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Title:
DEVICE FOR ISOLATING AND COMPENSATING VIBRATIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/094960
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an improved device for isolating and compensating vibrations, especially seismic vibrations, by decoupling the direct connection between the ground and the substructure of an object to be protected. The aim of the invention is to further reduce the production costs and the space required for devices wherein the compensation of vibrations does not involve a height change. The device according to the invention has a split housing which consists of a lower and an upper support plate (24; 25) receiving respective lower or upper bearings (1; 2) with a concave bearing surface (6). A vibration-damping and compensating structural element (8) is equipped with rolling bodies and is interposed between the bearing surfaces (6), said bearing surfaces being arranged in mirror-image fashion relative each other and having the same concave structure. The rolling bodies used are balls (9) that are arranged at a fixed axial distance (23) on a common pitch circle diameter (22) and are guided in a ball cage (10).

Inventors:
RIESBECK, Rolf-Dieter (Ratskamp 16, Heiligenhafen, 23774, DE)
Application Number:
DE2008/000194
Publication Date:
August 06, 2009
Filing Date:
January 30, 2008
Export Citation:
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Assignee:
RIESBECK, Rolf-Dieter (Ratskamp 16, Heiligenhafen, 23774, DE)
International Classes:
E04H9/02
Domestic Patent References:
WO1995022012A1
WO1999017033A2
Foreign References:
EP1678399A12006-07-12
JPH1038022A
Attorney, Agent or Firm:
RADWER, Dieter (Hübner . Neumann . Radwer, Frankfurter Allee 286, Berlin, 10317, DE)
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Claims:
P A T E N T A N S P R ü C H E

1. Einrichtung zur Isolierung und Kompensation von Schwingungen, insbesondere zum Schutz von Objekten und Bauwerken gegenüber seismischen Schwingungen mit einem geteilten Gehäuse, bestehend aus einem Unter- und Oberteil, die in Betriebsstellung nicht miteinander verbundenen sind und jeweils eine konkav ausgebildete Lagerfläche besitzen, wobei zwischen den Lagerflächen ein Gleitelement angeordnet ist, das den Verbund zwischen dem zu schützenden Objekt und dem Bodengrund entkoppelt und auftretende Schwingungen kompensiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuses aus einer unteren und oberen Tragplatte (24; 25) besteht, die jeweils ein unteres oder oberes Lager (1 ; 2) mit einer konkaven Lagerfläche (6) aufnehmen und zwischen den Lagerflächen (6) ein mit Rollkörpern ausgestattetes Bauelement (8) vorgesehen ist, wobei als Rollkörper Kugeln (9) dienen, die mit festem Achsabstand (23) auf einem gemeinsamen Teilkreisdurchmesser (22) angeordnet sind und in einem Kugelkäfig (10) geführt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere und obere Tragplatte (24; 25) mit dem unteren oder oberen Lager (1; 2) und den Lagerflächen (6) baugleich und so zueinander positioniert sind, dass sich die Lagerflächen (6), die die gleiche konkave Struktur besitzen, spiegelbildlich gegenüberstehen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Bauelement (8), das die auftretenden Schwingungen ausgleicht und kompensiert, zwischen den Lagerflächen (6) des unteren und oberen Lagers

(1 ; 2) frei bewegbar angeordnet ist und die Rollkörper des Bauelementes (8) mit den Lagerflächen (6) in einem ständigen Kontakt stehen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum der Einrichtung durch eine, an den Außenmantel (7) der Lagerflächen (6) befestigte Manschette (3), verschlossen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die

Lager (1 ; 2) mit der Lagerfläche (6) jeweils mit der unteren und oberen Tragplatte (24; 25) fest verbunden sind und die Tragplatten (24; 25) Anschläge (26) besitzen, an denen eine Sicherungsscheibe (27) befestigt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig (10) aus einem unteren Käfigring (14), einem Zwischenring (13) und einem oberen Käfigring (12) besteht, die fest miteinander verbunden und mit Bohrungen (17; 18; 19) versehen sind, die in der Anordnung der Kugeln (9) auf den gleichen Teilkreisdurchmesser (22) und mit dem gleichen Achsabstand (23) angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die

Kugeln (9) in Führungsbuchsen (15; 16) laufen, die in Bohrungen (18; 19) eingesetzt und über Formschlussverbindungen mit den Käfigringen (13; 14) verbunden sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbuchsen (15; 16) einen stirnseitigen Flansch (20; 21) besitzen, der von den Bohrungen (17) des Zwischenringes (13) aufgenommen wird.

Description:

Einrichtung zur Isolierung und Kompensation von Schwingungen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Isolierung und Kompensation von Schwingungen, insbesondere seismischen Schwingungen, durch die Entkopplung der direkten Verbindung von Bodengrund und Unterbau eines zu schützenden Objektes

Lösungen, die zum Schutz von Objekten und Bauwerken vor Beschädigungen und Zerstörungen den direkten Verbund zwischen dem Baugrund und dem Unterbau entkoppeln und praktisch eine schwimmende Lagerung des zu schützenden Objektes vorsehen, sind bereits bekannt - DE 1 98 36 763 C2, DE 34 31 657 A1 , DE 3040 181 C2, DE 3047 762 A1 , DE 36 11 809 A1 und 20 35 012.

In DE 3040 181 C2, DE 3047 762 A1 und DE 33 31 657 A1 werden zur Sicherung von Gebäudekonstruktionen und zur Isolierung seismischer Schwingungen elastische Federkörper vorgeschlagen. Die Federkörper besitzen eine obere und untere Grundplatte mit einem dazwischen liegenden Federelement, wobei die untere Grundplatte vorteilhafter Weise auf ein Bankett platziert wird und sich an die obere Grundplatte die Gründung des Bauwerkes anschließt.

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Nach DE 3331 657 A1 können zusätzlich zu den elastischen Federsätzen, die die Verbindung von Baugrund und Bauwerksgründung entkoppeln, weitere Federsätze für die Anordnung von dynamischen Schwingungsdämpfern eingesetzt werden, die Teil der Gebäudekonstruktion sind und in die Gebäudekonstruktion integriert werden.

Neben Einrichtungen, die zwischen dem Fundament und dem Oberbau von Bauwerken ein flexibles Auflager vorsehen, das sich unter Einwirkung von Erdbeben bei konstantem Volumen verformen lässt - DE 20 35 012 A1 und DE 36 11 809 A1 , ist aus DE 10 2005 060 375 A1 ein Gleitpendellager bekannt.

Dieses Gleitpendellager dient ebenfalls zur Entkopplung von Baugrund und Bauwerk und soll die Möglichkeit schaffen, die durch Erdbeben verursachten Bewegungen des Baugrundes durch Bewegungen des Bauwerkes in einer horizontalen Ebene auszugleichen und zu kompensieren. Das Gleitpendellager nach DE 10 2005 060 375 A1 besteht aus einer ersten Gleitplatte mit einer konkav ausgebildeten Gleitfläche, die am Unterbau des Bauwerkes befestigt ist und einem Gleitschuh mit oberen und unteren konvexen Gleitflächen, die auf die konkav ausgebildete Gleitfläche der ersten Gleitplatte und dem Lager zur Aufnahme des Gleitschuhs, das mit dem Baugrund fest verbunden ist, abgestimmt sind.

Eine ähnliche Lösung wird auch im Firmenprospekt Earthquake Protection Systems der Earthquake Protction Systems Inc., Mare Island, Vallejo, 94562 Kalifornien unter „Seismic Isolating Bearings" beschrieben. Dieses, seismische Schwingungen isolierende Auflager besteht aus einem oberen und unteren Gehäuseteil mit konkaven Gleitflächen und einem Gleiter, der zwischen den konkaven Gleitflächen angeordnet ist und eine horizontale Bewegung des oberen Gehäuseteiles gegenüber dem untere Gehäuseteil gestattet.

Die beiden letztgenannten Lösungen, mit denen relativ hohe Lastkräfte aufgenommen werden können, stellen aber hohe Anforderungen an die Herstellung der aufeinander abgestimmten Gleitflächen des Gleiters und der oberen und unteren Gehäuseteile und verursachen dadurch höhere Fertigungskosten. Nachteilig ist ferner, dass mit den horizontalen Bewegungen

zum Ausgleich von seismischen Schwingungen Höhenänderungen eintreten, zu deren Kompensierung gesonderte Maßnahmen vorzusehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weiter verbesserte Einrichtung zum Schutz von Objekten gegenüber Schwingungen und den durch Schwingungen ausgelösten Bewegungen mit schädigenden oder zerstörenden Wirkungen anzugeben, die einen geringen Bauraum erfordert und zudem in der Lage ist, hohe Belastungskräfte aufzunehmen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Einrichtung nach den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 8.

Die erfindungsgemäße Einrichtung, die den direkte Verbund zwischen einem zu schützenden Objekt und dem Bodengrund entkoppelt, um auftretende Schwingungen, die eine ungewollte, zu Beschädigungen und Zerstörungen führende Bewegung des zu schützenden Objektes auslöst, sicher zu dämpfen, auszugleichen und zu kompensieren, besteht aus zwei Gehäusehälften, die aus einer unteren und oberen Tragplatte gebildet werden, an denen ein unteres oder oberes Lager mit einer konkaven Lagerfläche fest angeschlossen ist. Beide Gehäuseteile sind so angeordnet, dass die Lagerflächen des unteren und oberen Lagers, die die gleiche konkave Konfiguration besitzen, spiegelbildlich gegenüberliegen.

In der Trennfuge zwischen dem unteren und oberen Gehäuseteil ist ein Schwingungen ausgleichendes und kompensierendes, mit Rollkörpem ausgestattetes Bauelement frei beweglich angeordnet, wobei die Rollkörper in Form von Kugeln, über die der Ausgleich und die Kompensation auftretender Schwingungen erfolgt, in einem ständigen Kontakt mit den Lagerflächen des unteren und oberen Lagers stehen. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung der beiden Gehäuseteile und des mit Rollkörpern ausgestatteten und zwischen den Lagerflächen frei beweglichen Bauelementes werden die statische Verbindung zwischen dem zu schützenden Objekt und dem Bodengrund aufgehoben und die Voraussetzungen geschaffen, dass sich bei auftretenden Schwingungen der untere Gehäuseteil über das mit Rollkörpern ausgestattete Bauelement unabhängig vom oberen Gehäuseteil bewegen kann. Durch

Schwingungen ausgelöste Bewegungen, die zu einer Beschädigung oder zu einer Zerstörung des zu schützenden Objektes führen, können auf diese Weise gedämpft, ausgeglichen und kompensiert werden.

Die Kugeln des zwischen den Lagerflächen frei beweglichen Bauelementes sind erfindungsgemäß mit festem Achsabstand auf einem gemeinsamen Teilkreisdurchmesser angeordnet und werden durch einen Kugelkäfig geführt, der aus einem unteren Käfigring, einem Zwischenring und einem oberen Käfigring besteht. Die Käfigringe und der Zwischenring sind fest miteinander verbunden und mit Bohrungen versehen, die entsprechend der Anordnung der Rollkörper bzw. der Kugeln auf dem gleichen Teilkreisdurchmesser und mit gleichem Achsabstand angeordnet sind und zur Aufnahme von Führungsbuchsen dienen, in denen die Kugeln laufen.

Die Führungsbuchsen, die über Formschlussverbindungen fest mit dem unteren oder oberen Käfigring verbunden sind, besitzen einen stirnseitigen Flansch, der als Lagesicherung dient und ein ungewolltes Herauslösen der Führungsbuchsen aus den Käfigringen verhindert. Bei der Montage des Kugelkäfigs werden die Führungsbuchsen soweit in die betreffende Bohrung des jeweiligen Käfigringes eingesteckt, bis der Flansch an der Innenflächen des unteren oder oberen Käfigringes anliegt. Der Flansch selbst, der gegenüber den Führungsbuchsen einen größeren Außendurchmesser besitzt, wird von den Bohrungen des Zwischenringes aufgenommen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Käfigringe und der Zwischenring flächig aufeinanderliegen und zu einer formstabilen Baugruppe miteinander verspannt werden können.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Innenraum der Einrichtung mit einer elastischen Manschette, die mittels Spannbändern am Außenmantel der Lagerflächen befestigt ist, abgedichtet, um die Lagerflächen und das zwischen den Lagerflächen frei bewegbar angeordnete Bauelement vor Verschmutzungen zu schützen.

Für die Montage und den sicheren Transport ist die erfindungsgemäße Einrichtung mit einer Sicherung in Form einer einfachen Sicherungsscheibe versehen, die die untere und die obere Tragplatte miteinander verbindet und an Anschlägen lösbar befestigt ist, die an der unteren und oberen Tragplatte vorgesehen sind.

Neben dem relativ geringen Raumbedarf, der für den Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung erforderlich ist, hat die vorgeschlagene Einrichtung gegenüber bereits bekannten, gattungsgemäßen Lösungen den entscheidenden Vorteil, dass aufgrund der Ausbildung und Anordnung der Lagerflächen und des zwischen den Lagerflächen frei beweglichen Bauelementes, das die durch Schwingungen ausgelösten Bewegungen dämpft, ausgleicht und kompensiert, keine Höhenänderungen eintreten. Die vielfach notwendigen zusätzlichen Maßnahmen zum Ausgleich derartiger Höhenänderung können daher entfallen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die äußere Ansicht des unteren und oberen Lagers der erfindungsgemäßen Erfindung, wobei der Innenraum mit den Lagerflächen durch eine Manschette abgeschlossen ist,

Fig. 2 das untere Lager der Einrichtung mit der konkav ausgebildeten

Lagerfläche,

Fig. 3 die erfindungsgemäße Einrichtung nach Fig. 1 mit abgenommenem oberen Lager und dem auf der Lagerfläche des unteren Lagers befindlichen Bauelement zur Kompensation von Schwingungen und zur Entkopplung der Verbindung von Baugrund und Unterbau,

Fig. 4 die vollständig montierte, mit Transportsicherungen versehene

Einrichtung in Einbaustellung,

Fig. 5 das erfindungsgemäße Bauelement zur

Schwingungskompensation und zur Entkopplung der Verbindung von Baugrund und Unterbau durch Trennen des unteren Lagers vom oberen Lager,

Fig. 6 die Explosionszeichnung des Bauelementes nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung nach

Fig.4.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Isolierung und Kompensierung von Schwingungen, insbesondere seismischen Schwingungen, besteht aus einem geteilten Gehäuse und einem in der Trennfuge 28 zwischen den Gehäuseteilen angeordneten, frei beweglichen Bauelement 8 - Fig. 3 und 7.

Die beiden Teilgehäuse, von denen die untere Gehäusehälfte zur Entkopplung der direkten Verbindung zwischen dem Bodengrund und dem zu schützenden Objekt, beispielsweise auf einer Bodenplatte und die obere Gehäusehälfte am Unterbau des zu schützenden Objektes ortsfest angebracht wird, bestehen aus einer unteren Tragplatte 24 und einer oberen Tragplatte 25 - Fig. 4 und 7 - und einem an den Tragplatten 24; 25 befestigten unteren und oberen Lager 1; 2 mit einer konkaven Lagerfläche 6. Die Tragplatten 24: 25 mit den Lagern 1 ; 2 sind zueinander so positioniert, dass die Lagerflächen 6, die in beiden Lagern 1; 2 gleich ausgebildet und konfiguriert sind, spiegelbildlich gegenüberliegen.

Erfindungsgemäß ist das in der Trennfuge 28 frei beweglich angeordnete Bauelement 8 mit Rollkörpern in Form von Kugeln 9 ausgestattet, die in einem festen Achsabstand 23 auf einem gemeinsamen Teilkreisdurchmesser 22 angeordnet sind und in einem Kugelkäfig 10 geführt werden - Fig. 3 und 5. Die Kugeln 9 befinden sich im ständigen Kontakt mit den Lagerflächen 6 des unteren und oberen Lagers 1 , 2 und heben praktisch eine direkte, feste Verbindung des zu schützenden Objektes mit dem Bodengrund auf. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung des zweigeteilten Gehäuses und dem in der Trennfuge 28 befindlichen, beweglichen Bauelement 8 ist bei einer durch Schwingungen ausgelösten Bewegung des Bodengrundes eine unabhängige Bewegung der unteren Gehäusehälfte gegenüber der am Unterbau des zu schützenden Objektes befestigten oberen Gehäusehälfte gewährleistet. Die auftretenden Schwingungen werden auf diese Weise ohne jede Höhenänderung des Abstandes zwischen dem Unterbau des zu schützenden Objektes und dem Bodengrund gedämpft, ausgeglichen und kompensiert. Aufgrund seiner frei beweglichen Anordnung und der konkaven Ausbildung der Lagerfläche 6 stellt

sich das Bauelement 8 selbsttätig in seine Nullstell- bzw. Ausgangsstellung zurück.

Der Kugelkäfig 10, der die Kugeln 9 in der erfindungsgemäßen Anordnung fixiert und führt, besteht vorschlagsgemäß aus einem unteren und oberen Käfigring 12; 14 und einem Zwischenring 13, die beispielsweise durch Spannschrauben 11 miteinander fest verschraubt sind - Fig. 4 und 5. Unterer und oberer Käfigring 12; 14, sind mit Bohrungen 19; 18 versehen, die entsprechend der Anordnung der Kugeln 9 den gleichen Achsabstand 23 und den gleichen Teilkreisdurchmesser 22 besitzen und zur Aufnahme von unteren und oberen Führungsbuchsen 15; 16 dienen, in denen die Kugeln 9 laufen. Die Führungsbuchsen 15; 16 sind in den Bohrungen 18; 19 durch Formschlussverbindungen gefestigt und werden so eingesetzt, dass der Flansch 20; 21 der Führungsbuchsen 15; 16 an der Innenfläche des jeweiligen unteren oder oberen Käfigringes 12; 14 anliegt. In kongruenter Anordnung zu den Bohrungen 18; 19 in den Käfigringen 12; 14 besitzt der Zwischenring 13 Bohrungen 17, die den Flansch 20; 21 der Führungsbuchsen 15; 16 aufnehmen. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Käfigringe 12; 14 und der Zwischenring 13 flächig aufeinanderliegen und mit Hilfe der Schrauben 11 fest miteinander verspannt werden können.

Wie aus Fig. 1 und 3 ersichtlich, ist der Innenraum der Einrichtung mit einer Manschette 3 abgedichtet, um die Lagerflächen 9 und das frei beweglich angeordnete Bauelement 8 vor Verschmutzungen zu schützen. Die Manschetten 3 ist auf relativ einfache Weise mittels Spannbändern 4 auf den Außenmantel 7 des unteren und oberen Lagers 1 ; 2 befestigt. Der durch die Manschette 3 abgeschlossene Raum kann ferner genutzt werden, um ein antikorrosives Medium oder ein Schmiermittel einzubringen.

Da zwischen der unteren und oberen Gehäusehälfte und dem dazwischenliegenden Bauelement 8 keine statische Verbindung besteht, ist es zweckmäßig, eine Sicherung für den Transport und die Baumontage der erfindungsgemäßen Einrichtung vorzusehen. Eine solche Sicherung ist in Fig. 4 und 7 dargestellt und besteht aus einer einfachen Sicherungsscheibe 27, die die untere und obere Tragplatte 24; 25 miteinander verbindet und an Anschlägen 26 der unteren und oberen Tragplatte 24; 25 angeschraubt ist. In der

Betriebsstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist diese Sicherung in jedem Fall zu entfernen.

BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG

1 unteres Lager

2 oberes Lager

3 Manschette

4 Spannband

5 Bohrung

6 konkave Lagerfläche

7 Außenmantel δ Bauelement zur Schwingungsdämpfung und Schwingungskompensation

9 Kugel

10 Kugelkäfig

11 Spannschrauben

12 oberer Käfigring

13 Zwischenring

14 unterer Käfigring

15 untere Führungsbuchse

16 obere Führungsbuchse

17 Bohrung

18 Bohrung

19 Bohrung

20 Flansch

21 Flansch

22 Teilkreisdurchmesser

23 Achsabstand der Kugeln 9

24 untere Tragplatte

25 obere Tragplatte

26 Anschlag

27 Sicherungsscheibe

28 Trennfuge




 
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