DE4305132C1 - Reibungsdämpfer zur Sicherung von Tragwerken gegen dynamische Einwirkungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibungsdämpfer, der zur Sicherung von Tragwerken gegen dynamische Einwirkungen verwendet werden kann.

Er eignet sich insbesondere für sogenannte Response-Control Tragwerke, die sich vorteilhaft zur Erdbebensicherung einsetzen lassen.

Response-Control Tragwerke sind so konstruiert, daß ein mög­ lichst großer Teil der Bebenenergie mit Hilfe spezieller Bau teile daran gehindert wird, als potentielle Energie im System Beanspruchungen zu erzeugen. Durch die Auslegung des Verhaltens dieser Bauteile, ihre Position im System und in Verbindung mit einer darauf abgestimmten Konstruktion des übrigen Tragwerks wird das gesamte System unter der Einwirkung eines Starkbebens zu einem kontrolliert reagierenden Mechanismus und ist also im eigentlichen Sinne kein "statisches" Tragwerk mehr.

Dieser Mechanismus kann so gestaltet werden, daß er die Bean­ spruchungen im System auf ein definiertes Maß begrenzt. Dadurch wird das Tragwerk sicher vor Schäden bewahrt. Eine solche Be­ grenzung kann durch den Einsatz von Reibungsdämpfern erreicht werden, die nicht mehrmals die eingestellte Reibkraft auf das Tragwerk übergehen lassen.

Man unterscheidet zwischen passiven, aktiven und hybriden Res­ ponse-Control Tragwerken.

Aktive Systeme benötigen externe Energie, um zu funktionieren. Zur Erdbebensicherung von Bauwerken sind die aktiven Systeme in den meisten Fällen jedoch nicht geeignet, da die maschinel­ len Einrichtungen und der Energiebedarf kaum realisierbare Grö­ ßen annehmen. Sie sind jedoch bereits erfolgreich gegen windin­ duzierte Schwingungen in Hochhäusern eingesetzt worden.

Demgegenüber haben die passiven Systeme ihre Wirksamkeit bei der Erdbebensicherung bewiesen und sind in verschiedenen Län­ dern, jedoch hauptsächlich in Japan, bereits mehrfach erfolg­ reich eingesetzt worden. Erwähnenswert sind insbesondere ver­ schiedene Base-Isolation-Systeme, die allerdings auf niedrigere Gebäude bis etwa 10 Stockwerke begrenzt sind. Ferner sind die Hyde-Systeme, das sind solche Systeme, bei denen ausschließlich Dämpfer zur Response-Kontrolle eingesetzt werden, erwähnens­ wert, die sowohl in Hochhäusern mit über 30 Stockwerken, aber auch in niedrigeren Gebäuden erfolgreich verwendet worden sind.

Hybride Systeme sind eine Kombination aus passiven und aktiven Systemen, wobei sich der aktive Teil auf die Regelung von Systemparametern, zum Beispiel den Anpreßdruck für die rei­ benden Teile in einem Reibungsdämpfer, beschränkt.

Hybride Systeme sind bisher in der Praxis nicht angewendet wor­ den, versprechen jedoch eine Verbesserung der Wirkung passiver Systeme im Erdbebenfall.

In den vorgenannten Tragwerken, seien sie nun aktiv, passiv oder hybrid, spielen Dämpfer eine besondere Rolle. Sie lassen sich nach ihren Wirkmechanismen, wie Reibung, Plastizität, Vis­ kosität, Magnetismus oder Massenwirkung unterscheiden. Kon­ struktionsabhängig lassen die Dämpfer einachsige, zweiachsige oder dreiachsige Wirkungsrichtungen zu. Entscheidende Kriterien eines Dämpfers sind die Genauigkeit der Hysterese und ihre Sta­ bilität unter Grenzbeanspruchung, die Langlebigkeit des Dämp­ fers, seine Wartungsfreundlichkeit, seine Anpassungsfähigkeit für unterschiedliche Verwendungsfälle und die Anforderungen beim Einbau.

Bei der Sanierung erdbebengefährdeter Bauwerke kommen insbeson­ dere die Base-Isolation und Hyde-Systeme in Betracht. Base-Iso­ lation eignet sich dabei zur Sicherung historischer Bauten, de­ ren Bausubstanz und Konstruktion wegen der historischen Bedeu­ tung nicht verändert werden darf. Außerdem ist das Base-Isola­ tion-System nach der Fertigstellung unter den Gebäuden prak­ tisch nicht mehr sichtbar.

Die Hyde-Systeme eignen sich dagegen besonders für die Sanie­ rung vieler in den 60er und 70er Jahren aufgrund nicht ausreichender Normung erdbebengefährdeter Stahl- und Stahlbe­ tonbauten.

Reibungsdämpfer zur Verwendung in derartigen Systemen sind beispielsweise aus der Europäischen Patentanmeldung 03 49 979 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Reibungsdämpfer handelt es sich um ein Reibungsfeder-Element, das im wesentlichen aus Au­ ßenringen und axial geschlitzten Innenringen gebildet wird, die über konische Berührungsflächen zusammenwirken und inner­ halb eines Gehäuses angeordnet sind. Das Gehäuse hat an den Enden seiner beiden teleskopartig ineinander geführten Gehäu­ seteile jeweils Befestigungsaugen. Die Vorspannung des Rei­ bungsfederelementes erfolgt über eine zentrale, innerhalb des Gehäuses angeordnete Schraube.

Dieses nur in einer Richtung wirksame Reibungsfeder-Element weist einen ungleichmäßigen Übergang zwischen Haften und Rei­ ben auf. Ferner ist die Verspannung nur ungenau einstellbar und die Einstellschraube schlecht zugänglich.

Aus der deutschen Patentschrift 34 02 449 ist eine Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung an turmartigen Bauwer­ ken mit einem an einer Kragstütze des Bauwerks aufgehängten Pendel mit einer Pendelstange bekannt, deren unteres Ende lose in einem nach oben offenen Hohlraum eines Reibgewichtes ein­ sticht, welches aus mehreren unverbundenen, aufeinander gesta­ pelten kreisscheibenförmigen Reibplatten mit von der obersten zur untersten Platte zunehmendem Außendurchmesser zusammenge­ setzt ist. Die Dimensionierung der Reibplatten soll dabei so erfolgen, daß die Dämpfungswirkung der übereinander gestapel­ ten Reibplatten bezogen auf einen bestimmten Pendelausschlag vergrößert und die Auslegung der Vorrichtung vereinfacht wird. Hierdurch läßt sich ein Ansprechen der Dämpfungsvorrichtung schon bei geringen Bauwerksbewegungen erzielen, indem mit zu­ nehmender Amplitude der Pendelbewegung immer mehr Reibplatten aktiviert werden.

Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 34 14 706 ein Schwingungsdämpfer bekannt, bei dem die Dämpfermasse bei jedem Schwingungszustand des Bauwerkes als Schwingungstilger wirken kann und bei dem ab einer gewissen Schwingungsweite des Bau­ werkes die dämpfende Wirkung allmählich einsetzt. Zu diesem Zweck hat der Schwingungsdämpfer einen oder mehrere Rei­ bungskörper und je eine zugehörige Reibscheibe, von denen der eine Teil mit der Dämpfermasse und der andere Teil mit dem Bauwerk gekoppelt ist. Jeder eine konvex-gewölbte Reibungsflä­ che aufweisende Reibungskörper ist am freien Ende je einer biegeelastischen Stütze angeordnet, die im wesentlichen lot­ recht ausgerichtet ist. Die dazugehörige Reibscheibe ist in der Ruhestellung in einem bestimmten Abstand von dem dazugehö­ rigen Reibungskörper angeordnet. Dadurch, daß jeder Reibungs­ körper am freien Ende einer biegeelastischen Stütze angeordnet ist und die zugeordnete Reibscheibe in einem gewissen Abstand vom Reibungskörper angeordnet ist und dadurch, daß erst in ei­ nem gewissen radialen Abstand von der Mittellage des Reibungs­ körpers an der Reibscheibe Vorsprünge vorhanden sind, an denen der Reibungskörper erst dann entlang reibt, wenn er ausrei­ chend weit ausgeschwungen ist, tritt um die Mittellage der Dämpfungseinrichtung herum eine Reibkraft überhaupt nicht auf. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann die Dämpfermasse schon bei geringen Schwingungen des Bauwerkes ansprechen.

Aus den beiden vorbezeichneten Druckschriften sind aus Reib­ scheiben aufgebaute Reibungsdämpfer bzw. die Verwendung von konvex-gewölbten Reibungsscheiben als Einzelmerkmal an sich bekannt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Reibungsdämpfer zu schaffen, der in zwei Dimensionen Schwingungsbewegungen ausgleichen kann, wiederver­ wendbar, leicht und in weiten Grenzen auch im eingebauten Zu­ stand einstellbar ist und insbesondere einen äußerst gleichmä­ ßigen Übergang zwischen Haften und Reiben aufweist, so daß die bei bekannten Reibdämpfern auftretende Stick-Slip-Bewegung ent­ fällt.

Weiterhin ist es ein Ziel der Erfindung, einen wartungsfreund­ lichen Dämpfer zu schaffen, dessen Einstellgenauigkeit sehr hoch ist.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, daß in einem Stapel zu­ sammengefaßte, gegeneinander bewegliche Reibscheiben sich le­ diglich an gekrümmten Kontaktflächen berühren. Die Krümmung der Kontaktfläche führt dazu, daß die Druckverteilung an den Rän­ dern dieser Kontaktfläche gleich null ist und zur Mitte hin bis zum Maximalwert zunimmt. Dadurch wird schon bei geringer Tan­ gentialbelastung des Stapels der lokale Reibwiderstand an den Rändern dieser Kontaktflächen überwunden. Dies hat zur Folge, daß mit steigender Belastung der Anteil der Kontaktfläche, der den Zuwachs der Tangentialkraft aufnehmen muß, kontinuierlich abnimmt, bis gegenseitiges Verrutschen der Reibscheiben auf­ tritt. Im selben Maße reduziert sich daher die tangentiale Steifigkeit des Stapels bis auf null und die Reibkraft steigt bis auf ihren Maximalwert an. Dieses Verhalten stellt auf ein­ fache und sichere Art und Weise den bekannten Reibdämpfern an­ haftenden Nachteil des ungleichmäßigen Übergangs zwischen Haf­ ten und Reiben, den sogenannten Stick-Slip-Effekt ab. Kommt es nicht zur vollständigen Reibung, d. h. zum gegenseitigen Verrut­ schen der Reibscheiben wird gleichwohl bei geringerer Belastung bereits in den Randbereichen der Kontaktzonen, in denen der lo­ kale Reibwiderstand überwunden wurde, Energie dissipiert.

Im einzelnen wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Reibungs­ dämpfer mindestens zwei übereinander angeordnete, sich an ge­ krümmten Kontaktflächen berührende Reibscheiben, die in abwech­ selnder Folge mit dem ersten bzw. zweiten von zwei Reibdämpfer­ anschlüssen in Verbindung stehen sowie ein Vorspannmittel für den Reibscheibenstapel aufweist.

Die für vollständige Reibung (Rutschen) im Stapel erforderliche Tangentialkraft kann zum einen durch die Anpreßkraft im Stapel und zum anderen durch die Anzahl, Oberflächenbeschaffenheit und Materialwahl der Reibscheiben in weiten Grenzen beeinflußt wer­ den. Dabei bestimmt neben der Oberflächenkrümmung die Anpreß­ kraft zwischen den Reibscheiben die Ausdehnung der Kontaktflä­ chen, die ein Maß für die tangentiale Steifigkeit des Stapels ist. Das Vorspannmittel für den Reibscheibenstapel sorgt dabei für die gewünschte Anpreßkraft.

Die Verbindung zwischen den Reibscheiben und den Reibdämpferan­ schlüssen lassen sich einfach realisieren, wenn der Reibschei­ benstapel aus alternierend angeordneten Ringen mit größerem und kleinerem Außen- und Innendurchmesser zusammengesetzt ist.

Die Verbindung zu den vorzugsweise als Flansch ausgebildeten Reibdämpferanschlüssen erfolgt dann dadurch, daß die Ringe mit dem kleineren Innen- und Außendurchmesser über ein mit dem er­ sten Reibdämpferanschluß verbundenes Führungsrohr gezogen wer­ den und die Ringe mit größerem Außen- und Innendurchmesser von einem mit dem zweiten Reibdämpferanschluß verbundenen Mantel­ rohr umhüllt werden.

Die Kontaktflächen lassen sich auf verschie­ dene Weisen erzeugen, wobei wesentlich ist, daß infolge der Krümmung der Kontaktflächen die Druckverteilung zu deren Rän­ dern abnimmt.

Auf besonders einfache Art und Weise lassen sich die Kontaktflächen durch abwechselnde Anordnung von linsenförmigen und ebenen Reibringen erzeugen, wobei die lin­ senförmigen Ringe infolge ihrer Krümmung zu dem oben beschrie­ benen, erwünschten Verhalten führen.

Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung der Kontaktflächen, die nicht nur für Reibringe sondern für Reibscheiben allgemein ge­ eignet ist, besteht darin, daß sich in dem Reibscheibenstapel, Reibscheiben mit nach außen gewölbten, vorzugsweise runden Ein­ lagen und ebene Reibscheiben abwechseln. Die nach außen gewölb­ ten Einlagen, die vorzugsweise aus Keramik bestehen und vor­ zugsweise einen Durchmesser zwischen 10 und 50 mm haben, bewirken ebenfalls die erwünschte Druckverteilung.

Da bei der Einlagenlösung pro Reibscheibe mehrere Kontaktflä­ chen zu den benachbarten Reibscheiben bestehen, ist der Einfluß von Ungenauigkeiten in der Wölbung der Reibscheiben sowie von Streuungen der Reibbeiwerte auf die Tangentialkraft am Rei­ bungsdämpfer geringer. Durch eine Vergrößerung der Anzahl der Reibscheiben läßt sich die pro Einlage über die Anschlüsse auf­ zunehmende tangentiale Kraft verringern, so daß mit geringeren Vorspannkräften auf den Reibscheibenstapel gearbeitet werden kann, was die Lebensdauer des Dämpfers erhöht.

Im Zusammenhang mit dem Führungsrohr bzw. dem Mantelrohr be­ stimmt sich die Größe des maximal möglichen Reibweges durch das Spiel zwischen den Ringen mit größerem Außen- und Innendurch­ messer und dem Führungsrohr sowie zwischen den Ringen mit dem kleineren Außen- und Innendurchmesser und dem Mantelrohr. Das Bewegungsspiel der Reibringe in verschiedene tangentiale Rich­ tungen kann durch die Formgebung der Ränder der Reibringe und/oder durch die Formgebung der Außenseite des Führungsrohres und/oder die Formgebung der Innenseite des Mantelrohres indivi­ duell den Bedürfnissen angepaßt werden, wenn beispielsweise in einer bestimmten Gebäuderichtung nur ein kürzerer Reibweg mög­ lich sein soll. Die möglichen Reibwege für verschiedene tangen­ tiale Richtungen lassen sich dabei bis zum Reibungsausschluß verändern.

Als besonders geeignetes Vorspannmittel für den Reibscheiben­ stapel hat sich eine Spannschraube, deren Schaft sich durch das Führungsrohr erstreckt und eine von der Spannschraube am freien Ende des Führungsrohres gehaltene Spannplatte, die die Reibscheiben gegen den ersten Reibdämpferanschluß drückt, erwiesen.

Das Führungsrohr verhindert, daß beim Erreichen des maximal möglichen Reibweges in einer beliebigen Richtung der Schaft der Schraube Scherkräfte erhält. Dadurch wird sichergestellt, daß die Vorspannung auch bei gelegentlicher Ausnutzung des Bewe­ gungsspiels der Reibscheiben, was einer Überschreitung des rechnerischen Grenzzustandes des Tragwerkes gleich kommt, er­ halten bleibt.

Eine einzeln oder als Paket zwischen dem Kopf der Spannschraube und dem ersten Reibdämpferanschluß angeordnete Tellerfeder mit nicht linear-elastischer Federkennlinie erlaubt über die Mes­ sung der Deformation des Tellerfederpaketes bzw. der Tellerfe­ der eine äußerst genaue Einstellung der Vorspannung der Schrau­ be, die später im eingebauten Zustand des Reibungsdämpfers ein­ fach kontrollierbar ist. Außerdem kompensieren diese Art von Tellerfedern später mögliche Setzungen im Reibscheibenstapel fast vollständig und erlauben eine Einstellgenauigkeit der Vorspannkraft des erfindungsgemäßen Reibungsdämpfer von etwa ± 2% um einen vorgegebenen Sollwert.

Die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Reibungsdämpfers ist nicht nur auf die Erdbebensicherung von Gebäuden beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf verschiedene andere Anwendungen zur Schwingungssicherung, wie beispielsweise Vibrationsisolie­ rung von Maschinenfundamenten oder die Dämpfung von windindu­ zierten Schwingungen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbei­ spiele des näheren erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen ersten Reibungsdämpfer mit linsenförmigen Reibringen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Reibungsdämpfer nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht der Reibringe des Reibungsdämpfers nach den Fig. 1 und 2;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen zweiten Reibungsdämpfer, dessen Reibscheiben Einlagen aufweisen,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Reibungsdämpfer nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Ansicht der Reibringe des Reibungsdämpfers nach den Fig. 4 und 5,

Fig. 7 einen Schnitt durch eine Einlage für die Reibschei­ ben nach Fig. 6,

Fig. 8 ein Schaubild zur Druckverteilung an der Kontakt­ fläche dargestellt im Schnitt durch zwei Reibschei­ ben (a), die Randzone mit lokaler Reibung bei kreis­ förmiger Kontaktfläche in stark vergrößerter Drauf­ sicht (b) sowie eine Kraft-Verformungskurve eines erfindungsgemaßen Reibungsdämpfers (c).

Der insgesamt mit 1 bezeichnete erfindungsgemäße Reibungsdämp­ fer hat zwei der Fig. 1 mit 2a bzw. 2b bezeichnete Flan­ sche, die über ihre Anschlußbohrungen 3a bzw. 3b unter beliebi­ gen Winkeln an einer zu dämpfenden Konstruktion befestigt wer­ den können, so zum Beispiel der Flansch 2a an der Unterseite einer in der Zeichnung nicht dargestellten Stahlbetondecke und der Flansch 2b auf einer ebenfalls in der Zeichnung nicht dar­ gestellten Wand oder Stütze. Zentrisch um den Mittelpunkt des Flansches 2a herum ist ein Führungsrohr 4 angeordnet, das die Verbindung zwischen ebenen Reibringen 5 und dem Flansch 2a her­ stellt, während die Verbindung zwischen dem Flansch 2b und lin­ senförmigen Reibringen 6 durch ein ebenfalls zentrisch um den Mittelpunkt des Flansches 2b angeordnetes Mantelrohr 7 herge­ stellt wird.

Da der äußere Rand 8 der linsenförmigen Reibringe 6 gegenüber der inneren Mantelfläche des Mantelrohres 7 beweglich angeord­ net ist, sind die Flansche 2a und 2b in der in der Zeichnung mit V bezeichneten Richtung gegeneinander frei verschieblich.

Die in Fig. 1 mit T bezeichneten, an den Flanschen 2a und 2b des Reibungsdämpfers 1 angreifenden Tangentialkräfte, werden von dem vorgespannten aus ebenen Reibringen 5 und linsenförmi­ gen Reibringen 6 bestehenden Reibringstapel aufgenommen.

Das in eine Spannplatte 11 mündende Gewinde 12 einer sich durch das Führungsrohr 4 erstreckenden- Vorspannschraube 13, deren Kopf 14 sich indirekt über ein Tellerfederpaket 15 an dem Flansch 2a abstützt, drückt den umlaufenden Rand 16 der Spann­ platte 11 gegen den zu unterst angeordneten, ebenen Reibring 5 des Reibringstapels.

Durch entsprechendes Verdrehen des Schraubenkopfes 14 läßt sich die auf den Reibringstapel wirkende Vorspannkraft genau ein­ stellen. Im Reibringstapel entsteht eine tangential zu den Flanschen 2a und 2b wirkende, von der Anzahl der linsenförmigen Reibringe und dem Reibbeiwert zwischen den Reibringen 5, 6 ab­ hängige maximale Reibkraft, die sich durch Verdrehen des Schraubenkopfes 14 der Vorspannschraube 13 auf einfache Art und Weise auch im eingebauten Zustand genau einstellen und später auch nachstellen läßt.

Das auf der Oberfläche des in den Flansch 2a eingelassenen Ringraums 17 aufliegende Tellerfederpaket 15 besteht im gezeig­ ten Ausführungsbeispiel aus 2 Tellerfedern mit einer nicht li­ near-elastischen Federkennlinie, die jeweils auf den gewünsch­ ten Anwendungsfall abstimmbar ist. Über die Messung der Defor­ mation dieses Tellerfederpaketes läßt sich die Vorspannung der Vorspannschraube 13 und damit des Reibringstapels genau kon­ trollieren. Außerdem kompensiert das Tellerfederpaket 15 prak­ tisch vollständig spätere, eventuell mögliche Setzungen im Reibringstapel.

Erfindungsgemäß, wie bereits in der Beschreibungseinleitung ausführlich erläutert, berühren sich die Reibringe, hier die linsenförmigen Reibringe 6 und die ebenen Reibringe 5 lediglich an Kontaktflächen 18.

Über die Krümmung 19 der Oberflächen der linsenförmigen Reib­ ringe 6 läßt sich die Ausdehnung der Kontaktfläche zwischen den Reibringen 5, 6 beeinflussen. Von der Ausdehnung dieser Kontakt­ flächen hängt die Anfangssteigung einer beispielhaft in Fig. 8 (c) dargestellten Kraft-Verformungskurve des Reibungsdämpfers ab.

Da die aus Fig. 8 (a) ersichtliche Druckverteilung an den Rän­ dern der Kontaktfläche = 0 ist und zum Mittelpunkt der Kontakt fläche hin dem Maximum zustrebt, entsteht schon bei geringen, an den Flanschen 2a und 2b angreifenden Tangentialkräften T Reibung an den Rändern der Kontaktfläche. Dies hat zur Folge, daß zum einen mit steigender Belastung der Kontaktflächen 18 die Steifigkeit des Reibungsdämpfers kontinuierlich bis auf 0 - bei vollständiger Reibung - abnimmt und zum anderen auch bei geringen Belastungen, bereits Energie dissipiert wird, ohne daß es zum Rutschen der Reibscheiben kommt, wie sich dies insbeson­ dere auch aus der Kraftverformungskurve nach Fig. 8 (c) (Bereich "Reibung in der Randzone") ergibt. Der bei bisherigen Reibungsdämpfern auftretende, unerwünschte Sprung zwischen Haft- und Gleitreibung entfällt wegen des kontinuierlichen Übergangs zwischen Haften und Gleiten bei dem erfindungsgemäßen Reibungsdämpfer. Der Reibungsdämpfer läßt sich daher auch bei geringen Beanspruchungsniveaus, bei denen noch keine vollstän­ dige Reibung auftritt, mit Erfolg einsetzen.

Der maximal mögliche Reibweg des Reibungsdämpfers 1 ergibt sich durch das Spiel zwischen den linsenförmigen Reibringen 6 und dem Führungsrohr 4 sowie zwischen den ebenen Reibringen 5 und dem Mantelrohr 7.

Durch entsprechende Formgebung des Mantelrohres 7, der Ränder der Reibringe 5,6 und des Führungsrohres 4 lassen sich daher in verschiedenen Richtungen unterschiedliche, maximal mögliche Reibwege mit einem Dämpfer erzeugen. Die Reibwegbegrenzung bie­ tet im Falle eines unerwartet starken Bebens ein zusätzliches Maß an Sicherheit, da nach Erreichen der Grenze der Reibungs­ dämpfer, was einer Überschreitung des rechnerische Grenzzu­ standes des Tragwerkes entspricht, das Gebäude durch das Über­ lastpotential des Dämpfers zusätzlich stabilisiert wird, ohne daß der Dämpfer sofort beschädigt wird.

Wie weiterhin aus Fig. 1 ersichtlich, verhindert das Führungs­ rohr 4, daß beim Erreichen des maximal möglichen Reibweges der Schaft der Vorspannschraube 13 Scherkräfte erhält, wodurch si­ chergestellt ist, daß die Vorspannung auch nach einem solchen Ereignis nicht verloren geht und damit die volle Funktionsfä­ higkeit erhalten bleibt.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Reibungsdämpfers, dessen Aufbau im wesentlichen mit dem des in Fig. 1 gezeigten Reibungsdämpfers überein­ stimmt. Wesentliche Unterschiede ergeben sich im Hinblick auf die Reibringe mit größerem Außen- und Innendurchmesser, die in Fig. 4 mit 21 bezeichnet sind.

Aus der in Fig. 6 gezeigten Ansicht des Reibringes 21 ist er­ kennbar, daß gleichmäßig über den Umfang des Ringes 15 Keramik­ einlagen 22 verteilt sind.

Die im Schnitt in Fig. 7 dargestellten Keramikeinlagen haben ähnlich den linsenförmigen Reibringen nach Fig. 3, eine ge­ krümmte Oberfläche 28, die, wie dies andeutungsweise aus Fig. 4 ersichtlich ist, über die ebene Oberfläche des Reibringes 21 hinausragt.

Im Unterschied zum Reibungsdämpfer nach Fig. 1 entsteht zwi­ schen jeweils zwei übereinander angeordneten Reibringen keine ringförmig verlaufende Kontaktfläche, sondern einzelne um den Mittelpunkt der jeweiligen Keramikeinlage herum angeordnete Kontaktflächen.

Die höhere Zahl der einzelnen Kontaktflächen bei der Lösung nach Fig. 4 gleicht den Einfluß von Ungenauigkeiten in der Krümmung der Kontaktflächen auf die Grenzkraft zwischen Haften und Reiben aus.

Zur Bestückung der Reibringe haben sich als besonders geeignet Einlagen mit einem Durchmesser von etwa 20 mm, einer maximalen Höhe von etwa 8-10 mm sowie einem Krummungsradius von unge­ fähr 220 mm herausgestellt. Ein Schnitt durch eine solche be­ vorzugte Reibringeinlage ist in Fig. 7 dargestellt.

Der Reibungsdämpfer nach Fig. 4 weist in Übereinstimmung mit dem Reibungsdämpfer nach Fig. 1 eine auf eine Vorspannplatte 23 wirkende Vorspannschraube 24 auf, die eine Einstellgenauigkeit der Vorspannkraft des Reibringstapels von etwa ± 2%, bezogen auf einen vorgegebenen Sollwert, zuläßt, während bei herkömmli­ chen Reibungsdämpfern die Einstellgenauigkeit nur etwa ± 30% um einen vorgegebenen Sollwert beträgt.

Ferner läßt der Reibungsdämpfer nach Fig. 4 eine Balgendich­ tung 25 erkennen, die den Reibringstapel sowie die Vorspannein­ richtung 24 gegen Umwelteinflüsse, wie Feuchtigkeit und Schmutz, abschirmt, ohne dabei die vertikale Beweglichkeit der Flansche 26a bzw. 26b zu beeinträchtigen.

Weiter offenbart das Ausführungsbeispiel, daß das in Fig. 4 mit 27 bezeichnete Führungsrohr durchaus auch einstückig mit dem Flansch 26a ausgebildet sein kann.

Eine weder in der Fig. 1 noch in der Fig. 4 dargestellte, auf den eingelassenen Ringraum 17 bzw. 28 aufsetzbare Schutzkappe bewirkt eine weitere Verbesserung der Abdichtung des erfin­ dungsgemäßen Reibungsdämpfers gegen Verschmutzung.

Zusammenfassend läßt sich festhalten, daß mit der Erfindung ein Reibungsdämpfer zur Sicherung von Bauwerken gegen Schwingungen, insbesondere Erdbeben, geschaffen wurde, der zweidimensional wirkend ausgeführt werden kann, unter beliebigen Einbauwinkeln verwendbar ist, auch im eingebauten Zustand einfach ein- bzw. nachgestellt werden kann, ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit gewährleistet, der keine Dämpferwirkung bei gelegentlichem Erreichen des maximal möglichen Reibweges ver­ liert, der vor Umwelteinflüssen geschützt ist und dessen tan­ gentiale Reibkraft in weiten Grenzen genau einstellbar ist.

Claims (11)

1. Reibungsdämpfer zur Sicherung von Tragwerken gegen dynamische Einwirkungen, gekennzeichnet durch,

• - mindestens zwei übereinander angeordnete, sich an gekrümmten Kontaktflächen (18) berührende Reib­ scheiben (5, 6, 21),
• - die in abwechselnder Folge mit dem ersten bzw. zweiten von zwei Reibungsdämpferanschlüssen (2a, 2b, 26a, 26b) in Verbindung stehen
• - sowie ein Vorspannmittel (11, 13, 14, 15, 16) für den Reibscheibenstapel.

2. Reibungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibscheibenstapel aus alternierend angeordneten Scheiben (5, 6, 21) mit größerem und mit kleinerem Außen- und Innenmaß (D_A, D_i) zusammengesetzt ist.

3. Reibungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (18) durch abwechselnde Anordnung von ebenen und gekrümmten Reibringen (5, 6) erzeugt werden.

4. Reibungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktflächen durch abwechselnde Anordnung von ebenen Reibscheiben (21) mit nach außen gewölbten, vorzugsweise runden Einlagen (22) und ebenen Reibscheiben erzeugt werden.

5. Reibungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen (22) aus Keramik bestehen und vorzugs­ weise einen Durchmesser zwischen 10 und 50 mm aufweisen.

6. Reibungsdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch die über ein mit dem ersten Reib­ dämpferanschluß (2a, 26a) verbundenes Führungsrohr (4/27) gezogenen Scheiben mit kleinerem Innen- und Außenmaß sowie die von einem mit dem zweiten Reibdämpfer­ anschluß (26, 26b) verbundenen Mantelrohr umhüllten äußeren Ränder der Scheiben mit größerem Außen- und Innen­ maß.

7. Reibungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Führungsrohr (4, 27) als auch das Mantelrohr (7) jeweils an einem Ende in einem als Reib­ dämpferanschluß dienenden Flansch münden.

8. Reibungsdämpfer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine als Vorspannmittel dienende Spann­ schraube (13), deren Schaft sich durch das Führungsrohr (4) erstreckt, und eine von der Spannschraube am freien Ende des Führungsrohres gehaltene Spannplatte (11) die Reibringe gegen den ersten Reibdämpferanschluß (2a, 26a) drückt.

9. Reibungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopf (14, 24) der Spannschraube (13) und dem ersten Reibdämpferanschluß (2a, 26a) elastische Ele­ mente, vorzugsweise Tellerfedern (15), mit einer nicht linear-elastischen Federkennlinie einzeln oder als Paket angeordnet sind.

10. Reibungsdämpfer nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsspiel der Reibscheiben (5, 6, 21) in verschiedenen tangentialen Richtungen durch die Formgebung der Ränder der Reibscheiben und/oder durch die Formgebung der Außenseite des Führungsrohres (4) und/oder durch die Formgebung der Innenseite des Mantelrohres (7) begrenzbar ist.

11. Reibungsdämpfer nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen (22) der Reibscheiben (21) gegen Sätze von Einlagen unterschiedlicher Ober­ flächenkrümmungen (23) auswechselbar sind.