Schwingungsdämpfer

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer zur Kompensation von Schwingungen, insbesondere zur Kompensation seismischer Schwingungen zum Schutz von Gebäuden und anderweitigen Bauwerken in erdbebengefährdeten Gebieten.

Zum Schutz von Bauwerken vor Zerstörungen durch seismische Schwingungen sind neben den als dynamische Schwingungsdämpfer bezeichneten Einrichtungen, die in die Baukonstruktion des Bauwerkes integriert sind und die auftretenden Schwingungen dämpfen - DE 697 006 019 T2, DE 10 2006 018 614 A1 , WO 2004/003306 A1 , Lösungen bekannt, die den direkten Verbund zwischen dem Fundament eines Bauwerkes und dem Baugrund entkoppeln und eine sogenannte schwimmende oder Schwingungen absorbierende Gründung vorschlagen - DE 1 98 36 763 C2, DE 34 31 657 A1 , DE 30 40 181 C2, DE 30 47 762 A1 , DE 36 11 809 A1 und 20 35 012.

So beschreibt DE 198 36 763 C2 eine Erdbebensicherung, bei der das zu schützende Objekt auf Koppelelementen gegründet ist, die zwischen stabilen und labilen Stützelementen, die in einem direkten Kontakt mit dem Baugrund stehen, beweglich (schwingend) aufgehängt sind. Die Funktion der vorschlagsgemäßen Erdbebensicherung ist vergleichbar mit der eines Pendels mit langer Periodendauer, um auftretende seismische Schwingungen aufzunehmen und zu kompensieren.

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 Bauswerkes anschließt. Nach DE 33 31 657 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 ist auch im Firmenprospekt Earthquake Protection Systems der Earthquake Protction Systems Inc., Mare Island, Vallejo, 94562 Kalifornien unter „Seismic Isolating Baearings" beschrieben, die aus oberen und unteren Gehäuseteilen mit konkaven Gleitflächen und einem Gleiter besteht, der zwischen den konkaven Gleitflächen angeordnet ist und eine horizontale Bewegung des oberen Gehäuseteiles gegenüber dem untere Gehäuseteil gestattet.

Die beiden letztgenannten Lösungen sind in der Lage, relativ hohe Lastkräfte aufzunehmen, stellen aber hohe Anforderungen an die mechanische Fertigung zur Herstellung der konkaven Gleitflächen und der auf die Gleitflächen exakt

abgestimmten, korrespondieren Flächen des Gleitkörpers und verursachen höhere Fertigungskosten. Nachteilig ist ferner, dass mit den horizontalen Bewegungen zum Ausgleich von seismischen Schwingungen Höhenänderungen eintreten, die durch gesonderte Maßnahmen ausgeglichen werden müssen. Um diese Bewegungen, die zu einer Anhebung des zu schützenden Objektes führen, zu vermeiden oder auszuschalten, sieht beispielsweise DE 198 36 763 C2 zu Lasten der Tragfähigkeit eine bewegliche Anordnung eines der Stützelemente vor.

Die übrigen vorgenannten Schwingungsdämpfer haben zusammenfassend den gemeinsamen Nachteil, dass seismische Schwingungen nur unzureichend kompensiert werden und die Aufnahme hoher Lastkräfte einschränkt ist. Zudem ist der bauseitige Aufwand bei diesen Lösungen, die ein flexibles Auflager zwischen dem Fundament und dem Oberbau von Bauwerken vorsehen, recht hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen funktionssicheren Schwingungsdämpfer der eingangs genannten Gattung anzugeben, der mit relativ einfachen Mitteln kostengünstig hergestellt werden kann und zudem in der Lage ist, hohe Belastungskräfte aufzunehmen und zu übertragen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Schwingungsdämpfer nach den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 1 bis 12.

Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer, mit dem der direkte Verbund zwischen der Fundamentkonstruktion des Bauwerkes und dem Baugrund unterbrochen wird, um auftretende seismische Schwingungen zu kompensieren und eine Zerstörung des Bauwerkes, ausgelöst durch die seismischen Schwingungen, sicher zu verhindern, besteht aus einer oberen und einer unteren Grundplatte, die jeweils mit einer konkav ausgebildeten Lauffläche ausgestattet sind, wobei die Lauffläche der oberen Grundplatte zu der Lauffläche in der unteren Grundplatte um 90° zur Mittelachse des Schwingungsdämpfers gedreht und zwischen der oberen und unteren Grundlatte eine weitere Zwischenplatte mit einer oberen und einer unteren Laufflächen, die in ihrer Anordnung mit den Laufflächen der oberen und unteren Grundplatte korrespondieren, vorgesehen ist.

Zwischen den sich gegenüberstehenden Laufflächen der oberen und unteren Grundplatte und der Zwischenplatte sind Rollkörper gelagert, die durch Walzen mit einem festen Achsabstand gebildet werden. Auf diese Weise entsteht eine sogenannte „schwimmende" Lagerung mit einer sich kreuzenden Anordnung der Rollkörper, bei der die obere Grundplatte, die beispielsweise mit dem Baufundament verbunden ist, unter Zwischenschaltung der Zwischenplatte auf der unteren Grundplatte, die im Baugrund verankert ist, aufliegt und sich zur Aufnahme und Kompensation von Schwingungen unabhängig von der Grundplatte bewegen kann.

Die obere und untere Grundplatte bestehen aus einer Tragplatte, die mit Aussparungen zur Aufnahme der Laufflächen und zur Aufnahme von Befestigungslaschen einer Transportsicherung des Schwingungsdämpfers versehen und an der ein Ringbund für die Befestigung einer Manschette angeschraubt ist und aus einer Deckplatte, die die von der Tragplatte aufgenommenen und über Formschlussverbindungen mit der Tragplatte verbundenen Bauelemente fixiert. Beide Grundplatten sind baugleich, wobei für die Montage des Schwingungsdämpfers und für die Positionierung der Laufflächen, wie bereits vorstehend beschrieben, eine der Grundplatten um 90° zur Mittelachse des Schwingungsdämpfers so gedreht wird, dass eine sich kreuzende Anordnung der Laufflächen entsteht.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, durch das die Herstellung des Schwingungsdämpfers wesentlich vereinfacht und kostengünstiger gestaltet wird, bestehen die Laufflächen aus einzelnen, aneinander geschachtelten und durch Zuganker miteinander verspannten Lamellen, die von der Zwischenplatte und den Tragplatten aufgenommen werden und durch Formschlussverbindung mit diesen verbunden sind. Zusätzlich können die geschachtelten und miteinander verspannten Lamellen durch Kraftschlussverbindungen, beispielsweise durch Schweißen, zusätzlich gesichert werden.

Jede einzelne Lamelle besitzt auf einer ihrer Längsseiten eine konkav geformte Fläche, die nach dem Verschachteln und Verspannen der Lamellen zu einem Paket die Lauffläche für die Rollkörper bildet. Auf der zur konkav geformte Fläche gegenüberliegenden Längsseite der Lamelle befindet sich eine T-förmige Aussparung mit nach innen gerichteten, endseitigen Stegen, die bei der Anordnung der Lamellen auf den Tragplatten und auf der Zwischenplatte dieselben umgreifen

und die Formschlussverbindung zwischen den Platten und der einzelnen Lamelle herstellen.

Die Walzen, die mit festem Achsabstand paarweise angeordnet sind und die auftretenden Schwingungen aufnehmen und durch Abrollen auf den Laufflächen zwischen der Zwischenplatte und der oberen und unteren Grundplatte ausgleichen bzw. kompensieren, besitzen an beiden Stirnseiten einen Lagerzapfen zur Aufnahme eines Lagerschildes und einen Führungsbund, dessen Innenfläche in Kontakt mit der äußere Seitenfläche der äußersten Lamelle der Lauffläche steht. Während durch das Lagerschild der festgelegten Achsabstand bestimmt wird, werden über den Führungsbund die Walzenpaares in ihrer Rollbewegung auf den Lauffläche geführt. Gleichzeitig fixiert der Führungsbund die Positionierung der Zwischenplatte, die praktisch lose auf dem unteren Walzenpaar aufliegt und weder mit der unteren noch mit der oberen Grundplatte verbunden ist.

Der durch das Lagerschild bestimmte, feste Achsabstand der Walzen wird durch Führungsleisten, die in Aussparungen der Lageschilde eingreifen und eine Stabilisierungsplatte, die mit den Führungsleisten verschraubt ist, zusätzlich gesichert und stabilisiert.

Die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der Rollkörper resp. der Walzen gewährleistet so die Aufnahme und übertragung hoher Belastungskräfte, die beim bestimmungsgemäßen Einsatz auf den Schwingungsdämpfer einwirken.

Vorteilhafter Weise ist der Innenraum des Schwingungsdämpfers mit der Zwischenplatte, den Laufflächen und den Rollkörpern durch eine geschlossene Manschette eingehaust, die an dem Ringbund auf der oberen und unteren Tragplatte angeschlossen ist. Der von der Manschette eingeschlossene Innenraum kann beispielsweise genutzt werden, um ein antikorrosives Medium oder ein Gleitmittel einzubringen.

Der montierte Schwingungsdämpfer nach der Erfindung, bei dem in der Betriebsstellung zur Entkopplung der direkten Verbindung von Baufundament und bodenseitigem Baugrund die obere Grundplatte unter Zwischenschaltung der Zwischenplatte und der Rollkörper praktisch lose auf der unteren Grundlatte aufliegt, wird für den Transport und den Einbau vor Ort durch Riegel gesichert. Die Riegel

sind an Befestigungslaschen angeschraubt, die über Formschlussverbindungen mit der oberen und unteren Tragplatte verbunden sind und die obere und die untere Grundplatte miteinander verspannen.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht vor allem darin, dass der fertigungsseitige mechanische Aufwand für die Herstellung des Schwingungsdämpfers, gemessen an den bereits bekannten Vorschlägen, die ebenfalls eine Entkopplung vorsehen, sehr gering ist und mit der alternierenden Bewegung zwischen oberer und unterer Grundplatte zur Kompensation und zum Ausgleich von Schwingungen infolge der sich kreuzenden Anordnung der Laufflächen in voneinander getrennten horizontalen Ebenen und der Ausbildung und Anordnung der Rollkörper keine Höhenänderung eintritt. Zudem ist der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer bei entsprechender Baugröße in der Lage, hohe Belastungskräfte aufzunehmen und zu übertragen.

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

Fig. 1 den Schwingungsdämpfer nach der Erfindung in Transportstellung mit abgenommener Manschette,

Fig. 2 den Schwingungsdämpfer in Einbauposition/Arbeitsstellung mit abgenommener oberer Deckplatte,

Fig. 3 den Schwingungsdämpfer ohne obere Grundplatte und teilweise entfernte Riegel, mit denen die Transportstellung des Schwingungsdämpfers gesichert wird,

Fig. 4 den konstruktiven Aufbau des Schwingungsdämpfers ohne

Manschette und obere Grundplatte mit der dazugehörigen Lauffläche,

Fig. 5 die Anordnung und Ausbildung der Lauffläche auf der unteren

Grundplatte mit aufgeschraubtem Ringflansch und eingesetzten Befestigungslaschen für die Riegel zur Sicherung der Transportstellung,

Fig. 6 die Ausbildung der oberen und unteren Rollkörper,

Fig. 7 die Zwischenplatte mit der Anordnung und Ausbildung der

Laufflächen und der einzelnen Lamellen, die in geschachtelter Anordnung die Laufflächen bilden,

Fig. 8 die Deckplatte der oberen und unteren Grundplatte,

Fig. 9 die Tragplatte der oberen und unteren Grundplatte,

Fig. 10 die Manschette.

Wie aus Fig. 1 und Fig. 4 hervorgeht, besteht der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer, der vorzugsweise zur Isolierung und Kompensation . seismischer Schwingungen durch die Entkopplung der Gründung eines Bauwerkes mit seinem weiteren Aufbau eingesetzt wird, in seinem Grundaufbau aus einer unteren und oberen, mit Laufflächen 3; 4 ausgestatteten Grundplatte 1 ; 2, zwischen denen unter Zwischenschaltung einer Zwischenplatte 5 mit unteren und oberen Laufflächen 6; 7 untere und obere Rollkörper 8; 9 paarweise angeordnet sind.

Die untere und obere Grundplatte 1; 2, von denen die untere Grundplatte 1 beispielsweise mit der Bodenplatte eines Bauwerkes fest verbunden ist, während sich an der oberen Grundplatte 2 das Fundament oder der Unterbau eines Bauwerkes anschließt, sind baugleiche Bauelemente, die durch eine Tragplatte 11 ; 12 und eine Deckplatten 13; 14 gebildet werden, die mit Anschlussbohrungen 36 für die Befestigung des Schwingungsdämpfers versehen sind - Fig. 5, 8 und 9. Die einzige änderung zwischen den beiden Bauelementen besteht in der unterschiedlichen Anordnung der Laufflächen 3; 4, wobei die Lauffläche 4 der oberen Grundplatte 2 zur Lauffläche 3 der unteren Grundplatte 1 um 90° gedreht ist.

Die Tragplatten 11 ; 12, die zur Anordnung und Aufnahme der Laufflächen 3; 4, der Befestigungslaschen 34 für die Riegel 33 der Transportsicherung des Schwingungsdämpfers und zur Befestigung des Ringflansches 10 für die Aufnahme und Befestigung der Manschette 31 - Fig. 10 - dienen, sind hierfür mit einem Aufnahmeschlitz 37, Aufnahmenuten 40 und mit Gewindebohrungen 39 versehen. Für die Herstellung der Laufflächen 3 und 4, die sich erfindungsgemäß aus

einzelnen und miteinander zu einem Packet verspannten Lamellen 15 zusammensetzen - Fig. 5, werden die Lamellen 15 einzeln in die Einstecköffnung 38 - Fig. 9 - eingesetzt und nach links und rechts zum Ende der Aufnahmenut 40 verschoben. Nachdem die letzte Lamelle 15 in die Einstecköffnung 38 eingesetzt worden ist, werden diese durch Zuganker 16 miteinander verspannt und ergeben eine einfache, kostengünstig herzustellende und in sich geschlossene Lauffläche für die Rollköper 8; 9, über die die auftretenden Schwingungen isoliert und kompensiert werden.

Sind der Ringflansch 10 auf der Tragplatte 11 ; 12 aufgeschraubt und die Befestigungslaschen 34 in die dafür vorgesehenen Aufnahmeschlitze 37 der Tragplatte 11 ; 12 eingesetzt - Fig. 2, wird die Deckplatte 13; 14 auf die Tragplatte 11 ; 12 aufgesetzt, um die Lamellen 15 der Lauffläche 3; 4 und die Befestigungslaschen 34 zu sichern und zu fixieren. über die Aussparungen 41 und 42 in der Deckplatte 13 können die Lamellen 15 und die Befestigungslaschen 34, die formschlüssig mit der Tragplatte 11 ; 12 verbunden sind, zusätzlich fixiert und beispielsweise durch Verschweißen kraftschlüssig mit der Tragplatte 11 ; 12 und der Deckplatte 13; 14 fest verbunden werden.

Zwischen der unteren Grundplatte 1 und der oberen Grundplatte 2 ist erfindungsgemäß eine Zwischenplatte 5 angeordnet - Fig. 1 und 4, die korrespondierend zu den Laufflächen 3 und 4 der unteren und oberen Grundplatte 1 ; 2 ebenfalls mit unteren und oberen Laufflächen 6; 7 ausgestattet ist. Die Laufflächen 6; 7 der Zwischenplatte 5 werden wiederum durch einzelne Lamellen 15 gebildet, die aneinander geschachtelt und durch Zuganker miteinander verspannt und mit der Zwischenplatte 5 durch Formschluss verbunden sind.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, besitzt jede einzelne Lamelle 15 auf einer ihrer Längsseiten eine konkave Fläche 17, die praktisch Teil der Laufflächen 3, 4, 6, und 7 ist, und auf der zur konkaven Fläche 17 gegenüberliegenden Längsseite eine T- förmige Aussparung 18 mit nach innen gerichteten Stegen 19; 20, die die Zwischenplatte 5 bzw. die Tragplatten 11 ; 12 im Bereich der Aussparungen 40 umgreifen und auf diese Weise die Formschlussverbindung der Lamellen 15 mit der jeweiligen Tragplatte 11 ; 12 oder der Zwischenplatte 5 herstellen. Für die Aufnahme und Durchführung der Zuganker 16 sind die einzelnen Lamellen 15 im Bereich ihrer Stirnseiten mit Durchgangsbohrungen 43 versehen.

Nachdem zunächst auf einer Seite, beispielsweise auf der Unterseite der Zwischenplatte 5 - Fig. 7 - die Lamellen 5 zur Ausbildung der Lauffläche 6 aufgesetzt, aneinander geschachtelt und miteinander über die Zuganker 16 verspannt worden sind, werden die Lamellen 15 für die obere Lauffläche 7 der Zwischenplatte 5, ähnlich wie bei den Tragplatten 11 ; 12, mit den Stegen 19; 20 in die Einstecköffnung 44 der Zwischenplatte 5 eingesetzt und von der Einsetzstelle auf der Zwischenplatte 5 nach links und rechts verschoben. Nach Einsetzen der letzten Lamelle 15 werden diese mit Hilfe der Zuganker 16 miteinander verspannt und bilden eine geschlossene Lauffläche 7, die nach Montage des Schwingungsdämpfers mit der Lauffläche 4 der oberen Grundplatte 2 korrespondiert und die untere Lauffläche 7 für die oberen Rollkörper 9 bildet.

Die Isolierung und Kompensation auftretender Schwingungen erfolgt über obere und untere Rollkörper 8; 9, die in unterschiedlichen Ebenen zwischen den korrespondierenden Laufflächen 3; 6 und 4; 7 angeordnet sind und deren Laufwege sich auf Grund der um 90° versetzen Anordnung der Laufflächen 3; 6 und 4; 7 kreuzen. Die Rollkörper 8; 9 werden durch paarweise angeordnete Walzen 21 ; 23 mit einem unveränderlichen, horizontalen Achsabstand ihrer Längsachsen gebildet - Fig. 6. Der Achsabstand wird über ein Lagerschild 26 festgelegt, das von stirnseitigen Lagerzapfen 35 der Walzen 21 ; 22 aufgenommen wird und mit einer Aussparung 29 versehen ist. Zur Stabilisierung der Walzenanordnung und gleichzeitigen Fixierung des festgelegten Achsabstandes der Walzen 21; 22 sind Führungsleisten 27; 28 in die Aussparung 29 eingesetzt und mit dem Lagerschild 26 durch Formschluss verbunden, wobei die Formschlussverbindungen durch eine Stabilisierungsplatte 30 gesichert wird, die mit den Führungsleisten 27; 28 verschraubt ist.

An beiden Stirnseiten der Walzen 21 ; 22 ist ein Führungsbund 23 vorgesehen, dessen Innenfläche 24 an der äußeren Seitenfläche 25 der äußersten Lamelle 15 anliegt und zur Führung der Walzen 21 ; 22 zwischen den Laufflächen 3; 6 und 4; 7 dient. Gleichzeitig wird auf diese Weise über den Führungsbund 23 der Walzen 21; 22 die Positionierung der Zwischenplatte 5 bestimmt und fixiert, die, wie bereits dargelegt, nicht mit der unteren oder oberen Grundplatte 1 ; 2 des Schwingungsdämpfers verbunden ist.

Für den Transport und den Einbau des vollständig montierten Schwindungsdämpfers werden die untere und obere Grundplatte 1 ; 2 durch Riegel 33 miteinander verspannt, die an Befestigungslaschen 34 der Tragplatten 11 ; 12 angeschraubt und nach dem Einbau des Schwingungsdämpfers in jedem Fall zu entfernen sind, um seine volle Funktionsfähig zu gewährleisten.

Um die Laufflächen 3, 4, 6, und 7 und die unteren und oberen Rollkörper 8; 9 vor Verschmutzungen zu schützen, wird der Innenraum des Schwingungsdämpfers zweckmäßiger Weise mit einer geschlossenen Manschette 31 abgedichtet, die über Spanbänder 32 an den auf den Tragplatten 11 ; 12 aufgeschraubten Ringflansch befestigt ist.

BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG

1 untere Grundplatte

2 obere Grundplatte

3 Lauffläche

4 Lauffläche

5 Zwischenplatte

6 untere Lauffläche der Zwischenplatte

7 obere Lauffläche der Zwischenplatte

8 unterer Rollkörper

9 oberer Rollkörper

10 Ringflansch

11 untere Tragplatte

12 obere Tragplatte

13 untere Deckplatte

14 obere Deckplatte

15 Lamellen der Laufflächen 3; 4; 6; 7

16 Zuganker

17 konkave Fläche

18 Aussparung

19 Steg

20 Steg

21 Walze

22 Walze

23 Führungsbund

24 Innenfläche des Führungsbundes

25 äußere Seitenfläche der äußersten Lamelle 15

26 Lagerschild

27 Führungsleiste

28 Führungsleiste

29 Aussparung

Stabilisierungsplatte

Manschette

Spannband

Riegel

Befestigungslasche

Lagerzapfen

Anchlussbohrung

Aufnahmeschlitz

Einstecköffnung

Gewindebohrung

Aufnahmenut

Aussparung

Aussparung

Durchgangsbohrung

Einstecköffnung