DE3214181C1

DE3214181C1 - Device for damping vibrations in structures and structural members

Info

Publication number: DE3214181C1
Application number: DE3214181A
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Phys. 4130 Moers Buchmann; Rolf Ing. Schürmann (grad.), 4232 Xanten
Original assignee: IBS SCHORNSTEINTECHNIK ROLF SC
Current assignee: IBS SCHORNSTEINTECHNIK ROLF SC
Priority date: 1982-04-17
Filing date: 1982-04-17
Publication date: 1983-11-17

Abstract

To suppress vibrations in structures (1), such as chimneys, television, radio or observation towers and the like, provision is made for a damper which vibrates freely in all horizontal directions and consists of spring elements (3) and a mass (4), the spring elements (3) carrying the mass. Since it is possible to dispense with vibration-damping elements in the form of shock absorbers or specially designed springs, the device is particularly space-saving. The spring elements (3) can consist of round bars or spiral springs and can be fixed to the structure (1) so as to stand or hang vertically. In cylindrical structures, e.g. chimneys, the mass (4) can be designed as an annular body and can be arranged outside or inside the structure (1) or above its top end. <IMAGE>

Description

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt; es zeigt Fig.1 das Kopfende eines Schornsteins mit einer außen umliegenden, teilweise geschnittenen Dämpfungseinrichtung in einer seitlichen Ansicht, F i g. 2 den Gegenstand der F i g. 1 in einer Draufsicht, F i g. 3 den Gegenstand der Fig. 1 mit einer abgewandelten Aufhängung, Fig.4 das Kopfende eines Schornsteins mit einer innen angeordneten Dämpfungseinrichtung in einem lotrechten Querschnitt, F i g. 5 den Gegenstand der F i g. 3 in einer Draufsicht, Fig.6 das Kopfende eines Doppelmantel- Schornsteins mit einer im Zwischenraum angeordneten Dämpfungseinrichtung, und Fig.7 eine auf dem Kopfende eines Schornsteins angeordnete Dämpfungseinrichtung in einem lotrechten Schnitt. Several exemplary embodiments are shown in the drawing; it Fig.1 shows the head end of a chimney with an externally surrounding, partially Sectional damping device in a side view, F i g. 2 the subject the F i g. 1 in a plan view, F i g. 3 shows the object of FIG. 1 with a modified one Suspension, Fig. 4 the head end of a chimney with a damping device arranged on the inside in a perpendicular cross-section, F i g. 5 the subject of FIG. 3 in a plan view, Fig. 6 the head end of a double jacket chimney with an im Intermediate space arranged damping device, and Fig. 7 one on the head end a chimney arranged damping device in a vertical section.

Bei dem in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind am Außenmantel eines Bauwerks 1, z. B. In the case of the FIG. 1 and 2 are the embodiment shown on the outer shell of a structure 1, z. B.

eines Schornsteins aus Stahlblech, vier Konsolen 2 angebracht, an denen je ein Federelement 3 in Form eines elastisch biegsamen Rundstabes hängend eingespannt ist. An den Federelementen 3 ist eine ringförmige Dämpfermasse 4 befestigt. Die Befestigung der Dämpfermasse 4 an den Federelementen 3 kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Beispielsweise kann eine Abstützung am oberen Rand der Dämpfermasse 4 vorgesehen sein; es besteht aber auch die Möglichkeit einer Befestigung am unteren Rand der Dämpfermasse 4, wie sie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist, mit dem Vorteil, daß eine größere Federlänge zur Verfügung steht und die Bauhöhe der Dämpfungsrichtung geringer ist. Hierbei ragen die Federelemente 3 frei durch Ausnehmungen bzw.a chimney made of sheet steel, four brackets 2 attached to each of which has a spring element 3 hanging in the form of an elastically flexible round rod is clamped. An annular damper mass 4 is attached to the spring elements 3. The attachment of the damper mass 4 to the spring elements 3 can be done in different ways Way done. For example, a support on the upper edge of the damper mass 4 may be provided; but there is also the possibility of fastening at the bottom Edge of the damper mass 4, as shown for example in Fig. 3, with the advantage that a greater spring length is available and the overall height of the damping direction is less. Here, the spring elements 3 protrude freely through recesses or

Ausschnitte in der Dämpfermasse 4. Die Eigenfrequenz der Dämpfermasse 4 ist auf die Resonanzfrequenz des Bauwerks 1 abgestimmt und beträgt etwa ein bis zwei Prozent der Gesamtmasse. Für einen Stahlkamin von z. B. zwei Meter Durchmesser mit einer Blechdicke von 10 mm und einer Höhe von 70 Metern kann z. B. eine Dämpfermasse 4 von lt gewählt werden. Der Abstand zwischen der ringförmigen Dämpfermasse 4 und dem Bauwerk 1 beträgt nur wenige Zentimeter, im genannten Beispiel 5 cm.Cutouts in the damper mass 4. The natural frequency of the damper mass 4 is matched to the resonance frequency of the structure 1 and is approximately one to two percent of the total mass. For a steel chimney of e.g. B. two meters in diameter with a sheet thickness of 10 mm and a height of 70 meters, z. B. a damper mass 4 to be chosen by lt. The distance between the annular damper mass 4 and the structure 1 is only a few centimeters, in the example mentioned 5 cm.

Die Ausführung nach den Fig.4 und 5 zeigt die Möglichkeit, die Dämpfungseinrichtung von außen unsichtbar im Inneren eines Schornsteins aus Stahlblech unterzubringen. Voraussetzung für diese Variante ist, daß der Werkstoff der Dämpfungseinrichtung und der Konsolen nicht von den durch den Kamin strömenden Gasen oder Dämpfen angegriffen wird. Bei dieser Ausführung sind die Konsolen 2 am Innenmantel des Bauwerks 1 befestigt bzw. angebracht. Die Federelemente 3 sind an den Konsolen 2 stehend eingespannt, und die ringförmige Dämpfermasse 4 ist an den oberen Enden der Federelemente 3 befestigt. The embodiment according to FIGS. 4 and 5 shows the possibility of the damping device invisible from the outside inside a chimney made of sheet steel. The prerequisite for this variant is that the material of the damping device and the consoles are not attacked by the gases or vapors flowing through the chimney will. In this embodiment, the brackets 2 are attached to the inner jacket of the structure 1 or attached. The spring elements 3 are clamped standing on the consoles 2, and the annular damper mass 4 is attached to the upper ends of the spring elements 3.

Bei der in F i g. 6 gezeigten Ausführung bildet der Außenmantel eines Doppelmantelkamins das schwingungserregte Bauwerk 1, in dem ein oder mehrere Rauchgaszüge angeordnet sind. Zur Unterdrückung der Schwingungen des Bauwerks 1 sind an dessen Innenmantel Konsolen 2 angebracht, an denen eine ringförmige Dämpfermasse 4 mittels Federelementen 3 in Form von Spiralfedern angehängt ist. In the case of the in FIG. 6, the outer jacket forms a Double-walled chimney, the vibration-excited structure 1, in which one or more flue gas ducts are arranged. To suppress the vibrations of the structure 1 are at its Inner jacket brackets 2 attached to which an annular damper mass 4 by means of Spring elements 3 in the form of spiral springs is attached.

Eine besonders einfache Ausführung zeigt F i g. 7 mit einer am Kopfende eines Bauwerks 1 angeordneten Dämpfungseinrichtung. Die die ringförmige Dämpfungsmasse 4 abstützenden Federelemente 3 sind unmittelbar am oberen Rand des Schornsteins befestigt. A particularly simple embodiment is shown in FIG. 7 with one at the head end a structure 1 arranged damping device. The the annular damping mass 4 supporting spring elements 3 are directly on the upper edge of the chimney attached.

Durch eine entsprechende Gestaltung der ringförmigen Dämpfermasse 4 bildet diese eine im Durchmesser gleiche Verlängerung des Schornsteins mit einem sehr geringen Abstand. Sie paßt sich genau der Gestaltung des Gesamtbauwerks an.By designing the annular damper mass accordingly 4 this forms an extension of the chimney with the same diameter very small distance. It adapts exactly to the design of the overall structure.

Anstelle einer ringförmigen Masse 4, welche als einteiliger Bauteil mit allen Federlementen 3 verbunden ist, kann auch jedes Federelement mit einer eigenen Dämpfermasse 4 ausgerüstet sein, wobei deren Form beliebig sein kann. Ebenso läßt sich die Dämpfermasse auch auf lotrecht nach oben weisenden Spiralfedern anordnen. Zur Erzielung einer geringen Bauhöhe für die Dämpfungseinrichtung können bei allen Ausführungen die Federelemente in Ausnehmungen der Dämpfermasse 4 angeordnet sein. Instead of an annular mass 4, which as a one-piece component is connected to all spring elements 3, each spring element can also have a be equipped own damper mass 4, the shape of which can be any. as well the damper mass can also be arranged on spiral springs pointing vertically upwards. In order to achieve a low overall height for the damping device, all The spring elements can be arranged in recesses in the damper mass 4.

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Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Dämpfung von Schwingungen an Bauwerken und Bauwerksteilen, wie Schronsteinen, Fernseh-, Funk- oder Aussichtstürmen u. dgl., bestehend aus einem oder mehreren in Richtung der zu dämpfenden Schwingungen elastisch biegsamen Tragelementen, die mit einem Ende am Bauwerk eingespannt und mit einer Dämpfermasse versehen sind, deren Eigenfrequenz auf die Erregerfrequenz des Bauwerks abgestimmt ist, da du r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Trägerelemente aus in allen horizontalen Richtungen frei schwingenden Federelementen (3) bestehen und die Dämpfermasse (4) an den schwingfähigen freien Enden der Federelemente (3) befestigt ist.Claims: 1. Device for damping vibrations on buildings and structural parts, such as step stones, television, radio or observation towers and the like, consisting of one or more elastic in the direction of the vibrations to be damped flexible support elements, which are clamped at one end to the structure and with a Damper mass are provided, the natural frequency of which is based on the excitation frequency of the building is coordinated, because you r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that the carrier elements consist of spring elements (3) swinging freely in all horizontal directions and the damper mass (4) at the free ends of the spring elements (3) that can oscillate is attached.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (3) aus federnden Rundstäben oder Spiralfedern bestehen. 2. Device according to claim 1, characterized in that the spring elements (3) consist of resilient rods or spiral springs.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (3) lotrecht stehend oder lotrecht hängend am Bauwerk (1) befestigt sind. 3. Device according to claim 2, characterized in that the spring elements (3) are fixed vertically or vertically hanging on the structure (1).

4. Einrichtung mit einer als Ringkörper ausgebildeten Dämpfermasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper am Kopfende des Bauwerks (1) oder, wie bereits bekannt, außerhalb oder innerhalb des Bauwerks (1) angeordnet ist. 4. Device with a damper mass designed as an annular body according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ring body on Head end of the structure (1) or, as already known, outside or inside the Structure (1) is arranged.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dämpfung von Schwingungen an Bauwerken und Bauwerksteilen, wie Schornsteinen, Fernseh-, Funk- oder Aussichtstürmen u.dgl., bestehend aus einem oder mehreren in Richtung der zu dämpfenden Schwingungen elastisch biegsamen Tragelementen, die mit einem Ende am Bauwerk eingespannt und mit einer Dämpfermasse versehen sind, deren Eigenfrequenz auf die Erregerfrequenz des Bauwerks abgestimmt ist. The invention relates to a device for damping vibrations on structures and parts of structures, such as chimneys, television, radio or observation towers and the like. Consisting of one or more in the direction of the vibrations to be damped elastically flexible support elements that are clamped at one end to the structure and are provided with a damper mass whose natural frequency is related to the excitation frequency of the structure is coordinated.

Zur Dämpfung von z. B. durch Wind verursachten Schwingungen an hohen und schlanken Bauwerken, wie Schornsteinen, Fernseh-, Funk- oder Aussichtstürmen, Masten u. dgl. sind dynamische Schwingungsdämpfer bekannt, welche aus einer oder mehreren am Bauwerk gelagerten schwingfähigen Dämpfermassen bestehen, die mittels schwingungsdämpfender Elemente in Form von Stoßdämpfern, Federn u. dgl. an das Bauwerk angekoppelt sind, wobei die Eigenfrequenz der Schwingungsmasse auf die Eigenfrequenz des Bauwerks abgestimmt ist. Bei einer in der DE-PS 25 09 001 beschriebenen Ausführung ist zur Lagerung der Dämpfermasse ein elastisch biegsamer Stab mit einem Ende an einer Konsole des Bauwerks eingespannt, und die am anderen Stabende angebrachte Dämpfermasse ist durch einen in der Schwingungsrichtung wirksamen Stoßdämpfer an das Bauwerk gekoppelt. Diese Ausführung hat den Nachteil, daß der Schwingungsdämpfer nur für eine Schwingungsrichtung eingerichtet ist und daher bei einer Richtungsänderung der z.B. To dampen z. B. vibrations caused by wind at high and slim structures such as chimneys, television, radio or observation towers, Masts and the like are known dynamic vibration dampers, which consist of one or There are several vibratory damper masses mounted on the structure, which by means of Vibration-damping elements in the form of shock absorbers, springs and the like to the structure are coupled, the natural frequency of the vibration mass to the natural frequency of the structure is coordinated. In an embodiment described in DE-PS 25 09 001 is an elastically flexible rod with one end to support the damper mass clamped in a bracket of the structure, and the one attached to the other end of the rod The damper mass is provided by a shock absorber that acts in the direction of oscillation coupled the structure. This version has the disadvantage that the vibration damper is only set up for one direction of oscillation and therefore when there is a change in direction the e.g.

durch Wind verursachten Schwingung die Dämpfungswirkung beeinträchtigt und unkontrollierbar wird und mehrere in verschiedene Richtungen wirksame Schwingungsdämpfer erforderlich sind. Für eine vereinfachte und möglichst wartungsfreie Ausbildung werden der DE-AS 28 06 756 zufolge Kopplungsglieder in Form von Schraubenfedern vorgeschlagen, die radial zur Richtung der zu dämpfenden Schwingungen am Bauwerk angeordnet sein sollen; die Lastabstützung der Dämpfermasse, die auch als Ringkörper ausgebildet sein kann, erfolgt dabei entweder durch Befestigung an den Seiten der Schraubenfedern, durch Pendelstützen oder durch Pendelzugstangen. Auch bei dieser Ausführung findet eine Dämpfung der Bauwerksschwingungen durch die zwischen Bauwerk und Dämpfermasse angeordneten Kopplungsglieder in Form von Federn statt, die ein störanfälliges und platzraubendes Bauteil darstellen.Vibration caused by wind affects the damping effect and becomes uncontrollable and several vibration dampers acting in different directions required are. For a simplified training that is as maintenance-free as possible according to DE-AS 28 06 756 coupling members in the form of coil springs suggested the radial to Direction of the vibrations to be damped on the structure should be arranged; the load support of the damper mass, also called an annular body can be formed, either by attachment to the sides of the Coil springs, by means of pendulum supports or by means of pendulum tie rods. Even with this one Execution takes place a damping of the building vibrations through the between building and damping mass arranged coupling members in the form of springs instead of a Represent failure-prone and space-consuming component.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß bei einfacherem und platzsparenderem Aufbau Resonanzschwingungen in allen horizontalen Richtungen gedämpft werden. The invention is based on the object of providing a device of the generic type Kind to train in such a way that with a simpler and more space-saving structure resonance vibrations be dampened in all horizontal directions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, daß die Trägerelemente aus in allen horizontalen Richtungen frei schwingenden Federelementen bestehen und die Dämpfermasse an den schwingfähigen freien Enden der Federelemente befestigt ist. This object is achieved according to the invention in that the carrier elements consist of spring elements swinging freely in all horizontal directions and the damper mass is attached to the free ends of the spring elements that can vibrate is.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Dämpfungseinrichtung hat den Vorteil, daß keine störanfälligen Dämpfungselemente in Form von Stoßdämpfern benötigt werden. Die Einrichtung arbeitet nach dem Prinzip eines Tilgers, bei dem die Bauwerksschwingungen von vornherein weitgehend unterdrückt werden und keiner Dämpfung im eigentlichen Sinne mehr bedürfen. Da die Eigenfrequenz des Tilgers mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt, kommt die Masse des Bauwerks fast zur Ruhe und es schwingt nur noch die kleine Tilgermasse, und zwar so, daß die Federkräfte der Tilgerfedern in jedem Augenblick gleich und entgegengesetzt der Erregerkraft sind. Es herrscht somit stets Gleichgewicht zwischen beiden Kräften an der Bauwerksmasse, die daher nur noch geringe Bewegungen ausführen kann. Durch den Fortfall von Dämpfungselementen zwischen Bauwerk und Dämpfermasse wird der weitere Vorteil erzielt, daß die Einrichtung einen wesentlich kleineren Platzbedarf hat. The damping device provided according to the invention has the advantage that no failure-prone damping elements in the form of shock absorbers are required. The device works on the principle of a damper, in which the building vibrations are largely suppressed from the outset and no actual attenuation Senses need more. Since the natural frequency of the damper coincides with the resonance frequency, the mass of the structure almost comes to rest and only the small damper mass oscillates, in such a way that the spring forces of the damper springs are equal and at every moment are opposite to the excitation force. There is always a balance between two forces on the building mass, which therefore only perform small movements can. Because there are no damping elements between the structure and the damper mass the further advantage is achieved that the device is a much smaller Has space requirements.

Die Dämpfermasse läßt sich so am Bauwerk anbringen, daß das architektonische Erscheinungsbild nicht gestört wird. Auch wird der Windwiderstand nur unmerklich erhöht.The damper mass can be attached to the building in such a way that the architectural Appearance is not disturbed. The wind resistance is also only imperceptible elevated.

Die Federelemente können verschieden ausgebildet sein. Eine in allen horizontalen Richtungen freie Schwingung läßt sich nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit federnden Rundstäben oder Spiralfedern erzielen. Diese können lotrecht stehend oder lotrecht hängend am Bauwerk befestigt sein. Die Dämpfermasse kann einer Weiterbildung zufolge, wenn sie als Ringkörper ausgebildet ist, bei Schornsteinen, Türmen u. dgl. am Kopfende des Bauwerks oder, wie bereits bekannt, außerhalb oder innerhalb des Bauwerks angeordnet sein. The spring elements can be designed differently. One in all horizontal directions free oscillation can be according to a particularly advantageous Achieve embodiment of the invention with resilient rods or coil springs. These can be attached vertically or vertically hanging on the structure. the According to a further development, damper mass can if it is designed as an annular body is, for chimneys, towers and the like. At the head end of the structure or, as already known to be arranged outside or inside the structure.