[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der gattungsgemäßen
Art so vorzunehmen, daß die vorgenannten günstigen Eigenschaften erzielt werden.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
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.