DE2749654C2

DE2749654C2 - Entkopplungseinrichtung zur Aufnahme horizontal verlaufender Schwingungen zwischen Fundament und Fußteil eines Gerätes

Info

Publication number: DE2749654C2
Application number: DE19772749654
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.-Ing. 3500 Kassel Kriechbaum
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-11-05
Filing date: 1977-11-05
Publication date: 1984-06-07
Also published as: DE2749654A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Entkopplungseinrichtung zur Aufnahme horizontal verlaufender Schwingungen zwischen Fundament und Fußteil eines Gerätes, insbesondere eines Hochspannungsschaiters für erdbebengefährdete Gebiete, wobei das Fußteil gegenüber dem Fundament horizontal verschiebbar gelagert ist und zur Begrenzung der Verschiebung des Fußteils mindestens ein Federelement vorgesehen ist, welches Fundament und Fußteil miteinander verbindet.

Messungen haben gezeigt, daß bei einem Erdbeben vorwiegend horizontale Schwingungen des Erdbodens mit unterschiedlicher Frequenz und Dauer auftreten. Ein in diesem Gebiet aufgestellter Hochspannungsschalter mit relativ hoher Polsäule wird durch die niederfrequenten Schwingungen zu Eigenschwingungen angeregt, die im ungünstigsten Fall zum Bruch der Pol

säule führen können.

Da gerade während eines Erdbebens die Aufrechterhaltung der elektrischen Versorgung besonders wichtig ist sind bereits Vorrichtungen entwickelt worden, die es ermöglichen, die Schwingungen der Erde weitgehend vom Fußteil des Schalters fernzuhalten. Durch eine solche Entkopplung lassen sich Beschädigungen der Polsäule oder anderer Teile vermeiden.

Bei einer bekannten Vorrichtung (DE-PS 23 48 135) ist das Untergestell des Schalters an mehreren Stangen freischwingend aufgehängt Durch einen zusätzlichen federbelasteten Bremskörper wird die durch ein Erdbeben oder einen einmaligen Erdstoß bewirkte Horizontalschwingung gedämpft Dabei ist die Dämpfung bzw. die Reibung des Bremskörpers in der Ruhelage des Schalters am größten. Nachteiligerweise wird außerdem durch eine Dämpfungsbewegung eine Höhenverstellung des Gerätes gegenüber dem Fundament bewirkt

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung (DE-GM 70 29 944) ist zwischen Fußteil und Fundament ein RoI-iager eingebaut das eine ieichtgängige Verschiebung des Fußteils in horizontaler Richtung erlaubt Zur Begrenzung und Dämpfung der Verschiebung sind Fußteil und Fundament mit einem Federkörper aus Gummi verbunden. Tragfähigkeit und Auslenkbarkeit dieser Vorrichtung sind jedoch relativ gering.

Für eine möglichst weitgehende Entkopplung des Schalters von den Bewegungen des Erdbodens ist es günstig, in der Ruhelage eine möglichst geringe Dämpfung vorzusehen. Da die Relativbewegungen zwischen Schalter, Säule und Erdboden durch die Abmessung der Entkopplungseinrichtung begrenzt sind, muß eine Dämpfung bzw. Bremsung vorgesehen sein, die erst im weitgehend ausgelenkten Zustand wirksam wird.

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist es, die Entkopplungseinrichtung so auszubilden, daß durch ein Erdbeben der Schalter nicht zu Resonanzschwingungen angeregt wird. Bekannt ist, die Resonanz durch eine ausreichend hohe Dämpfung (Reibung) zj verhindern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine für Hochspannungsschalter geeignete Entkopplungseinrichtung mit großer Tragfähigkeit anzugeben und so auszubilden, daß keine Resonanzschwingungen auftreten können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Federelement mindestens eine Ringfeder und einen Zugstab aufweist, und daß der Zugstab mit seinem oberen Ende in einem Kugelgelenk am Fußteil und mit seinem unteren Ende unter Zwischenschaltung der Ringfeder in einem zweiten Kugelgelenk am Fundament gelagert ist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Durch die Verwendung von Ringfedern werden Resonanzschwingungen des Schalters durch die besonders hohe Reibungsarbeit dieser Federart abgedämpft und somit verhindert.

Eine weitere wirksame Dämpfung des Systems ergibt sich durch die unterschiedliche Federkennlinie einer Ringfeder beim Ein- und Ausfedern. Hierdurch wird das System verstimmt und weist überhaupt keine bestimmte Eigenfrequenz auf.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung. In

Fig. 1 ist schematisch eine Seitenansicht eines aufgeständerten Hochspannungsschalters mit zwei Polsäulen dargestellt. Der Schalter befindet sich im nicht ausge-

lenkten Zustand.

F i g. 2 zeigt im nach rechts ausgelenkten Zustand das zur Verbindung von Fußteil und Fundament dienende Federelement in vergrößerter Darstellung.

F i g. 3 zeigt schematisch im Schnitt das Fußende einer Polsäule, die Entkopplungseinrichtung und das Fundament

Gemäß F i g. 1 ist eir. Hochspannungsschalter mit zwei Polsäulen 1, 2 auf einem Fußteil 3 befestigt. Alle nicht zur Erfindung gehörenden Teile, wie Druckgasbehälter, Antrieb usw. sind der Einfachheit halber weggelassen worden.

Das Fußteii 3 liegt auf einem oberen Fundament 4, welches über mehrere Metallständer 5 fest mit dem Erdboden 6 verbunden ist. Zwischen Fußteil 3 und Fundament 4 ist ein Lager angeordnet, das eine reibungsarme Verschiebung bzw. Auslenkung zwischen den beiden Teilen ermöglicht. Zur Begrenzung und Dämpfung der Auslenkung sind zwei Federelemente 7, 8 vorgesehen. Die Federelemente sind über Kugelgelenke 9,10,11,12 mit dem Fußteii 3 und dem Fundament 4 verbunden.

F i g. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung das Fzderelement 7. Es verbindet das Fußteil 3 mit dem Fundament 4 und tritt durch übereinander liegende Bohrungen 13,14 im Fußteil bzw. im Fundament hindurch. Das Federelement 7 besteht im wesentlichen aus einem Zugstab 15 mit oberer Gelenkkugel 10, einer Ringfeder 16, einem Gehäuse 18 und einer unteren Gelenkkugel 11. Die Gelenkkugeln 10,11 sind in Gelenkpfannen 9,12 gelagert, die am Fußteil 3 und am Fundament 4 angebracht sind. Die Ringfeder 16 stützt sich am oberen Ende an einer Kante des Gehäuses 18 ab. Am unteren Ende wird die Ringfeder durch eine mit dem Zugstab 15 verbundene Scheibe 19 mitgenommen.

In das Fundament 4 sind an der Oberfläche Kunststoffteile 17 eingebettet. Auf diesen Kunststoffteiien gleitet das Fußteii 3, dessen untere Fläche im Bereich der Teile 17 glatt poliert ist.

Falls nun infolge eines Erdbebens horizontale Schwingup-fjen des Erdbodens auftreten, werden diese durch das entkoppelnde Gleitlager nicht auf den Schalter übertragen. Bei Schwingungen mit größerer Amplitude wird die Auslenkung des Fußteils 3 durch die sich spannenden Federelemente 7,8 begrenzt. Da das Federelement 7 je nach Auslenkung des Fußteils 3 unter unterschiedlichem Winkel angreift, 'virkt die Kraft der Ringfeder 16 nicht direkt auf das Fußteil ein. Statt dessen wird nur die horizontale Komponente der Federkraft wirksam. Hierdurch ergibt sich die oben beschriebene günstige überpronortionale Zunahme der Rückstellkraft bei zunehmender Auslenkung. Zur Verhinderung eines Verdrehens des Schalters werden mindestens zwei Federelemente benötigt. Es lassen sich Erdstöße in jeder horizontalen Richtung abdampfen.

In F i g. 3 ist eir: zweites Ausführungsbeispiel der Entkopplungseinrichtung dargestellt.

Mit 1 ist die Polsäule eines Hochspannungsschalters bezeichnet. Das untere Ende der Polsäule sitzt auf einem Fußteil 20, welches sich nach unten verjüngt und eine drehbar gelagerte Kugel 21 aufweist. Die Kugei stützt sich auf einer Platte 22 mit wannenförmiger Vertiefung 23 ab. Die Platte 22 hat von oben betrachtet eine quadratische Form und stützt sich auf vier Ringfedern 24 ab. die unter den Ecken der Platte 22 angebracht sind, to Die Ringfedern 24 sitzen auf Scheiben 25. die sich wiederum auf Kugeln 26 abstützen. Die Kugeln 26 sinci drehbar im Fundament 4 gelagert und durch Ringe 27 gesichert.

Um den Schalter immer in senkrechter Stellung zu halten, ist eine Parallelogrammführung vorgesehen, die aus dem Fundament 4, einer am Fußteil 20 angebrachten Scheibe 28 und vier Zugstäben 29 besteht Die Zugstäbe 29 sind am unteren Ende an den Kugeln 26 und am oberen Ende an der Scheibe 28 befestigt Das Federelement 30 zur Verbindung von Fundament 4 und Fußteil 20 besteht hier also im wesentlichen aus den Zugstäben 29, den Ringfedern 24 und der Platte 22.

Falls infolge eines Erdbebens das Fundament 4 in horizontaler Richtung schwingt rollt die Kugel 2i auf der Platte 22 ab, so daß das Fußteii 20 infolge seiner Massenträgheit in Ruhe bleibt. Die Zugstäbe 29 sind mit Spiel an der Scheibe 28 befestigt, so daß eine leichte Schrägstellung der Zugstäbe möglich ist

Bei größeren Schwingungsamplituden des Fundaments 4 gerät die Kugel 21 an den Rand der Vertiefung 23. Hierdurch wird die dort befindliche Ringfeder 24 zusammengedrückt und dadurch das Fußteil 20 mitgenommen. Durch den Einsatz von Ringfedern, die eine hohe innere Reibung aufweisen, v.trd gleichzeitig die Schwingung der Polsäule 1 gedämpft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Entkopplungseinrichtung zur Aufnahme horizontal verlaufender Schwingungen zwischen Fundament und Fußteil eines Gerätes, insbesondere eines Hochspannungsschalter für erdbebengefährdete Gebiete, wobei das Fußteil gegenüber dem Fundament horizontal verschiebbar gelagert ist und zur Begrenzung der Verschiebung des Fußteiles mindestens ein Federelement vorgesehen ist, welches Fundament und Fußteil miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (7,8,30) mindestens eine Ringfeder (16,24) und einen Zugstab (15,29) aufweist, und daß der Zugstab (15,29) mit seinem oberen Ende in einem Kugelgelenk (9,10) am Fußteil (3,20) und mit seinem unteren Ende unter Zwischenschaltung der Ringfeder (16, 24) in einem zweiten Kugelgelenk (11,12 bzw. 25,26, 27) am Fundament (4) gelagert ist

2. EntkoppSuagseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fußteii (3) und das Fundament (4) als aufeinanderliegende, leicht gegeneinander verschiebbare ebene Platten ausgebildet sind, und daß der Zugstab (15) das Fußteii (3) und das Fundament (4) in Bohrungen (13,14) durchdringt.

3. Entkopplungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Fußteil (3) und Fundament (4) ein Kunststoffgleitlager eingebaut ist, das aus in der oberen Fläche des Fundaments (4) eingelassenen Kunststoffteilen (17) und aus der glattpolierten L'.iterfläche des Fußteils(3) besteht.

4. Entkopplungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder (16) in einem Gehäuse (18) eingebaut ist, d -<> gleichzeitig als Gelenkkugel(ll)dient

5. Entkopplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spitze des Fußteiles (20) eine Kugel (21) drehbar gelagert ist, die sich auf einer Platte (22) mit wannenförmiger Vertiefung (23) abstützt, daß die Platte (22) durch mehrere Ringfedern (24) gegenüber dem Fundament (4) abgestützt ist und daß eine Parallelogrammführung vorgesehen ist, die aus dem Fundament (4) einer am Fußteil (20) befestigten Scheibe (28) und aus mehreren Zugstäben (29) besteht, die im Fundament (4) und der Scheibe (28) beweglich gelagert sind (F ig. 3).