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Schwingungstilger für langgestreckte Körper, insbesondere
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für Freileitungen Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger
der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher beschriebenen Art.
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Derartige Schwingungstilger werden im Bereich zwischen zwei Seilaufhängungen,
d.ho etwa in der Mitte einer Spannfeldlänge an einem Leitungsseil befestigt. Bei
der Anwendung an lediglich einem Leitungsseil hängt der Schwingungstilger unter
dem Seil. Bei einem Zweierbündel von Leitungsseilen wird der Tilger zweckmäßigerweise
zwischen den Leitungsseilen mit Verbindung zu beiden befestigt. Genauso ist es jedoch
z.B. möglich, den Tilger zwischen einem Viererbündel mit Verbindung zu allen vier
Leiters eilen zu befestigen. Solche Schwingungstilger können jedoch auch z.B. bei
Antennenanlagen in den Pardunenseilen oder in Schaltanlagen an Rohrsammelschienen
eingesetzt werden Derartige Tilger sind Schwingungsdämpfern verwandt die allerrings
erst in einem Schwingungsbereich zwischen etwa 8 und qo Hz ansprechen0 Tilger haben
indessen die Aufgabe, das- Auftreten von Seilschwingungen von vornherein zu unterdrücken0
Zu diesem Zweck sind sie auch zwischen den Seilaufhängungerla d.h, in den Bereichen
angeordnet; in denen Seilschwingungen
üblicherweise entstehen. Tilger
beruhen auf der prinzipiellen Überlegung, die bei Entstehung einer Seilschwingung
auftretende mechanische Energie lediglich zu speichern und mit einer Phasenverschiebung
wieder an das Leiterseil zurückzugeben derart, daß die zurückgegebene Energie der
sich neu aufbauenden Energie entgegenwirkt und sich beide Energien gegeneinander
aufheben. Es ist dies etwa das mechanische Prinzip des Gegenpendels. Derartige Tilger
werden jedoch auch so ausgestaltet, daß sie zusätzliche Dämpfwirkungen aufweisen.
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Tilger vermeiden vor allen Dingen ein Seiltanzen, d h.
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niederfrequentes Schwingen, wie dieses besonders häufig bei Temperaturen
um den Gefrierpunkt auftritt, z.B. wenn Eisbesatz- vom Leiterseil abgeworfen- wird.
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Bei einem aus DE-PS 19 21 172 bekannten Tilger der eingangs genannten
Art ist das Lagerende des Stabes in einer Hülse befestigt, die unter Zwischenlage
eines Schwingkörpers aus elastischem Werkstoff, z.D. Silikonkautschuk innerhalb
einer an ein Leitungsseil anhängbaren halterung gelagert ist. Die elastische Aufhängung
des Lagerendes des States gestattet eine allseitige Ausschwingbarkeit des mit dem
Massekörper versehenen Freiendes des Stabes in zur Stablängsachse radialer Richtung.
-Das Ausschwingen wird durch Scherbeanspruchung des elastischen Auskleidungswerlcstoffes
gedämpft. Die elastische Auskleidung soi:9t nach einem Ausschwillgen für die Rückstellung
der
Stäbe in ihre Ruhelage. Als Uberlastungssicherung ist eine Ausschlagsbegrenzung
vorgesehen. Wegen der von der elastischen Auskleidung nur begrenzt aufbringbaren
Rückstellkräfte wird dieser Schwingungsdämpfer erst bei höherfrequenten Seilschwingungen
wirksam, so daß diese bekannte Konstruktion eher ein Schwingungsdämpfer als ein
Tilger ist, der dem Entstehen von Seilschwin-gungen unmittelbar entgegenwirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungstilger
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er in der Lage ist, auch niederfrequenten
Schwingungen entgegenzuwirken. Wenn hier von niederfrequenten Schwingungen gesprochen
ist, so bewegen diese sich im wesentlichen in einem Bereich zwischen etwa 0,1 und
1 Hz. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruches 1 niedergelegt.
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Während bei dem bekannten, eingangs erwähnten Schwingungsdämpfer bzw.
-tilger die auf die Stäbe einwirkenden Rückstellkräfte im wesentlichen im Umfangsbereich
der Stäbe erzeugt werden, erfolgt beim Erfindungsgegenstand die Erzeugung der Rückstellkräfte
im Zwischenraum zwischen den beiden Enden der inneren Hebelarme, Dieser Zwischenraum
bzw. der Abstand zwischen den beiden Enden der inneren Hebelarme kann ohne sonstige
Nachteile vergleichsweise beliebig groß ausgestaltet
werden, so
daß im Vergleich zu dem bekannten Schwingungsdämpfer stärkere Rückstellkräfte vorgesehen
werden können. Bei Leiterbündeln besteht zwar rechtwinklig zu den Leitern, jedoch
nicht in Leiterlängsrichtung eine Notwendigkeit zur Einhaltung begrenzter Abmessungen.
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Durch das Kennzeichen des Anspruches 3 wird eine allseitige Ausschwenkbarkeit
in radialer Richtung mit jeweils gleichbleibenden Wirkungen gewährleistet. Durch
das Kennzeichen des Anspruches 2 in Besonderheit mit den Merkmalen des Anspruches
4 kann der Mechanismus des Tilgers in einfacher Weise gegenüber der Außenatmosphäre
abgekapselt werden, ohne daß diese Abkapselung sich bis in den Bereich der Massekörper
erstrecken muß. Durch eine solche Abkapselung lassen sich Störeinflüsse vom Mechanismus
in einfacher Weise fernhalten.
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Durch das Kennzeichen des Anspruches 5 läßt sich der Erfindungsgegenstand
insbesondere auch bei einzelnen Leiterseilen verwenden.
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Von besonderem Vorteil ist das Merkmal des Anspruches 7. Es beruht
auf der Überlegung, bereits bei verhältnismäßig kleinen Auslenkungen des Freiendes
des Stabes eine verhältnismäßig große Abstandsänderung zwischen den Enden der inneren
Hebelarme bzw. Hebelwirkung zu erzeugen und damit ein energisches Ansprechen des
auf diese einwirkenden Rückstellmittels bzw. Energiespeichers zu bewirken, Durch
die konstruktive Ausbildung nach Anspruch 9 wird - etwa wirkungsgleich zur Lösung
nach Anspruch 8 - das Schwenklager des Stabes durch Anlage desjenigen Ringbereiches
an der Innenfläche des Lagerschildes erzeugt, der - bezogen auf die Mittellängsachse
des äußeren Hebelarmes - in der
der Ausschwingrichtung des Freiendes
des Stabes diametral gegenüberliegender Richtung liegt. Der diesem Anlagebereich
des Ringes am Lagerschild diametral gegenüberliegende Ringbereich stellt hebelmechanisch
das Freiende des inneren Hebelarmes dar, welches nicht nur wegen seiner Winkellage
gegenüber dem ausschwingenden Stab sondern auch wegen des gegenüber seinem Abstand
zur Mittellängsachse des äußeren Hebelarmes doppelt so großen Abstandes zur Ringanlage
am Lagerschild einen vergleichsweise großen Auslenkweg aus seiner Ruhelage vollzieht
und damit ein energisches Ansprechen des Rückstellmittels bzw. Energiespeichers
bewirkt. Die Wirklänge des inneren Hebelarmes ist durch diese konstruktive Ausbildung
mehr als doppelt so groß wie der Hebelarm der generellen Ausbildung nach der Lehre
des Anspruches 1, ohne daß die Halterung bzw. das Gehäuse eine größere Ausladung
in zur Mittellängsachse der Stabruhelage radialer Richtung aufweist. Allerdings
erfordert die Stablagerung eine gewisse axiale Verschiebbarkeit neben der Ausschwingbarkeit.
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Das Kennzeichen des Anspruches 10 ermöglicht eine einfache konstruktive
Ausbildung des Rückstellmittels bzw. Energiespeichers nach Anspruch 9. Die Rotationssymmetrie
auch dieser konstruktiven Variante kann in einfacher Weise durch das Kennzeichen
des Anspruches 11 gewährleistet werden.
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Durch das Kennzeichen des Anspruches 12 ergeben sich weitere be-sonders
günstige Hebelwirkungen im Sinne eines energischen Ansprechens des Rückstellmittels
bzw. Energiespeichers.
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Durch das Kennzeichen des Anspruches 13 wird eine mit zunehmendem
Ausschlag des Freiendes eines Stabes progressive Tilgerwirkung erzielt. Durch das
Kennzeichen des Anspruches 14 ist eine dichte Abkapselung des Tilger-Mechanismus
ohne Beeinträchtigung der allseitigen Beweglichkeit der Freienden der Stäbe in Radialrichtung
gewährleistet. Die Wirksamkeit des Energiespeichers bzw. der auf die Stäbe einwirkenden
Rückstellkräfte läßt sich in einem beachtlichen Umfang durch Ausnutzung des Innenraumes
der Schrauben-Druckfeder etwa im Sinne des Kennzeichens des Anspruches 15 vergrößern.
Eine besondere Variante ist in diesem Zusammenhang Gegenstand des Kennzeichens des
Anspruches 16.
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Der Gegenstand der Erfindung wird anhand eines in den Figuren dargestellten
Beispieles näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
Schwingungstilgers mit zwei zwischen zwei Leiterseilen separat aufgehängten Lagerschilden
für die Stäbe nach der Erfindung in Ruhestellung,
Fig. 2 eine Darstellung
einer modifizierten Ausführungsform mit in Ausschwenkstellung befindlichen Massekörpern,
bei der die Lagerschilde für die Stäbe zu einer an einem Leiterseil befestigten
Einheit miteinander verbunden sind, Fig. 3 eine Darstellung einer modifizierten
Ausführungsform analog Fig. 1 mit in Ausschwenkstellung befindlichen Massekörpern,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer modifizierten Ausführungsform analog
Fig. 2 mit einem als sphärisches Lager ausgebildeten Lager für die Stäbe, Fig. 5
eine modifizierte Ausführungsform analog Fig. 1 und 3, bei der die Lagerschilde
jeweils mittels Lenkern bzw. Seilen zwischen zwei oder mehr Leiterseilen aufgehängt
sind, Fig. 6 eine Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Tilgers in Ausschwenkstellung
der Massekörper, Fig. 7 eine schematische Darstellung der Hebelverhältnisse an einem
Tilger gemäß Fig. 6 in ausgeschwenkter Stellung des zugeordneten Massekörpers, Fig.
8 eine verkleinerte Draufsicht entsprechend Pfeil VIII auf das innere, durch den
Ring gebildete Stabende in Fig. 7, Fig. 9 einen Vertikalschnitt durch einen nach
dem in Fig. 6 dargestellten Prinzip arbeitenden Tilger.
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An einem Leitungsseil 1 starr (Fig. 4) oder zwischen zwei Leitungsseilen
1,2 sind mit Axialabstand zwei Lagerschilde 35,36 befestigt. In den Lagerschilden
35,36 sind zwei in Längsrichtung der Leitungsseile 1,2 parallel zu diesen ausgerichtete
Stäbe 4,5 mit Abstand 6 hintereinanderliegend gelagert. An ihren einander abgewandten
Freienden 7,8 tragen die Stäbe 4,5 gleichgroße Massekörper 9. Die Massekörper 9
sind gegebenenfalls längsverschiebbar an den Stäben 4,5 befestigt. Die Lagerung
der Stäbe 4,5 an den Lagerschilden 3S,36 ist so getroffen, daß ihre Freienden 7,8
in zur Ruhelage der Stablängsachse 10 radialer Richtung allseitig ausschwenkbar
sind. Dies kann z.B. dadurch möglich sein, daß das Lager 11 der Stäbe 4,5 ein innerhalb
der Lagerschilde 35,36 angeordnetes sphärisches Lager ist.
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Die Stäbe 4,5 sind über ihre Lager 11 hinaus jeweils zur Bildung eines
zweiarmigen Hebels nach innen verlängert. Deren äußere Hebelarme sind mit 3 und
deren innere mit 12 bezeichnet. Die inneren Enden 13 der inneren Hebelarme 12 sind
durch ein Rückstellmittel miteinander verbunden, welches danach trachtet, die Stäbe
4,5 bzw. ihre Massekörper 9 jeweils wieder in die Ausgangsruhelage gemäß Fig. 1
zurückzubewegen0 Die Rückstellmittel sind elastischer Natur. In der Ausführungsform
von Fig. 1 und 2 ist das Rückstellmittel durch eine vorgespannte Zugfeder 14 gebildet.
In der Ausführungsform von Fig. 3 ist das Rückstellmittel eine Druckfeder 15 eines
Druckzylinders 16.
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Die Lager 11 selbst können durch eine den Stab 4 bzw. 5 jeweils umge-bende,
mit den Lagerschilden 35,36 verbundene Manschette 17 (Fig. 7) aus elastischem Werkstoff,
z.B. durch eine Gummimanschette, nach außen abgeschirmt sein. Es ist jedoch in gleicher
Weise möglich, ein Lager selbst durch eine in die Lagerschilde 35,36 eingebettete
Manschette 17 zu bilden, was z.B. bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 und 9 wichtigen
Vorteil bietet, daß das Lager 11 zusätzlich noch eine Axialverschiebbarkeit der
Stäbe 4,5 ermöglicht.
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Die Lagerschilde 35,36 können durch eine die inneren Hebelarme 12
beider Stäbe 4,5 gemeinsam umgebende Hülse 18 zu einer starren Einheit 38 miteinander
verbunden sein. Das durch die Zugfeder 14 oder die Druckfeder 15 gebildete Rückstellmittel
oder der Energiespeicher können mit einem parallel wirksamen Dämpfer kombiniert
sein, wie dies noch näher anhand von Fig. 9 beschrieben wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist die aus den beiden Lagerschilden
35,36 und deren Verbindung durch die Hülse 18 gebildete, in sich starre Einheit
38 fest mit dem Leiterseil 1 verbunden. Die Stäbe 4,5 sind innerhalb der Lagerschilde
35,36 in sphärischen Lagern 40,41 gelagert. Zwischen den inneren Enden 13 der inneren
Hebelarme 12 ist mindestens eine als Rückstellmittel wirksame, mit ihren Windungen
in Radialabstand zur Achse der Stäbe 4,5 stehende,
vorgespannte
Druckfeder 42 eingespannt, die sich mit ihren Enden an in radialer Richtung über
die Achsen der Stäbe 4,5 vorstehenden, an den inneren Enden 13 der inneren Hebelarme
12 befestigten Endscheiben abstützt. Die Feder wird bei einem Auslenken der Massen
9 einseitig komprimiert.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind die Stäbe 4,5 T-förmig ausgebildet.
Sie sind nach den mechanischen Hebelgesetzen Winkelhebel. Mit den beiden Enden des
horizontalen T-Schenkels, d.h. mit den Enden ihrer beiderseitigen Abwinklung 44
sind die Stäbe 4,5 durch Lenker, Verbindungsstreben oder Seilenden 43 zwischen den
beiden Leiterseilen 1,2 derart aufgehängt, daß die Stäbe 4,5 mit ihren Massen 9
allseitig zwischen den beiden Leiterseilen 1,2 ausschwenkbar sind, was durch die
Ausbildung der Lenker 43 als Seile oder z.B. durch eine kardanische Ausbildung ihrer
Anlenkungen an den Leiters eilen 1 und 2 sowie an den Abwinklungen 44 ermöglicht
wird. Zwischen den beiden Abwinklungen 44 ist eine vorgespannte Druckfeder 42 eingespannt,
die die beiden Abwinklungen 44 auseinanderspreizt und dabei die mit den Massen 9
verbundenen Teile der Stäbe 4,5 in eine Parallellage zu den Leiterseilen 1,2 drückt.
Die Druckfeder 42 kann durch eine Gummimanschette 45 nachgiebig und elastisch umhüllt
sein. Hebelmechanisch ist der innere Hebelarm 12 des Winkelhebels durch den Abstand
zwischen zwei sich diametral gegenüberliegenden Anlenkungen der Seilenden 43 und
der
äußere Hebelarm 3 durch den Hebelabstand zwischen dem Schwerpunkt der Massekörper
9 und der Anlenkung der Seilenden 43 an der Abwinklung 44 gebildet.
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Durch die funktionelle Verbindung der Abwink-lungen 44 mit den Leiterseilen
1,2 durch jeweils Zweigelenkketten (Seilenden 43) werden bei einem Auslenken der
Massen 9 die Leiterseile 1,2 aus ihrer Ruhelage ausgelenkt. Dadurch wird eine zusätzliche
Rückstellkraft auf die Massekörper 9 ausgeübt. Je nach Ausschwenkrichtung bilden
funktionell die Anlenkungen der Seilenden 43 an den Abwinklungen 44 ein Schwenklager
des Winkelhebels.
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Die Vorspannung der Druckfedern 42 in Fig. 4 und 5 sowie der nachstehend
beschriebenen Druckfeder 15 in Fig. 6 ff dient dazu, die von dem statischen Massengewicht
herrührenden Auslenkkräfte zu kompensieren, damit die Massenkörper 9 in Ruhestellung
in der Null-Linie liegen, ihre Aus lenkung also erst nach dem Auftreten von Schwingungen
im Leiterseil bzw. in den Leiterseilen erfolgt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ff sind die inneren Enden 13
der inneren Hebelarme 12 durch einen den Stab 4 bzw. 5 konzentrisch umgebenden Ring
19 bzw. durch den einen Stab 4 bzw. 5 konzentrisch umgebenden Umfang einer Ringscheibe
20 gebildet. Der Ring 19 bzw. die Ringscheibe 20 werden unter dem Druck der Druckfeder
15 von der Innenseite
der Halterung 3 her gegen die Lagerschilde
35 bzw. 36 gepreßt. Hierzu beaufschlagt die konzentrisch zu den Stablängsachsen
10 verlaufende Druckfeder 15 mit ihren Enden die Innenseiten der Ringe 19 oder der
Ringscheiben 20 im Bereich des Ringumfanges 22. Die als Schraubenfeder ausgebildete
vorgespannte Druckfeder 15 ist durch einen an den Innenseiten des Ringes 19 oder
der Ringscheibe 20 angeordneten Zentriervorsprung 23 gegenüber den Stäben 4,5 zentriert,
so daß jeweils eine gleichgroße Tilgewirkung erzielt wirdc gleichgültig nach welcher
Richtung die Massekörper 9 ausschwenken bzw. aus federn.
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Der Anlagebereich 24 des Ringumfanges 22 an einem Lagerschild 35,36
ist im Querschnitt konvex ausgebildet derart, daß sich der Radialabstand 25 der
Anlage des Ringumfanges 22 von der Mittellängsachse 10 eines Stabes 4,5 mit zunehmender
Auslenkung des Stabes 4 bzw. 5 aus seiner Ruhelage durch Abwälzung an der Innenseite
26 des Ringflansches 21 vergrößert und damit eine vom Maß der Aus lenkung abhängige
Progression der Rückstellkraft eintritt. Die Stellung der Ringscheibe 20 bei ausgelenktem
Massekörper 9 ist in Fig. 3 gestrichelt dargestellt. In Fig. 7 ist der durch Auslenkung
entstehende Hebelarm H des inneren Endes 13 des durch den Stab 5 gemeinsam mit der
Ringscheibe 20 gebildeten zweiarmigen Hebels dargestellt0 Die Druckfeder 15 übt
auf die Anlagefläche 24 des Ringes 19 bzw. Ringumfanges
22 einen
gegen das Lagerschild 36 gerichteten Druck PF aus. Durch die Aus lenkung des Stabes
5 (Fig. 5) übt das innere Ende 13 des zweiarmigen Hebels, welches durch den der
Anlagefläche 24 diametral gegenüberliegenden Bereich des Ringes 19 bzw. des Ringumfanges
22 gebildet wird, einen Kompressionsdruck PK auf die Druckfeder 15 aus. Der dem
Kompressionsdruck PK elastisch entgegenwirkende Druck der vorgespannten Druckfeder
15 bewirkt über den Hebelarm H die Rückstellung des Stabes 5 bzw. seines Massekörpers
9 in die Ruhe-Ausgangslage.
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Die Manschette 17 füllt den Zwischenraum zwischen den Lagerschilden
35,36 und den Stäben 4,5 aus und ist mit den Lagerschilden 35,36 fest verbunden.
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Innerhalb der Schrauben-Druckfeder 15 ist bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 9 ein weiteres, zwischen den Ringen 19 bzw. den Ringscheiben 20 beider
Stäbe 4,5 wirksames Rückstell- oder Dämpfmittel in Form der Druckzylindereinheit
27 angeordnet. Bei der Druckzylindereinheit 27 ist innerhalb eines Druckzylinders
28 eine einen Kolben 29 beaufschlagende Schraubendruckfeder 30 angeordnet0 Die äußeren
Enden 31 von Kolbenstange 32 und Druckzylinder 28 bzw. Zylinderkopf 33 sind als
gegenüber dem Druckzylinder 28 zentrierte Lagerspitzen ausgebildet. Sie liegen unter
Vorspannung
seitens der Schraubendruckfeder 30 in zentrischen
Lagerschalen 34 auf der Innenseite des Ringes 19 oder der Ringscheibe 20 ein.
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Bei einem Ausschwenken der Massekörper 9 der Stäbe 4,5 in radialer
Richtung wälzt sich bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 6 - 9 der der Ausschwenkrichtung
diametral gegenüberliegende Bereich des Ringumfanges 22 mittels seines Anlagebereiches
24 auf der Innenseite 26 der Lagerschilde 34,35 ab, wobei der Radialabstand 25 des
Anlagebereiches der Anlagefläche 24 mit Bezug auf die Mittellängsachse der Halterung
3 radial nach außen wandert. Der Ausschwenkbewegung des Stabes 4 bzw. 5 ist eine
axiale Einwärtsbewegung des Stabes 4 bzw. 5 überlagert Dadurch wird nicht nur die
Druckfeder 15 in ihrem unteren Bereich komprimiert und in der aus Fig. 7 ersichtlichen
Weise ausgebogen. Vielmehr wird auch die Schraubendruckfeder 30 der Druckzylindereinheit
27 komprimiert, da die Lagerschalen 34 der beiden Ringscheiben 20 sich relativ einander
annähern. Es wird also nicht nur durch den komprimierten Teil der Druckfeder 15
sondern auch durch die Druckzylindereinheit 27 ein die Stäbe 4,5 in ihre horizontale
Ausgangslage zurückdrängender, elastischer Rückstelldruck erzeugt.
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Bei extremem Ausschwenken der Stäbe 4,5 biegt die Druckfeder 15 so
stark aus, daß sie sich auf der Konvexseite
ihrer Ausbiegung von
innen an den Mantel der Hülse 18 anlegt, wodurch gewissermaßen ein Schwenkanschlag
bzw. eine Progression in der auf die Stäbe 4,5 einwirkenden Rückstellkraft eintritt.