EP0349979A1 - Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Bauwerken oder Bauteilen - Google Patents

Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Bauwerken oder Bauteilen Download PDF

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    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
    • E04H9/0215—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings involving active or passive dynamic mass damping systems

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for damping vibrations on structures or components, consisting of a damper mass which is connected to the structure or component via resilient and vibration-damping elements.
  • the known dynamic vibration dampers consist of a damper mass that oscillates or via a vibration element, e.g. an axially loaded rubber element is attached to the structure or component and its oscillating or oscillating movement through special damping elements, e.g. in the manner of motor vehicle vibration dampers (DE-OS 27 18 962) or with wire rope coil springs (DE-PS 28 06 757) is damped.
  • a vibration element e.g. an axially loaded rubber element is attached to the structure or component and its oscillating or oscillating movement through special damping elements, e.g. in the manner of motor vehicle vibration dampers (DE-OS 27 18 962) or with wire rope coil springs (DE-PS 28 06 757) is damped.
  • vibration dampers that are largely wear-free and low-maintenance and have clearly defined non-linear characteristics, so that a clear calculation is possible.
  • a vibration-damping arrangement is desirable, the natural frequency of which can be varied over one and the same element over a larger frequency range.
  • the invention is therefore based on the object of making an arrangement of the generic type in such a way that the abovementioned favorable properties are achieved.
  • friction spring elements are provided as resilient and vibration-damping elements, which are arranged radially, tangentially and / or perpendicular to the direction of the vibrations to be damped on the structure or component.
  • a pendulum suspension of the damper mass is selected with pendulum rods or angle levers, which allows any arrangement of the friction spring elements. This results in a wide range of the adjustable natural frequency of the vibration damper and a large variation in the design. Furthermore, the susceptibility to faults and the need for maintenance is very low.
  • the suspension and damping properties of the friction spring elements can be adjusted by the type, number and preload of the ring elements. Furthermore, a large non-linearity of the friction spring element can be achieved through the free choice of the preload. As a result, a larger frequency range can be covered when the element is set.
  • the structure or component equipped with a vibration damper according to the invention is primarily designed so that the damper mass is suspended on pendulum rods and the damper mass is supported on the ring spring elements via the rods.
  • Another embodiment is the suspension on angle levers, which are articulated.
  • the damper mass is supported indirectly via the friction spring elements.
  • the reaction to the structure is transmitted through the upper suspension.
  • a stepless change in the lever arms can be achieved by the arrangement of the friction spring elements and a stepless power transmission can be achieved by changing the inclination of the elements to the lever. This range of variation has a great advantage. If previous calculations for the structure or component are incorrect due to incorrect information, particularly with regard to the relevant natural frequencies and the reduced dynamic replacement masses, or if changes have occurred to the structure, the vibration damper must be adjusted to the new design values without any particular effort.
  • the dynamic vibration dampers according to the invention can be inside or outside of a building 1, e.g. Antenna support, chimney or mast can be attached.
  • Brackets 6, to which pendulum rods 4 or angle levers 4a are articulated, are fastened to the structure 1 diametrically opposite one another.
  • These pendulum rods 4 or angle levers 4a take up the weight of the damper mass 2, which can have the shape of a closed or open circular ring or polygonal ring, for example.
  • Both resilient and damping friction spring elements 3 are arranged between the pendulum rods 4 or the angle levers 4a and the structure 1. These elements 3 can engage at any point on the pendulum rods 4 or the angle lever 4a and on the building-side fastening strips 5. They are connected by suitable articulated connections 7, for example ball joints with fork heads and bolts, to the pendulum rods 4 or the angle levers 4a and the coupling strips 5.
  • the friction spring elements 3 have a damping in their ring elements due to the friction and an adjustable, precisely determinable spring characteristic due to the composition (type, number) and the preload. It is also advantageous that the resilient and damping properties of the friction spring element 3 are independent of the oscillation speed, oscillation frequency and temperature.
  • the elements 3 are also corrosion-resistant and practically maintenance-free. Due to the shape of the arrangement, they take up little space. Due to the very variable arrangement of the friction spring elements 3, a damper design can be tuned to any natural frequency within the framework of the specified geometry, i.e. a change in the natural damper frequency is possible at any time.
  • the friction spring element 3 is essentially formed from outer rings 3a and axially slotted inner rings 3b, which interact via conical contact surfaces and are arranged within a housing 3c, 3d.
  • the housing has a fastening eye 3e at the ends of its two telescoping housing parts 3c and 3d.
  • a central screw 3f is used to adjust the preload of the friction spring element 3.
  • the friction spring element 3 can also be stressed by suitable articulation in the pulling and pushing directions.
  • a modification, not shown, for example FIGS. 1 and 2 may consist in replacing some friction spring elements 3 by articulated, rigid connecting parts. Deviating from the exemplary embodiments shown, it is also entirely possible to arrange friction spring elements 3 radially between the structure 1 and the damper mass 2. Combinations of radial, tangential and vertical arrangements of friction spring elements 3; For example, in addition to the friction spring elements 3 lying tangentially in FIGS. 1 and 2 or to the friction spring elements 3 standing vertically according to FIG. 3, friction spring elements 3 can also be arranged radially.

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Abstract

Es wird eine Anordnung beschrieben zur Dämpfung von Schwingungen an Bauwerken (1) oder Bauteilen, bestehend aus einer Dämpfermasse (2), die über federnde und schwingungsdämpfende Elemente mit dem Bauwerk (1) oder Bauteil verbunden ist. Als federnde und schwingungsdämpfende Elemente sind Reibungsfeder-Elemente (3) vorgesehen, die radial, tangential und/oder senkrecht zur Richtung der zu dämpfenden Schwingungen am Bauwerk (1) oder Bauteil angeordnet sind (Fig. 1).

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Dämpfung von Schwin­gungen an Bauwerken oder Bauteilen, bestehend aus einer Dämpfermasse, die über federnde und schwingungsdämpfende Elemente mit dem Bauwerk oder Bauteil verbunden ist.
  • Es ist bekannt, Bauwerke oder Bauteile, welche durch äußere Erregung zur Schwingung in der Grundfrequenz oder einer höheren Eigenfrequenz neigen und keine genügende Eigendämpfung besitzen, insbesondere Stahl­kamine, Antennenträger, Pylone, Stützen, Seile oder Rohrleitungen, durch dynamische Schwingungsdämpfer vor Schäden zu bewahren. Die Erre­gung kann bei den genannten Bauwerken z.B. durch den Wind hervorgerufen sein oder seismischen Ursprung haben. Normalerweise bestehen die bekann­ten dynamischen Schwingungsdämpfer aus einer Dämpfermasse, die pendelnd oder über ein Schwingelement, z.B. ein axial belastetes Gummielement, am Bauwerk oder Bauteil angebracht ist und deren pendelnde bzw. schwin­gende Bewegung durch besondere Dämpfungselemente, z.B. nach Art von Kraftfahrzeug-Schwingungsdämpfern (DE-OS 27 18 962) oder mit Drahtseil-­Schraubenfedern (DE-PS 28 06 757),gedämpft ist.
  • Für die weitere Entwicklung auf diesem Gebiet kommt es insbesondere da­rauf an, Schwingungsdämpfer zu finden, die weitgehend verschleißfrei und wartungsarm sind und klar definierte nichtlineare Kennlinien aufwei­sen, so daß eine eindeutige Berechenbarkeit möglich ist. Weiter ist eine schwingungsdämpfende Anordnung wünschenswert, deren Eigenfrequenz mit ein und demselben Element über einen größeren Frequenzbereich variiert werden kann.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der gattungs­gemäßen Art so vorzunehmen, daß die vorgenannten günstigen Eigenschaften erzielt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als federnde und schwingungsdämpfende Elemente Reibungsfeder-Elemente vorgesehen sind, die radial, tangential und/oder senkrecht zur Richtung der zu dämpfenden Schwingungen am Bauwerk oder Bauteil angeordnet sind.
  • Bei der Erfindung wird eine pendelnde Aufhängung der Dämpfermasse mit Pendelstangen oder Winkelhebeln gewählt, die eine beliebige Anordnung der Reibungsfeder-Elemente erlaubt. Dadurch ergibt sich eine große Band­breite der einstellbaren Eigenfrequenz des Schwingungsdämpfers und eine große Variation in der Ausführung. Ferner ist die Störanfälligkeit und Wartungsbedürftigkeit sehr gering.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Federungs- und Dämpfungseigenschaften der Reibungsfeder-Elemente durch Art, Anzahl und Vorspannung der Ringelemente einstellbar. Ferner kann durch die freie Wahl der Vorspannung eine große Nichtlinearität des Reibungsfeder-Ele­ments erreicht werden. Dadurch kann ein größerer Frequenzbereich bei einer Einstellung des Elements abgedeckt werden.
  • Das mit einem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer ausgerüstete Bauwerk oder Bauteil wird in erster Linie so ausgeführt, daß die Dämpfermasse an Pendelstangen aufgehängt ist und die Dämpfermasse sich über die Stangen an den Ringfeder-Elementen abstützt. Eine andere Ausführungsform ist die Aufhängung an Winkelhebeln, die gelenkig gelagert sind. Die Dämpfermasse stützt sich dabei indirekt über die Reibungsfeder-Elemente ab. Die Reak­tion auf das Bauwerk wird dabei durch die obere Aufhängung übertragen. In beiden Fällen ist durch die Anordnung der Reibungsfeder-Elemente eine stufenlose Veränderung der Hebelarme und durch eine Veränderung der Nei­gung der Elemente zum Hebel eine stufenlose Kraftübersetzung erzielbar. Diese Variationsbreite hat einen großen Vorteil. Sollten vorausgegangene Berechnungen für das Bauwerk oder Bauteil durch nicht richtige Angaben insbesondere im Hinblick auf die maßgebenden Eigenfrequenzen und die reduzierten dynamischen Ersatzmassen fehlerhaft sein, oder sind an dem Bauwerk Veränderungen aufgetreten, so ist der Schwingungsdämpfer ohne besonderen Aufwand auf die neuen Auslegungswerte einzustellen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung prinzipartig dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen auf der Innenseite eines Antennenträgers angebrachten dynamischen Schwin­gungsdämpfer gemäß Erfindung mit Pendelstangen,
    • Fig. 2 die Draufsicht auf den Schwingungsdämpfer nach Fig. 1,
    • Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen auf der Innenseite eines Antennenträgers angebrachten dynamischen Schwin­gungsdämpfer gemäß Erfindung mit Winkelhebeln,
    • Fig. 4 eine Seitenansicht eines auf der Außenseite eines Kamins angebrachten dynamischen Schwingungsdämpfers gemäß Erfin­dung mit Pendelstangen,
    • Fig. 5 ein federndes und schwingungsdämpfendes Reibungsfeder-­Element als Einzelteil im Längsschnitt.
  • Wie in Fig. 1 und 4 dargestellt, können die erfindungsgemäßen dynamischen Schwingungsdämpfer innen oder außen an einem Bauwerk 1, z.B. Antennen­träger, Kamin oder Mast, angebracht werden.
  • Am Bauwerk 1 sind diametral gegenüberliegend Konsolen 6 befestigt, an denen Pendelstangen 4 bzw. Winkelhebel 4a angelenkt sind. Diese Pendel­stangen 4 bzw. Winkelhebel 4a nehmen das Gewicht der Dämpfermasse 2 auf, welche z.B. die Form eines geschlossenen oder offenen Kreisringes oder mehreckigen Ringes haben kann. Zwischen den Pendelstangen 4 bzw. den Winkelhebeln 4a und dem Bauwerk 1 sind sowohl federnde als auch dämpfende Reibungsfeder-Elemente 3 angeordnet. Diese Elemente 3 können an beliebigen Stellen der Pendelstangen 4 bzw. derWinkelhebel 4a und bauwerkseitig befe­stigten Anlenkleisten 5 angreifen. Sie werden durch geeignete gelenkige Verbindungen 7, z.B. Kugelgelenke mit Gabelkopf und Bolzen, an die Pendel­stangen 4 bzw. die Winkelhebel 4a und die Anlenkleisten 5 angebunden.
  • Die Reibungsfeder-Elemente 3 haben wegen der Reibung in ihren Ringele­menten eine Dämpfung und aufgrund der Zusammensetzung (Art, Anzahl) und der Vorspannung eine einstellbare, genau bestimmbare Federkenn­linie. Vorteilhaft ist weiter, daß die sowohl federnden als auch dämp­fenden Eigenschaften des Reibungsfeder-Elements 3 unabhängig von Schwing­geschwindigkeit, Schwingfrequenz und Temperatur sind. Die Elemente 3 sind überdies korrosionsbeständig und praktisch wartungsfrei. Durch die Form der Anordnung nehmen sie wenig Platz in Anspruch. Durch die sehr variable Anordnung der Reibungsfeder-Elemente 3 kann eine Dämpferausführung auf eine beliebige Eigenfrequenz, im Rahmen der vorgegebenen Geometrie, abge­stimmt werden, d.h., es ist zu jeder Zeit eine Veränderung der Dämpfer­eigenfrequenz möglich.
  • Gemäß Fig. 5 ist das Reibungsfeder-Element 3 im wesentlichen aus Außen­ringen 3a und axial geschlitzten Innenringen 3b gebildet, die über koni­sche Berührungsflächen zusammenwirken und innerhalb eines Gehäuses 3c, 3d angeordnet sind. Das Gehäuse hat an den Enden seiner beiden, teleskop­artig ineinander geführten Gehäuseteile 3c und 3d jeweils ein Befesti­gungsauge 3e. Zum Einstellen der Vorspannung des Reibungsfeder-Elements 3 dient eine zentrale Schraube 3f. Das Reibungsfeder-Element 3 ist im übri­gen durch geeignete Anlenkung in Zug- und Druckrichtung beanspruchbar.
  • Eine nicht dargestellte Abwandlung, beispielsweise der Fig. 1 und 2, kann darin bestehen, einige Reibungsfeder-Elemente 3 durch gelenkig an­geordnete, starre Verbindungsteile zu ersetzen. Abweichend von den gezeig­ten Ausführungsbeispielen ist es auch durchaus möglich, Reibungsfeder-­Elemente 3 radial zwischen dem Bauwerk 1 und der Dämpfermasse 2 anzuord­nen. Ebenso vorstellbar sind Kombinationen von radialen, tangentialen und senkrechten Anordnungen von Reibungsfeder-Elementen 3; beispielsweise können ergänzend zu den in Fig. 1 und 2 tangential liegenden Reibungsfeder-­Elementen 3 oder zu den gemäß Fig. 3 senkrecht stehenden Reibungsfeder-­Elementen 3 auch Reibungsfeder-Elemente 3 radial angeordnet sein.

Claims (6)

1. Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Bauwerken (1) oder Bau­teilen, bestehend aus einer Dämpfermasse (2), die über federnde und schwingungsdämpfende Elemente mit dem Bauwerk (1) oder Bauteil verbun­den ist, dadurch gekennzeichnet, daß als federnde und schwingungsdämp­fende Elemente Reibungsfeder-Elemente (3) vorgesehen sind, die radial, tangential und/oder senkrecht zur Richtung der zu dämpfenden Schwin­gungen am Bauwerk (1) oder Bauteil angeordnet sind.
2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federungs- und Dämpfungseigenschaften der Reibungsfeder-Elemente (3) durch Art, Anzahl und Vorspannung der Ringelemente (3a, 3b) einstellbar sind.
3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung von Schwingungen des Bauwerks (1) oder Bauteils sowohl in seiner Grundeigenfrequenz als auch in höheren Eigenfrequenzen durch die Reibungsfeder-Elemente (3) mit einstellbarer, nichtlinearer Feder­kennlinie gegeben ist.
4. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Eigenfrequenz des Schwingungsdämpfers durch die räum­liche Anordnung der Reibungsfeder-Elemente (3) stufenlos einstellbar ist (Hebelwirkung).
5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Trägheitskraft der Dämpfermasse (2) infolge der Schwin­gungen an den Reibungsfeder-Elementen (3) oder über Pendelstangen (4) bzw. Winkelhebel (4a) in Verbindung mit den Reibungsfeder-Elementen (3) abgestützt ist.
6. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Gewicht der Dämpfermasse (2) an gelenkig gela­gerten Pendelstangen (4) oder gelenkig gelagerten Winkelhebeln (4a) aufgehängt ist.
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