibt und zum Antreiben der Trägheitsmasse (70) bei einer geringen Beschleunigung in jeder von zwei einander entgegengesetzten Richtungen dient, und daß bei einer großen Beschleunigung die Trägheitsmasse (70) zurückbleibbar ist, wodurch auf die Federeinrichtung (60) eine Kraft wirkbar ist, damit die Bremsfläche (24) von der Feder fest umfaßt wird.

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1β. Einrichtlang nach Anspruch 15> dadurch gekennzeichnet, daß ein drehbarer Drehmitnehmer (48) die Bremsfläche (24) umgibt und in ihm eine Feder (60) zwischen der Bremsfläche (24) und dem Drehmitnehmer (48) angeordnet ist, und daß die Feder (60) mehrere die Bremsfläche (24) normaler- / weise lose umschließende Windungen hat, wobei sich die Enden (6Oa,6Ob) der Feder (60) nach außen durch ein Fenster (74) im Drehmitnehmer (48) zum Zusammenarbeiten mit der Trägheitsmasse (70) erstrecken, und daß die Feder (60) durch den Eingriff der Federenden mit der Fensterecke (74d) des Drehmitnehmers (48) drehbar ist.

17· Stoßdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Bremseinrichtung (60,24) von sich aus aus einer bremsenden Stellung lösbar ist, wenn die durch die zurückbleibende Trägheitsmasse (70) erzeugte Kraft aufhört, und daß eine relative Bewegung zwischen den Stützteilen (10,12) beim Ausbleiben dieser Kraft in jede der beiden Richtungen durchführbar ist.

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