DE9217043U1 - Vibration damper - Google Patents
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Description
SchwingungsdämpferVibration damper
Die vorliegende Erfindung betrifft einen allgemein plattenförmigen Schwingungsdämpfer, insbesondere für ein rotorgetriebenes Windkraftwerk, nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The present invention relates to a generally plate-shaped vibration damper, in particular for a rotor-driven wind power plant, according to the preamble of claim 1.
Derartige allgemein plattenförmige Schwingungsdämpfer sind seit langem aus der praktischen Anwendung bekannt- Sie werden an schwingungsträchtigen Maschinenelementen eingesetzt, wobei die die Schwingung erzeugende Kraft durch die Elastomerplatte geleitet wird, wobei durch das Elastomer kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird, was zu einer Dämpfung der Schwingung führt.Such generally plate-shaped vibration dampers have long been known from practical applications - they are used on machine elements prone to vibration, where the force generating the vibration is conducted through the elastomer plate, whereby the elastomer converts kinetic energy into thermal energy, which leads to a damping of the vibration.
Insbesondere an rotorgetriebenen Windkraftwerken werden Schwingungen der schlanken, hochaufragenden Rotor mit Getriebe tragenden Mastkonstruktion durch den Wind verursacht. Der Wind erzeugt dabei an der im Boden verankerten Mastkonstruktion Schwingungen, die zu Materialschäden führen können und daneben die Umwelt belästigende SchalIfrequenzen erzeugen.In rotor-driven wind turbines in particular, vibrations in the slim, towering mast structure carrying the rotor and gearbox are caused by the wind. The wind generates vibrations in the mast structure anchored in the ground, which can lead to material damage and also generate sound frequencies that are harmful to the environment.
Deswegen werden im Bereich zwischen Drehkranzgestell, das Rotor und Getriebe trägt, und der Mastkonstruktion eine Vielzahl von plattenförmigen Schwingungsdämpfern in Umfangsrichtung regelmäßig beabstandet angeordnet. Dadurch wird die Schwingung der Bauteile oberhalb des Drehkranzgestells gegenüber der Mastkonstruktion dämpfend beeinflußt. Es handelt sich dabei um eine Schwingung um die senkrechte Achse des Windkraftwerks, die nachfolgend als Kippschwingung bezeichnet wird.For this reason, a large number of plate-shaped vibration dampers are arranged at regular intervals around the circumference in the area between the slewing ring frame, which supports the rotor and gearbox, and the mast structure. This has a dampening effect on the vibration of the components above the slewing ring frame compared to the mast structure. This is a vibration around the vertical axis of the wind turbine, which is subsequently referred to as a tilting vibration.
Als nachteilig bei bekannten allgemein plattenförmigen Schwingungsdämpfern an rotorgetriebenen Windkraftwerken hat sich gezeigt, daß ihre Dämpfungswirkung auf einen relativ kleinen Windstärkenbereich beschränkt ist. Bedingt durch die Bauart der Elastomerplatte und die Art des Elastomers hat jeder Schwingungsdämpfer eine Kennlinie, die sich im Kraft-Weg-Diagramm als eine gerade Linie einer bestimmten Weglänge darstellt. Die Länge des Weges ist durch einen Anschlag in der Konstruktion des Windkraftwerks begrenzt. Bei Erreichen des Anschlags durch überschreiten einer durch den Schwingungsdämpfer beherrschbaren Windstärke findet keine Dämpfung mehr statt. Deswegen ist ein bekannter Schwingungsdämpfer entweder nur für leichten bis mäßigen Wind oder für starken bis stürmischen Wind auslegbar, wobeiA disadvantage of known, generally plate-shaped vibration dampers on rotor-driven wind turbines has been that their damping effect is limited to a relatively small wind speed range. Due to the design of the elastomer plate and the type of elastomer, each vibration damper has a characteristic curve that is shown in the force-displacement diagram as a straight line of a certain distance. The length of the distance is limited by a stop in the design of the wind turbine. When the stop is reached by exceeding a wind speed that can be controlled by the vibration damper, damping no longer takes place. For this reason, a known vibration damper can only be designed for light to moderate wind or for strong to stormy wind, whereby
sich die Dämpfungseigenschaften des Windkraftwerks aus der Anzahl der im Eingriff befindlichen Schwingungsdämpfer ergibt.The damping properties of the wind power plant are determined by the number of vibration dampers in use.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Schwingungsdämpfer derart weiterzuentwikkeln, daß er über etwa den gesamten Bereich von üblicherweise im Aufstellungsgebiet der Windkraftanlage vorkommenden Windstärken dämpfend einsetzbar ist.It is therefore the object of the present invention to further develop a vibration damper of the generic type in such a way that it can be used for damping over approximately the entire range of wind strengths that usually occur in the installation area of the wind turbine.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem gattungsgemäßen Schwingungsdämpfer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Schutzanspruchs 1.The problem is solved with a generic vibration damper with the characterizing features of claim 1.
Dadurch, daß die Elastomerplatte auf ihrer Oberfläche mindestens eine Nut aufweist, deren Breite B in Richtung ihrer Tiefe T abnimmt, wird erreicht, daß die belastete Oberfläche der Elastomerplatte bei zunehmender Verformung durch Windkraft größer wird, was zu einer härteren Federung und entsprechender Dämpfung führt.Because the elastomer plate has at least one groove on its surface, the width B of which decreases in the direction of its depth T, the loaded surface of the elastomer plate becomes larger with increasing deformation due to wind force, which leads to harder suspension and corresponding damping.
Die Kennlinie des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers erhält somit einen progressiv steigenden Verlauf.The characteristic curve of the vibration damper according to the invention thus takes on a progressively increasing shape.
Um den Bereich der beherrschbaren Windstärken möglichst groß zu machen, ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Tiefe der mindestens einen Nut sich bis an die Metallplatte erstreckt.In order to make the range of controllable wind strengths as large as possible, it is advantageously provided that the depth of at least one groove extends to the metal plate.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Breite B der mindestens einen Nut durch mindestens einen stufenförmigen Absatz verringert ist.It has proven to be expedient that the width B of the at least one groove is reduced by at least one step-shaped step.
Dadurch erhält der Schwingungsdämpfer eine Kennlinie, die sich aus mehreren Geraden zusammensetzt, die progressiv steiler werden.This gives the vibration damper a characteristic curve that consists of several straight lines that become progressively steeper.
Alternativ ist ebenso vorteilhaft ausführbar, daß die Breite B der mindestens einen Nut durch nach innen weisende schräge Seitenwände der Nut verringert ist oder durch eine Kombination von Stufenform und Abschrägung.Alternatively, it is also advantageously possible for the width B of the at least one groove to be reduced by inwardly facing sloping side walls of the groove or by a combination of step shape and bevel.
Die Kennlinie erhält dadurch einen kontinuierlich gekrümmten Verlauf.This gives the characteristic curve a continuously curved course.
Aus Fertigungs- und Montagegründen ist der Umriß des Schwingungsdämpfers zweckmäßig ein Kreis oder alternativ ein regelmäßiges Mehreck mit mindestens vier Ecken.For manufacturing and assembly reasons, the outline of the vibration damper is preferably a circle or, alternatively, a regular polygon with at least four corners.
Um die Wirkung des Schwingungsdämpfers bei kompakter Bauweise zu optimieren, ist bevorzugt vorgesehen, daß der Schwingungsdämpfer eine Metallplatte aufweist, die auf beiden Seiten mit jeweils einer Elastomerplatte verbunden ist, wobei vorteilhaft die Elastomerplatten miteinander durch eine die Seitenkanten der Metallplatte überdeckende und mit ihr verbundene Elastomerschicht verbunden sind.In order to optimize the effect of the vibration damper with a compact design, it is preferably provided that the vibration damper has a metal plate which is connected to an elastomer plate on both sides, wherein the elastomer plates are advantageously connected to one another by an elastomer layer which covers the side edges of the metal plate and is connected to it.
Durch das letztgenannte Merkmal wird erreicht, daß nicht nur die Kippschwingung wirkungsvoll gedämpft wird, sondern auch eine Schwingung unter Einwirkung einer windbedingten Schubkraft, die die Bauteile oberhalb des Drehkranzgestells in eine Lage parallel zu der senkrechten Achse des Windkraftwerks drückt.The latter feature ensures that not only the tilting oscillation is effectively dampened, but also an oscillation under the influence of a wind-induced thrust force, which presses the components above the slewing ring frame into a position parallel to the vertical axis of the wind turbine.
Aus Fertigungsgründen ist es zweckmäßig, daß die Elastomerplatten und die Elastomerschicht einstückig ausgeführt und auf die Metallplatte aufvulkanisiert sind.For manufacturing reasons, it is advisable for the elastomer plates and the elastomer layer to be made in one piece and vulcanized onto the metal plate.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindestens eine Elastomerplatte eine mittige, bis zu der Metallplatte durchgehende Aussparung aufweist, daß die Metallplatte einen mittigen, sich durch die Aussparung erstreckenden Achsstummel aufweist, der eine koaxiale Gewindebohrung aufweist, und daß auf den Oberflächen der Elastomerplatten jeweils zwei durchgehende Nuten angeordnet sind, deren Längsachsen sich im Mittelpunkt des Schwingungsdämpfers unter einem Winkel von etwa 90* kreuzen, wobei die Nuten jeweils einen treppenförmigen Absatz aufweisen, wobei die Oberfläche der Absätze etwa 50 % der Oberfläche der Elastomerplatte beträgt. Die mittige Aussparung in der Elastomerplatte und der Achsstummel schaffen eine montagegünstige Anbringungsmöglichkeit für die Befestigungsmittel zum Einbau in ein an sich bekanntes Gehäuse.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that at least one elastomer plate has a central recess that extends through to the metal plate, that the metal plate has a central axle stub that extends through the recess and has a coaxial threaded hole, and that two continuous grooves are arranged on the surfaces of the elastomer plates, the longitudinal axes of which intersect at the center of the vibration damper at an angle of approximately 90°, the grooves each having a step-shaped step, the surface of the step being approximately 50% of the surface of the elastomer plate. The central recess in the elastomer plate and the axle stub create an easy-to-assemble attachment option for the fastening means for installation in a housing known per se.
Die Anordnung der Nuten ermöglicht die Dämpfungswirkung bei verschiedenen Windrichtungen, wobei die übliche Anordnung einer Vielzahl von Schwingungsdämpfern auf einer Umfangsbahn es möglich macht, die Nutenrichtung bei jedem einzelnen Schwingungsdämpfer vorgebbar verschieden einzustellen.The arrangement of the grooves enables the damping effect in different wind directions, whereby the usual arrangement of a large number of vibration dampers on a circumferential track makes it possible to set the groove direction differently for each individual vibration damper.
Die Anordnung eines treppenförmigen Absatzes auf jeder Seitenwand der Nut hat sich als ausreichend erwiesen, wobei die in Eingriff gelangende Fläche der Elastomerplatte um etwa 50 % vergrößert wird, sobald eine auf die Elastomerplatte drückende Gegenfläche des Gehäuses die Elastomerplatte soweit eindrückt, daß die Oberflächen der treppenförmigen Absätze an dieser Gegenfläche anliegen.The arrangement of a step-shaped step on each side wall of the groove has proven to be sufficient, whereby the engaging surface of the elastomer plate is increased by about 50% as soon as a counter surface of the housing pressing on the elastomer plate presses the elastomer plate so far that the surfaces of the step-shaped steps rest on this counter surface.
Um bei besonders starkem Winddruck noch eine Dämpfungswirkung zu erzielen, ist vorteilhaft vorgesehen, daß der Schwingungsdämpfer Streifen aufweist, die aus einem metallischen Trägerkörper und einem damit verbundenen Elastomerkörper bestehen, und die in die Nuten jeweils einlegbar sind derart, daß der metallische Trägerkörper zu der Metallplatte weist.In order to achieve a damping effect in the event of particularly strong wind pressure, it is advantageously provided that the vibration damper has strips which consist of a metallic carrier body and an elastomer body connected to it, and which can be inserted into the grooves in such a way that the metallic carrier body faces the metal plate.
Die Streifen sind zweckmäßig etwas schmaler als der Nutengrund, so daß der Elastomerkörper seitlich unter Druck ausweichen kann.The strips are conveniently somewhat narrower than the groove base so that the elastomer body can give way sideways under pressure.
Die Streifen wirken bei der Endverformung des Elastomerkörpers als Anschlag und begrenzen die Kippschwingung, was nur bei sogenannten Jahrhundertstürmen erwartet wird.The strips act as a stop during the final deformation of the elastomer body and limit the tilting oscillation, which is only expected in so-called century storms.
Zweckmäßig ist dabei die Höhe des Streifens etwa gleich der Höhe des treppenförmigen Absatzes.It is advisable for the height of the strip to be approximately equal to the height of the stepped step.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß das verwendete Elastomer Gummi ist.Finally, it has proven advantageous that the elastomer used is rubber.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird nunmehr anhand einer Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt inA preferred embodiment of the invention will now be explained in more detail with reference to a drawing. It shows in
Figur 1 eine Draufsicht auf einen Schwingungsdämpfer, in Figur 2 einen Schnitt durch Figur 1 entlang der Linie I-I, in Figur 3 einen Längsschnitt durch einen in ein Gehäuse eingebauten Schwingungsdämpfer und inFigure 1 is a plan view of a vibration damper, Figure 2 is a section through Figure 1 along the line I-I, Figure 3 is a longitudinal section through a vibration damper installed in a housing and
Figur 4 eine Kennlinie eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers . Figure 4 shows a characteristic curve of a vibration damper according to the invention.
Mit Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 weist ein Schwingungsdämpfer 10 eine runde Metallplatte 11 auf, auf der auf der einen Seite eine Elastomerplatte 12 aufvulkanisiert istWith reference to Figures 1 and 2, a vibration damper 10 has a round metal plate 11 on which an elastomer plate 12 is vulcanized on one side
(in Figur 1 sichtbar), während auf die andere Seite eine Elastomerplatte 12 aufvulkanisiert ist, die eine mittige runde öffnung aufweist, durch die ein an der Metallplatte 11 angeformter cylindrischer Wellenstumpf 16 ragt, der eine zentrische Gewindebohrung 17 aufweist.(visible in Figure 1), while on the other side an elastomer plate 12 is vulcanized, which has a central round opening through which a cylindrical shaft stub 16 formed on the metal plate 11 protrudes, which has a central threaded hole 17.
In Figur 1 sind zwei sich im Mittelpunkt des Schwingungsdämpfers 10 unter einem Winkel von 90* kreuzende Nuten 13 sichtbar, die jeweils eine größte Breite B aufweisen. Die Nuten sind im Verlauf ihrer Tiefe T (siehe Figur 2) mit einem stufenförmigen Absatz versehen, so daß die Breite der Nut 13 am Nutengrund, der auf der Metallplatte 11 liegt, kleiner ist als B.In Figure 1, two grooves 13 are visible which intersect at an angle of 90° in the center of the vibration damper 10, each having a maximum width B. The grooves are provided with a step-shaped shoulder along their depth T (see Figure 2), so that the width of the groove 13 at the base of the groove, which lies on the metal plate 11, is smaller than B.
Die beiden Elastomerplatten 12 sind durch eine etwa ringförmige Elastomerschicht 15 verbunden, die ebenfalls aufvulkanisiert ist, wobei die Aufvulkanisation der insgesamt einstückigen Elastomerplatten 12 und der Elastomerschicht 15 auf die Metallplatte 11 in einem Arbeitsgang erfolgt.The two elastomer plates 12 are connected by an approximately ring-shaped elastomer layer 15, which is also vulcanized on, whereby the vulcanization of the overall one-piece elastomer plates 12 and the elastomer layer 15 onto the metal plate 11 takes place in one operation.
In den Figuren 1 und 2 ist auch ein Streifen 18 sichtbar, der auf den Grund der Nut 13 einlegbar ist derart, daß der metallische Trägerkörper auf der Metallplatte 11 liegt.In Figures 1 and 2, a strip 18 is also visible which can be inserted into the bottom of the groove 13 in such a way that the metallic carrier body lies on the metal plate 11.
Es ist wegen der einfachen Darstellung nur ein Streifen 18 gezeichnet, wobei es sich versteht, daß in alle Nuten 13 ein Streifen 18 einlegbar ist.For the sake of simplicity, only one strip 18 is shown, whereby it is understood that a strip 18 can be inserted into all grooves 13.
Auf der in Figur 1 sichtbaren Seite werden wegen der besseren Montage ein langer Streifen 18 (nicht dargestellt) und zwei kurze Streifen 18 (dargestellt) eingelegt.On the side visible in Figure 1, one long strip 18 (not shown) and two short strips 18 (shown) are inserted for better assembly.
Mit Bezugnahme auf Figur 3 ist ein Schwingungsdämpfer 10 nach der Montage in einem Gehäuse dargestellt.With reference to Figure 3, a vibration damper 10 is shown after assembly in a housing.
Das Gehäuse weist ein glockenförmiges Oberteil 20 auf, das mit einem Schraubbefestiger 21 an einem angedeuteten Drehkranzgestell eines Windkraftwerks befestigt ist.The housing has a bell-shaped upper part 20, which is attached to an indicated slewing ring frame of a wind power plant with a screw fastener 21.
Das Oberteil 20 umschließt anliegend die eine Elastomerplatte 12 derart, daß deren Nuten 13 auf eine Gegenfläche des Oberteils 20 weisen, und die Elastomerflächen 15.The upper part 20 encloses the one elastomer plate 12 in such a way that its grooves 13 point to a counter surface of the upper part 20, and the elastomer surfaces 15.
Das Oberteil 20 weist an seinem offenen Ende, daß einen ringförmigen Rand bildet, Gewindebohrungen auf, in die mit Schraubbefestigern 22 eine Ringplatte 24 befestigbar ist derart,The upper part 20 has threaded holes at its open end, which forms an annular edge, into which a ring plate 24 can be fastened with screw fasteners 22 in such a way that
daß die Ringplatte 24 die andere Elastomerplatte 12 berührt, wobei die Ringplatte 24 eine mittige runde Öffnung aufweist, durch die der Achsstummel 16 ragt, wobei zwischen den Wänden der öffnung und dem Achsstummel 16 ein Spalt verbleibt.that the ring plate 24 touches the other elastomer plate 12, the ring plate 24 having a central round opening through which the axle stub 16 projects, a gap remaining between the walls of the opening and the axle stub 16.
Nach Anziehen der Schraubbefestiger 21 und 22 sind die Elastomerplatten 12 nicht wesentlich verformt.After tightening the screw fasteners 21 and 22, the elastomer plates 12 are not significantly deformed.
Durch die Gewindebohrung 17 des Achsstummels 16 ist ein Schraubbefestiger 25 eingedreht, der mit der Mastkonstruktion verbunden ist, was durch ein gestricheltes Rechteck nur angedeutet ist.A screw fastener 25 is screwed through the threaded hole 17 of the axle stub 16 and is connected to the mast construction, which is only indicated by a dashed rectangle.
Eine durch Winddruck bewirkte Kippschwingung kippt das Oberteil 20 um einen geringen Winkel aus der senkrechten Achse (siehe Pfeil A) gegen die an der Mastkonstruktion befestigte Metallplatte 11, wodurch jeweils diametral entgegengesetzte Bereiche der in Figur 3 oberen und unteren Elastomerplatte 12 und gegebenfalls der Absätze 14 verformt werden.A tilting oscillation caused by wind pressure tilts the upper part 20 by a small angle from the vertical axis (see arrow A) against the metal plate 11 attached to the mast structure, whereby diametrically opposite areas of the upper and lower elastomer plate 12 in Figure 3 and, if applicable, the shoulders 14 are deformed.
Durch Windkraft wird auch eine Schubkraft in Richtung des Pfeils B ausgeübt, die ebenfalls eine Schwingung auslöst.Wind power also exerts a thrust in the direction of arrow B, which also triggers an oscillation.
Hierbei wird das Oberteil 20 seitlich gegen die Metallplatte 11 geschoben, wobei ein Bereich der Elastomerschicht 15 verformt wird.The upper part 20 is pushed laterally against the metal plate 11, whereby an area of the elastomer layer 15 is deformed.
Figur 4 zeigt eine Kennlinie eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers mit einem stetig gekrümmten Verlauf der Kraft-Weg-Kurve. Die Darstellung ist höchst schematisch und illustriert die Funktionsweise des Schwingungsdämpfers.Figure 4 shows a characteristic curve of a vibration damper according to the invention with a continuously curved force-displacement curve. The representation is highly schematic and illustrates the functionality of the vibration damper.
Mit steigender Kraft, die auf den Schwingungsdämpfer einwirkt, wird die Kurve steiler, d. h. die Federkonstante nimmt zu.As the force acting on the vibration damper increases, the curve becomes steeper, i.e. the spring constant increases.
Bei Ende des Federweges durch Anschlagbegrenzung und geringer werdender Kraft verläuft die Kennlinie beabstandet darunter.At the end of the spring travel due to the stop limit and the decreasing force, the characteristic curve runs at a distance below.
Das von einem Verlauf eingeschlossene schraffierte Feld entspricht der Dämpfungsarbeit bei einer Eindrückung und Rückfederung des Schwingungsdämpfers.The hatched field enclosed by a curve corresponds to the damping work when the vibration damper is compressed and springs back.
Claims (1)
dadurch gekennzeichnet,6. Vibration damper according to one of claims 1 to 4,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,8. Vibration damper according to claim 7,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,9. Vibration damper according to claim 8,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,10. Vibration damper according to claim 9,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,11. Vibration damper according to claim 10,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,12. Vibration damper according to claim (11),
characterized,
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2004083631A3 (en) * | 2003-03-18 | 2005-01-27 | Renewable Devices Ltd | Wind turbine |
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1992
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