EP1556551B1 - Damping device - Google Patents
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- EP1556551B1 EP1556551B1 EP03753313A EP03753313A EP1556551B1 EP 1556551 B1 EP1556551 B1 EP 1556551B1 EP 03753313 A EP03753313 A EP 03753313A EP 03753313 A EP03753313 A EP 03753313A EP 1556551 B1 EP1556551 B1 EP 1556551B1
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- F15B7/006—Rotary pump input
Definitions
- the annular gap opens to seal the annular space with respect to the external environment in a leak connection, wherein beyond the leakage connection at least one sealing element is provided for sealing the annular gap with respect to the atmosphere.
- the load cell 40 detects the tensile stresses occurring, depending on the signal of the load cell 40, the delivery volumes of the hydraulic machines 22, 24 are adjusted so that a stroke of the cylinder jacket 18 is allowed.
- Pressure medium is displaced via the respective working line 36, 38 from the decreasing pressure chamber 32, 34, wherein pressure medium in the increasing pressure chamber 34, 32 via the a hydraulic machine 22, 24 nachge felicitt (pump function) is.
- the hydraulic machine 22, 24 connected as a pump is driven by the other hydraulic machine 24, 22 (motor).
- the first hydraulic machine 22 acts as a motor for the second Hydromachine 24, the second hydraulic machine 24 as a pump, and the electric motor 26 optionally as a generator, wherein a, the bridge deck vibration damping movement of the cylinder jacket 18, is realized.
- Such an arrangement of the hydraulic accumulator 42 is particularly compact. Furthermore, the piping is simple, since no pressure medium line between the hydraulic accumulator 42 and the cylinder chamber 34 is necessary.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsvorrichtung insbesondere für seilgetragene Bauwerke wie z. B. Schrägseilbrücken, Stadiondächer, abgespannte Türme nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a damping device, in particular for cable-supported structures such. As cable-stayed bridges, stadium roofs, guyed towers according to the preamble of claim 1.
Dabei wird unter dem Begriff "Dämpfungsvorrichtung" eine hydraulische Linearachse für eine semiaktive bzw. aktive Dämpfung, bei der im wesentlichen nur Steuerenergie eingetragen wird, verstanden.The term "damping device" is understood to mean a hydraulic linear axis for a semiactive or active damping, in which essentially only control energy is entered.
Der nächstliegende Stand der Technik
Schrägseilbrücken werden heutzutage für Stützweiten von etwa 150 m bis 600 m als wirtschaftlichste Lösung betrachtet. Jüngste Entwicklungen zeigen, dass auch Stützweiten von bis zu 1000 m möglich sind.Cable-stayed bridges are nowadays regarded as the most economical solution for spans of around 150 m to 600 m. Recent developments show that spans of up to 1000 m are possible.
Die materialsparende schlanke Ausbildung großer Schrägseilbrücken ergibt zwar eine architektonisch ansprechende Konstruktion, die geringe Eigendämpfung führt aber zu extrem schwingungsanfälligen Bauwerken. Insbesondere durch Windanregung können Schwingungsamplituden erreicht werden, die eine Sperrung für den Verkehr erforderlich machen. Die Beanspruchung der Bauwerksteile (Deck und Seile) ist enorm und die damit verbundenen Folgekosten sind beträchtlich.Although the material-saving, slim design of large cable-stayed bridges provides an architecturally appealing construction, the low internal damping leads to extremely susceptible to vibration structures. In particular, by wind excitation vibration amplitudes can be achieved, which require a blockage for traffic. The stress on the building parts (deck and ropes) is enormous and the associated costs are considerable.
Der Wirkung bekannter passiver Dämpfer auf die Deckschwingungen ist nicht zufriedenstellend. Aktive Dämpfungsvorrichtungen hingegen, speziell in den Endwiderlagern der Schrägseile vorgesehen, bewirken eine signifikante Reduzierung der Schwingungsamplitude. Die bekannten Ausführungen weisen jedoch - neben dem Bedarf an elektrischer Stellenergie - einen erheblichen Energieverbrauch auf.The effect of known passive damper on the deck vibrations is not satisfactory. On the other hand, active damping devices, especially provided in the end abutments of the stay cables, cause a significant reduction of the vibration amplitude. However, the known designs have - in addition to the need for electrical point energy - a significant energy consumption.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dämpfungsvorrichtung zu schaffen, die bei minimalem Energiebedarf und verringerter Baugröße des Aktors ein verbessertes Ansprech- und somit Dämpfungsverhalten aufweist und den Einsatz kostengünstiger Sensorik erlaubt.Object of the present invention is to provide a damping device having an improved response and thus damping behavior with minimal energy requirements and reduced size of the actuator and allows the use of low-cost sensors.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Dämpfungsvorrichtung mit den Merkmalen nach dem Patentanspruch 1.This object is achieved by a damping device having the features according to the patent claim 1.
Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung weist einen Differentialzylinder, zwei Hydromaschinen mit verstellbaren Schwenkwinkeln, einen den Hydromaschinen zugeordneten Elektromotor, einen mit einem Zylinderraum (34) des Differentialzylinders (14) verbundenen Hydrospeicher und einen Tank auf. Eine Hydromaschine ist im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Tank und einem kolbenstangenseitigen Ringraum angeordnet und die zweite Hydromaschine ist im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Ringraum und einem Zylinderraum des Differentialzylinders positioniert.The damping device according to the invention comprises a differential cylinder, two hydraulic machines with adjustable pivoting angles, an electric motor associated with the hydraulic machines, a hydraulic accumulator connected to a cylinder chamber (34) of the differential cylinder (14) and a tank. A hydraulic machine is disposed in the pressure medium flow path between the tank and a piston rod side annulus, and the second hydraulic machine is positioned in the pressure medium flow path between the annulus and a cylinder space of the differential cylinder.
Dabei ist die Geschwindigkeit mit der sich ein Zylindermantel (18) oder Kolben (16) des Differentialzylinders (14) bewegt, durch eine Verstellung der Hydromaschinen (22, 24) oder durch eine variable Drehzahl des Elektromotors (26) einstellbar, so dass eine schwingungsdämpfende Bewegung des Differentialzylinders (14) erreicht ist. Anstelle der verstellbaren Hydro- bzw. Verdrängermaschinen können auch Verdrängermaschinen mit konstantem Schluckvolumen eingesetzt werden. Der für die gewünschte Zylindergeschwindigkeit erforderliche variable Volumenstrom wird dann mittels drehzahlvariablem Elektromotor erreicht.The speed with which a cylinder jacket (18) or piston (16) of the differential cylinder (14) moves, adjustable by an adjustment of the hydraulic machines (22, 24) or by a variable speed of the electric motor (26), so that a vibration damping Movement of the differential cylinder (14) is reached. Instead of the adjustable hydraulic or displacement machines and displacement machines can be used with a constant displacement. The required for the desired cylinder speed variable flow is then achieved by means of variable speed electric motor.
Durch diese erfindungsgemäße Anordnung der Hydromaschinen stützen sich diese gegeneinander derart ab, dass im quasistatischem Zustand bei entsprechender Auslegung der Hydromaschinen (in Abhängigkeit der gewählten Druckverhältnisse) das verbleibende Drehmoment Null ist (Reibung und ändere Verluste vernachlässigt) und somit der Elektromotor nahzu drehmomentenfrei die Drehzahl vorgibt. Dabei wirkt eine der Hydromaschinen als Motor und treibt die zweite Hydromaschine, die als Pumpe wirkt, an.This arrangement according to the invention of the hydraulic machines, these are based against each other such that in the quasi-static state with appropriate design of hydraulic machines (depending on the selected pressure conditions) the remaining torque is zero (friction and change losses neglected) and thus the electric motor nahzu torque-free determines the speed , One of the hydraulic machines acts as a motor and drives the second hydraulic machine acting as a pump.
Wird, infolge der Schwingungen, die Dämpfungsvorrichtung mit dynamischen Kräften beaufschlagt, wirkt an der motorisch arbeitenden Hydromaschine eine höhere Druckdifferenz, während die im Pumpenbetrieb befindliche Hydromaschine gegen eine geringere Druckdifferenz fördern muß. Dieser Energieüberschuß wird - sofern er die Reibungs-und sonstigen Verluste, die sich im Leistungfluß ergeben, übersteigt - vom Elektromotor aufgenommen und kann ins elektrische Netz eingespeist werden.If, as a result of the vibrations, the damping device is subjected to dynamic forces, a higher pressure difference acts on the motor-operated hydraulic machine, whereas the hydraulic machine in pump operation must promote a smaller pressure difference. This energy surplus is - provided it exceeds the friction and other losses that result in the power flow - absorbed by the electric motor and can be fed into the electrical grid.
Der Elektromotor ist grundsätzlich nur notwendig, um die Dämpfungsvorrichtung bei geringer Schwingungsanregung in Betrieb zu setzen, die Drehzahl vorzugeben, bzw. um die überschüssige Leistung als Strom nutzbar zu machen oder Reibungsverluste auszugleichen.The electric motor is basically only necessary to set the damping device with low vibration excitation in operation, to specify the speed, or to make the excess power available as power or compensate for friction losses.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Differentialzylinder über seinen Kolben ortsfest an einem Endwiderlager einer Schrägseilbrücke gelagert, wobei sein Zylindermantel in Längsrichtung des Kolbens verschiebbar ist. An dem Zylindermantel ist ein Schrägseil der Schrägseilbrücke befestigt, so dass durch geeignete Ansteuerung des Differentialzylinders die in der Sruktur wirkenden Schwingungen bzw. die dadurch im Schrägseil wirkenden dynamischen Kräfte durch eine Längsverschiebung des Zylindermantels - entsprechend Dämpfungsgesetz - gedämpft werden, womit unkontrollierte Spannungen innerhalb Struktur vermeidbar sind.In a preferred embodiment, the differential cylinder is fixedly mounted via its piston on an end abutment of a cable-stayed bridge, wherein its cylinder jacket is displaceable in the longitudinal direction of the piston. A cable stay of the cable-stayed bridge is fastened to the cylinder jacket, so that by suitable control of the differential cylinder the vibrations acting in the structure or the dynamic forces acting thereon in the cable rope are damped by a longitudinal displacement of the cylinder jacket - according to the law of attenuation - thus avoiding uncontrolled stresses within the structure are.
Die Längsverschiebung des Zylindermantels in Folge von äußeren Belastungen wird durch Verstellen der Schwenkwinkel der Hydromaschinen ermöglicht. Die Schwenkwinkel sind so einstellbar, dass die Geschwindigkeit, mit der sich der Zylindermantel bewegt, proportional zu den äußeren Belastungen ist. D.h. große Belastung bedingt große Schwenkwinkel, so dass hohe Druckmittelvolumenströme realisierbar sind, während kleine Belastungen kleine Schwenkwinkel bedingen, so dass geringe Druckmittelvolumenströme möglich sind.The longitudinal displacement of the cylinder jacket as a result of external loads is made possible by adjusting the pivoting angle of the hydraulic machines. The swivel angles are adjustable so that the speed, with which moves the cylinder jacket, is proportional to the external loads. That is, large load requires large swivel angle, so that high pressure medium volume flows can be realized, while small loads cause small swivel angle, so that low pressure medium flow rates are possible.
Bei einer Ausführungsform ist der Zylindermantel des Differentialzylinders ortsfest gelagert und der Kolben des Differentialzylinders axial verschiebbar geführt.In one embodiment, the cylinder jacket of the differential cylinder is mounted stationary and the piston of the differential cylinder guided axially displaceable.
Bei einer anderen Ausführungsform erfolgt die Einstellung der Schwenkwinkel bzw. Fördervolumina in Abhängigkeit eines Drucksignals eines im Ringraum oder Zylinderraum angeordneten Druckaufnehmers.In another embodiment, the adjustment of the pivoting angle or delivery volumes in response to a pressure signal of a arranged in the annulus or cylinder chamber pressure transducer.
Im statischen Zustand (Hub = 0) ist eine Vorspannung des Schrägseils über die im Ringraum und Zylinderraum herrschenden Drücke eingestellt. Idealerweise wird der Druck im Zylinderraum, der die statische Seillast aufnimmt, auf den max. zulassigen Systemdruck ausgelegt. Im Ringraum des Differentialzylinders wird etwa halber Systemdruck angestrebt.In the static state (stroke = 0), a bias of the cable is set via the pressure prevailing in the annulus and cylinder chamber pressures. Ideally, the pressure in the cylinder chamber, which receives the static rope load, to the max. permissible system pressure. In the annulus of the differential cylinder about half system pressure is sought.
Eine weitere Ausführungsform sieht zur Messung und zur Anpassung des Hydrospeicherdrucks und der Hydropeicherladung an die jeweilige statische Last einen Druckaufnehmer im Zylinderraum und/oder im Bereich des Hydrospeichers vor.A further embodiment provides a pressure sensor in the cylinder chamber and / or in the region of the hydraulic accumulator for measuring and adapting the hydraulic accumulator pressure and the hydraulic accumulator charge to the respective static load.
Bei einer Ausführungsform ist der Hydrospeicher im Differentialzylinder integriert, so dass eine kompakte Bauweise realisiert ist.In one embodiment, the hydraulic accumulator is integrated in the differential cylinder, so that a compact design is realized.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Ringraum des Differentialzylinders gegenüber der Umgebung und/oder dem Zylinderraum über eine Spaltdichtung abgedichtet, die über einen Ringspalt zwischen kolbenseitigen und zylindermantelseitigen Flächen gebildet ist.In another embodiment, the annular space of the differential cylinder relative to the environment and / or the cylinder chamber sealed by a gap seal, which is formed via an annular gap between the piston side and the cylinder shell side surfaces.
In einer bevorzugten Ausführungsform mündet der Ringspalt zur Abdichtung des Ringraums gegenüber der Außenumgebung in einen Leckanschluß, wobei jenseits des Leckanschlusses zumindest ein Dichtungselement zum Abdichten des Ringspaltes gegenüber der Atmosphäre vorgesehen ist.In a preferred embodiment, the annular gap opens to seal the annular space with respect to the external environment in a leak connection, wherein beyond the leakage connection at least one sealing element is provided for sealing the annular gap with respect to the atmosphere.
Besonders vorteilhaft an einer derartigen Spaltdichtung ist, dass die Reibung auf ein Minimum reduziert ist und auf kostenintensive und störanfällige Hochdruckdichtungen verzichtet werden kann.A particular advantage of such a gap seal is that the friction is reduced to a minimum and can be dispensed with cost-intensive and trouble-prone high-pressure seals.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous embodiments of the invention are the subject of further subclaims.
Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsformen anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen
- Figur 1 eine schematische Ansicht einer Schrägseilbrücke,
Figur 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausbildungsform mit einem externen Hydrospeicher,- Figur 3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausbildungsform mit einem im Differentialzylinder integrierten Hydrospeicher und
- Figur 4 einen Längsschnitt durch einen Differentialzylinder mit Spaltdichtungen.
- FIG. 1 shows a schematic view of a cable-stayed bridge,
- 2 shows a longitudinal section through an embodiment of the invention with an external hydraulic accumulator,
- 3 shows a longitudinal section through an embodiment of the invention with a built-in differential cylinder hydraulic accumulator and
- Figure 4 shows a longitudinal section through a differential cylinder with gap seals.
Figur 1 zeigt eine Schrägseilbrücke 2 mit einer Fahrbahn 4, die über Hauptträger 6 abgestützt ist. Zur Reduzierung der auf die Hauptträger 6 wirkenden Belastungen ist die Fahrbahn 4 an Schrägseilen 8 aufgehängt, die über die Hauptträger 6 abgestützt sind. Die Schrägseile 8 sind über Dämpfungsvorrichtungen 10 an Endwiderlagern 12 der Fahrbahn 4 gelagert, so dass Deckschwingungen gedämpft werden können.Figure 1 shows a cable-stayed
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Dämpfungsvorrichtung 10. Die Dämpfungsvorrichtung 10 hat einen Differentialzylinder 14, zwei Hydromaschinen 22, 24, einen Elektromotor 26, einen Hydrospeicher 42 und einen Tank 20.FIG. 2 shows a longitudinal section through a preferred embodiment of a
Der Differentialzylinder 14 weist einen abgestuften Kolben 16 auf, der den durch den Zylindermantel 18 gebildeten Raum in zwei Druckräume - einen kolbenstangenseitigen Ringraum 32 und einen Zylinderraum 34 - unterteilt.The
Der Kolben 16 des Differentialzylinders 14 ist über seinen radial zurückgestufte Teil 28 - im Folgenden Kolbenstange genannt - ortsfest an dem Endwiderlager 12 gelagert, so dass eine Hubbewegung über eine Längsverschiebung des Zylindermantels 18 erfolgt. Aufgrund der beidseitigen hydraulischen Einspannung des Kolbens 16, wird bei jeder Hubbewegung Druckmittel aus dem einen Druckraum 32, 34 verdrängt und in den anderen Druckraum 34, 32 nachgefördert, wobei fehlende bzw. überschüssige Druckmittelvolumen durch den Tank 20 ausgleichbar sind.The
Am Zylindermantel 18 greift das Schrägseil 8 an, so dass die Vorspannung des Schrägseils 8 über die im Ringraum 32 und Zylinderraum 34 herrschenden Drücke vorbestimmt ist.On the
In kinematischer Umkehr ist ist jedoch auch vorstellbar, den Zylindermantel 18 ortsfest an dem Endwiderlager 12 zu lagern und die Kolbenstange 28 mit dem Schrägseil 8 zu verbinden.In kinematic reversal is, however, also conceivable to store the
Die erste Hydromaschine 22 ist in einer ersten Arbeitsleitung 36 zwischen dem niederdruckseitigen Tank 20 und dem hochdruckseitigen Ringraum 32 angeordnet, wobei sie in Verbindung mit dem Elektromotor 26 steht. Sie hat ein einstellbares Fördervolumen und ist als Pumpe oder Motor nutzbar.The first
Die zweite Hydromaschine 24 ist in einer zweiten Arbeitsleitung 38 zwischen dem hochdruckseitigen Ringraum 32 und dem hochdruckseitigen Zylinderraum 34 angeordnet, wobei die zweite Arbeitsleitung 38 vorzugsweise in die erste Arbeitsleitung 36 mündet. Entsprechend der ersten Hydromaschine 22 hat auch die zweite Hydromaschine 24 ein einstellbares Fördervolumen, steht ferner mit dem Elektromotor 26 in Verbindung und ist als Pumpe oder Motor nutzbar.The second
Beide Hydro- bzw. Verdrängermaschinen 22, 24 fördern während der Schwingungsdämpfung in zwei Richtungen, wobei die erste Hydromaschine 22 nur auf einer Seite hochdruckfest ist, d.h. ringraumseitig, und an der anderen Seite Niederdruck anliegt, d.h. tankseitig, während die zweite Hydromaschine 24 auf beiden Seiten hochdruckfest, d.h. ringraumseitig und zyinderraumseitig, sein muß und sich auch die Richtung der Druckdifferenz entsprechend einem 4-Quadrantenbetrieb umkehren kann.Both hydraulic and
Die Fördervolumina der Hydromaschinen 22, 24 sind in Abhängigkeit vom Signal einer Kraftmessdose 40 einstellbar. Die Kraftmessdose 40 ist im Bereich der Verbindung Schrägseil 8 - Zylindermantel 18 angeordnet und einem Regelkreis der Hydromaschinen 22, 24 zugeordnet. Sie erfaßt die auf das Schrägseil 8 wirkenden Belastungen und leitet die dabei erfaßten Zugspannungen bzw. Zugkräfte an den Regelkreis weiter, so dass dieser in Abhängigkeit von diesen äußeren Belastungen die Schwenkwinkel der Hydromaschinen 22, 24 einstellt.The delivery volumes of the
Eine andere Ausführungsform sieht vor, anstelle der kostenintensiven Kraftmessung den im Ringraum 32 oder Zylinderraum 34 herrschenden Druck als Rückführungsgröße des Regelkreises zu verwenden. Dies kann beispielsweise über einen im Ringraum 32 oder Zylinderram 34 angeordneten Druckaufnehmer (nicht dargestellt) erfolgen.Another embodiment provides, instead of the cost-intensive force measurement, to use the pressure prevailing in the
Des Weiteren ist ein Hydrospeicher 42 vorgesehen, der mittels einer dritten Arbeitsleitung 44 mit der zweiten Arbeitsleitung 38 und dem Zylinderraum 34 verbunden ist, so dass der Druck im Zylinderraum 34 weitgehend unabhängig vom Zylinderhub wird und stets etwa der voreingestellte Druck herrscht.Furthermore, a
Die Speicherladung und die Regelung des Speicherdruckes des Hydrospeichers 42 kann vorteilhaft durch gegenseitiges Vertrimmen der Fördervolumina der Hydromaschinen 22, 24 erreicht werden. Hierzu ist ein Druckaufnehmer bzw. Druckmessumformer vorgesehen, der vorzugsweise im Hydrospeicheranschluß bzw. in der Arbeitsleitung 38 oder im Zylinderraum 34 angeordnet ist.The storage charge and the regulation of the accumulator pressure of the
Der Elektromotor 26 steht mit den beiden Hydromaschinen 22, 24 in Wirkverbindung, wobei er sowohl als Antrieb für die Hydromaschinen 22, 24 nutzbar, als auch in Form eines Generators durch die Hydromaschinen 22, 24 antreibbar ist und somit als Bremse wirkt. Beispielsweise können über das Antreiben der Hydromaschinen 22, 24 die voreingestellten Drücke in den Druckräumen 32, 34 eingestellt und der Hydrospeicher 42 aufgeladen werden. Es kann jedoch auch im Betrieb bei Dämpfung die von der ersten Hydromaschine 22 öder der zweiten Hydromaschine 24 erzeugte hydraulische Energie durch die Schaltung des Elektromotors 26 als Generator in elektrische Energie umgewandelt werden.The
Die Wirkungsweise dieser vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung ist im Folgenden näher erläutert:The mode of action of this above-described arrangement according to the invention is explained in more detail below:
Im quasi statischen Zustand (Hub = 0) befindet sich die Dämpfungsvorrichtung 10 im Gleichgewicht bzw. in Ruheposition. Dabei ist vorzugsweise im Zylinderraum 34 ein doppelt so hoher Druck wie im Ringraum 32 eingestellt, so dass etwa die erste und zweite Hydromaschine 22, 24 mit der gleichen Druckdifferenz beaufschlagt sind. Da keine Schwingungsbelastungen auf das Schrägseil 8 wirken, sind über die Kraftmessdose 40 keine Kraftänderungen messbar. Die Schwenkwinkel der Hydromaschinen 22, 24 befindet sich in ihrer Grundstellung, d.h. Schwenkwinkel=0.In the quasi-static state (stroke = 0), the damping
Im Schwingungszustand (Hub ≠ 0) wirken infolge der Schwingungen dynamische Kräfte im Schrägseil 8, wodurch das Gleichgewicht gestört ist. Dabei ist grundsätzlich zwischen Zug- und "Druck"-Beanspruchung zu unterscheiden. Da für die Dämpfungsregelung nur Abweichungen vom statischen Mittelwert relevant sind (die statischen Lasten sind durch die Druckvorspannung bereits kompensiert), bedeutet Zugbeanspruchung im Folgenden, dass die im Schrägseil 8 wirkende - infolge Schwingung - erhöhte Zugbeanspruchung auf den Zylindermantel 18 bzw. das Zylindergehäuse tendenziell zu einer Druckerhöhung im Zylinderraum 34 führt bzw. Hydraulikmedium von dort in den Hydrospeicher 42 verdrängt wird, während dies im Ringraum 32 zu einer Verringerung des Druckes führt. Hingegen bedeutet, dass die im Schrägseil 8 wirkende Zugspannung unter die voreingestellte Zugspannung fällt. D.h. bei Zug bewegt sich der Zylindermantel 18 gemäß Figur 1 nach links und bei "Druck" nach rechts.In the vibration state (stroke ≠ 0) act as a result of the oscillations dynamic forces in the
Die Kraftmessdose 40 erfaßt die auftretenden Zugspannungen, wobei in Abhängigkeit vom Signal der Kraftmessdose 40 die Fördervolumina der Hydromaschinen 22, 24 so eingestellt werden, dass ein Hub des Zylindermantels 18 zugelassen wird. Druckmittel wird über die jeweilige Arbeitsleitung 36, 38 aus dem sich verkleinernden Druckraum 32, 34 verdrängt, wobei Druckmittel in den sich vergrößernden Druckraum 34, 32 über die eine Hydromaschine 22, 24 nachgefördert (Pumpenfunktion) wird. Dabei wird die als Pumpe geschaltete Hydromaschine 22, 24 von der anderen Hydromaschine 24, 22 angetrieben (Motor).The
Bei erhöhter Zugbeanspruchung im Schrägseil 8 bewegt sich der Zylindermantel 18 in Figur 1 nach links, so dass der Zylinderraum 34 verkleinert und der Ringraum 32 vergrößert wird. Gleichzeitig sinkt der Druck im Ringraum 32 unter den voreingestellten Druck (beispielsweise < 100 bar), während der Druck im Zylinderraum 34 aufgrund der ausgleichenden Wirkung des Hydrospeichers 42 im wesentlichen unverändert bleibt (beispielsweise 200 bar). Somit strömt Druckmittel aus dem Zylinderraum 34 über die zweite Hydromaschine 24 in den Ringraum 32, wobei die zweite Hydromaschine 24 von dem Druckmittelstrom angetrieben wird und als Hydromotor wirkt. Diese treibt dann die erste Hydromaschine 22 an, so dass von dieser Druckmittel aus dem Tank 20 in den Ringraum 32 gefördert wird. Somit wirkt die erste Hydromaschine 22 als Pumpe. Da der Druckabfall über der zweiten Hydromaschine 24 größer als der Druckabfall über der ersten Hydromaschine 22 ist, kann durch die zweite Hydromaschine 24 (Motor) mehr Leistung erzeugt werden, als für den Antrieb der ersten Hydromaschine 22 notwendig ist, so dass neben der ersten Hydromaschine 22 (Pumpe) noch ein weiterer Abnehmer betrieben werden könnte. Dieser weitere Abnehmer ist erfindungsgemäß der Elektromotor 26, die in dieser Anordnung als Generator betrieben wird und somit die überschüssige hydraulische Energie der zweiten Hydromaschine 24 in elektrische Energie umwandelt bzw. als Bremse wirkt.At elevated tensile stress in the
Somit wirkt bei Zugbeanspruchung des Schrägseils 8 die erste Hydromaschine 22 als Pumpe, die zweite Hydromaschine 24 als Motor für die erste Hydromaschine 22, und der Elektromotor 26 optional als Generator, wobei eine, die Brückendeckschwingung dämpfende Bewegung des Zylindermantels 18, realisiert wird.Thus, in tensile stress of the
Bei Bewegung des Schrägseils 8 nach rechts bewegt sich der Zylindermantel 18 nach rechts, so dass der Zylinderraum 34 vergrößert und der Ringraum 32 verkleinert wird. Der Druck im Ringraum 32 steigt an (beispielsweise > 100 bar), während der Druck im Zylinderraum 34 über den Hydrospeicher 42 konstant gehalten wird (beispielsweise 200 bar). Gleichzeitig strömt Druckmittel aus dem Ringraum 32 über die erste Hydromaschine 22 in den Tank 20, so dass diese von dem Druckmittelstrom angetrieben wird und als Hydromotor wirkt. Diese treibt dann die zweite Hydromaschine 24 an, so dass diese als Pumpe wirkt und Druckmittel aus dem Ringraum 32 in den Zylinderraum 34 fördert. Dabei erzeugt die erste Hydromaschine 22 (Motor) mehr Leistung, als zum Antrieb der zweiten Hydromaschine 24 (Pumpe) erforderlich ist, so dass ein weiterer Abnehmer betrieben werden könnte. Dieser weitere Abnehmer ist erfindungsgemäß der Elektromotor 26, der in dieser Anordnung als Generator betrieben wird und somit die überschüssige hydraulische Energie der ersten Hydromaschine 22 in elektrische Energie umwandelt bzw. als Bremse wirkt.Upon movement of the
Somit wirkt bei "Druckbeanspruchung" des Schrägseils 8 die erste Hydromaschine 22 als Motor für die zweite Hydromaschine 24, die zweite Hydromaschine 24 als Pumpe, und der Elektromotor 26 optional als Generator, wobei eine, die Brückendeckschwingung dämpfende Bewegung des Zylindermantels 18, realisiert wird.Thus, at "compressive stress" of the
Dadurch ist erfindungsgemäß eine Dämpfungsvorrichtung 10 geschaffen, die im vorgespannten Zustand im wesentlichen ohne externe Energiezufuhr funktioniert. Sämtliche notwendige Energie zum Erhalt bzw. Ausgleich der Drücke kann entsprechend der erfindungsgemäßen Ausbildung der Dämpfungsvorrichtung 10 prinzipiell aus der Schwingungsenergie gedeckt werden.As a result, according to the invention, a damping
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Differentialzylinders 14 (Figur 3) ist der Hydrospeicher 42 nicht extern angeordnet, sondern im Differentialzylinder 14 mit seinem Speicher 64 integriert. Der Zylindermantel 18 ist bei dieser Ausführungsform verlängert und begrenzt den Speicher 64, der über eine Trennwand 46 vom Zylinderraum 34 getrennt ist. Zur Bereitstellung zusätzlichen Gasvolumens ist dieser mit externen Ausgleichsbehältern 68 verbunden. Die Trennwand 46 ist zylinderraumseitig mit dem Druck pH in dem Zylinderraum 34 beaufschlagt, so dass diese je nach dem Verhältnis zwischen dem Gasdruck pG und dem Druck pH axial verschoben und der Druck pH im Zylinderraum 34 entsprechend der Gesetzmäßigkeiten der Zustandsgrößen des Gases weitgehend konstant gehalten wird.In a preferred embodiment of the differential cylinder 14 (Figure 3), the
Eine derartige Anordnung des Hydrospeichers 42 ist besonders kompakt aufgebaut. Des Weiteren ist die Verrohrung einfach, da keine Druckmittelleitung zwischen dem Hydrospeicher 42 und dem Zylinderraum 34 notwendig ist.Such an arrangement of the
Figur 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Differentialzylinders 14 mit einer erfindungsgemäßen Abdichtung eines Ringraums 32 gegenüber einer Außenumgebung 62 und gegenüber einem Zylinderraum 34. Der Differentialzylinder 14 weist einen mehrteiligen Kolben 16 und einen Zylindermantel 18 auf. Der Differentialzylinder 14 hat am freien Endabschnitt 90 seines Kolbens 16 eine Aufnahme 72 zur Abstützung des Differentialzylinders 14 am Endwiderlager 12 und am Zylindermantel 18 eine Aufnahme 70 zur Befestigung eines Schrägseils 8.Figure 4 shows a preferred embodiment of a
Zur Messung des Hubes des Zylindermantels 18 hat der Differentialzylinder 14 eine Hubmesseinrichtung 76, die stirnseitig am Zylindermantel 18 angeordnet ist und mit dem Kolben 16 in Wirkverbindung steht. Dabei weist der Kolben 16 ein ringförmiges Element 66 auf, dass in Wirkverbindung mit einem am Zylindermantel 18 angeordneten stabförmigen Element 78 steht. Das ringförmige Element 66 ändert bei Hüben des Zylindermantels 18 seine Relativposition in Bezug zur Längsachse des stabförmigen Elements 78, so dass der Hub bestimmt werden kann und eine Positionsregelung der Dämpfungsvorrichtung 10 realisiert werden kann.For measuring the stroke of the
Der Ringraum 32 (Detail x) erstreckt sich radial zwischen einem Kolbenabschnitt 52 und einem gegenüberliegenden Zylindermantelabschnitt 112 und ist axial durch gegenüberliegende Stirnflächen 92, 94 einer am Zylindermantel 18 angeordnete Gleithülse 96 und einer auf dem im aufgenommenen Endabschnitt 98 des Kolbens 16 angeordneten Distanzhülse 100 begrenzt. Er ist über radiale Bohrungen 102, die in einen nicht dargestellten axialen Druckkanal münden, mit einem Druckanschluß 104 zum Anschluß der ersten Arbeitsleitung 36 bzw. der Hydromaschinen 22, 24 verbunden. Im Bereich der Gleithülse 96 ist im Zylindermantel 18 ein Leckanschluß 60 vorgesehen.The annular space 32 (detail x) extends radially between a
Der Zylinderraum 34 erstreckt sich radial über den gesamten Innendurchmesser des Zylindermantels 18 und ist axial durch gegenüberliegende Stirnflächen 86, 88 des Zylindermantels 18 und des Kolbens 16 begrenzt. Er ist über einen im Kolben 16 angeordnete Druckhülse 106 mit einem Druckanschluß 108 zum Anschluß der zweiten Arbeitsleitung 38 bzw. der zweiten Hydromaschine 24 und des Hydrospeichers 42 verbunden.The
Die Abdichtung des Ringraums 32 gegenüber der Außenumgebung 62 und dem Zylinderraum 34 ist über Spaltdichtungen 48, 82 in Form von Ringspalten 58, 84 realisiert. Dabei ist der Ringspalt 58 zur Abdichtung des Ringraums 32 gegenüber der Außenumgebung 62 zwischen der Innenumfangsfläche 54 der Gleithülse 96 und dem jeweiligen Außenumfangsabschnitt 50 des Kolbens 16 gebildet. Der Ringspalt 58 mündet in einen Leckanschluß 60. Der Ringspalt 84 zur Abdichtung des Ringraums 32 gegenüber dem Zylinderraum 34 ist zwischen der Außenumfangsfläche 52 der Distanzhülse 100 und dem jeweiligen gegenüberliegendem Innenumfangsabschnitt 112 des Zylindermantels 18 gebildet.The sealing of the
Um eine ausreichende Dichtheit und einen genügend großen Druckabbau über die Ringspalte 58, 84 zu verwirklichen, sind diese radial entsprechend eng und axial entsprechend lang auszubilden.In order to achieve a sufficient tightness and a sufficiently large pressure reduction via the
Ferner sind jenseits des Leckanschlusses 60 radiale Dichtungselemente bzw. Abstreifer 80, 110 vorgesehen, die den Ringspalt 58 gegenüber der Außenumgebung 62 abdichten. Dabei sind aufgrund des geringen Druckgefälles zwischen dem Druck der Außenumgebung 62 und dem Druck des Druckmittels im Bereich des Leckanschlusses 60 nur Niederdruckdichtungen 80, 110 notwendig.Furthermore, radial sealing elements or
Neben dem Verzicht auf Hochdruckdichtungen zur Abdichtung des Ringraums 32 ist an den Spaltdichtungen 48, 82 besonders positiv, dass die Reibung zwischen gegenüberliegenden kolbenseitigen Flächen 50, 54 und zylindermantelseitigen Flächen 52, 56 reduziert ist, so dass ein derartiger Differentialzylinder 14 ein besseres Ansprechverhalten als vergleichbare Differentialzylinder 14 mit herkömmlichen Dichtungen aufweist.In addition to the absence of high-pressure seals for sealing the
Offenbart ist eine Dämpfungsvorrichtung, insbesondere für seilgetragene Bauwerke wie z. B. Schrägseilbrücken, Stadiondächer, abgespannte Türme mit einem Differentialzylinder, zwei Hydromaschinen und einem Elektromotor, bei der bei Dämpfung die eine Hydromaschine als Motor und die zweite Hydromaschine als Pumpe wirkt, wobei überschüssige hydraulische Energie über den Elektromotor in elektrische Energie umwandelbar ist.Disclosed is a damping device, in particular for cable-supported structures such. B. cable-stayed bridges, stadium roofs, guyed towers with a differential cylinder, two hydraulic motors and an electric motor, in which at damping the hydraulic machine acts as a motor and the second hydraulic machine as a pump, wherein excess hydraulic energy via the electric motor into electrical energy is convertible.
- 22
- SchrägseilbrückeCable-stayed bridge
- 44
- Fahrbahnroadway
- 66
- Hauptträgermain carrier
- 88th
- Schrägseilcable-stayed
- 1010
- Dämpfungsvorrichtungdamping device
- 1212
- EndwiderlagerEndwiderlager
- 1414
- Differentialzylinderdifferential cylinder
- 1616
- Kolbenpiston
- 1818
- Zylindermantelcylinder surface
- 2020
- Tanktank
- 2222
- erste Hydromaschinefirst hydraulic machine
- 2424
- zweite Hydromaschinesecond hydraulic machine
- 2626
- Elektromotorelectric motor
- 2828
- Kolbenstangepiston rod
- 3232
- Ringraumannulus
- 3434
- Zylinderraumcylinder space
- 3636
- erste Arbeitsleitungfirst line of work
- 3838
- zweite Arbeitsleitungsecond working line
- 4040
- KraftmessdoseLoad cell
- 4242
- Hydrospeicherhydraulic accumulator
- 4444
- dritte Arbeitsleitungthird line of work
- 4646
- Trennwandpartition wall
- 4848
- Spaltdichtunggap seals
- 5050
- AußenumfangsabschnittOuter peripheral portion
- 5252
- AußenumfangsflächeOuter circumferential surface
- 5454
- InnenumfangsabschnittInner peripheral portion
- 5656
- InnenumfangsabschnittInner peripheral portion
- 5858
- Ringspaltannular gap
- 6060
- Leckanschlußleakage port
- 6262
- Außenumgebungexternal environment
- 6464
- SpeicherStorage
- 6666
- ringförmiges Elementannular element
- 6868
- Ausgleichsbehältersurge tank
- 7070
- Aufnahmeadmission
- 7272
- Aufnahmeadmission
- 7474
- Druckkanalpressure channel
- 7676
- HubmesseinrichtungHubmesseinrichtung
- 7878
- stabförmigen Elementrod-shaped element
- 8080
- Dichtungselement (Niederdruckdichtung)Sealing element (low pressure seal)
- 8282
- Spaltdichtunggap seals
- 8484
- Ringspaltannular gap
- 8686
- Stirnflächeface
- 8888
- Stirnflächeface
- 9090
- freier Endabschnittfree end section
- 9292
- Stirnflächeface
- 9494
- Stirnflächeface
- 9696
- Gleithülsesliding sleeve
- 9898
- aufgenommener Endabschnittrecorded end portion
- 100100
- DistanzhülseStand Off
- 102102
- Bohrungendrilling
- 104104
- Druckanschlußpressure connection
- 106106
- Druckhülsepressure sleeve
- 108108
- Druckanschlußpressure connection
- 110110
- Dichtungselementsealing element
- 112112
- ZylindermantelabschnittCylinder jacket section
Claims (13)
- A damping device, in particular for cable-stayed bridges (2), comprising a differential cylinder (14), a tank (20), two hydraulic units (22, 24), a hydraulic accumulator (42) connected to a cylinder chamber (34) of the differential cylinder (14), and an electric motor (26) associated to the hydraulic units (22, 24), wherein a hydraulic unit (22) is arranged in the pressure medium flow path between the tank (20) and a piston rod-side ring chamber (32) and the second hydraulic unit (24) in the pressure medium flow path between the ring chamber (32) and the cylinder chamber (34), the moving velocity of a cylinder jacket (18) or piston (16) of the differential cylinder (14) being adjustable through an adjustment of the hydraulic units (22, 24) or a variable rotational speed of the electric motor (26) such that a vibration-damping movement of the differential cylinder is achieved..
- The damping device in accordance with claim 1, characterized in that the hydraulic units (22, 24) each have a variable displacement volume.
- The damping device in accordance with claim 1 or 2, characterized in that the electric motor (26) drives the hydraulic units (22, 24).
- The damping device in accordance with claim 2, characterized in that a pressure transducer for measuring a pressure prevailing in the ring chamber (32) and/or in the cylinder chamber (34) is provided for adjusting the pivoting angles or displacement volumes of the hydraulic units (22, 24).
- The damping device in accordance with claim 2, characterized in that in the cylinder chamber (34) and/or in the range of the hydraulic accumulator (42) a pressure transducer is provided for measuring an accumulator pressure and the accumulator charge of the hydraulic accumulator (42) and for adaptation to the static load.
- The damping device in accordance with any one of the preceding claims, characterized in that the electric motor (26) is adapted to be driven through the intermediary of at least one of the hydraulic units (22, 24) and thus may be utilized as a generator.
- The damping device in accordance with any one of the preceding claims, characterized in that in the quasi-static condition a pressure approximately twice as high as in the ring chamber (22) prevails in the cylinder chamber (24).
- The damping device in accordance with any one of the preceding claims, characterized in that the piston (16) of the differential cylinder (14) is fixedly mounted, and the cylinder jacket (18) of the differential cylinder (14) is guided in an axially displaceable manner.
- The damping device in accordance with any one of claims 1 to 7, characterized in that the cylinder jacket (18) of the differential cylinder (14) is fixedly mounted, and the piston (16) of the differential cylinder (14) is guided in an axially displaceable manner.
- The damping device in accordance with claim 1, characterized in that the hydraulic accumulator (42) is integrated into the differential cylinder (14).
- The damping device in accordance with any one of the preceding claims, characterized in that the ring chamber (32) is sealed against the external environment (62) and/or against the cylinder chamber (34) through the intermediary of a gap seal (48, 82).
- The damping device in accordance with claim 11, characterized in that the gap seal (48, 82) is formed by an annular gap (58, 84) between piston-side surfaces (50, 54) and cylinder jacket-side surfaces (52, 56).
- The damping device in accordance with claim 12, characterized in that beyond a leakage port (60), the annular gap (58) is sealed against the external environment (62) through the intermediary of at least one sealing member (80, 110).
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