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Die vorliegende Erfindung betrifft eine schwingungsdämpfende Vorrichtung zur
Dämpfung von Schwingungen einer Struktur, wie einem Gebäude oder einem
Turm, verursacht durch Wind oder Erdbeben, von Schwingungen von
Rohrleitungen verursacht durch Pumpbetrieb oder Pulsieren, oder von
Schwingungen von Einrichtungen verursacht durch Motorbetrieb und
insbesondere eine selbstabgleichende schwingungsdämpfende Vorrichtung zur
Schwingungsdämpfung von Schwingungsdämpfungstargets durch Verwendung
der Bewegung einer Sphäre, die auf Schwingungen des Targets eingestellt ist.
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Große Strukturen, wie ein Gebäude, eine Brücke oder ein Turm, sind biegsam
und schwingungsbereit. Schwingung wird durch eine externe Windkraft
angeregt. Große Schwingungen können die Struktur brechen und zu ernsthaften
Problemen führen. Die folgenden sind herkömmliche schwingungsdämpfende
Vorrichtungen als Maßnahmen gegen Schwingungen.
(Maßnahme 1)
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Wie in der Fig. 1 gezeigt wird, hat eine schwingungsdämpfende Vorrichtung
(diese Vorrichtung wird dynamischer Schwingungsdämpfer genannt) eine Masse
10, eine Federkraft 13 und einen Öldämpfer 12, die an dem Giebel des
Gebäudes 1 (oder in dem Gebäude in der Nähe des Giebels) befestigt sind. Die
Frequenz wird auf die normale Frequenz eines Gebäudes 1 eingestellt, wodurch
Schwingungen reduziert werden.
(Maßnahme 2)
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Wie in der Fig. 2 gezeigt, ist ein Aktuator 14 auf dem Giebel des Gebäudes 1
befestigt und eine Masse 10 wird durch den Aktuator 14 bewegt, wodurch die
Schwingungen aktiv reduziert werden.
(Maßnahme 3)
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Für z. B. Rohrleitungen, die durch Pumpbetrieb oder Pulsieren vibrieren, wird ein
Träger 15, der sich von einem Sammelrohr 6 erstreckt, herkömmlicherweise
angeordnet, um große Schwingungen einer Rohrleitung 8 zu dämpfen, wie in der
Fig. 3 gezeigt.
(Maßnahme 4)
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Für z. B. Rohrleitungen ist ein Befestigungstisch 17 angeordnet und an die
Rohrleitung 8 durch einen Öldämpfer 12 gekoppelt, wie in der Fig. 4 gezeigt.
(Maßnahme 5)
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Wie ein Gebäude kann auch eine Rohrleitung einen dynamischen
Schwingungsdämpfer beinhalten, der eine Masse 10 und eine Blattfeder 18 hat,
in der ein Schwingungselement eines Systems mit einem einzigen Freiheitsgrad
mit der gleichen Frequenz wie die Rohrleitung 8 angebracht ist und
nachschwingt, um die Schwingungen der Rohrleitung, wie in Fig. 5 gezeigt, zu
reduzieren.
(Maßnahme 6)
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Eine schwingungsdämpfende Vorrichtung mit einer Masse 10, die an einer
zusammengerollten Feder 13 aufgehängt ist, und mit einer Sphäre 5 in eine in
der Masse 10 gebildeten Rille 20 eingefügt ist, wie in der Fig. 6 gezeigt, wurde
ebenso als schwingungsdämpfende Vorrichtung für eine säulenartige Struktur
entwickelt. Im Fall von kleinen Schwingungen kollidiert die Sphäre 5 mit einer
säulenartigen Struktur 19. Im Fall von starken Schwingungen kollidiert die
Sphäre 5 mit der Masse 10 und der säulenartigen Struktur 19. Die
Schwingungsenergie wird in eine Kollisionsenergie umgewandelt, so dass die
Schwingung reduziert wird.
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Jedoch haben die herkömmlichen schwingungsdämpfenden Vorrichtungen die
folgenden Probleme.
(Problem der Maßnahme 1)
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Um eine vorherbestimmte schwingungsdämpfende Wirkung zu erhalten ist eine
schwingungsdämpfende Vorrichtung mit einer großen Masse, deren Frequenz
eingestellt ist, einer Feder, und mit einem Öldämpfer erforderlich, wobei die
optimale Einstellung der Frequenz arbeits- und kostenintensiv ist. Besonders die
Feder und der Öldämpfer sind teuer.
(Problem der Maßnahme 2)
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Der Aktuator muss eine große Masse antreiben und benötigt dafür eine große
Energie, was zu einem Kostenproblem führt.
(Problem der Maßnahme 3)
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Um den Träger 15 zu befestigen muss ein Trägerbefestigungsband 16 zum
Tragen des Trägers 15 angebracht werden, so dass diese Vorrichtung schwer
an einem Abschnitt befestigt werden kann, an dem eine Vielzahl von Rohren
komplex angeordnet sind.
(Problem der Maßnahme 4)
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Der Öldämpfer 12 für die Schwingungsdämpfung ist teuer. Zusätzlich ist zum
Befestigen des Öldämpfers 12 ein Befestigungstisch 17 notwendig. Tatsächlich
ist es schwierig, den Öldämpfer 12 zu befestigen. Für
Hochtemperaturrohrleitungen kann der Öldämpfer 12 nur schlecht eingesetzt
werden, da sich die Dämpfungseigenschaften mit der Temperatur ändern.
(Problem der Maßnahme 5)
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Wie bei der schwingungsdämpfenden Maßnahme (Maßnahme 1) für ein Gebäude
muss die Frequenz auf die der Target-Rohrleitung 8 eingestellt werden. Der
dynamische Schwingungsdämpfer muss auf der Basis der Frequenz der
Rohrleitung 8, die vorher gemessen wird, konstruiert, hergestellt und eingestellt
werden.
(Problem der Maßnahme 6)
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Da diese Vorrichtung eine Impuls-Typ-Schwingungsdämpfungs-Vorrichtung ist,
ist die schwingungsdämpfende Wirkung schwächer als die des dynamischen
Schwingungsdämpfers (Maßnahme 1 oder 5) für ein identisches
Massenverhältnis (Masse der schwingungsdämpfenden Vorrichtung/Gewicht der
Targetstruktur). Zusätzlich stellt das Trag- oder Impulsgeräusch auf der
Kollisionsoberfläche der Sphäre 5 oder der Masse 10 ein Problem dar.
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Die FR-A-2 596 122 offenbart eine schwingungsdämpfende Vorrichtung, die
eine sphärenförmige Masse und ein Sphärengehäuse aufweist, die an ein
Schwingungsdämpfungstarget befestigt ist.
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Die US-A-2,306,959 offenbart eine schwingungsdämpfende Vorrichtung mit
einer beweglich in einem Sphärengehäuse aufgenommenen Sphäre.
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Die US-A-4,527,951 offenbart eine schwingungsdämpfende Vorrichtung mit
einer in einem an ein Schwingungsdämpfungstarget angebrachten
Sphärengehäuse aufgenommenen Sphäre, wobei dieses Sphärengehäuse einen
elliptischen Abschnitt aufweist. Dieses Sphärengehäuse wird durch einen Arm
an dem Schwingungsdämpfungstarget gehalten, so dass das Sphärengehäuse
wie ein Pendel in eine Rotationsrichtung schwingt.
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Die DE-A-41 09 964 offenbart eine entsprechende Dämpfungsvorrichtung mit
einer Vielzahl von in einem Sphärengehäuse, das mit mit einer
Dämpfungsflüssigkeit und einem Dämpfungsring gefüllt ist, aufgenommenen
Sphären.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Probleme des Standes der
Technik durch ein Dämpfen von Schwingungen eines
Schwingungsdämpfungstargets durch Ausnutzen der Bewegung einer Sphäre
abgestimmt auf die Schwingungen des Schwingungsdämpfungstargets zu lösen
und eine selbsteinstellende schwingungsdämpfende Vorrichtung zu schaffen, die
einfache hergestellt und befestigt werden kann und wirksam Schwingungen der
verschiedenen Dämpfungstargets dämpft.
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Zur Lösung der obigen Aufgabe ist entsprechend der vorliegenden Erfindung ein
Vorrichtungsgehäuse, das an diesem Schwingungsdämpfungstarget zur
beweglichen Aufnahme des Sphärengehäuses angebracht ist und einen
ausgesparten Abschnitt zur Aufnahme des Sphärengehäuses hat, und wobei das
Sphärengehäuse eine sphärische Form hat.
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In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Vorrichtung weiterhin ein Polster,
das in das Vorrichtungsgehäuse angeordnet ist, um einen Kollisionsimpuls des
Sphärengehäuses zu dämpfen.
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Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mit diesem Aufbau ist an eine
Struktur, wie ein Gebäude oder ein Turm oder eine Rohrleitung oder Geräte
befestigt. Bei einer ständigen externen Kraft, wie Wind, stimmt sich die
Vorrichtung selbstständig auf die Schwingungen des Targets (Gebäude, Turm,
Rohrsystem oder Geräte) ab, um die Schwingungen der Targetstruktur unter
Ausnutzung von Kreisbewegungen der Sphäre zu dämpfen. Bei einer flüchtigen
externen Kraft, wie einem Erdbeben mit einem hohen Eingangspegel, wird die
Schwingung der Targetstruktur durch die Nutzung der Kollisionsschwingung der
Sphäre und des Sphärengehäuses gedämpft. Bei einer ständigen externen Kraft,
wie Wind oder Pumpenschwingungen, wird die Schwingung durch Nutzung der
Kreisbewegungen der Sphäre, die auf die Schwingungen des Targets
abgestimmt sind, gedämpft. Im Gegensatz zu einem dynamischen
Schwingungsdämpfer braucht die Frequenz nicht abgestimmt zu werden und
eine gleichmäßige schwingungsdämpfende Wirkung kann bezogen auf einen sehr
großen Schwingungspegel erzielt werden. Bei einer flüchtigen Schwingung, wie
einem Erdbeben dessen Eingangsenergie groß ist, generiert die Sphäre
Kollisionsschwingungen in dem Vorrichtungsgehäuse zusammen mit dem
Sphärengehäuse, wodurch die Schwingungen der Targetstruktur reduziert
werden. Mit diesem Mechanismus können nicht nur Niedrigpegelschwingungen,
sondern auch Hochpegelschwingungen, wie bei Erdbeben, gedämpft werden.
Diese Erfindung kann durch die folgende detaillierte Beschreibung sie in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vollständiger verstanden werden,
in denen:
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Fig. 1 - eine Schnittansicht einer herkömmlichen schwingungsdämpfenden
Vorrichtung (Maßnahme 1) für ein Gebäude zeigt;
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Fig. 2 - eine Seitenansicht einer anderen herkömmlichen
schwingungsdämpfenden Vorrichtung (Maßnahme 2) für ein
Gebäude zeigt;
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Fig. 3 - eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen
schwingungsdämpfenden Vorrichtung (Maßnahme 3) für eine
Rohrleitung zeigt;
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Fig. 4 - eine andere perspektivische Ansicht einer herkömmlichen
schwingungsdämpfenden Vorrichtung (Maßnahme 4) für eine
Rohrleitung zeigt;
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Fig. 5 - eine perspektivische Ansicht einer anderen herkömmlichen
schwingungsdämpfenden Vorrichtung (Maßnahme 5) für eine
Rohrleitung zeigt;
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Fig. 6 - eine Schnittansicht einer herkömmlichen schwingungsdämpfenden
Vorrichtung (Maßnahme 6) für eine säulenartige Struktur zeigt;
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Fig. 7 - eine Ansicht eines Anwendungsbeispiels einer
schwingungsdämpfenden Vorrichtung der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung für ein Gebäude zeigt;
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Fig. 8 - eine perspektivische Ansicht auf einer schwingungsdämpfenden
Vorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform ist;
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Fig. 9 - eine Schnittansicht entlang einer Linie IX-IX in Fig. 8 ist;
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Fig. 10 - eine perspektivische Ansicht eines Anwendungsbeispiels einer
schwingungsdämpfenden Vorrichtung der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung für eine Rohrleitung zeigt;
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Fig. 11 - eine Schnittansicht entlang einer Linie XI-XI in der Fig. 10 ist;
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Fig. 12 - eine Schnittansicht einer Modifikation der schwingungsdämpfenden
Vorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt;
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Fig. 13A bis 13D
- Ansichten der Beziehung zwischen der Bewegung einer Sphäre und
der schwingungsdämpfenden Wirkung zeigen, wenn die
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Konzentration einer Eingangsenergie zu der
schwingungsdämpfenden Vorrichtung entsprechend der ersten oder zweiten
Ausführungsform hoch ist;
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Fig. 14A bis 14D
- Ansichten der Beziehung zwischen der Bewegung der Sphäre und
der schwingungsdämpfenden Wirkung zeigen, wenn der
Eingangspegel auf die schwingungsdämpfende Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung klein ist;
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Fig. 15 - ein Diagramm der Beziehung zwischen der Eigenenergie und einem
Kreisbewegungsradius r zeigt;
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Fig. 16 - ein Diagramm der Beziehung zwischen der Eigenenergie und dem
Kreisbewegungsradius r zeigt;
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Fig. 17 - eine perspektivische Ansicht eines Anwendungsbeispiels einer
schwingungsdämpfenden Vorrichtung der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung für ein Gebäude zeigt;
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Fig. 18 - eine Schnittansicht entlang einer Linie XVIII-XVIII in Fig. 17 zeigt;
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Fig. 19 - eine Schnittansicht der Beziehung zwischen der Beschleunigung und
dem Rollzustand des Sphärengehäuses zeigt;
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Fig. 20 - eine Schnittansicht der Beziehung zwischen der Beschleunigung und
dem Rollzustand des Sphärengehäuses zeigt;
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Fig. 21 A bis 21 D
- Ansichten der Beziehung zwischen der Bewegung der Sphäre und
der schwingungsdämpfenden Wirkung im Fall von Windbelastung
zeigen;
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Fig. 22A bis 22D
- Ansichten der Beziehung zwischen der Bewegung der Sphäre und
dem beweglichen Sphärengehäuse und die schwingungsdämpfende
Wirkung im Fall einer Erdbebenbelastung zeigen; und
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Fig. 23A bis 23D
- die Ansichten der Beziehung zwischen der Bewegung einer Sphäre
in einem befestigten Sphärengehäuse und der
schwingungsdämpfenden Wirkung im Fall einer Erdbebenbelastung zeigen.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Eine schwingungsdämpfende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist ein
selbsteinstellender Typ einer schwingungsdämpfenden Vorrichtung zur
Dämpfung von Schwingungen eines Schwingungsdämpfungstargets durch
Ausnutzen der Bewegung einer Sphäre abgestimmt auf die Schwingung des
Schwingungsdämpfungstargets. Die Fig. 7 bis 9 zeigen als erste
Ausführungsform eine schwingungsdämpfende Vorrichtung, deren
Schwingungsdämpfungstarget ein Gebäude ist. Die Fig. 10 bis 11 zeigen als
zweite Ausführungsform eine schwingungsdämpfende Vorrichtung, deren
Schwingungsdämpfungstarget eine Rohrleitung ist. Die Fig. 12 zeigt eine
Modifikation der schwingungsdämpfenden Vorrichtung der ersten
Ausführungsform.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten Ausführungsform wird
zunächst mit Bezug auf die Fig. 7 bis 9 beschrieben. Eine Sphäre 5 der
schwingungsdämpfenden Vorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform
ist in einem Sphärengehäuse 3 eingelagert, das einen hohlen Abschnitt hat
(Hohlraum, Schale) 3A mit einem elliptischen Abschnitt. Das Sphärengehäuse 3
ist an dem Giebel des Gebäudes 1 als Schwingungsdämpfungstarget (oder in
dem Gebäude 1 in der Nähe des Giebels) angebracht.
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Das Sphärengehäuse 3 für die Aufnahme der Sphäre 5 ist so geteilt, dass die
Sphäre 5 leicht eingeführt werden kann. Die geteilten Hälften des
Sphärengehäuses 3 sind mit Bolzen 4 verbunden.
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In der schwingungsdämpfenden Vorrichtung der ersten Ausführungsform mit der
obigen Anordnung generiert die Sphäre 5, wenn das Gebäude schwingt,
gleichförmige Kreisbewegungen in dem Hohlraum 3A, der einen elliptischen
Abschnitt in dem Sphärengehäuse 3 hat. Die Bodenfläche des Sphärengehäuses
3 ist elliptisch und gleichförmig. Gerade wenn die Eingangsenergie gering ist,
d. h. der Schwingungspegel der Targetstruktur niedrig ist, kann ein Radius r der
Kreisbewegung vergrößert werden und eine große Schwingungsdämpfungskraft
erzielt werden.
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Eine schwingungsgedämpfte Vorrichtung für eine Rohrleitung soll als nächstes
als zweite Ausführungsform mit Bezug auf die Fig. 10 und 11 beschrieben
werden. Eine oder eine Vielzahl von Sphären 5 werden in einer oder einer
Vielzahl von Sphärengehäusen 3 eingebracht, wobei jedes einen Hohlraum 3B
hat. Die Sphärengehäuse 3 sind an die Rohrleitung 8 als
Schwingungsdämpfungstarget angebracht. Das Sphärengehäuse 3 für die Aufnahme der
Sphäre 5 ist im Hinblick auf das Einfügen der Sphäre 5 und das Anbringen des
Sphärengehäuses 3 geteilt. Die geteilten Teile des Sphärengehäuses 3 sind mit
Bolzen 4 versehen. Wenn das Rohrsystem 8 schwingt, generieren die Sphären 5
Kreisbewegungen in dem sphärischen Hohlraum 3B des Sphärengehäuses 3.
Wenn das Vergleichstarget eine Rohrleitung 8 ist, kann eine große
Beschleunigung als Eingangsenergie erzielt werden (ein Problem tritt häufig auf,
wenn der Schwingungspegel der Rohrleitung 8 hoch ist). Aus diesem Grund
besitzt die Bodenfläche des Sphärengehäuses 3, wo die Sphäre 5 das
Sphärengehäuse 3 berührt, ebenfalls eine runde Form.
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Als Modifikation der ersten Ausführungsform kann ein
Schwingungsphaseneinstellelement 3C, das aus einem Material aus Urethan,
Gummi, Plastik oder Metall gebildet ist, an die Innenfläche des Sphärengehäuses
3 angebracht werden, um die Schwingungsphasen zwischen der Targetstruktur
und der Sphäre 5, wie in Fig. 12 gezeigt, einzustellen.
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In der schwingungsdämpfenden Vorrichtung der ersten oder zweiten
Ausführungsform mit der obigen Anordnung generieren die Sphären 5, wenn das
Gebäude schwingt, Kreisbewegungen in dem Hohlraum 3A, der einen
elliptischen Abschnitt oder einen sphärischen Hohlraum 3B des Sphärengehäuses
3 hat. Schwingungsdämpfende Wirkungen im Fall einer großen Eingangsenergie
und im Fall von geringer Eingangsenergie werden unten beschrieben.
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Wenn die Eingangsenergie groß ist (der Schwingungspegel der Targetstruktur ist
groß) generiert die Sphäre 5 Kreisbewegungen entlang der Seitenfläche des
Sphärengehäuses 3, wie in den Fig. 13A bis 13D gezeigt wird. Fig. 13A
zeigt eine Kreisbewegung der Sphäre 5 in dem Sphärengehäuse 3. Die Fig.
13B und 13C zeigen die Reaktionen des Schwingungsdämpfungstargets
(Gebäudes). Fig. 13B zeigt die Reaktion des Schwingungsdämpfungstargets
(Gebäudes) ohne schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten
Ausführungsform. Fig. 13C zeigt die Reaktion des
Schwingungsdämpfungstargets (Gebäudes), das die schwingungsdämpfende Vorrichtung entsprechend
der ersten Ausführungsform hat. Fig. 13D zeigt die Amplitude der Sphäre 5 in
dem Sphärengehäuse 3. In der Fig. 13A stellt r den Radius der Kreisbewegung
dar. Wenn der Radius r ansteigt, wird die schwingungsdämpfende Wirkung der
Sphäre 5 größer.
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Wie in den Fig. 13A bis 13D dargestellt kann, wenn der Schwingungspegel
der Targetstruktur hoch ist, die Schwingung wirksam durch die
schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten Ausführungsform gedämpft
werden.
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Wenn die Eingangsenergie gering ist (der Schwingungspegel der Targetstruktur
niedrig ist) generiert die Sphäre 5, wie in den Fig. 14A bis 14D gezeigt, eine
Kreisbewegung entlang der Bodenfläche des Sphärengehäuses 3. Fig. 14A
zeigt die Kreisbewegung der Sphäre 5 in dem Sphärengehäuse 3. Die Fig.
14B bis 14C zeigen die Reaktion des Schwingungsdämpfungstargets
(Gebäudes). Die Fig. 14B zeigt die Reaktion des Schwingungsdämpfungstargets
(Gebäude) ohne eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 14C zeigt
die Reaktion des Schwingungsdämpfungstargets (Gebäudes) ohne Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung. Die 14C zeigt die Reaktion des
Schwingungsdämpfungstargets (Gebäudes), das eine Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung besitzt. Die Fig. 14D zeigt die Amplitude der Sphäre 5 in
dem Sphärengehäuse 3. In der Fig. 14A, stellt r den Radius der Kreisbewegung
dar. Wenn der Radius r ansteigt, wird die schwingungsdämpfende Wirkung der
Sphäre 5 größer.
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Wie durch die Fig. 14A bis 14D dargestellt, kann sogar, wenn der
Schwingungspegel der Targetstruktur niedrig ist, die Schwingung wirkungsvoll
durch die schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten Ausführungsform
gedämpft werden.
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Die Beziehung zwischen der Eingangsenergie und dem Radius r wird als nächstes
mit Bezug auf die Fig. 15 und 16 beschrieben. In den Fig. 15 und 16
wird eine durch Rollen der Sphäre 5 generierte Zentrifugalkraft FR und ein
Eigengewicht FG nach der unten angegebenen Gleichung (1) im Gleichgewicht
gehalten:
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FR·sinθ = FG·cosθ (1)
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Wie in der Fig. 15 gezeigt, steigt, wenn die Eingangsenergie groß ist, die
Zentrifugalkraft FR und die Kraft zur Balancierung des Eigengewichts FG wird
größer. Die Sphäre 5 kann entlang einer Seitenfläche des Sphärengehäuses 3
rollen.
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Wie in der Fig. 16 gezeigt, wird, wenn die Eingangsenergie gering ist, die
Zentrifugalkraft FR geringer und die Kraft zur Balancierung des Eigengewichts FG
wird niedrig. Die Sphäre 5 rollt auf der Bodenfläche des Sphärengehäuses 3.
Wenn die Bodenfläche einen gleichförmigen elliptischen Abschnitt hat, kann der
Radius r der Kreisbewegung größer werden, so dass die schwingungsdämpfende
Kraft im Verhältnis zum Radius r gesteigert werden kann.
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Wie in den Fig. 13A bis 13D und den Fig. 14A bis 14D gezeigt ist, rollt
die Sphäre 5 bei einer Phase von 90º mit Bezug auf das
Schwingungsdämpfungstarget (z. B. ein Gebäude) und wirkt auf das Target als eine
abschwächende Kraft. Dadurch wird die Schwingung des Targets reduziert.
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Die Wirkungen der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform
werden unten beschrieben. Schwingungen einer Struktur, wie einem Gebäude
oder Turm, die aufgrund von Windturbulenzen, Schwingungen einer Rohrleitung
oder einer Einrichtung aufgrund von Pumpbetrieb oder Pulsen können durch die
Vorrichtung der ersten oder zweiten Ausführungsform reduziert werden.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten oder zweiten
Ausführungsform muss nur an das Schwingungsdämpfungstarget angebracht
werden und kann einfach an einem Gebäude, einen Turm, eine Rohrleitung oder
an Geräten, die schon gebaut sind, befestigt werden.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten oder zweiten
Ausführungsform ist durch die Sphäre 5 und das Sphärengehäuse 3 gebildet und
hat deshalb eine kompakte und kleine Anordnung. Da weder eine Feder noch ein
Dämpfer benötigt werden, ist die Vorrichtung günstig.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten oder zweiten
Ausführungsform hat kein Element, wie einen Aktuator, das eine Stromzufuhr
und eine Energieversorgung benötigt.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten oder zweiten
Ausführungsform hat einen einfachen Aufbau; die Sphäre 5 rollt in dem
Sphärengehäuse 3 und ist deshalb wartungsfrei.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten oder zweiten
Ausführungsform hat einen kompakten und kleinen gehaltenen Aufbau und ist
deshalb kostengünstig.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten oder zweiten
Ausführungsform erfordert weder einen Träger oder ein Band und kann einfach
in einem engen Raum installiert werden.
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Wenn die Sphäre 5 und das Sphärengehäuse 3 aus Metall sind, kann die
schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten oder zweiten Vorrichtung sogar
bei hohen Temperaturen verwendet werden und kann an eine Rohrleitung oder
eine Einrichtung, die hohen Temperaturen ausgesetzt wird, angebracht werden.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten oder zweiten
Ausführungsform benötigt keine Frequenzabstimmung und kann an Strukturen
angebracht werden, wie einem Turm im Bau, wobei die Frequenzen wechseln.
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Wenn die schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten oder zweiten
Ausführungsform das Sphärengehäuse 3 verwendet, das einen elliptischen
Abschnitt hat, kann ein hoher schwingungsdämpfender Effekt erreicht werden,
sogar in dem Fall eines niedrigen Schwingungspegels.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der ersten oder zweiten
Ausführungsform hat keine Impulsfläche, so dass das Problem des Tragens nicht
auftritt.
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Als nächstes wird die dritte Ausführungsform beschrieben. Die Fig. 17 und
18 zeigen die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (das
Schwingungsdämpfungstarget ist ein Gebäude). In der dritten Ausführungsform
wird eine Sphäre 35 in ein sphärisches Sphärengehäuse 36, wie in den Fig.
17 und 18 gezeigt, eingeführt. Das Sphärengehäuse 36 wird in eine Vorrichtung
33 an einem Sphärengehäuse-Aufnahmeabschnitt 37 angeordnet, d. h. einem
ausgesparten Abschnitt. Ein Polster 34, das als Polsterelement für das
Sphärengehäuse 36 dient, ist auf der inneren Seitenwand des
Vorrichtungsgehäuses 33 angebracht.
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Entsprechend zu diesem Aufbau, rollt die Sphäre 35 in dem Sphärengehäuse 36
als Reaktion auf eine externe Kraft, wie Wind, dessen Eingangspegel relativ
gering ist, wodurch die Schwingungen der Targetstruktur gedämpft werden. Bei
einer relativ großen Eingangsenergie, wie bei einem Erdbeben, rollt die Sphäre
35 aus dem Sphärengehäuse-Aufnahmeabschnitt 37 zusammen mit dem
Sphärengehäuse 36 heraus und generiert eine Kollisionsschwingung in dem
Vorrichtungsgehäuse 33, wodurch die Schwingung der Struktur gedämpft wird.
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Die Fig. 19 und 20 zeigen die Beziehung zwischen dem
Beschleunigungspegel der auf die Sphäre 35 wirkt und den Rollbedingungen, die
bestimmen, ob das Sphärengehäuse aus dem Sphärengehäuse-Abschnitt 37
rollt. Im Fall einer ständigen externen Kraft, wie Wind, dessen Eingangsenergie
relativ gering ist, wird das Moment am Tragepunkt 38 durch die nachfolgende
Ungleichung (2) bestimmt, wobei α&sub1; die auf die Sphäre wirkende Beschleunigung
ist. Die Sphäre 35 und das Sphärengehäuse 36 rollen nicht aus dem
Sphärengehäuse-Aufnahmeabschnitt 37.
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mα&sub1; · r&sub2; < mg · r&sub1; (2)
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Wenn eine externe Kraft, wie eine externe Kraft eines Erdbebens mit einem
relativ großen Eingangspegel wirkt, wird das Moment am Tragepunkt 38 durch
die nachfolgende Ungleichung (3) dargestellt, wobei α&sub2; die auf die Sphäre
wirkende Beschleunigung ist. Die Sphäre 35 und das Sphärengehäuse 36 rollen
aus dem Sphärengehäuse-Aufnahmeabschnitt 37 und die Sphäre 35 schwingt in
dem Vorrichtungsgehäuse 33 zusammen mit dem Sphärengehäuse 36.
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m&sub2; · r&sub2; > mg · r&sub1; (3)
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Die Fig. 21A bis 21D zeigen die schwingungsdämpfende Wirkung der
Vorrichtung für eine ständige externe Kraft, wie einer Windbelastung, mit einem
relativ geringen Eingangspegel. Die Fig. 21A zeigt die Kreisbewegung der Sphäre
35 in dem Sphärengehäuse 36. Die Fig. 21B und 21C zeigen die Reaktion
des Schwingungsdämpfungstargets (Gebäudes). Die Fig. 21B zeigt die Reaktion
des Schwingungsdämpfungstargets (Gebäudes) ohne die Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung. Die Fig. 21C zeigt die Reaktion des
Schwingungsdämpfungstargets (Gebäudes), das die Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung hat. Die Fig. 21D zeigt die Amplitude der Sphäre 35 in
dem Sphärengehäuse 33 der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
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Die Sphäre 35 generiert eine Kreisbewegung in dem Sphärengehäuse 36 bei
einer Phase von 90º bezogen auf die Targetstruktur. Die Zentrifugalkraft der
Sphäre wirkt sich auf die Targetstruktur als abschwächende Kraft, so das die
Schwingung gedämpft wird.
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Die Fig. 22A bis 22D und Fig. 23A bis 23D zeigen die
schwingungsdämpfende Wirkung der Vorrichtung bei einer vorübergehenden
Erdbebenbelastung. Die Fig. 22A zeigt einen Fall, wo eine Sphäre 35 zusammen
mit dem Sphärengehäuse 36 rollt. Die Fig. 22B und 22C zeigen die Reaktion
des Schwingungsdämpfungstargets (Gebäudes) ohne die Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung. Die Fig. 22C zeigt die Reaktion des
Schwingungsdämpfungstargets (Gebäudes) mit der Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung. Die Fig. 22D zeigt die Amplitude des Sphärengehäuses und der
Sphäre 35 der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
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Wie in den Fig. 22A bis 22D gezeigt, rollt, wenn eine große
Erdbebenbelastung auftritt, die Sphäre 35 aus dem Sphärengehäuse-
Aufnahmeabschnitt 37 zusammen mit dem Sphärengehäuse 36 und generiert
Kollisionsschwingungen in dem Vorrichtungsgehäuse 33, wodurch die
Schwingung der Targetstruktur reduziert wird.
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Die Fig. 23A zeigt die schwingungsdämpfende Wirkung, die erreicht wird, wenn
das Sphärengehäuse fixiert ist und die Sphäre 35 nur in dem Sphärengehäuse 36
rollt. Die Fig. 23B und 23C zeigen die Reaktion des
Schwingungsdämpfungstargets (Gebäudes). Die Fig. 23B zeigt die Reaktion des
Schwingungsdämpfungstargets (Gebäudes) ohne die Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung. Die Fig. 23C zeigt die Reaktion des
Schwingungsdämpfungstargets (Gebäudes), das die Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung hat. Die Fig. 23D zeigt die Amplitude der Sphäre 35 der
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
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Wie in den Fig. 23A bis 23D gezeigt, wenn das Sphärengehäuse 36 fixiert
ist, ist die Reichweite der Bewegung der Sphäre 35 auf den Innenraum des
Sphärengehäuses 36 beschränkt, was zu einer schwachen
schwingungsreduzierenden Wirkung führt.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung benötigt
keine Frequenzabstimmung und kann bei einer Struktur, wie einem Turm im Bau,
angewendet werden, wo die Frequenzen wechseln.
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Die Wirkungen der oben beschrieben dritten Ausführungsform werden unten
beschrieben. Ständige Schwingungen einer Struktur, z. B. Schwingungen eines
Gebäudes oder Turms aufgrund Windturbulenzen oder Schwingungen einer
Rohrleitung aufgrund Pumpschwingungen, können durch eine Vorrichtung der
dritten Ausführungsform unter Ausnutzung der Kreisbewegung der Sphäre
reduziert werden.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der dritten Ausführungsform kann
Schwingungen aufgrund einer vorübergehenden externen Kraft, wie eine externe
Kraft eines Erdbebens, mit einem relativ hohen Eingangspegel unter Ausnutzung
einer Kollisionsschwingung der Sphäre 35 und des Sphärengehäuses 36
reduzieren.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der dritten Ausführungsform muss nur
an die Targetstruktur befestigt werden und kann einfach an einem Gebäude,
einem Turm, eine Einrichtung oder eine Rohrleitung befestigt werden, die schon
errichtet sind.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der dritten Ausführungsform wird durch
eine Sphäre 35, das Sphärengehäuse 36 und das Vorrichtungsgehäuse 33
aufgebaut und hat deshalb einen kompakten und kleinen Aufbau. Da weder eine
Feder oder ein Dämpfer benötigt werden, ist die Vorrichtung kostengünstig.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der dritten Ausführungsform hat kein
Element wie einen Aktuator, das eine Stromzufuhr erfordert und benötigt keine
Energieversorgung.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der dritten Ausführungsform hat einen
einfachen Aufbau; die Sphäre 5 rollt in einem Sphärengehäuse 3 und ist deshalb
wartungsfrei.
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Die schwingungsdämpfende Vorrichtung der dritten Ausführungsform benötigt
keine Frequenzabstimmung und kann einfach bei einer Struktur, wie einen Turm
im Bau, bei der die Frequenzen wechseln, angewendet werden.
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Für Schwingungen mit einem sehr niedrigen Pegel dämpft die
schwingungsdämpfende Vorrichtung der dritten Ausführungsform durch
Ausnutzung von Kreisbewegungen der Sphäre. Wenn die Schwingung einen
hohen Pegel hat, wird die Schwingung durch die Kollisionsschwingung der
Sphäre 35 und des Sphärengehäuses 36 gedämpft. Aus diesem Grund kann die
Schwingung unabhängig von dem Eingangspegel reduziert werden.
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Wie oben im Detail beschrieben wurde, wird, entsprechend der vorliegenden
Erfindung die Schwingung eines Schwingungsdämpfungstargets durch die
Nutzung der Bewegung einer Sphäre abgestimmt auf die Schwingung eines
Schwingungsdämpfungstargets gedämpft. Mit diesem Aufbau können die
Probleme des Stands der Technik gelöst werden und eine selbsteinstellende
schwingungsdämpfende Vorrichtung geschaffen werden, die einfach hergestellt
und befestigt werden kann, während sie wirksam die Schwingungen der
verschiedenen Schwingungsdämpfungstargets dämpft.