WO2016037958A1 - Einrichtung zum tilgen und dämpfen von schwingungen an bauwerken - Google Patents

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WO2016037958A1 PCT/EP2015/070329 EP2015070329W WO2016037958A1 WO 2016037958 A1 WO2016037958 A1 WO 2016037958A1 EP 2015070329 W EP2015070329 W EP 2015070329W WO 2016037958 A1 WO2016037958 A1 WO 2016037958A1
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damper
damper cell
damping
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PCT/EP2015/070329
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Kersten Latz
Thomas Bittermann
Hannah KLINNER
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Hochschule Wismar
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    • E01F8/0005—Arrangements for absorbing or reflecting air-transmitted noise from road or railway traffic used in a wall type arrangement
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the invention relates to a device for eradicating and damping of
  • Vibrations on structures especially slender structures, such as towers, masts, wind turbines or the like. with at least one damper cell, which contains a fluid sloshing therein, the damper cell filling only to a predetermined level.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned, even with lean structures structurally advantageous to accommodate and allows effective damping of excited vibrations.
  • the damper cell an annular space with undivided ring shape with an inner ring height, with an iw ho- has a horizontal bottom, peripheral outer and inner walls and with the annular space in the ring height from the bottom upwards concluding top wall and that in the fluid-free annular space formed between the fluid surface and the cover wall a plurality of floating bodies are provided.
  • Tall, slender structures often have relatively low natural frequencies of bending vibration well below 1 Hz.
  • a coordinated, linear damper cell must have a length of several meters.
  • such structures usually have a quasi-rotationally symmetric vibration behavior. So you would have to accommodate many such long damper cells in different orientations. That would be neither spatial nor weighty to accommodate.
  • the undivided ring shape proposed by the invention is independent of the orientation of the vibration and is effective in all modes of vibration excitation. This makes it possible to accommodate the damper cell as a ring in the head even tall slender masts, such as wind turbines or power pylons, without making the building misshapen.
  • the space formed within the ring forms an opening for structural elements of the structure, such as pipes, stairs, elevators or the like. and does not limit the function of the structure.
  • US 4,951, 441 A describes a fluid damper, in which the main feature is the spherical shape of the damper cells, which can be divided in various ways. It is also mentioned there (in Fig. 8) that a thin layer of small particles can float on the liquid in the spherical space, which can influence the damping during the sloshing of the liquid due to collisions with one another. In the invention, however, the air space above the fluid level are pushed up to a considerable extent filling float when burning the fluid on the outer wall to the top wall.
  • EP 0 686 733 B2 also describes a vibration damper for vibration-prone components or structures with quasi-rotationally symmetrical vibration behavior.
  • individual chambers filled with a liquid are used, which are arranged in a ring-shaped manner in a radially symmetrical arrangement on the structure.
  • the damper cell has a circular shape, with a preferred ratio of outside and inside diameter between 1, 25 and 4, in particular between 1, 5 and 2.5.
  • the precise dimensions of the damper cell are determined by the natural frequency of the structure, the resonant mass and the desired degree of damping. In addition to the basic dimensions of the damper cell, this also determines the amount of fluid and possibly the number of superposed damper cells, which is entirely possible and useful can. However, important are the relations of the dimensions of the damper cell and its contents. Thus, it is advantageous if the ring height is between 10% and 35%, preferably between 20% and 30% of the horizontal dimensions.
  • the annular space formed above the fluid surface in the damper cell can advantageously be filled to 50% to 90%, preferably 60% to 80%, with floating bodies, based on the bulk volume, that is to say including the intermediate spaces formed between the floating bodies. It is also preferred if the damper cell (21) is filled with the fluid (22) at a filling level h between 20% and 70%, preferably 40% and 60%, of the ring height.
  • the floats a compact, preferably spherical shape approximated shape, in particular spherical shape, with dimensions or diameter, between 2% and 10% of the diameter of the outer wall, for example between 1 cm to 15 cm, preferably between 3 to 8 cm and / or have a specific mass of less than 1 00 kg / m 3 , preferably less than 30 kg / m 3 .
  • plastic preferably of expanded plastic, such as expanded polystyrene (EPS) (trade name: Styrofoam) or extruded polystyrene (XPS) or foam glass, but also of all other buoyant and abrasion resistant materials, also made of hollow bodies.
  • EPS expanded polystyrene
  • XPS extruded polystyrene
  • the fluid is understood here as a flowable medium with the exception of gases, which has a significant mass, for example, in the region of that of water.
  • a major ingredient will be a liquid, for example water, but which may be supplemented, for example, with an antifreeze.
  • the fluid may be provided with increased damping properties during its movement and may have an increased viscosity relative to water.
  • Also stored or floating or emulsified bodies or particles may have a damping effect due to the flow resistance arising during the movement. It is not mandatory for liquids to be involved in the fluid. Even media that consist of solids, gel or similar are possible.
  • the fluid may consist of a material which is free-flowing during movement and essentially consists of solid particles, for example a non-Newtonian fluid such as possibly bentonite mixed with water, or may contain this as the main constituent.
  • Fig. 1 is a vertical section through the head of a wind turbine with an integrated device for vibration damping and
  • Fig. 2 is a section along the line II-II in Fig. 1st Detailed Description of a Preferred Embodiment
  • Fig. 1 shows the head 19 of a wind turbine 1 3, which carries on a turntable formed by a large steel tower 44 on a turntable 16, a machine housing 15 in which a generator 14 and the associated control and circuit facilities are housed. Via a shaft 30, the generator is driven by a rotor 40 which carries rotor blades 42 on a hub 41. At the upper part of the tower 44, but below the head 19 and the rotating crane 16, a device 12 for vibration damping of the wind turbine 13 is arranged. It consists mainly of a damper cell 20, which, as FIG. 2 shows, is cylindrical-ring-shaped.
  • the annular damper cell 20 has an i.w. level, horizontal bottom 25, a circular outer wall 23, a likewise circular inner wall 24 and a flat horizontal top wall 26. Thus, it forms a closed except for a filling opening undivided annular space 21 which surrounds an inner cylindrical space 35.
  • the tube forming the tower passes through to the head of the wind turbine, so either through the space 35, so that the damper cell 20 is arranged as a wreath around the tower tube around, or if the dimensions of the damper cell allow around them so that then the damper cell can be located inside the tower.
  • a wind turbine has a resonant mass of about 200,000 kilograms and a first natural frequency (flexural vibration) of 0.3 Hz.
  • the damper cell comprises a circular ring container with inner dimensions d a of the outer wall 23, ie inner diameter of the container, of 3m, and outer dimensions d, the inner wall 24 of 1, 5m, ie an annular space 21 of 0.75 m width.
  • the inner height H is 0.8 meters between bottom 25 and top wall 26.
  • the annular space 21 is filled with a comparable in their mass and flow properties of water fluid 22 with a level h of 0.45 meters. This results in a total fluid mass of about 4,800 kg, so only about 2.5% of the mitschwingenden mass.
  • the fluid-free annular space 32 bounded by outer wall 23, inner wall 24, top wall 26 and fluid surface (level 34 at rest) is filled with 1, 2m 3 (bulk volume) of floats 33, here Styrofoam balls, which thus 65% of the free Volume of the room 32 occupy.
  • 1, 2m 3 (bulk volume) of floats 33 here Styrofoam balls, which thus 65% of the free Volume of the room 32 occupy.
  • the cylindrical space 35 formed within the ring forms a passageway for constructional elements of the structure.
  • an elevator or ladder 1 7 and a cable duct 36 pass through.
  • the damper cell 20 thus does not affect the structure and is included in the construction both functionally and statically.
  • Too small an amount of floats would result in too weak damping. Too large an amount of floats would cancel the eradicating effect of the fluid and also not lead to the desired result.
  • all flowable media can be used, which have a sufficient specific mass to exert appropriate vibration-damping forces by one of the deflection movements, ie the vibration, induced wave motion.
  • These include, first and foremost, water and all its solutions and emulsions with media which can improve and ensure its properties in terms of the desired effect, for example antifreeze, salts, etc.
  • oils and other such media are useful, but it should Care should be taken with all media to ensure that they are environmentally compatible and possibly biodegradable in the event of damage to the damper cell.

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Abstract

Eine Einrichtung (12) zum Tilgen und Dämpfen von Schwingungen an Bauwerken, insbesondere schlanken Bauwerken, wie Türmen, Masten, Windkraftanlagen (13) o.dgl., enthält wenigstens eine Dämpferzelle (20), die teilweise mit einem darin schwappenden, die Dämpferzelle nur zu einer vorgegebenen Füllhöhe (h) ausfüllenden Fluid (22) gefüllt ist. Um eine solche Einrichtung zu schaffen, die auch bei schlanken Bauwerken baulich vorteilhaft unterzubringen ist und eine wirkungsvolle Dämpfung von angeregten Schwingungen ermöglicht, weist die Dämpferzelle einen Ringraum (21) mit unaufgeteilter Ringform mit einer inneren Ringhöhe, mit einem i.w. horizontalen Boden (25), umlaufenden Außen-und Innenwandungen (23, 24) und mit den Ringraum in der Ringhöhe(H)vom Boden nach oben abschließender Deckwandung (26) auf. In dem zwischen Fluidoberfläche (34) und Deckwandung gebildeten fluidfreien Ringraum (32) sind eine Vielzahl von Schwimmkörpern (33) vorgesehen, die auf der Fluid-Oberfläche schwimmen. Sie ermöglichen eine wirkungsvolle und schnelle Dämpfung angeregter Schwingungen.

Description

Einrichtung zum Tilgen und Dämpfen von Schwingungen
an Bauwerken
Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Tilgen und Dämpfen von
Schwingungen an Bauwerken, insbesondere schlanken Bauwerken, wie Türmen, Masten, Windkraftanlagen o.dgl. mit wenigstens einer Dämpferzelle, die ein darin schwappendes, die Dämpferzelle nur zu einer vorgegebenen Füllhöhe ausfüllendes Fluid enthält.
Das Grundprinzip dieser Art von Schwingungs-Tilgung bzw. -Dämpfung geht davon aus, dass in einer mit dem Fluid nicht vollständig gefüllten Zelle das Fluid in Form einer Welle schwappt, auf eine Stirnwand der Zelle trifft, und auf diese eine Kraft ausübt, wenn sie reflektiert wird, und in die Ge- genrichtung zurück läuft. Infolge der Abstimmung mit der Eigenschwingungsfrequenz des Bauwerks wirken jeweils die von dem Fluid auf die Zellwandungen ausgeübten Kräfte der Schwingung entgegen und wirken so tilgend. Wichtig ist jedoch eine optimale Dämpfung, um ein rasches Abklingen der Schwingung zu bewirken, insbesondere, wenn eine kontinuier- liehe oder periodische Schwingungsanregung vorhanden ist, wie sie beispielsweise durch Wind, bei Windkraftanlagen auch durch die Rotorblätter etc. vorkommt.
Aufgabe und Lösung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, auch bei schlanken Bauwerken baulich vorteilhaft unterzubringen ist und eine wirkungsvolle Dämpfung von angeregten Schwingungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Dämpferzelle einen Ringraum mit unaufgeteilter Ringform mit einer inneren Ringhöhe, mit einem i.w. ho- rizontalen Boden, umlaufenden Außen- und Innenwandungen und mit den Ringraum in der Ringhöhe vom Boden nach oben abschließender Deckwandung aufweist und dass in dem zwischen Fluidoberfläche und Deckwandung gebildeten fluidfreien Ringraum eine Vielzahl von Schwimmkör- pern vorgesehen sind .
Hohe schlanke Bauwerke haben oft relativ niedrige Eigenfrequenzen der Biegeschwingung von weit unter 1 Hz. Eine darauf abgestimmte, lineare Dämpferzelle muss eine Länge von mehreren Metern haben. Außerdem haben solche Bauwerke meist ein quasi-rotationssymmetrisches Schwingungsverhalten. Man müsste also zahlreiche solcher langen Dämpferzellen in verschiedenen Ausrichtungen unterbringen. Das wäre weder räu mlich noch gewichtsmäßig unterzubringen. Die von der Erfindung vorgeschla- genene ungeteilte Ringform ist dagegen von der Ausrichtung der Schwin- gung unabhängig und in allen Schwingungsanregungsrichtu ngen wirksam. Das ermöglicht es, die Dämpferzelle als Ring im Kopf auch hoher schlanker Masten, wie beispielsweise bei Windkraftanlagen oder Hochspannungsmasten unterzubringen, ohne dass es das Bauwerk unförmig macht. Der innerhalb des Ringes gebildete Raum bildet einen Durchlass für kon- struktive Elemente des Bauwerks, wie Leitungen, Treppen, Fahrstühle o.dgl. und schränkt die Funktion des Bauwerks nicht ein.
Es wird hier nicht übersehen, dass der Stand der Technik bereits Dämpfungsmethoden für Bauwerke beschreibt, die mit einer Wellenbewegung in Behältern wirken. So beschreibt die US 4,951 ,441 A einen Fluid-Dämpfer, bei dem das Hauptmerkmal die Kugelform der Dämpferzellen ist, die auf verschiedene Weise unterteilt werden kann. Es ist dort (zu Fig. 8) auch erwähnt, dass auf der in dem kugelförmigen Raum befindlichen Flüssigkeit eine dünne Schicht kleiner Partikel schwimmen kann, die beim Schwappen der Flüssigkeit aufgrund von Kollisionen miteinander die Dämpfung beeinflussen können. Bei der Erfindung werden hingegen die Luftraum über dem Fluid-Niveau zu einem erheblichen Teil füllenden Schwimmkörper beim Anbranden des Fluids an der Außenwandung bis zur Deckwandung hochgedrückt. Ihre zahlreichen, sich zwischeneinander bildenden Durchlässe werden durch- strömt, wobei die Deckwandung das Ausweichen der Schwimmkörper nach oben verhindert. Das führt zu einer erheblichen Turbulenz in dem Fluid und einem Abbau der Schwingungsenergie. Beim Zurückschwappen öffnen sich dagegen die Durchlässe, weil die Schwimmkörper nicht mehr zusammengedrängt werden , das Fluid fällt schnell auf sein ursprüngliches Niveau zurück und steht für die Aktion auf der gegenüberliegenden Seite der Dämpferzelle zur Verfügung .
Auch die EP 0 686 733 B2 beschreibt einen Schwingungsdämpfer für schwingungsgefährdete Bauteile oder Bauwerke mit quasi-rotationssym- metrischem Schwingungsverhalten. Verwendet werden dabei mit einer Flüssigkeit gefüllte Einzelkammern, die ringförmig i n radialsymmetrischer Anordnung am Bauwerk angeordnet sind .
Die DE 3 640 479 A beschreibt eine Schwingungsdämpfung für aufrecht stehende Bauteile mit seitlichen Verspannungen, die gesondert fundamen- tiert werden müssen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Dämpferzelle eine Kreisringform, mit einem bevorzugten Verhältnis von Außen- und Innendurchmesser zwischen 1 ,25 und 4, insbesondere zwischen 1 ,5 und 2,5.
Die genauen Abmessungen der Dämpferzelle ermitteln sich aus der Eigenfrequenz des Bauwerks, der mitschwingenden Masse und dem erwünsch- ten Dämpfungsgrad. Daraus ermittelt sich neben den Grundabmessungen der Dämpferzelle auch die Fluidmenge und ggf. die Anzahl übereinander angeordneter Dämpferzellen, was durchaus möglich und sinnvoll sein kann. Wichtig sind jedoch die Relationen der Abmessungen der Dämpferzelle und ihres Inhalts. So ist es vorteilhaft, wenn die Ringhöhe zwischen 10% und 35%, vorzugsweise zwischen 20% und 30% der Horizontalabmessungen beträgt. Der oberhalb der Fluidoberfläche in der Dämpferzelle gebildete Ringraum kann vorteilhaft zu 50% bis 90%, vorzugsweise 60% bis 80%, mit Schwimmkörpern gefüllt sein , basierend auf dem Schüttvolumen, also inklusive der zwischen den Schwimmkörpern gebildeten Zwischenräume. Es ist auch bevorzugt, wenn die Dämpferzelle (21 ) in einer Füllhöhe h zwischen 20% und 70%, vorzugsweise 40% und 60%, der Ringhöhe mit dem Fluid (22) gefüllt ist.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Schwimmkörper eine kompakte, vorzugsweise einer Kugelform angenäherte Form, insbesondere Kugelform, mit Abmessungen bzw. Durchmesser, zwischen 2% und 10% des Durch- messers der Außenwandung z.B. zwischen 1 cm bis 15 cm, vorzugsweise zwischen 3 bis 8 cm und/oder eine spezifische Masse von unter 1 00 kg/m3, vorzugsweise unter 30 kg/m3 haben. Sie können aus Kunststoff, vorzugsweise aus Schaumkunststoff, wie expandiertem Polystyrol (EPS) (Handelsname: Styropor) bzw. extrudiertem Polystyrol (XPS) oder Schaumglas, aber auch aus allen anderen schwimmfähigen und abriebfesten Materialien, auch aus Hohlkörpern bestehen.
Als Fluid wird hier ein strömungsfähiges Medium mit Ausnahme von Gasen verstanden, das eine nicht unerhebliche spezifische Masse, beispielsweise im Bereich derer von Wasser, aufweist. In den meisten Fällen wird ein Hauptbestandteil eine Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, sein, die jedoch mit Zusätzen versehen sein kann, beispielsweise mit einem Frostschutzmittel. Das Fluid kann jedoch mit bei seiner Bewegung erhöhten Dämpfungseigenschaften versehen sein, und gegenüber Wasser eine erhöhte Viskosität aufweisen. Auch eingelagerte und darin schwebende oder emul- gierte Körper oder Partikel können aufgrund des bei der Bewegung entstehenden Strömungs-Widerstandes dämpfend wirken. An dem Fluid müssen nicht zwingend Flüssigkeiten beteiligt sein. Auch Medien, die aus Festkörpern bestehen, gelartig oder ähnlich geartet sind, sind möglich. So kann beispielsweise das Fluid aus einem bei Bewegung fließfähigen, im Wesentlichen aus Feststoff Partikeln bestehenden Material, z.B. ein nicht-newtonsches Fluid wie ggf. mit Wasser versetztes Bentonit, bestehen oder dies als Hauptbestandteil enthalten.
Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprü- chen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch den Kopf einer Windkraftanlage mit einer integrierten Einrichtung zur Schwingungsdämpfung und
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 . Detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt den Kopf 19 einer Windkraftanlage 1 3, die auf einem aus einem großen Stahlrohr gebildeten hohen Turm 44 auf einem Drehkranz 16 ein Maschinengehäuse 15 trägt, in dem ein Generator 14 und die zugehörigen Steuerungs- und Schaltungs-Einrichtungen untergebracht sind. Über eine Welle 30 wird der Generator von einem Rotor 40 angetrieben, der an einer Nabe 41 Rotorblätter 42 trägt. Am oberen Teil des Turms 44, jedoch unterhalb des Kopfes 19 und des Drehkranes 16, ist eine Einrichtung 12 zur Schwingungsdämpfung der Windkraftanlage 13 angeordnet. Sie besteht hauptsächlich aus einer Dämpferzelle 20 die, wie auch Fig. 2 zeigt, zylinder-ringförmig ausgebildet ist.
Die ringförmige Dämpferzelle 20 hat einen i.w. ebenen, horizontalen Boden 25, eine kreisförmige Außenwandung 23, eine ebenfalls kreisförmige Innenwandung 24 und eine ebene horizontale Deckwandung 26. Es bildet sich also ein bis auf eine Füll-Öffnung abgeschlossener ungeteilter Ringraum 21 , der einen inneren zylindrischen Raum 35 umgibt. Statisch vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der das den Turm bildende Rohr bis zum Kopf der Windkraftanlage durchläuft, also entweder durch den Raum 35 hindurch, so dass die Dämpferzelle 20 als Kranz um das Turmrohr herum angeordnet ist, oder, wenn die Abmessungen der Dämpferzelle das erlauben, um diese herum, so dass dann die Dämpferzelle innerhalb des Turmes angeordnet sein kann.
Bei einem Beispiel ergeben sich folgende Werte: eine Windkraftanlage hat eine mitschwingenden Masse von rund 200.000 Kilogramm und eine erste Eigenfrequenz (Biegeschwingung) von 0,3Hz. Die Dämpferzelle umfasst einen Kreisringbehälter mit Innenabmessungen da der Außenwandung 23, d.h. Innendurchmesser des Behälters, von 3m, und Außenabmessungen d, der Innenwandung 24 von 1 ,5m, also einen Ringraum 21 von 0,75m Breite. Die Innenhöhe H beträgt 0,8 Meter zwischen Boden 25 und Deckwandung 26. Der Ringraum 21 ist mit einem in ihren Massen- und Fließeigenschaften Wasser vergleichbaren Fluid 22 mit einer Füllhöhe h von 0,45 Meter gefüllt. Das ergibt eine Gesamtfluid-Masse von ca. 4.800 kg , also nur ca. 2,5% der mitschwingenden Masse. Der fluidfreie Ringraum 32, begrenzt durch Außenwandung 23, Innenwandung 24, Deckwandung 26 und Fluid- Oberfläche (Niveau 34 im Ruhezustand) ist gefüllt mit 1 ,2m3 (Schüttvolumen) von Schwimmkörpern 33, hier Styropor-Kugeln, die damit 65% des freien Volumens des Raumes 32 einnehmen. Damit ist ein optimaler Dämpfungsgrad (dimensionslose Größe für die Dämpfung eines schwing- fähigen Systems) von ca. Dopt = 0,08 nach DEN HARTOG zu erzielen.
Es ist zu erkennen, dass der innerhalb des Ringes gebildete zylindrische Raum 35 einen Durchlass für konstruktive Elemente des Bauwerks bildet. Im dargestellten Beispiel führt eine Fahrstuhl oder Leiter 1 7 und ein Kabel- schacht 36 hindurch. Die Dämpferzelle 20 beeinträchtigt also nicht den Aufbau und ist in die Konstruktion sowohl funktionsmäßig als auch statisch einbezogen.
Bei einer Schwingungsanregung durch Wind oder andere äußere Einflüs- se, wie beispielsweise dem Durchlaufen der Rotorblätter 42, wird der ganze Kopf 19 der Windkraftanlage 1 3 einschließlich der Dämpferzelle 20 in einer Auslenkungsrichtung ausgelenkt, so dass infolge der Massenträgheit das demgegenüber zurückbleibende Fluid 22 in der Dämpferzelle 20 entgegen der Auslenkung zurück schwappt und an der Außenwandung 23 anbrandet, so dass auf dieser Seite das Fluid-Niveau ansteigt. Dies erzeugt einen der Schwingungsanregung entgegengesetzten Impuls , der zu einer teilweisen Schwingungs-Tilgung führt. Auch die Schwerpunktsverlagerung durch die Verlagerung des Fluids zur der der Auslenkung entgegengesetzten Seite der Dämpferzelle wirkt sich schwi ngungstilgend aus. Die auf dem Fluid schwimmenden Schwimmkörper 33 steigen dort mit dem Fluid 22 hoch, bis sie an der Deckwandung 26 anstoßen. Das Fluid strömt in die Zwischenräume zwischen den Schwimmkörpern 33 hinein und zwi- sehen diesen hindurch. Es wird dadurch in erhebliche Turbulenz versetzt. Dadurch wird Schwingungsenergie vernichtet, was sich beim Zurückströmen fortsetzt, wenn das System in seiner Eigenfrequenz zurückschwingt. Durch die mittels der präzisen Dimensionierung von Art und Menge der Schwimmkörper erreichten optimalen Dämpfung, wird das System so be- einflusst, dass angeregte Schwingungen schnell abklingen und in keinem Fall ein Aufschaukeln infolge kontinuierlicher oder periodischer Schwingungsanregung erfolgen kann.
Eine zu geringe Menge an Schwimmkörpern würde eine zu schwache Dämpfung zur Folge haben. Eine zu große Menge an Schwimmkörpern würde die tilgende Wirkung des Fluides aufheben und ebenfalls nicht zum gewünschten Ergebnis führen.
Als Fluid in der Dämpferzelle können alle fließfähigen Medien eingesetzt werden, die eine ausreichende spezifische Masse haben, um durch eine von den Auslenkungsbewegungen, d.h. der Schwingung, ausgelöste Wellenbewegung angemessene schwingungstilgende Kräfte auszuüben. Dazu zählen in erster Linie Wasser und alle dessen Lösungen und Emulsionen mit Medien, die seine Eigenschaften im Hinblick auf den gewünschten Ef- fekt verbessern und sicherstellen können, zum Beispiel Frostschutzmittel, Salze etc. Auch Öle und andere derartige Medien sind brauchbar, es sollte jedoch bei allen Medien darauf geachtet werden, dass sie für den Fall einer Beschädigung der Dämpferzelle umweltverträglich und ggf. biologisch abbaubar sind.
Bezugszeichenliste
Einrichtung 12
Windkraftanlage 13
Generator 14
Maschinengehäuse 15
Drehkranz 16
Leiter 17
Kopf 19.
Dämpferzelle 20
Ringraum 21
Fluid 22
Außenwandung 23
Innenwandung 24
Boden 25
Deckwandung 26
Welle 30
(fluidfreier) Ringraum 32
Schwimmkörper 33
Niveau 34 zylindrischer Innenraum (Durchlass) 35
Kabelschacht 36
Rotor 40
Nabe 41
Rotorblätter 42
Turm 44
Innenhöhe H
Füllhöhe h
Innenabmessung Außenwandung da
Außenabmessung Innenwandung di

Claims

Patentansprüche
1 . Einrichtung zum Tilgen und Dämpfen von Schwingungen an Bauwerken, insbesondere schlanken Bauwerken, wie Türmen, Masten, Windkraftanlagen o.dgl. , mit wenigstens einer Dämpferzelle (20), die ein darin schwappendes, die Dämpferzelle nur zu einer vorgegebenen Füllhöhe (h) ausfüllendes Fluid enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferzelle einen Ringraum (21 ) mit unaufgeteilter Ringform mit einer inneren Ringhöhe (H), mit einem i.w. horizontalen Boden (25), umlaufenden Außen- und Innenwandungen (23, 24) und mit den Ringraum (21 ) in der Ringhöhe (H) vom Boden (25) nach oben abschließender Deckwandung (26) aufweist und dass in dem zwischen Fluid- oberfläche (34) und Deckwandung (26) gebildeten fluidfreien Ringraum (32) eine Vielzahl von Schwimmkörpern (33) vorgesehen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Dämpferzelle (20) eine Kreisringform hat, mit einem bevorzugten Verhältnis zwischen Außen- und Innendurchmesser von bis 1 ,5 und 2,5.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innerhalb des Ringes gebildete Raum (35) einen Durchlass für konstruktive Elemente des Bauwerks, wie Leitern (17), Treppen Leitungen (36), Fahrstühle o.dgl. bildet.
4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringhöhe (H) zwischen 10% und 35%, vorzugsweise zwischen 20% und 30% der Horizontalabmessungen (da) beträgt.
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmkörper (33) eine kompakte, vorzugsweise einer Kugelform angenäherte Form, insbe- sondere Kugelform, mit Abmessungen bzw. Durchmesser zwischen 1 cm bis 15 cm, vorzugsweise zwischen 3 bis 8 cm haben.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmkörper (33) eine spezifische Masse von unter 100 kg/m3, vorzugsweise unter 30 kg/m3 haben.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmkörper (33) aus Kunststoff, vorzugsweise aus Schaumkunststoff, wie expandiertem Polystyrol (EPS) (Handelsname: Styropor) bzw. extrudiertem Polystyrol (XPS) oder Schaumglas bestehen.
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oberhalb der Fluidoberfläche (34) in der Dämpferzelle (20) gebildete Ringraum (32) zu 40% bis 80%, vorzugsweise 50% bis 70% (Schüttvolumen inklusive Zwischenräumen), mit Schwimmkörpern (33) gefüllt ist.
9. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferzelle (20) in einer Füllhöhe (h) zwischen 20% und 70%, vorzugsweise 40% und 60%, der Ringhöhe (H) mit dem Fluid (22) gefüllt ist.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpferzelle (20) wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist:
a. sie enthält ein Fluid (22) mit bei seiner Bewegung erhöhten
Dämpfungseigenschaften, wie gegenüber Wasser erhöhter Viskosität, und/oder eingelagerten Körpern oder Partikeln; b. das das Fluid (22) besteht im Wesentlichen aus einem bei Bewegung fließfähigen, im Wesentlichen aus Feststoff-Partikeln bestehenden Material, z.B. Bentonit.
Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (22) überwiegend eine Flüssigkeit mit einer spezifischen Masse im Bereich der von Wasser enthält.
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