DE69727013T2

DE69727013T2 - Antiseismische Energieumwandlungsvorrichtung für Strukturen wie Viadukte oder desgleichen

Info

Publication number: DE69727013T2
Application number: DE1997627013
Authority: DE
Inventors: Agostino Marioni; Andrea Silvestri; Mario Ubaldini
Original assignee: A L G A Applicazione Lavorazione Giunti Appoggi SpA
Current assignee: A L G A Applicazione Lavorazione Giunti Appoggi SpA
Priority date: 1996-08-06
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2017-06-18
Also published as: JPH10140523A; DE69727013D1; IT1283693B1; ITMI961713A0; JP3943195B2; ITMI961713A1; PT823517E; US5918339A; EP0823517B1; EP0823517A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieumwandlungsvorrichtung zur Befestigung zwischen Teilen einer Struktur, zum Beispiel zwischen einer Stützstruktur und einer Abdeckung eines Viadukts, um die Struktur im Falle einer Relativbewegung zwischen den Teilen infolge eines Erdbebens zu schützen.
Wie bekannt ist, müssen Strukturen wie z. B. Viadukte gegen Schäden geschützt werden, die an ihnen durch Erdbeben verursacht werden könnten.
Um diese Anforderung zu erfüllen, sind Energieumwandlungsvarrichtungen bekannt und werden weitverbreitet genutzt, in denen einer Bewegung zwischen den Teilen der Struktur infolge eines Erdbebens durch Stahlelemente widerstanden wird, die eine erhebliche Verformung durchmachen, wenn ihre Quetschspannung überschritten wird.
Aufgrund der Größe der erfahrenen Verformungen verlässt das Verhalten dieser Bauteile den elastischen Bereich und tritt in den plastischen Bereich ein, was die Energieumwandlung erhöht.
Einmal installiert haben diese Energieumwandlungsvorrichtungen den Nachteil, dass ihr Verhalten im Betrieb oft weit vom erwarteten Verhalten entfernt ist. Weiterhin wiederholt sich ihr Verhalten nicht identisch bei wiederholten Erdbeben, sondern verschlechtert sich allmählich, bis es vollkommen unzulänglich ist.
Energieumwandlungsvorrichtungen im Wesentlichen vom hydraulischen Puffertyp wurden vorgeschlagen. Diese Energieumwandlungsvorrichtungen können nicht jahrelang eingebaut bleiben im Vertrauen darauf, dass die wie gewünscht funktionieren, wenn erforderlich. Im Gegenteil, sie erfordern beschwerliche perio dische Wartungsvorgänge, um Dichtungen zu ersetzen und Öl aufzufüllen oder sie durch neue, verbesserte Energieumwandlungsvorrichtungen zu ersetzen, mit all den Problemen, die diese Vorgänge begleiten.
Aus dem japanischen Patent JP 01 214646 A ist eine alternative Energieumwandlungsvorrichtung bekannt. Die Energieumwandlungsvorrichtung umfasst einen elektrischen Generator, der durch die relative Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Struktur angetrieben wird. Der Generator umfasst einen Stator, der am ersten Teil der Struktur befestigt ist, und einen Rotor, der im Stator gelagert ist und funktionsfähig mit einer mechanischen Kraftübertragung verbunden ist, welche am anderen Teil der Struktur befestigt ist. Dauermagneten sind am Stator befestigt, während Elemente aus ferromagnetischem Material am Rotor befestigt sind, so dass sie den Magneten zugewandt sind. Relativbewegungen zwischen Stator und Rotor infolge eines Erdbebens induzieren Ströme innerhalb des Generators, welche sich allmählich auflösen. Somit wird kinematische Energie in Wärme umgewandelt.
Da die Verschiebungen von Rotor und Stator identisch zu den kleinen Verschiebungen der Teile der Struktur infolge des Erdbebens sind, ist die Menge der verteilten Energie dennoch klein. Außerdem reagiert die Energieumwandlungsvorrichtung nur auf unidirektionale horizontale Verschiebungen in der Richtung der Achse der Energieumwandlungsvorrichtung. Verschiebungen in Richtungen senkrecht zur Achse des Rotors und des Stators erzeugen Schäden innerhalb der Energieumwandlungsvorrichtung.
Das Problem, auf dem die vorliegende Erfindung basiert, ist die Entwicklung einer Energieumwandlungsvorrichtung vom genannten Typ, die strukturelle und funktionale Merkmale aufweist, wie die Überwindung der oben genannten Nachteile in Be zug auf die Energieumwandlungsvorrichtungen des Standes der Technik.
Dieses Problem wird durch eine Energieumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Weitere Merkmale und die Vorteile der Energieumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ersichtlich, in Form eines nicht einschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine Struktur mit einer Energieumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 die Energieumwandlungsvorrichtung aus 1 vergrößert und im Schnitt zeigt,
3 die Energieumwandlungsvorrichtung aus 2 im Schnitt auf der Linie III-III zeigt.
Unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen umfasst eine Struktur, normalerweise mit 1 bezeichnet, eine Energieumwandlungsvorrichtung 2 gemäß der Erfindung.
Die Struktur 1 ist ein Viadukt mit Stützstrukturen, wie einem Stützpfeiler 3, Pfeilern 4 und 5 und einem gegenüberliegenden Stützpfeiler 6. Eine Längsabdeckung 7 wird auf den Stützstrukturen 3, 4, 5 und 6 getragen.
Die Energieumwandlungsvorrichtung 2, welche einen elektrischen Generator 8 umfasst, ist zwischen den Stützpfeilern 3 und der Abdeckung 7 angeordnet.
Der elektrische Generator 8, der in der Praxis ein Dynamo ist, umfasst einen Stator 9 und einen Rotor 10 in relativer Drehbewegung.
Der Stator 9 hat eine Längsachse X-X. Der Rotor 10, der einen Außendurchmesser D aufweist, ist zur Drehung in dem Stator 9 und koaxial zu diesem gelagert, mittels Lager 11 und 12, die radialen Kräften und axialen Schüben Stand halten können.
Der Stator 9 trägt Dauermagneten 13, während der Rotor Elemente 14 aus ferromagnetischem Material trägt, vorzugsweise Wicklungen aus leitendem Material mit vorbestimmten Widerstand.
Der Stator 9 umfasst eine rohrförmige Ummantelung 15 und gegenüberliegende Köpfe 16 und 17, die in Richtung zum Stützpfeiler 3 bzw. der Abdeckung 7 gewandt sind, und ist durch den Kopf 16 am Stützpfeiler 3 mittels einer herkömmlichen Gelenkverbindung 18 verbunden, welche eine leichte Neigung des Stators erlaubt, aber eine Drehung des Stators um seine Achse verhindert.
Der Rotor 10 ist mit der Abdeckung 7 durch eine mechanische Kraftübertragung 19 verbunden, welche eine Außen- und Innen-Schraubkupplung 20 der Achse X-X umfasst. Die Kupplung 20 ist reversibel, mit einem Wirkungsgrad größer als 0,5, zum Beispiel einen Wirkungsgrad von 0,8.
Insbesondere umfasst die Kupplung 20 ein Innengewindeteil 21, das am Rotor 10 befestigt ist, und eine Schraube 22 mit einer Teilung P, welche sich durch den Kopf 17 erstreckt und deren eines Ende 23 an der Abdeckung 7 mittels einer Gelenkverbindung 24 befestigt ist, die im Wesentlichen identisch zur Gelenkverbindung 18 ist.
Ein schützender Blasebalg 25 erstreckt sich zwischen dem Ende 23 der Schraube und dem Kopf 17.
Im Falle eines Erdbebens verursacht eine horizontale Bewegung zwischen dem Stützpfeiler 3 und der Abdeckung 7 bei einer gegebenen relativen Geschwindigkeit eine gleiche axiale Bewegung der Schraube relativ zum Stator und zum Rotor und folglich eine entsprechende Drehung des Rotors relativ zum Stator bei einer entsprechenden Umfangsgeschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit kann größer als die vorgenannte relative Geschwindigkeit werden durch Auswahl eines großen Wertes für den Durchmesser D des Rotors und eines kleinen Wertes für die Teilung P.
Eine Energieumwandlung findet im elektrischen Generator statt, da die im Rotor durch das vom Stator erzeugte magnetische Feld induzierten Ströme Wärme erzeugen, welche in die Atmosphäre abgegeben wird. Zu dieser Energieumwandlung hinzuaddiert wird die Energieumwandlung, die aufgrund von Reibung in der Rußen- und Innen-Schraubkupplung stattfindet, in einem Verhältnis, das das Komplement ihres Wirkungsgrades zur Einheit darstellt, d. h. 0,2 in diesem Ausführungsbeispiel.
Die Dimensionen des elektrische Generators können somit leicht so gewählt sein, dass er seinen Bereich der erforderlichen Gesamtenergieumwandlung berücksichtigt, d. h. 0,8 in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Der Hauptvorteil der Energieumwandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung liegt in ihrer Zuverlässigkeit. In der Tat bleibt sie eingebaut, bereit zu arbeiten, über einen praktisch unbegrenzten Zeitraum, ohne dass eine Wartung erforderlich ist.
Ihre Leistung ist sehr beständig, auch wenn sie bei verschiedenen klimatischen Bedingungen eingebaut ist.
Ein weiterer Vorteil der Energieumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass nur ein geringer Unterschied zwischen ihrem tatsächlichen Verhalten und dem theoretischen Verhalten, das aufgrund der Auswahl ihrer Dimensionen erwartet wird, liegt.
Ein weiterer Vorteil der Energieumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass ihr Verhalten auch im Falle eines wiederholten Einsatzes beständig bleibt.
Schließlich sei angemerkt, dass die Energieumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vom Aufbau her einfach und stark sein kann, was kein geringer Vorteil ist für ein Bauteil, das in großen Strukturen auf großen Baustellen eingebaut werden soll.

Claims

Energieumwandlungsvorrichtung (2) zur Befestigung zwischen einem ersten Teil (3, 4, 5, 6) und einem zweiten Teil (7) einer Struktur, um die Struktur bei Relativbewegung zwischen den Teilen infolge eines Erdbebens zu schützen, wobei die Energieumwandlungsvorrichtung einen elektrischen Generator, der durch die Relativbewegung angetrieben wird, aufweist, sowie mit: – einem Stator (9), der eine vorbestimmte Achse besitzt und am ersten Teil der Struktur befestigt ist, – einem Rotor (10), untergebracht im Stator für die Relativbewegung bezüglich des Stators, und der mit einer mechanischen Kraftübertragung, die am anderen Teil der Struktur befestigt ist, verbunden ist, und – Permanentmagneten, die am Stator befestigt sind, und Elemente aus ferromagnetischem Material, die am Rotor angebracht sind, wobei sich die Elemente und die Magnete gegenüberstehen und sich relativ infolge der Relativbewegung zwischen dem Stator und dem Rotor bewegen, wobei die Energieumwandlungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die mechanische Kraftübertragung eine Außen- und Innen-Schraubkupplung aufweist, die im Rotor untergebracht ist, und die eine relative Drehbewegung zwischen dem Stator und dem Rotor infolge der Relativbewegung zwischen den Teilen der Struktur erzeugen kann, dass die relative Drehbewegung, die aus einer relativen Drehbewegung zwischen den Permanentmagneten und dem ferro magnetischen Material resultiert, Wärme durch Strom, der im ferromagnetischen Material induziert wird, erzeugt, und dass die Energieumwandlungsvorrichtung am ersten und zweiten Teil der Struktur durch die Einrichtung eines ersten und eines zweiten Gelenkstoßes funktionsfähig angebracht ist, wobei die Gelenkstöße leichte Neigungen der Energieumwandlungsvorrichtung erlauben.
Umwandlungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- und Innen-Schraubkupplung eine reversible Kupplung (20) ist, die ein Gewinde (22) und ein Innengewindeteil (21) aufweist, die koaxial zum Stator (9) und zum Rotor (10) ist, und die sich in Bewegungsrichtung erstreckt.
Umwandlungsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewindeteil (21) am Rotor (10) und das Gewinde (22) am anderen Teil der Struktur befestigt ist.