DE4109964A1

DE4109964A1 - Schwingungstilger zur verminderung von schwingungen an bauwerken

Info

Publication number: DE4109964A1
Application number: DE4109964A
Authority: DE
Inventors: Arnulf Dr Ing Traetner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1991-03-22
Publication date: 1991-10-10
Anticipated expiration: 2011-03-23
Also published as: DD293162A5; DE4109964C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Tilgung horizontaler winderregter Schwingungen an schwingungsgefährdeten Bauteilen und Baukonstruktionen, wie z. B. Schornsteine, Fernseh-, Funk- oder Aussichtstürme.

Die Methode der passiven Schwingungskontrolle am Hauptsystem angekoppelter Zusatzsysteme gehört zum Stand der Technik. Es ist eine Vielzahl von Schwingungstilgern entwickelt worden, die insbesondere winderregte Schwingungen bei hohen schlanken Bauwerken, wie z. B. Schornsteine, Fernseh-, Funk- oder Aussichtstürme, abmindern.

- DD-PS 69 191 (angependelte Masse mit verstellbarer Pendellänge und räumlich angeordneten Dämpfungselementen)
- DE-OS 28 06 757 (Drahtseil-Schraubenfedern dienen als Feder-Dämpfer-Elemente)
- DE-OS 25 09 001 (Federelement ist ein elastisches Trageglied)
- DE-AS 15 59 243 (Dämpfung erfolgt in einem mit Öl gefüllten Gefäß, das mit einer einstellbaren Heizung versehen ist)
- DE-AS 12 75 759 (Gefäß, das mit einer als Dämpfungsmasse vorhandenen viskosen Flüssigkeit teilweise gefüllt ist)
- DE-AS 12 27 633 (Dämpfermasse wird auf einem fest mit dem Bauwerk verbundenen Bauteil gegenüber diesem verschiebbar aufgelegt. Kopplung erfolgt im Bewegungszustand nur durch Reibungskräfte)
- DE-OS 27 18 962 (Gasfeder-Anordnung)

Über den erstmaligen erfolgreichen Einsatz eines passiven Zusatzsystems zur Abminderung der Rollbewegung eines Schiffes wurde von P. Watts berichtet (On a method of reducing the rolling of ships at Trans. Inst. Nav. Architekt, 1883). Dynamische Schwingungsdämpfer wurden zunächst vor allem im Maschinenbau eingesetzt. Im Bauwesen fanden passive bzw. semiaktive Schwingungskontrollen unter Zuhilfenahme von Zusatzsystemen in den Fällen CN-Tower, Toronto (Isyumo u. a. Fullscale and wind tunnel model wind-induce response of the CN tower, Toronto, Canada. Report from Boundary Layer Wind Tunnel Laboratorium, University of Western Ontario, London, Canada 1985), Citicorp-Center New York (Petersen: Design of large scale tuned mass dampers) sowie im John Hancock Building, Boston (Tuned mass dampers steady sway of skyscrapers in wind. Ing. New Record, August 1977) Anwendung.

In der Bundesreplublik wurden Zusatzsysteme u. a. zur Beruhigung von Fußgängerbrücken eingesetzt (Hirsch: Kontrolle d. wind- und erdbebenerregten Schwingungen weitgespannter Schrägseilbrücken. VDI-Berichte 419, 1981).

In zunehmendem Maße werden dynamische Schwingungstilger zur Beherrschung wirbelerregter Querschwingungen an hohen schlanken Bauwerken eingesetzt. Über Erfahrungen vom praktischen Einsatz von Dämpfersystemen berichteten:

- Langer, W.: Querschwingungen hoher schlanker Bauwerke mit kreisförmigem Querschnitt
IfL-Mitteilungen 8 (1969), Heft 5
- Hirsch, G. Kritischer Vergleich von aktiven und passiven Dämpfungssystemen zur Unterdrückung winderregter Schwingungen schlanker Strukturen.
Beiträge zur Anwendung der Aeroelastik im Bauwesen, TU München, 1980, H. 11
- Adler, P.; Hirsch, G.: Dämpfung winderregter Schwingungen von Stahlschornsteinen in Gruppenanordnung.
Bautechnik 7/1986
- Petersen, C.: Windinduzierte Schwingungen und ihre Verhütung durch Dämpfer
Der Stahlbau 11/1982
- Hagedorn, P.: Tanzschwingungen in Freileitungen und ihre Unterdrückung
VDI-Verlag 1986
- Pacht, H.: Schwingungsuntersuchungen an stählernen Turmbauwerken wie Maste und Schornsteine aus der Sicht der Praxis
In: VDI-Berichte 221
- Narnse, T.; Hirashima, Y.: Entwicklung eines passiven dynamischen Schwingungsdämpfers
Stahlbau 7/1987

Die gebräuchlichste konstruktive Ausbildung von Schwingungsdämpfern besteht in einer angependelten Masse und einem Dämpferelement. Die Rückstellkraft wird dabei nicht aus einer Feder, sondern aus der Gravitation bezogen. Als Dämpferelemente dienen zum Beispiel Stoßdämpfer oder Reibelemente. Die konstruktive Beschränkung ergibt sich aus der erforderlichen Pendellänge. Für f≧0,8 bis 0,9 Hz wird die Pendellänge zu kurz, für f≦0,4 bis 0,5 Hz wird sie zu lang. Neben dem Pendeldämpfersystem existieren noch weitere Systeme wie Flüssigkeitstanks mit viskosem Fluid. Die Dimensionierung dieser Systeme ist schwieriger und unsicherer.

Ziel der Erfindung ist es, einen Schwingungstilger mit einer dauerhaften Funktionstüchtigkeit, einer weitgehenden Witterungsunabhängigkeit und Wartungsfreiheit zu entwickeln. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Schwingungstilger mit einer bestimtmen Tilgermasse in eine gegenüber der Schwingung des Bauwerkes phasenverschobene Bewegung zu bringen, sobald die durch Schwingungen ausgeübte Beschleunigung einen bestimmten Wert übersteigt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die aus einem kreiszylindrischen Gehäuse besteht, das fest mit dem Bauwerk verbunden ist. Auf der Grundplatte des Gehäuses ist eine Kugelkalotte angeordnet, auf der sich eine Kugel in jeder beliebigen Richtung bewegt. Erfindungswesentlich ist hierbei, daß, wenn die Kugelkalotte die Form einer Zykloide besitzt, eine konstante Tilgerfrequenz vorhanden ist. Die Rückstellkraft wird durch das Rollen der Kugel in der Kugelkalotte erzeugt.

Erfindungswesentlich ist weiterhin, daß die Dämpfungswirkung dadurch erreicht wird, daß das Gehäuse teilweise mit einer viskosen Flüssigkeit, vorzugsweise hochviskoses Silikonöl, gefüllt ist. Durch Anordnung eines zusätzlich Dämpfungsringes auf der Kugelkalotte tritt bei größeren Tilgerbewegungen eine verstärkte Dämpfung auf.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der dazuegehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 die Draufsicht auf das Bauwerk mit drei angeordneten Schwingungstilgern

Fig. 2 den Vertikalschnitt durch einen Schwingungstilger

Wie in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, ist das Gehäuse 1 des Schwingungstilgers durch eine Befestigung 4 mit dem Bauwerk 5 außen verbunden. Der Schwingungstilger besteht aus einer auswechselbaren Kugelkalotte 3, die die Form eines Kreisbogens oder einer Zykloide besitzt, der Kugel 2 und der Dämpferflüssigkeit 6, die vorzugsweise aus hochviskosem Silikonöl besteht. Zusätzlich ist auf der Kugelkalotte 3 ein Dämpfungsring 7 angeordnet. Die Anzahl der erforderlichen Schwingungsteiler kann in Abhängigkeit von der erforderlichen Tilgermasse m_T und der Kugelmasse m beliebig gewählt werden. Sind nicht nur Schwingungen in der Grundfrequenz des Bauwerkes zu dämpfen, sondern auch Schwingungen in höheren Eigenfrequenzen, können auch mehrere Schwingungstilger mit unterschiedlich optimalen Abstimmungen und Dämpfereinstellungen angeordnet werden.

Die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers f₀ beträgt:

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1- Gehäuse
2- Kugel
3- Kugelkalotte
4- Befestigung
5- Bauwerk
6- Dämpferflüssigkeit
7- Dämpfungsring

Claims

1. Schwingungstilger zur Verminderung von Schwingungen an Bauwerken, bestehend aus starr am Bauwerk befestigten kreiszylindrischen Gehäusen, die mit einer Dämpferflüssigkeit teilweise gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundplatte des Gehäuses (1) eine auswechselbare Kugelkalotte (3) angeordnet ist, auf der sich eine Kugel (2) befindet und auf der ein Dämpfungsring (7) angeordnet ist.

2. Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelkalotte (3) die Form eines Kreisbogens oder einer Zykloide besitzt.

3. Schwingungstilger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schwingungstilger mit unterschiedlichen Tilgermassen und -frequenzen angeordnet sind.