DE2446600C2 - Beschleunigungsdämpfer zur Begrenzung von durch Stoßeinwirkung an gehalterten Gegenständen angreifenden Beschleunigungswerten - Google Patents
Beschleunigungsdämpfer zur Begrenzung von durch Stoßeinwirkung an gehalterten Gegenständen angreifenden BeschleunigungswertenInfo
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Description
dadurch gekennzeichnet,
e) daß die Bremseinrichtung (24 und 60) sich auch bei fortdauernd anliegenden, nur langsam
veränderlichen Kräften in einen nichtbremsenden Zustand selbstrückstellend ausgebildet ist,
so daß bei in einer Richtung fortgesetzter Krafteinwirkung auf die Stützteile (10, 12) die
weitere Bewegung der Stützteile (10, 12) und der Trägheitsmasse (70) mit dem Beschleunigungsgrenzwert
ermöglicht ist.
2. Beschleunigungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung
(60 und 24) durch einen Beschleunigungsfühler (70 und 60) betätigt ist.
3. Beschleunigungsdämpfer nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsdämpfer (70 und 60) aus der Trägheitsmasse
(70) und einer Feder (60) besteht, die mit den Stützteilen (10,12) so in Verbindung stehen, daß die
Feder (60) ein Nacheilen der Trägheitsmasse (70) gestattet und dieses Nacheilen die Bremswirkung
auslöst.
4. Beschleunigungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (60) zugleich
Bestandteil der Bremseinrichtung (60 und 24) ist, und daß die Feder (60) im Ruhezustand in geringem
Abstand gegenüber einer Bremsfläche (Röhre 24) liegt, und beim Erreichen des Beschleunigungsgrenzwertes
durch das Nacheilen der Trägheitsmasse (70) an der Bremsfläche anliegt.
5. Beschleunigungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (60) des
Beschleunigungsfühlers (70 und 60) die Bremsfläche (Röhre 24) schraubenförmig in geringem Abstand
umgibt und ein deformierbarer Bestandteil einer zwischen einem drehbaren Teil (Gewindestange (38)
des Wandlers (38 und 40) und der Trägheitsmasse (70) angeordneten Drehmitnehmer-Einrichtung (48
und 60 und 74) ist.
6. Beschleunigungsdämpfer nach Anspruch 4 oder
5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Axialführung (30 und 34) zwischen den beiden Stützteilen (10, 12) a)
vorgesehen ist und daß der Wandler (38 und 40) zur Umwandlung der translatorischen Bewegung in eine
Drehbewegung als Kugelumlaufspindel (36) ausgebildet ist.
7. Beschleunigungsdämpfer nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehmitnehmer-Einrichtung (48 und 60 und 74) einen an der Gewindestange (38) gesicherten
becherförmigen Drehmitnehmer (48) aufweist, der mit einem äußeren Abschnitt (48c,/ die Bremsfläche
(Röhre 24) und die Feder (60) so umfaßt, tlaß er mit
der Feder (60) gekoppelt ist, die ihrerseits in Verbindung mit der Trägheitsmasse (70) steht
8. Beschleunigungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (60a, 6Qb)
der Feder (60) die Kopplung der Feder (60) mit dem Drehmitnehmer (48) einerseits und mit der Trägheitsmasse
(70) andererseits bilden.
9. Beschleunigungsdämpfer nach Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Drehmitnehmer (48) auch die Trägheitsmasse (70) becherförmig
ausgebildet ist und daß beide ineinander angeordnet sind, wobei der innen angeordnete
Drehmitnehmer (48) ein Fenster (4Sd) aufweist, durch das sich die beiden Enden (60a, 606Jder Feder
(60) radial so erstrecken, daß sie beim Fehlen einer Beschleunigung in Berührung mit Kanten (4Sf, 49g)
des Fensters (4Sd) sowie in Berührung mit Vorsprüngen (?4a, 75b) an der Trägheitsmasse (70)
stehen, dagegen beim Auftreten einer Beschleunigung ausreichender Größe ein Ende (60a bzw. 606,}
von der zugehörigen Kante (48/ bzw. 4Sg) und das andere Ende (606 bzw. 6OaJ von dem zugehörigen
Vorsprung (746 bzw. 74a) entfernt ist, wodurch die Feder (60) radial kontrahiert ist und eine Hemmung
zwischen dem Drehmitnehmer (48) und der Bremsfläche (Röhre 24) hergestellt ist.
10. Beschleunigungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (74a,
74b) Bestandteile einer das Drehmoment begrenzenden Kupplung zwischen der· Enden (60a, 60b) und
der Trägheitsmasse (70) sind.
11. Beschleunigungsdämpfci nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die das Drehmoment begrenzende Kupplung eine aus einem zylindrisch
gebogenen Federband mit abgewinkelten Vorsprüngen (74a, 74b) bestehende Federkupplung (74) ist, die
aufgrund der ihr eigenen Federkraft gegen den Innenumfang eines zylindrischen Abschnittes (7OcJ
der Trägheitsmasse (70) mit einer vorbestimmten Reibungskraft anliegt.
Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beschleunigungsdämpfer dieser Art finden in beispielsweise durch Erdbeben erschütterungsgefährdeten
Gegenden, beispielsweise zur Abstützung von Rohrleitungen in Kraftwerken, Verwendung. An derartige
Beschleunigungsdämpfer sind grundsätzlich die folgenden Forderungen zu stellen:
Der Beschleunigungsdämpfer muß langsam erfolgende Lageänderungen der Rohrleitung bezüglich
der tragenden Struktur, beispielsweise hervorgeru-
fen durch Temperaturänderungen, unbehindert zulassen;
b) eine sehr schnelle Lageänderung der Rohrleitung
bezüglich der tragenden Struktur, beispielsweise hervorgerufen durch Stöße bei einem Erdbeben,
soll verhindert werden.
Diese Forderungen werden durch einen Beschleunigungsdämpfer der eingangs genannten Art erfüllt, wie
er in der DE-OS 22 52 559 insbesondere mit Bezug auf
die Fig. 5 beschrieben ist Solange bei einem derartigen bekannten Beschleunigungsdämpfer die Lageänderungen
der Rohrleitung bezüglich der tragenden Struktur, beispielsweise durch Temperaturänderungen bedingt,
sehr langsam erfolgen, wird ihnen durch den Beschleunigungsdämpfer
praktisch kein Widerstand entgegengesetzt Bei harten Stoßen hingegen, bei denen ein
Grenzwert der Relativbeschleunigung zwischen den bewegten Teilen überschritten wird, löst eine durch die
Bewegung in Drehung versetzte und dieser Drehung einen Trägheitswiderstand entgegensetzende Trägheitsmasse
eine Bremseinrichtung aus, die schlagartig die Relativbewegung blockiert Im einzelnen wird bei
dieser bekannten Anordnung durch die starke Beschleunigung die Kraft einer Tellerfeder überwunden, bis zwei
im Ruhezustand im Abstand zueinander stehende Teile aneinanderstoßen. Eine weitere Relativbewegung der
Stützteile des Beschleunigungsdämpfers wird dadurch völlig unterbunden, und der Beschleunigungsdämpfer
verhält sich wie eine starre Aufhängung bzw. Abstützung. Dieser starre Zustand, d. h. die völlig starre
Blockierung der Bewegung der beiden Stützteile relativ zueinander, wird, wie sich aus der beschriebenen
Konstruktion ohne weiteres ergibt, auch dann aufrechterhalten, wenn eine zwischen den beiden Stützteilen
angreifende Kraft statisch weiterwirkt, ohne daß dabei weitere Stöße und höhere Beschleunigungswerte
auftreten. Erst dann, wenn sowohl die Stöße als auch die statischen Kräfte weggefallen sind, wird die Blockierung
des Beschleunigungsdämpfers aufgehoben, und seine Ruhefunktion, d. h. die ungehinderte Beweglichkeit bei
langsamen Bewegungen, wird wieder hergestellt.
Der aus der DE-OS 22 52 559 bekannte. Beschleunigungsdämpfer zeichnet sich also dadurch aus, daß
unterhalb eines Beschleunigungsgrenzwertes die beiden Stützteile gegeneinander bewegt werden können, daß
jedoch bei Überschreiten eines bebiimmten Beschleunigungsgrenzwertes
die beiden Stützteile schlagartig starr gegeneinander verriegelt werden und diese Verriegelung
solange anhält, wie auch die zwischen den >o Stützteilen angreifenden Kräfte in der gleichen
Richtung aufrechterhalten werden. Der Beschleunigungsgre.izwert,
jenseits dessen die Verriegelung stattfindet, wird durch die Federeinrichturig zusammen
mit einer Trägheitsmasse bestimmt. Erst nach Wegfall der zwischen den Stützteilen angreifenden Kraft wird
die Blockierung wieder gelöst.
Bei einer derartigen bekannten Ausbildung, weiche die vorstehend unter a) und b) erläuterten grundsätzlichen
Forderungen erfüllt, ergeben sich gleichwohl in der Praxis Probleme: Wenn nämlich auf die gehalterte
Rohrleitung langsam veränderliche, quasi-stationäre Kräfte, beispielsweise hervorgerufen durch Temperatureinwirkung,
ausgeübt werden und gleichzeitig, beispielsweise durch ein Erdbeben Kraftstöße auftreten, dann
wird durch die Kraftstöße der Beschleunigungsgrenzwert überschritten und der Beschleunigungsdämpfer
blockiert. Da aber die langsam veränderlichen Kräfte weiterwirken, kann diese Blockierung des Beschleunigungsdämpfers
sich nicht mehr lösen, und es kann durch das Weiterwirken der quasi-statischen Kräfte zu einer
Beschädigung der Rohrleitung oder deren Aufhängung kommen. Gerade derartige Bedingungen werden von
dem Stoßdämpfer der DE-OS 22 52 559 nicht beherrscht da dieser Stoßdämpfer bei einer fortgesetzten
Krafteinwirkung in einer Richtung blockiert gehalten
wird und, solange die Kraft anhält einen Abbau der Kraft durch Relatiwerschiebung der beiden Stützteile
zueinander unterbindet
Die FR-PS 13 04 808 beschreibt einen Fahrzeug-Stoßdämpfer, der eine Trägheitsmasse und eine
Schraubenfeder aufweist die zur wegabhängigen Bremsung der Auslenkung des Stoßdämpfers im
Durchmesser veränderlich ist wobei sie sich zur Bremsung im Durchmesser verändert Dieser bekannte
Fahrzeugstoßdämpfer dient in der bei Fahrzeugen üblichen Weise zur Amplitudendämpfung von Schwingungen
der gehalterten Teile nach einer erfolgten Auslenkung durch einen Stoß. Keinesfalls ist dieser
Stoßdämpfer der Gattung von Beichleunigungsdämpfern
zuzuordnen; er weist auch offensichtlich keine vorbestimmte Beschleunigungsschwelle auf, jenseits der
er wirksam wird und die Bewegung abbremst
Die US-PS 28 56 179 beschreibt ebenfalls einen Fahrzeug-Stoßdämpfer. Dieser Fahrzeug-Stoßdämpfer
weist ein Trägheitselement auf, das aufgrund einer teleskopischen Bewegung der Strebenteile in Drehung
versetzt wird. Zusätzlich zu üiner hydraulischen Dämpfung wird bei diesem Stoßdämpfer durch die
Trägheit der Trägheitsmasse und zusätzlich noch dazu eine Abbremsung der Bewegung dadurch ausgeführt,
daß sich die Trägheitsmasse bei Drehung ausdehnt und in Reibungseingriff mit dem Gehäuse tritt
Der in der US-PS 24 71 857 beschriebene Stoßdämpfer dient zur Steuerung von Vibrationen in einem
Flugzeug unter Verwendung von Trägheitsmassen. Diese Vorrichtung spricht auf Beschleunigungswerte an
und verriegelt sich nicht. Allerdings ist dabei keine bestimmte Beschleunigungsschwelie vorgesehen, unterhalb
der eine freie Beweglichkeit gegeben ist und oberhalb der eine weitere Beschleunigung verhindert
wird, sondern es kann vielmehr eine Abbremsung bei jedem beliebigen Beschleunigungswert ausgelöst werden,
wobei das Maß der Abbremsuiig jeweils dem
Beschleunigungswert proportional ist. Dieser Stoßdämpfer ist also lastabhängig, d.h. das Maß der
Abbremsung ist umso größer, je größer die auftretende Belastung ist. Zur Umwandlung der translatorisch
auftretenden Stoßbewegung in eine Drehbewegung ist bei diesem Stoßdämpfer eine Kugelmutter-Spindel-Anordnung
vorgesehen.
In der US-PS 37 01 401 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige einer Drehmoment-Überbelastung
beschrieben. In dieser Vorrichtung ist eine Schraubenfeder mit im Querschnitt rechteckigen
Windungen vorgesehen, die sich durch Aufwicklung bzw. Abwicklung bei einer vorbestimmten Drehmcmentbelastung
ai jdehnt oder zusammenzieht und dabei bremsend an eine Bremsfläche anlegt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Beschleunigungsd.impfer der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung, der langsam, beispielsweise thermisch bedingten Bewegungen
voll nachgeber, kann, jedoch rasche Bewegungen unterbindet, dahingehend weiterzubilden, daß nach
Abklingen stoßartiger Beschleunigungskräfte auch bei
in der gleichen Richtung weiterwirkenden, langsamer veränderlichen Kräften die freie Beweglichkeit gegeben
ist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Anspruch I angegebenen Merkmale gelöst.
Die von der Erfindung dem Fachmann vermittelte Lehre besteht also darin, einerseits langsame Bewegungen
wie beim Stand der Technik ungehindert zuzulassen, jedoch anders als beim Stand der Technik die
Stützteile des Stoßdämpfers bei Erreichen eines Beschleunigungsgrenzwertes nicht starr miteinander zu
verriegeln, sondern vielmehr die Bewegung der Stützteile gegeneinander derart abzubremsen, daß der
vorbestimmte Beschleunigungsgrenzwert nicht überschritten wird, jedoch die Stützteile zum Abbau von
weiterhin in der gleichen Richtung angreifenden Kräften dadurch bewegbar bleiben, daß sich nach
Abklingen der übermäßigen Stoßbeschleunigung die
Zustand zurückstellt.
Besonders bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Beschleunigungsdämpfers sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
In der nachfolgenden Beschreibung wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert; es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Beschleunigungsdämpfers:
Fig.2 einen Längsschnitt nach der Linie 2-2 der
F i g. 1;
Fi g. 3 einen Querschnitt durch den Beschleunigungsdämpfer nach der Linie 3-3 der Fig. 2, wobei der
Beschleunigungsdämpfer in einer nicht gebremsten Stellung dargestellt ist; und
Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich dem der Fig. 3,
wobei der Beschleunigungsdämpfer in einer gebremsten Stellung dargestellt ist.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Beschleunigungsdämpfer
mit zwei Stützteilen 10 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. Das Stützteil 10 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 Arbeitsmittel 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 als
Sockel ausgebildet, in dem das Ende einer länglichen Stützröhre 16 angeordnet ist. Die Stützröhre 16 ist an
der Zunge 14 befestigt und gegenüber einer Drehung relativ zu dieser Zunge 14 durch einen Stift 18 gesichert,
der sich quer durch die Stützröhre 16 und eine Querbohrung durch den Sockel der Zunge 14 erstreckt.
Eine rohrartige Umhüllung 20 umgibt einen Abschnitt der Zunge 14 und der Stützröhre 16, um den Stift 18 in
seiner Lage zu halten und die Stützröhre 16 abzudecken. Die Umhüllung 20 wird an der Zunge 14 durch eine
Schraube 21 gehalten.
Zum anderen Stützteil 12 gehört ein becherförmiges Gehäuse 22 mit einem breiten, quadratischen Flansch
22a an einem äußeren Ende, in geeigneter Weise kann
dieser an einem passenden Flansch oder einer Stütze, die an der Wand eines Gebäudes angeordnet ist,
befestigt werden, um den Beschleunigungsdämpfer zu halten. Eine längliche Röhre 24 erstreckt sich in das
geschlossene Ende des Gehäuses 22 und ist durch geeignete Mittel in diesem befestigt. Bei der vorliegenden
Ausführungsform ist ein Haltering 26 teilweise in eine passende ringförmige Nut auf dem Unfang der
Röhre 24 eingepaßt und steht mit der Endwand 226 des Gehäuses 22 in Eingriff, um dadurch eine Trennung
zwischen dem Gehäuse 22 und der Röhre 24 in axialer Richtung zu verhindern. Ein ähnlicher Haltering 27 ist
im Abstand vom Haltering 26 angeordnet und teilweise
in in eine ringförmige Nut auf dem Äußeren der Röhre 24
eingepaßt. Dieser Haltering 27 steht mit einem größeren Ring 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
ü 28 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 StÜ'.zrÖhrP 16 d<?S linken Stiit7tcils 10, ςη Haß pine
relative, teleskopartige Bewegung der Stützteile 10 und 12 möglich ist. Das äußerste linke Ende der Röhre 24
trägt einen nach innen gerichteten Vorsprung 24.7, der ziemlich eng an der inneren Stützröhre 16 anliegt. Der
mittlere Abschnitt 24i»der Röhre 24 hat einen größeren
?i Innendurchmesser, und hat infolgedessen von der
inneren Stützröhre 16 einen Abstand. Eine sich axial erstreckende Schiene 30 ist im Bereich mit dem
größer-'η Durchmesser an der Wand der Röhre 24 durch mehrere Schrauben 33 befestigt. Die Schiene 30
ίο bildet so eine Rippe an der inneren Wand der Röhre 24.
Eine in das Ende der Stützrörre 16 eingeschraubte Mutter 34 hat einen sich nach außen erstreckenden
Flansch, der verschiebbar in den größeren Durchmesser der Röhre 24 paßt. Der Durchmesser dieses Flansches
)5 der Mutter 34 ist größer als der Innendurchmesser des Vorsprunges 24a am linken Ende der Röhre 24, wodurch
eine Trennung der Stützteile 10 und 12 verhindert wird. Die Mutter 34 hat einen sich axial erstreckenden Schlitz,
der die Schiene 30 aufnimmt, um dadurch eine relative Drehbewegung zwischen den Stützteilen 10 und 12 zu
unterbinden.
Um die Teleskopbewegung der Stützteile 10 und 12 in eine Drehbewegung umzuwandeln, ist eine sogenannte
Kugelumlaufspindel 36 innerhalb der Stützröhre 16 und
•»5 der Röhre 24 angeordnet. Diese Kugelumlaufspindel 36
besteht aus einer Gewindestange 38 mit einem durchgehenden Gewinde, das zum Aufnehmen mehrerer
Kugeln ausgebildet ist. Diese Kugeln befinden sich in einem Kugelgehäuse 40. das eine Bahn 40a zum
Zurückführen der Kugeln hat. Es ist dadurch möglich, daß mehrere Kugeln auf dem Gewinde der Gev*mdestange
38 wiederkehrend umlaufen. Ein Ende des Kugelgehäuses 40 ist in die Mutter 34 eingeschraubt und
durch eine Feststellschraube 41 an der Mutter 34 fixiert.
Das Kugelgehäuse 40 ist auf diese Weise an der inneren Stützröhre 16 befestigt.
Das andere Ende der Gewindestange 38 erstreckt sich durch ein Lager 44, das im Ende der Röhre 24
gehalten wird. Die Gewindestange 38 ist durch eine auf sie aufgeschraubte Mutter 46 an der inneren Laufbahn
44a des Lagers 44 befestigt. Die Mutter 46 hält auch einen Drehmitnehmer 48 auf der Gewindestange 38 fest,
dessen Nabe 48a mit der axialen Fläche der Laufbahn 44a in Eingriff steht Die äußere Laufbahn 446 des
Lagers 44 ist in einer inneren, ringförmigen Nut 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 10 und 12 in eine Drehung
der Gewindestange 38 und der inneren Laufbahn 44a auf den Kugeln 44cdes Lagers 44 umgewandelt.
Der Drehmitnehmer 48 ist zur Drehung mit der Gewindestange 38 zusätzlich mittels eines Keiles 52
gesichert, der in eine passende Nut in der Gewindestange 38 und in der Nabe 48ades Drehmitnehmers 48 paßt.
Ein äp.errteil 54 erstreckt sich auch in die Nut der Gewindestange 38 und wirkt mit einer Nut in der
Mutter 46 zusammen. Das Sperrteil 54 ist zwischen den Drehmitnehmer 48 und die Mutter 46 eingeklemmt, um
eine Drehung der Mutter 46 zu verhindern, wenn sie einmal auf die Gewindestange 38 aufgeschraubt worden
ist. Der Drehmitnehmer 48 ist allgemein becherförmig ausgebildet und hat einen ringförmigen Flansch 486, der
sich nach außen über den Durchmesser der Röhre 24 hinaus erstreckt. Ferner hat er einen zylindrischen
Abschnitt 48c, der das Ende der Röhre 24 umgibt, jedoch von der Röhre einen Abstand hat, so daß er sich leicht
um die feste Röhre 24 drehen kann. Der Drehmitnehmer 48 hat ein Fenster 48c/in seinem zylindrischen Abschnitt
48c, das sich axial ungefähr über die Länge des zylindrischen Abschnittes 48c erstreckt. Radial hat es
eine Breite von ungefähr 15°, wie es in der Fig.3 zu
sehen ist. Eine Verstärkung 48e begrenzt das Ende des Fensters 48c/an der offenen Seite des Drehmitnehmers
48, um seine Festigkeit zu erhöhen. Das ist vorteilhaft, wenn der Drehmitnehmer 48 als Gußteil hergestellt
werden soll.
G^mäß F i g. 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 48 vorhanden. In diesem ringförmigen Raum ist eine schraubenförmige Feder 60
angeordnet, die normalerweise lose die Röhre 24 umgibt. Der Unterschied zwischen dem inneren
Durchmesser der Feder 60 und dem Außendurchmesser der Röhre 24 soll bei 0,125 bis 0,25 mm liegen, wodurch
ein gewisser Abstand entsteht. Die Feder 60 hat mehrere Windungen, die vorzugsweise einen rechteckigen
Querschnitt haben, so daß der Röhre 24 eine ausreichende Fläche der Feder 60 gegenüberliegt. Die
Enden 60a und 60c/ Feder 60 sind so gebogen, daß sie sich radial nach außen in das Fenster 48c/ des
Drehmitnehmers 48 gemäß Fig.3 erstrecken. Die Enden 60a und 606 haben einen axialen Abstand, so daß
sie sich an axial entgegengesetzten Enden des Fensters 48c/ befinden. Die Enden 60a und 606 sind umfangsmäßig
gemäß F i g. 3 angeordnet, wobei beide Enden 60a und 606 innerhalb des Fensters 48c/liegen. Ein Ende 60a
drückt gegen die eine axial verlaufende Kante 48/des Fensters 48c/ und das andere Ende 606 steht mit der
gegenüberliegenden axial verlaufenden Kante 48^· in
Eingriff. Die Feder 60 ist axial innerhalb des Drehmitnehmers 48 an einem Ende durch den Flansch
48c/begrenzt und am anderen Ende durch eine sich nach
innen erstreckende ringförmige Rippe 48Λ.
Am äußersten, rechten Ende der Gewindestange 38 ist eine becherförmige Trägheitsmasse 70 angeordnet
Die Trägheitsmasse 70 hat eine zentrale Nabe 70a, die als eine einfache Lagerbüchse zum Drehen der
Trägheitsmasse 70 dient Axial wird sie auf der Gewindestange 38 durch eine geeignete Einrichtung 72
gehalten. Von der Nabe 70a der Trägheitsmasse 70 erstreckt sich ein Flansch TOu nach außen, an dem ein
zylindrischer Abschnitt 7Öc angeordnet ist Das äußere oder rechte Ende des zylindrischen Abschnitts 70c, wie
in der F i g. 2 gesehen, hat eine beträchtliche Größe, um dadurch eine ausreichende Masse zu bilden. Der
restliche Teil des zylindrischen Abschnittes 70c ist als dünnere Wand ausgebildet und umgibt in einem
Abstand den zylindrischen Abschnitt 48c des Drehmitnehmers 48.
Gegen die Innenfläche des zylindrischen Abschnittes 70c der Trägheitsmasse 70 drückt eine dünnwandige
Federkupplung 74, die sich nahezu vollkommen über die
ίο Innenfläche der Trägheitsmasse 70 erstreckt. Gemäß
Fig.3 sind Vorsprünge 74a der Federkupplung 74 radial soweit nach innen gebogen, daß sie in den Bereich
der Enden 60a und 60b der Feder 60 gelangen. Der umfangsmäßige Abstand der Vorsprünge 74a und 746
ist genauso groß wie die Weite des Fensters 48c/ im Drehmitnehmer 48, damit die Enden 60a und 606 der
Feder 60 eingeklammert werden und ein Eingriff mit ihnen möglich ist.
Es wurde bereits kurz erklärt, daß ein Ende des Beschleunigungsdämpfers an dem Teil befestigt ist,
dessen Bewegung gedämpft werden soll, und daß das andere Ende an einer Abstützung angeordnet ist. Wenn
der Beschleunigungsdämpfer in einem Kraftwerk verwendet werden soll, um die Bewegung der
Rohrleitungen zu dämpfen, wird am günstigsten das Stützteil 10 an der Rohrleitung befestigt, und das
Stützteil 12 wird an der Abstützung oder Gebäudewand angeordnet. Der Flansch 22a des Stützteils 12 ist zum
Befestigen an einer Abstützung geeignet.
jo Wenn am Beschleunigungsdämpfer eine nicht kompensierte
Kraft angreift, wie es durch eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen der Rohrleitung auftreten
kann, kann sich das Stützteil 10 axial relativ zum Stützteil 12 bewegen. Diese axiale Bewegung jedoch
bewegt axial das Kugelgehäuse 40 der Kugelumlaufspindel 36, das wiederum die Gewindestange 38 und den
Drehmitnehmer 48 in Drehung versetzt. Da die Kanten 48/und 48g des Fensters 48σ im Drehmitnehmer 48 mit
den Enden 60a und 606 der Feder 60 in Eingriff stehen,
■to wird die Feder 60 zusammen mit dem Drehmitnehmer
48 gedreht. Da weiterhin die Enden 60a und 606 der Feder 60 in Eingriff stehen, wird die Feder 60 zusammen
mit dem Drehmitnehmer 48 gedreht. Da weiterhin die Enden 60a und 606 der Feder 60 mit den Vorsprüngen
74a und 746 der Federkupplung 74 in Eingriff stehen, werden diese und die Trägheitsmasse 70 ebenso
gedreht. Auf diese Weise läßt der Beschleunigungsdämpfer eine langsame, axiale Beschleunigung eines
Stützteils 10 relativ zum anderen Stützteil 12 zu. Es wird
so darauf hingewiesen, daß die Bewegung in beiden Richtungen arbeitet und die Feder 60 in der
Ti ägheitsmasse 70 sich ebenso in beiden Richtungen drehen kann.
Wenn die Stützteile 10 und 12 in axialer Richtung bis zu einem vorgegebenen Beschleunigungsgrenzwert
beschleunigt werden, wird die Trägheitsmasse 70 entsprechend der Kraft der Feder 60 beschleunigt,
wobei die Trägheit der Trägheitsmasse 70 bewirkt, daß sie hinter dem Drehmitnehmer 48 zurückbleibt und eine
Zugkraft an einem Ende der Feder 60 ausübt
Wenn sich der Drehmitnehmer 48 entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, wie es in der F i g. 4 durch einen
Pfeil 76 angedeutet ist übt seine Kante 48/ eine entsprechend gerichtete Kraft auf das Ende 60a der
Feder 60 aus. Das andere Ende 606 der Feder 60 überträgt die entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn
gerichtete Kraft auf den Vorsprung 74b der Federkupplung 74 und damit auch auf die Trägheitsmasse 70
ebenfalls in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten
Richtung, wie es durch den Pfeil 77 angedeutet ist.
Aufgrund der Trägheit der Trägheitsmasse 70 bewegt sich diese nicht so schnell wie der Drehmitnehmer 48,
mit dem Ergebnis, daß auf die Feder 60 eine Kraft wirkt, die sie aufwickelt. Dieser Zustand ist in der Fig.4
dargestellt, wo Ms Ende 606 der Feder 60, das mit dem
Vorsprung 746 ii/ Eingriff steht, näher am Ende 60a als in der F i g. 3 liegt, das sich von dem Vorsprung 74a
fortbewegt hat. Eine Aufwickelkraft an der Feder 60 verringert 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 60 bilden also gleichsam einen Bremsbacken und die Außenfläche der nicht drehbaren
Röhre 24 eine Bremstrommel.
Das Ergebnis dieser Bremswirkung besteht in einer Begrenzung der Beschleunigung des Drehmitnehmers
48 und der Gewindestange 38 bis zu einem vorgegebenen Grenzwert. Dadurch wird wiederum die Axialbewegung
des Kugelgehäuses 40 und der Stützröhre 16, an der es befestigt ist, begrenzt. Mit anderen Worten wird
die relative axiale Beschleunigung der Stützteile 10 und 12 auf einen vorgegebenen Wert begrenzt, jedoch kann
eine axiale Bewegung unter begrenzt gehaltener Beschleunigung andauern, wenn die axiale Kraft anhält.
Wenn die Kraft, die die axiale Beschleunigung erzeugt, aufhört, endet auch die Kraft, die eine Drehbeschleunigung
des Drehmitnehmers 48 und der Feder 60 erzeugt. Die Eigenelastizität der Feder 60 bewirkt, daß ihre
Enden 60a und 606 in die Ausgangslage gemäß Fig.3 zurückkehren, wobei die Trägheitsmasse 70 ein wenig
gedreht wird. Auf diese Weise wird die durch die Feder 60 erzeugte Bremskraft vollkommen aufgehoben.
Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl der Bewegungsablauf bei der Drehung des Drehmitnehmers
48 in einer Richtung beschrieben worden ist, der Bremsvorgang in ähnlicher Weise abläuft, wenn die
Stützteile 10 und 12 so bewegt werden, daß sich der Drehmitnehmer 48 in der entgegengesetzten Richtung
dreht.
Eine Aufwickelkraft wirkt immer dann, wenn die Trägheitsmasse 70 hinter dem Drehmitnehmer 48
zurückbleibt. Der Unterschied liegt darin, daß die Kante 48^ mit dem Ende 60b und deren Ende 60a mit dem
Vorsprung 74a während des Aufwickelvorganges in Eingriff kommt. Der Vorsprung 746 der Federkupplung
74 hat vom Ende 606 der Feder 60 während dieses Vorgangs einen Abstand.
Der Beschleunigungsdämpfer ist gegenüber Beschleunigungskräften sehr empfindlich und kann starke
axiale Kräfte aufgrund seines großen Übersetzungsverhältnisses aufnehmen. Dies wird durch die Kugelumlaufspindel
36 und die Bremsfläche ermöglicht, die von der Feder 60 gebildet wird. Die Feder 60 kann durch eine
sehr kleine an ihren Enden 60a oder 606 angreifende Kraft in ihre Bremsstellung gebracht werden, wobei
gleichzeitig die Bremskraft sehr groß ist. Beispielsweise liefert bei einer Versuchsausführung des Stoßdämpfers
die Kugelumlaufspindel 36 ein mechanisches Übersetzungsverhältnis von 30, während die Anordnung mit der
Feder 60 ein solches von ungefähr J000 ergibt, woraus sich ein Gesamtwert von 30 000 errechnet. Infolgedessen
kann eine sehr kleine Bremskraft, die durch die Trägheitsmasse 70 auf die Feder 60 ausgeübt wird, eine
sehr starke axiale Kraft, die bei einem Erdbeben auftreten kann, aufnehmen, infolgedessen ist die
Vorrichtung gegenüber Beschleunigungskräften sehr empfindlich und i<ehrt dennoch schnell und leicht aus
ihrer Bremsstellung zurück. Da die Vorrichtung so empfindlich ist, rotiert die Trägheitsmasse 70 niemals
richtig während der bei einem Erdbeben auftretenden =i Kräfte, sondern schwingt statt dessen etwas, so daß die
Enden 60« und 606 der Feder 60 kein größeres Moment aufnehmen müssen. Das bedeutet aber, daß die
Beschleunigung nahezu sofort gedämpft wird. Da normalerweise die bei einem Erdbeben auftretenden
in Kräfte schwingen, entsteht keine wesentliche Geschwindigkeit.
Da der Beschleunigungsdämpfer nicht auf Geschwindigkeiten anspricht, isl es möglich, die Stützteile 10 und
12 aus einer extremen Lage in die andere extreme Lage
r> ineinander zu schieben, solange eine kleine aber
konstante Beschleunigung auftritt. Dabei kann es sich ergeben, daß eine erhebliche Geschwindigkeit am
Drehmitnehmer 48 und der Trägheitsmasse ^Q auftriü.
Da keine starke Beschleunigung vorhanden war und
2(i kein Zurückbleiben der Trägheitsmasse 70 aufgetreten
war. wird infolgedessen die Vorrichtung nicht bremsen. Diese Verhältnisse würden normalerweise in einem
Kraftwerk nicht auftreten, da sich die Rohrleitungen gewöhnlich mit einem solchen Beschleunigungswert
r> ausdehnen und zusammenziehen, bei dem keine wesentliche Geschwindigkeit auftritt. Auch während
eines Erdbebens würde diese Art von Bewegung nicht erfolgen. Trotzdem könnte ein Handwerker die
Vorrichtung beim Einbau solchen Kräften aussetzen.
in Wenn dies auftritt, würden die Stützteile 10 und 12
plötzlich abgebremst werden, wenn sie an einem Ende ihrer Bewegung angekommen sind. Die Trägheitsmasse
70, die sich dann mit einer großen Geschwindigkeit dreht, hätte einen beträchtlichen Drehimpuls mit der
)■> Folge, daß eine starke Kraft auf die Federenden, wo
diese an der Trägheitsmasse 70 angreifen, ausgeübt wird. Ein solcher Drehimpuls könnte die Feder 60 und
die Vorsprünge 74a und 746 beschädigen. Die Federkupplung 74 ist vorgesehen, um solche Kräfte zu
•in berücksichtigen und eine Beschädigung der Feder 60
und der Vorsprünge 74a und 746 zu verhüten. Die Federkupplung 74 ermöglicht, daß die Trägheitsmasse
70 relativ zu ihr rutschen kann, wenn eine vorgegebene relative Kraft auftritt, was der Wirkungsweise einer
■»*> Drehmomentbegrenzung entspricht. Diese Kraft wird
die Feder 60 nicht beschädigen, jedoch ist sie größer als die. die jemals an deren Ende 60a und 606 bei einer
starken Beschleunigung auftreten würde. Während einer Bewegung, wie sie bei einem Erdbeben auftritt,
ϊ» würde die Trägheitsmasse 70 einfach zusammen mit der
Federkupplung 74 bewegt und die gesamte Einrichtung arbeiten, als bestünde die Federkupplung 74 und die
Trägheitsmasse 70 aus einer einzigen Einheit.
Die Arbeitsweise der Federkupplung 74 wird noch
ϊ5 einmal im einzelnen erläutert. Angenommen, die
einzelnen Teile hätten eine Lage gemäß der Fig.3, wobei sich die Trägheitsmasse 70 mit einer relativ hohen
Geschwindigkeit und geringer Beschleunigung bewegt. Wenn der Drehmitnehmer 48 plötzlich abgebremst
w) wird, würde die Trägheitsmasse 70 ihre Bewegung
fortsetzen und anfangs die Federkupplung 74 mitnehmen. Diese würde ein Ende der Feder 60 gegen deren
anderes Ende zu bewegen, das durch eine Kant-·? des Fensters 48t/ im Drehmitnehmer 48 festgehalten wird.
bi Die Aufziehbewegung der Feder 60 wäre durch die
Röhre 24 begrenzt Diese Stellung ist in der Fig.4
dargestellt, wenn man annimmt, daß der Drehmitnehmer 48 stationär ist und sich die Trägheitsmasse 70 in
der Richtung des unterbrochenen Pfeils 78 bewegt. Die Federkupplung 74 wurde durch die Feder 60 angehalten,
und die Trägheitsmasse 70 kann sich solange bewegen, bis sie durch die Reibung an der Federkupplung 74
vollkommen abgebremst worden ist. ■>
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Beschleunigungsdämpfer zur Begrenzung von durch Stoßeinwirkung an gehalterten Gegenständen
angreifenden Beschleunigungswerien, bestehend aus
a) zwei in zwei entgegengesetzten Richtungen relativ zueinander bewegbar angeordneten
Stützteilen (10,12),
b) einer drehbaren Trägheitsmasse (70),
c) einem eine Relativbewegung der Stützteile in eine Rotation der auf Beschleunigung ansprechenden
Trägheitsmasse umsetzenden Wandler (38 und 40), und
d) einer die Bewegung der Trägheitsmasse (70) auf einen vorbestimmten Beschleunigungsgrenzwert
einschränkenden, die Bewegung der Trägheitsmasse (70) unterhalb des Beschleunigungsgrenzwertes
frei zulassenden, vo« der Trägheitsmasse (70) betätigten Bremseinrichtung(24und60),
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