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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Verbindung zwischen zwei Baustrukturelementen,
und insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung zur hydraulischen
Dämpfung
zwischen einem ersten und einem zweiten Baustrukturelement, wie etwa
einer Brücke.
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Verbindungsvorrichtungen und insbesondere
dämpfende
Verbindungsvorrichtungen dienen vor allem zum Dämpfen der Auswirkungen eines
Erdbebens, insbesondere im Fall von Brücken, entweder durch Energieableitung
oder Kraftübertragung
bei raschen Bewegungen, die durch das Erdbeben übertragen werden.
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Es existieren prinzipiell zwei Dämpfungsvorrichtungen
zum Ableiten der Energie während
ihrer Funktion bei einem Erdbeben, d. h., elastoplastische Dämpfungsvorrichtungen
und öldynamische
Dämpfungsvorrichtungen.
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Elastoplastische Dämpfungsvorrichtungen leiten
Energie durch abwechselnde Plastifizierung von Metall, üblicherweise
Eisen, ab, das oberhalb einer bestimmten Verschiebung höheren Spannungen an
der Elastizitätsgrenze
ausgesetzt wird. Der Wirkungsgrad dieser Vorrichtungen ist dessen
ungeachtet mittelmäßig, und
außerdem
besitzen sie eine sehr beschränkte
Lebensdauer und müssen
nach einer begrenzten Zyklusanzahl ersetzt werden.
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Öldynamische
oder hydraulische Dämpfungsvorrichtungen
bestehen üblicherweise
aus einem Stellantrieb oder einem Zylinder, der mit zwei durch einen
Kolben getrennten Kammern versehen ist. Der Kolben ist üblicherweise
mit einem der Strukturelemente verbunden, während der Zylinder fest mit
dem anderen Strukturelement verbunden ist. Die Kammern enthalten
ein Fluidprodukt, bei dem es sich um eine Flüssigkeit, beispielsweise Ö1, handeln kann
oder um ein viskoseres Material, beispielsweise eine Silikonpaste.
Das Prinzip der öldynamischen Dämpfungsvorrichtungen
ist, dass während
des Erdbebens die Strömung
des Fluids von einer zur anderen Seite eines Kolbens möglich ist.
Die Ableitung der Energie erfolgt durch Belastungsverlust und schlägt sich
in Fluiderwärmung
nieder. Der Wirkungsgrad dieser öldynamischen
Dämpfungsvorrichtungen
ist höher;
sie sind jedoch mit einer Anzahl von Nachteilen behaftet. Damit
die Vorrichtung wirksam sein kann, muss der Druck so hoch wie möglich sein,
um eine Bewegung auszuführen.
Dieser rasche Druckanstieg ist besonders wichtig, wenn die Verschiebungsbahn
auf sehr geringe Werte beschränkt ist,
um übermäßige Belastungen
in bestimmten Elementen der Struktur zu unterbinden, insbesondere Brückenpfeilern.
Bestimmte Vorrichtungen sind aus diesem Grund mit einer externen
Druckspeichereinrichtung versehen, um einen minimalen dauerhaften Druck
aufrecht zu erhalten. Diese zusätzliche
externe Druckspeichereinrichtung wird dessen ungeachtet üblicherweise
als Komplikation angesehen. Andere Vorrichtungen sind mit einem
externen Entlastungsventil versehen, das einen Durchlass freigibt,
wenn der Innendruck schlagartig größer wird. Diese Ventile sind
teuer und sperrig und werden mit ihren externen Hydraulikkreisen
ebenfalls als Komplikation angesehen.
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Die Druckschriften US-5347771 und GB-1362409
offenbaren Vorrichtungen, die zwei unidirektionelle Ventile umfassen,
die jeweils in einer Strömungsrichtung
zwischen den beiden Kammern betrieben sind. Diese Vorrichtungen
machen die Herstellung kompliziert und erhöhen dadurch die Kosten. Außerdem ist die
Zuverlässigkeit
nicht optimal auf Grund der großen
Anzahl beweglicher Elemente und der damit verbundenen Dichtigkeitsprobleme.
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Andererseits ist in diesem Typ einer öldynamischen
Dämpfungsvorrichtung üblicherweise
eine (Ventil-)Öffnung
mit sehr kleinem Durchmesser vorgesehen, die den Fluiddurchtritt
zwischen den Kammern und damit die Bewegung des Kolbens mit geringer
Geschwindigkeit ermöglicht.
Dadurch können Wärmeauswirkungen
kompensiert werden. In dieser Vorrichtungsart ist der Kolben üblicherweise
fest mit einer Stange verbunden, die beiderseits den Kolben, die
Zylinderböden
oder den Stellantrieb durchsetzt. Diese Stange ist mit einer der
beiden Strukturelemente verbunden und der Zylinder ist fest mit
dem anderen Strukturelement verbunden. In dem Fall, dass er für eine gute
Funktion der Vorrichtung erforderliche Hub groß ist, beispielsweise bei Brücken großer Länge, die
deutlichen Temperaturschwankungen unterworfen ist, sind die Stangen
lang und ihr Durchmesser muss auf Grund eines möglichen Knickens der Stange
vergrößert sein,
die einer großen Druckkraft
ausgesetzt ist. Daraus resultiert eine unerwünschte Vergrößerung der
Abmessungen der gesamten Vorrichtung.
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Außerdem ist es bei dieser Art
einer öldynamischen
Dämpfungsvorrichtung
erforderlich, zusätzlich
ein Expansionsgefäß oder einen
Expansionsbehälter
vorzustehen, der dazu in der Lage ist, das Fluidvolumen auf Grund
von Temperaturerhöhungen aufzunehmen,
weil ohne diese Vorsichtsmaßnahme der
Innendruck der Vorrichtung sehr hohe Werte annehmen kann. Das zusätzliche
Vorsehen eines derartigen externen Behälters für die Vorrichtung und seines
zugeordneten Hydraulikkreises wird ebenfalls als Komplikation angesehen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, eine Verbindungsvorrichtung, insbesondere eine Dämpfungsvorrichtung
zu schaffen, die erhöhten
Wirkungsgrad aufweist, die einfach herstellbar und verwendbar ist,
die mit beschränkten
Herstellungskosten verbunden ist, und deren Funktion zuverlässig ist.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die die vorstehend
genannten Nachteile nicht beinhaltet. Insbesondere besteht eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Verbindungsvorrichtung
zu schaffen, die es erlaubt, ausgehend von einem normalen Arbeitsdruck
von nahezu null, den Druck schnell zu erhöhen. Außerdem besteht eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die
das Risiko eines Knickens der Stange verringert oder ausschließt, und
die dabei eine größere Kompaktheit
der Vorrichtung ermöglicht.
Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine
derartige Vorrichtung zu schaffen, die das zusätzliche Vorsehen von einem
oder mehreren externen Hydraulikkreisen für die Vorrichtung erübrigt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung
bildet eine Baugruppe, aufweisend ein erstes und ein zweites Baustrukturelement
und ein Dämpfungselement
zwischen diesen beiden Elementen, wobei das Dämpfungselement dazu ausgelegt
ist, zumindest Relativverschiebungen zwischen den ersten und zweiten
Strukturelementen bei schnellen Bewegungen aufzunehmen, wobei die
Vorrichtung einen in Bezug auf das erste Strukturelement feststehenden
Zylinder aufweist, der zwei Kammern festlegt, die ein Produktfluid
einschließen
und durch eine Wand getrennt sind, wobei zumindest ein beweglicher
Kolben in der Kammer gleitverschiebbar ist, wobei die Wand zumindest
einen Durch lass aufweist, der die beiden Kammern miteinander verbindet,
wobei die Vorrichtung zumindest ein Ventil aufweist, das in seiner
Ruhestellung den Durchlass verschließt, und das bei einer Erhöhung des
Drucks in den Kammern aufgrund einer schnellen Bewegung des zweiten
Strukturelements in Bezug auf das erste Strukturelement den Durchlass öffnet und
dadurch Fluid unter hohem Druck von einer Kammer in die andere Kammer
strömen
lässt,
wobei das Ventil in Richtung auf seine Schließstellung durch ein elastisches
Organ vorgespannt ist, wobei das Ventil bidirektionell ist und einen
Ventilkolben aufweist, der in einem Kanal im Wesentlichen senkrecht
zu dem Durchlass zwischen einer Schließstellung, in der er den Durchlass
dicht verschließt
und einer Öffnungsstellung
gleitbeweglich ist, in der er den Durchlass öffnet.
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Insbesondere kann es sich bei dem Baustrukturelement
um eine Brücke
handeln, und bei den ersten und zweiten Strukturelementen kann es sich
um ein Widerlager, eine Säule
oder einen Brückenüberbau handeln.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung erschließen
sich aus der nachfolgenden detaillierten Erläuterung, die beispielhaft und nicht
beschränkend
im Hinblick auf die anliegenden Zeichnungen erfolgt; in diesen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer bekannten Verbindungsvorrichtung zwischen
zwei Baustrukturelementen,
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2 eine
schematische Ansicht einer vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,
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3 eine
schematische Ansicht einer Verbindungsvorrichtung gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung,
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4 eine
detailliertere schematische Ansicht des Ventils der Dämpfungsvorrichtung
gemäß der Erfindung,
und
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5 eine
schematische Ansicht einer Verbindungsvorrichtung, die ein internes
Expansionsgefäß für die Vorrichtung
gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung enthält.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Dämpfungsvorrichtung
zwischen einem ersten Strukturelement 10 und einem zweiten
Strukturelement 20 einer Baustruktur, insbesondere einer
Brücke,
und die nachfolgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf
derartige Elemente einer Brücke.
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In 1 ist
eine bekannte Verbindungsvorrichtung gezeigt und in den 2 und 3 sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
gezeigt, deren jeweilige Vorteile nachfolgend erläutert sind.
Die Dämpfungsvorrichtung
umfasst einen Zylinder 30 (oder einen Stelltrieb), der
relativ zu einem der beiden Strukturelemente, beispielsweise dem
ersten Strukturelement 10, stationär ist. Dieser Zylinder 30 legt
zwei Kammern 31, 32 fest, die ein Fluiderzeugnis
einschließen, vorteilhafterweise Ö1, wobei
die Kammern 31, 32 durch eine Wand 33 getrennt
sind.
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Wie in 4 gezeigt,
umfasst die Wand 33 gemäß der Erfindung
zumindest einen Durchlass 34, der mit den beiden Kammern 31, 32 verbunden
ist und zwischen ihnen zu liegen kommt, und zumindest ein Ventil 40,
das in Ruhestellung den Durchlass 34 versperrt und bei
einer Erhöhung
des Drucks in einer der Kammern 31, 32 durch eine
schnelle Bewegung des zweiten Strukturelements 20 relativ
zu dem ersten Strukturelement 10, insbesondere bei einem
Erdbeben, den Durchlass 34 öffnet. Die Fluidströmung unter
hohem Druck von einer Kammer in die ande re ist dadurch möglich und
die Dämpfung
wird durch den Lastverlust erzeugt, der sich in die Erwärmung des
Fluids umsetzt. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf einen
einzigen Durchlass 34 erläutert, der ein einziges Ventil 40 umfasst;
es wird bemerkt, dass jedoch eine beliebige Anzahl benötigter Durchlässe und/oder
Ventile vorgesehen sein kann.
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Dieses Ventil 40 umfasst
einen Ventilkolben 41, der in einem Kanal 42 gleitet,
der im Wesentlichen senkrecht zum Durchlass 34 verläuft. Der
Kanal 42 und der Ventilkolben 41 sind bevorzugt
zylindrisch, während
der Querschnitt des Kanals nicht notwendigerweise konstant sein
muss. Vorteilhafterweise und wie aus 4 hervorgeht,
ist der Kanal im Zentrum der Wand 33 angeordnet und durchsetzt den
Durchlass 34, der die beiden Kammern 31, 32 verbindet
und zwischen diesen zu liegen kommt. An seinen Enden ist er durch
Stopfen 49 verschlossen.
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In der Ruhestellung versperrt das
Ventil 40 den Durchlass 34 und bei einer Erhöhung des
Drucks in den Kammern 31, 32 öffnet es den Durchlass 34 und
lässt dadurch
eine Fluidströmung
von einer Kammer in die andere unter Verwirklichung der gewünschten
Dämpfung
zu. Der Ventilkolben 41 versperrt den Durchlass 34 dicht
in der Schließstellung des
Ventils und gibt den Durchlass 34 in der Öffnungsstellung
frei, wobei der Koben 41 in Richtung auf seine Schließposition
durch ein elastisches Element 45 vorgespannt ist. Das elastische
Element 45 kann vorteilhafterweise in Gestalt einer Feder
verwirklicht sein, die einerseits auf den Ventilkolben 41 einwirkt
und die andererseits fest mit einem ersten Anschlagorgan 43a verbunden
ist, das ebenfalls in dem Kanal 42 angeordnet ist und dessen
Position in dem Kanal 42 beispielsweise durch Verschraubung als
Funktion des gewünschten
Drucks der Feder 45 festgelegt werden kann. Der durch die
Feder 45 ausgeübte Druck
ist dadurch regelbar. Zwischen der Feder 45 und dem ersten
Anschlagorgan 43a kann gegebenenfalls in dem Kanal 42 ein
Distanzrohr 47 vorgesehen sein, das einerseits dazu dient,
ein Ende der Feder 45 zu stützen und andererseits, einen
kleinen Zylinder aus kompressiblem Material aufzunehmen, wie etwa
aus geschlossenzelligem Schaummaterial, um durch den Luftdruck die
Verringerung des Volumens zu ermöglichen,
das benötigt
wird, die Verschiebung bzw. den Hub des Ventilkolbens 41 zu
ermöglichen,
und zwar in dem Fall, in dem Fluid in den Raum eindringt, der in
dem Kanal 42 hinter dem Kolben 41 zu liegen kommt.
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Links in der Figur ist in dem Kanal 42 ein zweites
Anschlagorgan 43b vorgesehen, das präzise und regelbar in dem Kanal 42 angeordnet
ist, um auf einem beliebigen gewünschten
Niveau in dem Durchlass 34, bevorzugt in der Mitte des
Durchlasses zu enden. In dieser Weise wird der Durchmesser des Durchlasses 34 an
dieser Stelle verringert und das Ausmaß dieser Verringerung erlaubt
es, das durch den Belastungsverlust bzw. Druckverlust der Vorrichtung
hervorgerufene Dämpfungsleistungsvermögen als
Funktion verschiedener Parameter zu ermitteln, die mit der Funktion
derselben verbunden sind, wie insbesondere als Funktion der maximalen
Kraft und des maximalen Drucks, der maximalen Geschwindigkeit und
der Periode des Erdbebens sowie der gesamten Bewegungsbahn. Dieser
Teil verringerten Durchmessers des Durchlasses 34 kann
gemäß einer
Variante auch durch einen oder mehrere Einsätze (nicht gezeigt) verwirklicht
sein, die in dem Durchlass 34 angeordnet sind, oder beispielsweise
durch vollwandige Zylinder, die von einer geeichten (Düsen-)Öffnung durchsetzt
sind, die in senkrechten Löchern
in den Fluiddurchlässen 34 lateral
eingesetzt sind.
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In dem in der 4 gezeigten Ausführungsbeispiel quert der Kanal 42 die
gesamte Wand 33; der Kanal 42 kann jedoch auch
die Wand 33 nicht durchsetzend vorgesehen sein und sich
stattdessen nur auf einer Seite des Durchlasses 34 erstrecken.
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Der Ventilkolben 41 ist
im Wesentlichen zylindrisch oder er kann aus mehreren zylindrischen Teilen
unterschiedlicher Durchmesser gebildet sein. Er umfasst an seinem
Ende, das den Durchlass 34 in Schließposition versperrt, zumindest
eine Vertiefung 50, die in den Durchlass 34 ausmündet, so
dass bei einer Erhöhung
des Drucks in einer der Kammern 31, 32 der Ventilkolben 41 den
Durchlass 34 gegen den Druck der Feder 45 durch
die Axialkomponente der Kraft öffnet,
die in der zumindest einen Vertiefung 50 ausgeübt ist.
Bevorzugt und wie in 4 gezeigt, umfasst
der Kolben 41 zwei Vertiefungen 50, die einander
diametral gegenüber
liegen und jeweils in einen Teil des Durchlasses 34 ausmünden bzw.
beiderseits des Kolbens 41, wenn dieser den Durchlass 34 verschließt. Dieser
Kolben 41 ist außerdem
vorteilhafterweise mit O-Ringen versehen, damit er in dem Kanal 42 in
dichter Weise zu gleiten vermag und dadurch gegebenenfalls das Eindringen
von Fluid in den Kanal 42 unterbindet. Die Verschiebung
oder Öffnung
des Kolbens ist bevorzugt mittels eines dritten Anschlagorgans 43c regelbar,
das die Bewegungsbahn des Kolbens begrenzt. Die Position dieses
dritten Anschlags 43c ist dadurch in dem Kanal 42 ebenfalls
regelbar.
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Gegebenenfalls ist ein Mittel (nicht
dargestellt) vorgesehen, um eine Drehung des Ventilkolbens 41 in
dem Kanal 42 relativ zu seiner Längsachse zu unterbinden. Bei
diesem Mittel kann es sich um ein beliebiges Mittel handeln, wie
etwa um Nuten, Rillen, Anschläge
u. dgl.
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Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Ventils
ist Folgende:
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Bei normaler Funktion ohne Vorliegen
von Erdbeben ist der Druck im Innern der Vorrichtung sehr gering.
Das Fluid vermag vorteilhafterweise von einer Kammer in die andere
zu zirkulieren und folgt dadurch den langsamen Bewegungen der Struktur auf
Grund von Temperaturschwankungen durch eine kleine (Düsen-)Öffnung 39,
die die beiden Kammern 31, 32 miteinander verbindet.
Die kleine (Düsen-)Öffnung 39 erlaubt
dadurch eine Relativverschiebung zwischen den Strukturelementen 10 und 20 bei
langsamen Bewegungen, und sie besitzt typischerweise einen Durchmesser
in der Größenordnung
von einigen zehn Millimetern. Sie kann in der Wand 33 getrennt
vom Durchlass 34 ausgebildet sein, wie in 3 gezeigt; sie kann jedoch auch auf demselben Niveau
wie der Durchlass 34 angeordnet sein, beispielsweise in
Gestalt einer Rille, die in einer Wandung des Durchlasses 34 ausgebildet
ist. Im Fall seismischer Stoßbewegungen
nimmt der Druck in einer der Kammern 31, 32 auf
Grund des Zusammendrückens
des Fluids stark zu, da die Strömung
des Fluids durch die kleine (Düsen-)Öffnung 39 nicht mehr
stattfinden kann. Hierdurch unterliegt der Ventilkolben 41,
der durch die Feder 45 gegen den Stopfen 49 gedrängt ist,
ebenfalls einem starken seitlichen Druck von der Seite der Kammer,
die einem Druck ausgesetzt ist. Die durch das unter Druck stehende
Fluid auf die im Wesentlichen zylindrische Außenseite des Kolbens 41 ausgeübte Kraft,
die im Wesentlichen senkrecht zum Kolben verläuft, hält den Durchlass 34 verschlossen.
Die Vertiefung bzw. die Vertiefungen 50 des Kolbens, der
auf der unter Druck stehenden Seite der Kammer zu liegen kommt,
wird gleichwohl ebenfalls einer Kraft ausgesetzt, die eine Axialkomponente
in Richtung der Achse des Kolbens 41 aufweist. Wenn diese
Axialkomponente größer als die
Kraft der Feder 45 ist, und gegebenenfalls größer als
Reibungskräfte
des Kolbens 41 in dem Kanal 42, kann der Kolben 41 gegen
die Kraft der Feder verschoben werden. Ab diesem Zeitpunkt kommt
der Kolben 41 vom Stopfen 49 frei und die axiale
Fläche, die
dem Fluiddruck unterworfene Oberfläche, nimmt deutlich zu und
das Öffnen
des Kolbens 41 verläuft schnell,
wodurch eine rasche Fluidströmung
unter hohem Druck von einer Kammer in die andere behalten wird.
Das Ventil 40 erlaubt dadurch die Erzielung eines großen Drucks
bei sehr geringer Verschiebung in der Größenordnung von einigen Millimetern,
wodurch der Wirkungsgrad der Vorrichtung deutlich verbessert wird.
Wenn die Vorrichtung am Ende der Bewegungsbahn anlangt, nimmt die
Geschwindigkeit ebenso wie der Druck auf null ab und das Ventil nimmt
seine Schließstellung
ein. Der erläuterte
Zyklus kann sich in den beiden Fluiströmungsrichtungen solange wiederholen,
solange das seismische Stoßen
bzw. Erdbeben stattfindet. Dieses bidirektionelle Ventil arbeitet
damit in den beiden Strömungsrichtungen,
weshalb für
eine zuverlässige
Funktion und zu Gunsten beschränkter
Kosten lediglich ein einziges vorgesehen werden muss (weniger bewegliche
Elemente, elastische Organe und damit Dichtigkeitsprobleme).
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Die Erfindung betrifft damit eine öldynamische
Dämpfungsvorrichtung,
die ein Ventil 40 aufweist, das vorstehend erläutert ist.
Dieses Ventil 40 kann insbesondere in aus dem Stand der
Technik bekannten Dämpfungsvorrichtungen
zur Anwendung kommen, wie etwa derjenigen, die schematisch in 1 gezeigt ist. In dieser
Vorrichtung bildet die Wand 33 den beweglichen Kolben im
Innern des Zylinders 30 und der Kolben 33 ist über eine
Stange 60, die die beiden Böden des Zylinders 30 durchsetzt,
mit einem zweiten Strukturelement 20 verbunden, während der
Zylinder 30 auf dem ersten Strukturelement
10 fest
bzw. stationär
angebracht ist. Das Ventil 40 (nicht gezeigt) kommt in
diesem Fall in dem beweglichen Kolben 33 zu liegen. Der
Wirkungsgrad der bekannten Dämpfungsvorrichtung
ist dadurch erfindungsgemäß stark
erhöht.
Diese Vorrichtung ist jedoch weiterhin mit einigen Nachteilen behaftet.
Wie vorstehend angeführt,
leiten die Hub- bzw. Verschiebungsbewegungen des Kolbens 33 Kompressions- und
Traktionskräfte
der Stange 60 ab. Diese Kräfte können sehr hoch sein, so dass
das Risiko besteht, dass die Stange abknickt.
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Um den vorteilhaften Wirkungsgrad
der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung
zusätzlich
zu erhöhen,
kann vorteilhafterweise die bewegliche Trennwand 33 durch
eine Trennwand 33 oder eine Membran ersetzt sein, die relativ
zum Zylinder 30 stationär
ist, wie in den 2 und 3 gezeigt. Diese stationäre Wand 33 kann
an dem Zylinder 30 fest angebracht sein (2) oder einstöckig an diesem gebildet sein
(3 und 4). Unter näheren Bezug auf 2 ist der Zylinder 30 dabei
auf dem Strukturelement 10 und der Wand 33 fest
angebracht, relativ zu dem Zylinder 30 stationär, und legt
die beiden Kammern 31, 32 fest. Genauer gesagt,
enthält
die Wand 33 den Durchlass 34 und ggf. die vorstehend
erläuterte
kleine (Düsen-)Öffnung 39.
Jede Kammer 31 und 32 ist auf der Seite in Gegenüberlage
zu der Wand 33 durch einen beweglichen Kolben begrenzt, der
jeweils mit der Bezugsziffer 37 und 38 bezeichnet und
in dem Zylinder 30 dicht verschiebbar ist. Zumindest einer
der Kolben 37 und 38 ist mit dem zweiten Strukturelement 20 fest
verbunden. In der 2 ist der
Kolben 38 offensichtlich mechanisch mit diesem zweiten
Strukturelement 20 verbunden, während der andere bewegliche
Kolben 37 mit dem ersten Kolben 38 über eine
Stange 60 fest verbunden ist, die die Trennwand 33 der
Kammern 31 und 32 durchsetzt. Insbesondere kann
der Kolben 38 der 2 durch ein
Rohr gebildet sein, das an seinem Ende in Gegenüberlage zu der Kammer 32 mit üblicherweise
geringfügig
gelenkig angebundenen Befestigungsmitteln zur Befestigung an dem
zweiten Strukturelement 20 versehen ist. Dieses zweite
Strukturelement 20 kann beispielsweise der Überbau einer
Brücke
sein. Der Hauptvorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Stange 60 der
Vorrichtung ausschließlich
zugbelastet ist, wodurch in diesem Fall praktisch die gesamte Gefahr
für ein
Einknicken dieser Stange beseitigt ist, so dass diese eine minimale
Abmessung aufweisen kann. Diese Lösung ist besonders praxistauglich,
weil es notwendig ist, die seismischen Wirkungen in axialer Richtung
aufzunehmen, d. h., weil die Strukturelemente 10, 20,
die verbunden werden müssen,
in Richtung ihrer Verschiebung mit ihren Stirnflächen aufeinander zu weisen.
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In der Ausführungsform von 3, die eine Verbindungsvorrichtung zeigt,
die mit einem Brückenpfeiler 10 und
einem Brückenüberbau 20 verbunden
ist, kann die Stange 60 vollständig entfallen. Hierzu kann
jeder der beweglichen Kolben 37 und 38 in der
Form eines Rohrs gebildet sein, das neben seinen beiden jeweiligen
Kammern 31 und 32 sich in dem Zylinder 30 dichtend
verschiebt, der auf dem Brückenpfeiler 10 fest
angebracht ist. Das andere Ende der Kolben 37 und 38 ist
beispielsweise mit Anschlägen
versehen oder mit geeigneten Mitteln mit oder ohne Gelenken, die
es erlauben, das zweite Strukturelement 20 mechanisch zu
verbinden. Die Kolben 37 und 38 sind in diesem
Fall nicht miteinander verbunden.
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Im Fall eines Erdbebens ist einer
der beiden Kolben 37 und 38 vorgespannt und komprimiert
das Fluid in seiner jeweiligen Kammer. Die Trennwand 33 enthält offensichtlich
den Durchlass 34, das Ventil 40 und ggf. die kleine
(Düsen-)Öffnung 39 und
die Arbeitsweise des Dämpfers
ist ähnlich
zu derjenigen, die vorstehend erläutert ist. In dieser Ausführungsform
ist die Vorrichtung sehr kompakt, weil der Nutzquerschnitt des Kolbens
maximal ist, da die Stange entfällt.
Wenn andererseits die Stange durch rohrförmige Kolben ersetzt ist, die
ein viel größeres Trägheitsmoment
aufweisen, ist ihr Einknicken wesentlich weniger kritisch, und dieses
muss üblicherweise nicht
berücksichtigt
werden.
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Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal
der Erfindung ist schematisch in 5 gezeigt.
Um einen externen Ausdehnungsbehälter
bzw. ein -gefäß an der Dämpfungsvorrichtung
weglassen zu können,
die in 1 mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet
ist, sieht die Erfindung die Ausbildung eines Behälters 70 in zumindest
einem der beweglichen Kolben vor. Dieser Behälter 70 ist mit zumindest
einer der Kammern 31, 32 über einen kleinen Kanal 71 verbunden,
der vorteilhafterweise mit einem (nicht gezeigten) Klappenventil
versehen ist, das den Behälter 70 der
Kammer, mit der es verbunden ist, sofort isoliert, wenn der Druck
in dieser Kammer über
einen im voraus festgelegten Druck steigt. Dieser Behälter 70 ist
teilweise oder vollständig
mit einem kompressiblen Material 72 gefüllt, das dazu ausgelegt ist,
komprimiert zu werden, um eine Wärmedehnung
des Fluiderzeugnisses zu ermöglichen.
Dieses kompressible bzw. zusammendrückbare Material 72 kann
beispielsweise ein Kunststoffschaum sein, beispielsweise ein Elastomer,
das mit dem Fluiderzeugnis verträglich
ist, das in der Vorrichtung zum Einsatz kommt. Dieser Schaum enthält geschlossene
Luftzellen und ist dadurch stark kompressibel bzw. zusammendrückbar. Dieser
Behälter 70 spielt
die Rolle des Expansionsgefäßes in sehr
wirksamer Weise, und ohne dass irgendein externer Hydraulikkreis
der Vorrichtung erforderlich wäre.
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Bei der Montage der Vorrichtung wird
der Behälter 70 ebenso
wie die Kammern 31 und 32 mit Fluid gefüllt. Die
einzige Luft, die in dem Behälter
vorhanden ist, ist diejenige der Zellen des Schaumstoffs 72.
Bei normalem Einsatz ist die Vorrichtung keinerlei signifikantem
inneren Druck ausgesetzt. Wenn die Fluidtemperatur steigt, dehnt
sich das Fluid aus und durch die Düsenöffnungen, die die Kammer bzw.
die Kammern 31 und 32 mit dem Behälter 70 des
Kolbens verbinden, nimmt der Druck des Fluids, das insgesamt eingeschlossen
ist, zu und hierdurch wird die Luft komprimiert, die in den Zellen
des Schaumstoffs enthalten ist. Da die Wärmeausdehnung des Fluids sehr
langsam erfolgt, kann davon ausgegangen werden, dass seine Temperatur
konstant ist. Die Volumenzunahme des Fluids liegt damit in derselben
Größenordnung
wie die Kompression der Luft der Zellen. Es reicht deshalb aus,
das Schaumvolumen ausreichend groß zu machen, um die gesamte
Volumenzunahme auf akzeptable Werte in der Größenordnung von einigen Bar
oder mehr herabzusetzen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform
besteht darin, dass sie weder eines Entlüftens noch eines Spülens bedarf,
wobei sie dessen ungeachtet die Installation und die Funktion der
Vorrichtung in beliebiger Position erlaubt. Das (nicht gezeigte)
Klappenventil, mit dem die Verbindungsleitung bzw. der Verbindungskanal 71 zwischen
einer der Kammern 31, 32 und dem Behälter 70 versehen
ist, der den Schaum enthält, schützt diesen
ebenso wie den Schaum vor jeglicher möglicher Beeinträchtigung,
wenn die Vorrichtung im Falle eines Erdbebens funktionsgemäß arbeitet
und in diesem Fall der Druck der Kammern mehrere zehn Bar erreichen
kann.
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Es wird bemerkt, dass diese vorteilhafte
Eigenschaft, die die Notwendigkeit für das externe Expansionsgefäß überflüssig macht,
insbesondere anwendbar ist auf die in 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen
der Erfindung, bei denen der zent rale bewegliche Kolben 33 und
der in 1 gezeigte Dämpfer durch
einen oder mehrere Kolben 37, 38 in Rohrform ersetzt
ist. Der Behälter 70 kann
in diesem Fall im Innern dieses Rohrs gebildet sein, das den bzw.
die Kolben 37 und 38 bildet, wie in 5 gezeigt.
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Die Ausführungsform der Erfindung, die
maximal sämtliche
der vorstehend genannten Vorteil verbindet, besteht damit aus einer Öldämpfungsvorrichtung,
die in Übereinstimmung
mit einer der Ausführungsformen
gemäß den 2 und 3 verwirklicht ist und sie umfasst ein
erfindungsgemäßes Ventil
sowie ein Expansionsgefäß gemäß 5. Es wird bemerkt, dass
das Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung, das in 4 gezeigt
ist, die im Einzelnen das Ventil 40 zeigt, sich insbesondere
auf die in 3 gezeigte
Ausführungsform
der Erfindung bezieht, weil die Wand 33 nicht von einer
Stange durchsetzt ist. Damit ist deutlich geworden, dass dieses
Ventil auf sämtliche
anderen Ausführungsformen
der Erfindung anwendbar ist, die vorstehend erläutert sind.