用于摆式减振器的阻尼万向悬挂的制作方法

本发明涉及一种用于使用在高大细长的建筑物和技术设施、尤其风力设施(windkraftanlagen)中的摆式减振器(pendeltilger)用的新型的独立阻尼摆式悬挂(pendelaufhängung)。

本发明尤其涉及一种装备有阻尼元件的、被安装在相对摆质量(pendelmasse)的另一端部处的带有两个经由交叉部连接的轴的万向接头(kardangelenk)，其尽管在该部位处存在的较小的可运动性仍能够充分抑制摆的由于干扰频率所产生的振动。

背景技术：

高大且细长的大楼和设施经受特别的振动情况，其须通过技术措施来留心，以便不发生损伤或提前的疲劳过程。这尤其适用于风力设施，其由于其在过去几年中快速的技术上的进一步发展越来越多地同样被使用在更极端的地区(例如海面上)和高度中，且此外具有越来越高的塔，以便于充分利用在该处更好的风力情况。这样的风力设施须经受住在其处由于风、波浪、天气和运行出现的力，其在不同部位处不同强度地加载这些设施。尤其地，振动力可能威胁设施的运行和安全性。

不仅在运行中而且在建立风力设施或高塔的情形中，由于风或其它的力出现振动，其可能(特别是因此)威胁建造，由于处在建筑中的设施尚未最佳地适配于这样的干扰振动。

在建立风力设施的情形中，首先逐段建立塔。紧接着装配带有转子的机舱(gondel)。不带有机舱的情况(单单塔干)关于共振激发应被视为关键的，因为在该状态中可能形成比这在带有机舱的情况下更大的振动幅度。在此，用于这样的目的的振动减振器总是被放置到最上部的塔段的端部上且在该处被拧紧。一直重复该过程，直至塔被完整地建立且机舱可被安放。在此，该设施的固有频率随着提高的装配进展而下降。因此，减振器频率须在较宽的范围(大约因子2)中可以简单的方式被适配且通常处在相比已完成建立的设施更高的水平上。

因此必要的是，通过技术措施针对性地且有效地抑制在这些设施中出现的振动。这根据若干不同的使用领域利用不同结构的振动减振器或振动阻尼器而发生。

大多数干扰力也作用于设施的塔上，该塔一般而言以大多<1hz的较低固有频率被激发振动。出于该原因，在现有技术中经常使用用于振动抑制的摆式减振器，其大多被悬挂在塔中。

用于风力设施的摆式减振器在现有技术中是已知的。

如此地在ep1008747(b1)中描述了一种摆式减振器，其在摆的接头支承部中具有弹性阻尼元件。该技术解决方案是特别节省空间的，然而具有如下缺点，即，对于在接头中引起阻尼的运动而言仅较小的距离可供使用，从而使得阻尼效果经常不够，且在塔内的额外的阻尼须在摆处进行。

wo2009/068599描述了一种摆式减振器，在其中摆质量的振动通过借助于若干板的摩擦阻尼来抑制。在摩擦元件中可忽略由温度对频率的影响。

在使用流体阻尼器的情形中产生类似的困难。此处存在温度影响，其然而通过我们的补偿在最大程度上被防止。始终存在的空间问题在所有减振器中都是一样的。

遇到这点，提出了与摆式减振器相联系的磁体阻尼器或者涡流阻尼器。在常规的磁体阻尼器的情形中，阻尼通过彼此移动经过的相反极性或相同极性的磁体的吸引或排斥实现。涡流阻尼器在功能上基于如下，即，在移动通过变化着的磁场的电导体中感应出电流。引起的涡流又形成磁场，其反作用于原来的磁场且制动导体的移动。如果导体在磁场中以其移动的速度提高，则导体中的涡流增加，这引起更强的磁场，由此运动被进一步且增强地制动。

磁体阻尼器或者涡流阻尼器像这样在现有技术中是已知的。

如此地在de3741578a1中描述了一种用于精密机器的震动阻尼装置，其基于板在磁场的北极与南极之间的运动。

us2007/0131504描述了一种平面的震动阻尼器，在其中横向摆式装置在平面布置的磁场的场域中移动。

在ep2696072中描述了一种带有质量摆和呈板状的磁体元件和导体元件的用于风力设施的振动减振器组件，其中，在元件之间装入滑动组件、尤其滑动层，其应以仅较小的温度相关性确保减振器的紧凑的结构形式。在此，质量摆在振动情况下在优选两个振动装置中被引导，其中，在质量摆的下端部处发生导体板相对磁体板的运动。

所提到的磁体减振器具有如下缺点，即，其是非常方向相关的且不可被轴向扭转。此外，利用其经常不可达到经常超过1000kns/(mxm³)的足够高的阻尼密度，其然而在使用风力设施、尤其带有100m高和比这更高的塔的风力设施的情形中绝对必要。

wo2016/023628描述了一种涡流振动减振器，其可达到并且超过该较高的阻尼密度且此外是方向无关的。该阻尼器大致由柱体管构成，其具有磁体组件以及在内部被引导且可移动的导体管。

所有已知的磁体阻尼器或者涡流阻尼器具有如下特性，即，产生涡流场且与质量的运动反向的反力取决于该运动的速度。然而因为在例如风力设施处的较高的塔中或者还在较高的建筑物中经常由于激励频率生成缓慢的运动(风、地震等等)，所以产生如下问题，即，涡流场的所产生的力不足以在特别缓慢的运动的情形中获得足够的阻尼。当振动的幅度较小时同样适用。

由此有帮助的是，例如通过普遍地或每个面上增加磁体元件的数量而提高磁密度。这然而不仅提高了成本而且增加了必要的空间需求，其特别在风力设施的塔中经常不存在。此外，通过该措施产生温度相关性的减小，因为在狭窄的空间上由于增加的振动能量产生明显更多的热量。

技术实现要素：

因此本发明的目的是提供磁体阻尼器用于在高大且细长的建筑物和技术设施中、尤其在风力设施中抑制对于第一塔频率而言在10hz之下、尤其在5hz之下、尤其在0.5hz之下、优选在0.1与0.5hz之间且对于第二塔频率而言1-2hz的固有频率，所述磁体阻尼器不继续具有所描述的缺点、尤其在与较小空间需求相联系的带有较低运动能量的状态的情形中的相当小的阻尼。

该目的通过提供在下面和在权利要求中详细说明的独立阻尼摆式悬挂以及提供具有这样的阻尼悬挂的摆式减振器来实现。

该目的尤其由此来实现，即，摆式减振器的振动质量的线性运动借助于具有交叉接头或者万向接头以及在接头的每个轴处具有至少一个涡流旋转构件的摆式悬挂被转化成旋转运动，由此可获得的旋转速度不仅可通过所述的优选旋转对称的旋转构件的选择和大小，而且可通过在交叉接头(万向接头)与涡流旋转构件之间串联至少一个变速传动装置来增大运动质量的线性速度的多倍。

如果期望的话，旋转质量可被额外地集成到摆式悬挂中或者到旋转构件中，由此能够可变地且适配地影响待抑制的振动系统(例如风力设施)的固有频率。

当导体元件相对涡流旋转构件的磁体元件相对彼此通过旋转被移动时，可产生较高的取决于转速的阻尼效果。如已提及的那样，旋转运动的速度对于在此处所应用的涡流原理的情形中待获得的阻尼效果而言是决定性的。

根据本发明，因此视结构而定可达到旋转的导体元件相对固定的磁体元件(或相反)的大约4-400倍速度并且由此相比已知的涡流阻尼器可达到阻尼力的相应多倍。

为了能够在摆式悬挂(其相比在摆的另一端部处的减振器质量由于激励振动仅经历较少的运动或者较小的运动距离)中达到较高速度，根据本发明在交叉接头与涡流旋转构件之间设置带有在大约5:1与500:1之间、尤其在10:1与200:1之间、优选地在10:1与100:1之间的变速比的至少一个变速传动装置。

因此，本发明的对象是一种用于在振动系统中的摆式减振器的阻尼摆式悬挂(1)，其包括带有两个经由交叉部相连接的轴(1.3)的万向接头或交叉接头(1)和用于容纳且保持带有摆质量的摆杆的保持装置(1.7)，其中，万向接头(1.1)的两个轴(1.3)中的每个具有至少一个变速传动装置(1.2)或者制动装置(18)或者杠杆装置(25)(26)和产生涡流的旋转的阻尼单元(1.4)，该阻尼单元被安装在快速旋转的传动装置输出侧或者装置(18)(25)(26)的侧面上。根据本发明优选地，万向接头的两个轴中的每个在轴的侧面上具有传动装置。在另一优选的实施形式中，根据本发明的摆式悬挂包括两个带有优选在5:1与500:1之间的变速比的传动装置单元以及相应地包括阻尼单元，其中，一个传动装置阻尼单元布置在万向接头的一个轴的侧面上而另一个传动装置阻尼单元布置在万向接头的另一个轴的侧面上。在本发明的另一实施形式中，万向接头的轴的两个(相对而置的)端部相应装备有传动装置阻尼单元，即例如装备有总共四个传动装置阻尼单元。根据本发明所使用的万向接头优选在两个轴(1.3)中的每个处装备有涡流阻尼元件(1.4)以及变速传动装置(1.2)或必要时装备有制动装置(18)或杠杆装置(25)(26)。通常，万向接头的轴在其自由端部处装备有在现有技术中已知的滚动轴承、滑动轴承、或弹性体轴承(例如以柱状或锥状弹性体衬套的形式)。

以涡流运行的阻尼单元(1.4)包括优选旋转对称的导体盘(1.4.3)以及设有永磁体或电磁体的同样优选旋转对称的由例如钢、陶瓷或塑料构成的盘片(1.4.2)。在此，两个盘片相对地布置且通过气隙彼此隔开，并且由摆运动触发地相对彼此围绕轴(1.3)移动，由此产生涡流，其产生与使摆杆移动的力反向的力，从而出现摆运动的抑制或者制动。

在本发明的另一实施形式中，涡流阻尼单元(1.4)额外地具有旋转质量，如这在wo2019/029839中所描述的那样。在此，必要时能够可变地调节的旋转质量(1.4.1)被安装在相应旋转的盘片(1.4.3)或(1.4.2)处。由此且额外地通过使用带有不同直径的盘片以用于提高盘片的带有磁体的区域的转速的可影响振动系统的固有频率，或者可使振动系统适配于振动技术实际情况。

因此，本发明的对象还是具有至少一个根据本发明的摆式悬挂的相应的摆式减振器。

摆式减振器不仅可以是带有摆杆(2)和摆质量(3)的典型摆式减振器，在其中摆式悬挂(1)被安装在摆杆(2)的与摆质量相对而置的端部处，摆式减振器然而也可以是横向摆式减振器，其直接在摆质量处或在与该质量铰接地相连接的摆杆处具有至少一个根据本发明的摆式悬挂。为此在阻尼摆杆处需要第二万向接头或球接头(8)。

根据本发明的摆式悬挂以及装备其的摆式减振器可作为必要时适配的、在其频率上可调节的振动阻尼器被使用和运行在尤其高大且细长的设施、机器和建筑物、尤其风力设施中。

在风力设施的情形中，根据本发明的摆式减振器可在塔中、优选在中间区域直至上部区域中且/或在机舱中且/或备选地在该机舱下面，或必要时还可在风力设施的直升机平台下面。

因此，本发明的对象是风力设施且类似高的设施或带有类似振动特征的大楼，其具有上面和下面所描述的摆式悬挂或者摆式减振器。

在风力设施中，借助于根据本发明的摆式悬挂或者根据本发明的摆式减振器可尤其实现抑制在大约0.1hz与大约0.5hz之间的第1塔固有频率以及在大约0.5hz与1.5-2hz之间的第2塔固有频率。

本发明和实施形式的更精确描述

阻尼构件(1.4)的导体盘(1.4.3)由良好传导电流的材料(例如铝或铜或其相应的合金)构成。导体盘然而也可根据本发明以板、带、环或布置在承载板、承载带或承载环(相应地1.4.4)上的各个部分的形式存在。

阻尼构件(1.4)的磁体元件(1.4.2)优选由磁体环或出于实用原因由各个棒形磁体形成，其布置在承载板、承载轮、承载带或承载环(相应地1.4.1)上。相邻的磁体元件优选被如此地放置，即，北极和南极相对而置。

也可行的是，使用相应的具有如下优点的电磁体元件：场强可被调节，且必要时甚至可被切断，以此可实现适配的阻尼。

在本发明的一种实施形式中，导体盘被旋转地支承而磁体盘被固定地支承。在此，用于导体元件(1.4.3)的导体盘或者承载盘(1.4.4)由快速转动的传动装置输出侧(1.4.5)驱动，而用于磁体组件(1.4.2)的承载盘(1.4.1)或磁体盘与传动装置或摆式悬挂的固体部分相连接。

用于导体元件的导体盘或导体板、或承载盘/板优选由铝或铜或其合金构成。

在一种备选的实施形式中，磁体盘或者承载盘(1.4.1)利用被安装在其上的磁体(1.4.2)通过快速转动的传动装置输出侧(1.4.5)来驱动，且用于导体(1.4.3)的导体盘或者承载盘(1.4.4)与摆式悬挂的传动装置或其它部分固定连接。

因此，相应旋转的元件(对于万向接头的每个轴(1.3)而言至少一个)承担涡流阻尼组件(1.4)的导体功能或磁体功能。固定的元件始终相对该旋转的元件布置，其中，两个元件或者盘片通过基本上保持不变的较小的大约1-5mm的气隙彼此隔开。

通过由摆杆(2)和摆质量(3)构成的摆设备的线性运动，如此旋转盘片相对固定盘片相对运动，由此感应出带有磁场的涡流，所述磁场反作用于该转动且最终引起振动着的质量(3)和因此振动系统的阻尼。

在本发明的另一实施形式中，磁体元件相对转动点以确定的可变的半径安装且优选径向布置在盘片或轮子(旋转或固定的元件)的侧面上。在此，磁体元件也可布置成带有不同半径的多个排。在此，半径的值决定磁体组件相对导体元件以其移动的速度，并且由此也决定阻尼效果。盘片的尺寸或者直径和磁体元件与导体元件在其上的布置因此决定了对于涡流效果而言决定性的旋转速度。

涡流阻尼效果此外可通过使用铁磁元件(例如铁盘或者钢盘)来增强，所述铁磁元件与导体盘或者其元件(1.4.3)(1.4.4)处在接触中。

为了能够通过根据本发明的原理实现良好的阻尼，盘片在交叉接头的轴上的速度须尽可能高，尽管在摆杆的接头中的运动和距离天然较小。这可仅通过使用相应的传动装置来实现，该传动装置在万向接头的相应的轴与涡流阻尼元件(1.4)之间布置成使得传动装置的快速转动的输出侧与所述的阻尼单元相连接。

合适的变速传动装置具有在大约5:1与500:1或10:1和200:1之间、优选在10:1与100:1之间的变速比。

在例如3级传动装置中例如100:1的比例的情形中，因此利用在阻尼单元(1.4)中相对较少的磁体由于最终有效达到的较大的距离和所达到的较高的速度可实现足以充分良好地使甚至更大的设施减振的阻尼。

对于带有例如2m长度且例如0.2m的旋转盘片半径和例如100:1的传动装置变速比的摆而言得出2/0.2*100=10的放大因子。

对于该示例而言这意味着如下，即，仅须施加在直接被安装在摆质量处的磁性的线性阻尼器的情况中必要的阻尼力的大约10%。反过来这意味着如下，即，借助于根据本发明的摆式悬挂仅需要在摆质量处的磁性的线性阻尼器的情形中需要的磁体的大约10%，以便于在其他方面相同的情况的情形中达到相同的阻尼效果。因为磁体一般而言由稀有材料构成，所以这是非常重要的经济性因素。

附图说明

图1示出了一种摆式减振器，其在细长的大楼中或在例如风力设施的塔(4)中借助于承载结构(5)被装配。摆式减振器由被固定在摆杆(2)处的摆质量(3)构成。摆杆利用万向接头(1.1)和涡流阻尼构件(1.4)被可移动地固定在根据本发明的摆式悬挂(1)处且由于所使用的万向接头或者交叉接头可在水平平面的所有方向上移动。摆式悬挂又与承载结构(5)固定连接。其然而也可备选地直接与设施、或者大楼或塔相连接。万向接头在每个轴(1.3)处装备有涡流阻尼元件(1.4)以及变速传动装置(1.2)。

图2：示出了与在图1中所示出的相同的摆式减振器，然而此时透视地示出。

图3：示出了根据本发明的被固定在承载结构(5)处的摆式悬挂(1)的透视图。摆式悬挂包括万向接头(1.1)以及在交叉接头的两个轴处的总共两个变速传动装置(1.2)。在悬挂(1.7)的下端部处的摆杆(2)仅被部分绘出。在轴上的两个阻尼元件(1.4)设有旋转质量(1.4.7)，其然而是可选的，且必要时当额外的频率调节不期望或不必要时可被省去。

图4：然而以俯视图示出了图3的摆式悬挂。此处额外地看出，即，万向接头的轴在其自由端部处根据现有技术被支承(1.5)。该轴承可以是滚动轴承、滑动轴承或弹性体轴承，例如弹性衬套轴承。

图5：详细地以透视图示出了传动装置(1.2)和涡流阻尼设备(1.4)的布置。传动装置(1.2)的缓慢旋转的传动装置输入端(1.4.6)与悬挂(1.7)相连接(未示出)。在输出侧，传动装置(1.4.5)的快速旋转的部分与阻尼元件(1.4)相连接，更确切地说直接与一起旋转的由承载盘(1.4.4)和真正的导体元件(1.4.4)构成的导体盘相连接。在传动装置的壳体处安装有不旋转的承载盘(1.4.1)，在其上安装有此处由各个径向取向的磁体构成的磁体组件(1.4.2)。承载盘(1.4.1)此处在背侧上具有旋转对称的质量盘(1.4.7)。该带有额外的质量盘的实施形式(如已述的那样)是可选的且根据本发明不是必然需要的。

图6：以侧视图示出了一种根据本发明的摆式减振器。除了承载结构(5)之外，额外于图1,2还绘出了一种用于万向接头(1.1)的保持装置(1.6)(1.7)。

图7：示出了一种带有根据本发明的摆式悬挂(1)的设计为横向减振器的摆式减振器。摆质量(7)水平地运动且借助于多个转向杆(6)与承载结构或大楼相连接以及经由另一接头(8)与根据本发明的摆式悬挂(1)相连接。

图8a,b：示出了带有根据本发明的摆式悬挂的根据本发明的摆式减振器在风力设施的机舱(a)下方且备选地在机舱(b)内的装入。

图9：示出了在带有和没有传动装置以及带有盘式制动器的情况下的带有根据本发明的万向接头的摆式减振器：

9.1示出了在没有传动装置带有盘式制动器(18)的情况下的减振器，其中，该盘式制动器直接被连结到万向接头处。

9.2示出了在没有传动装置带有盘式制动器(18)且带有柱状弹性体衬套(19)或者锥状弹性体衬套(19.1)的情况下的减振器(俯视图)。

9.3示出了图9.2的减振器，然而带有处于与可冷却的盘式制动器(20)相对而置的带有冷却液(22)的冷却容器(21)。

9.4示出了在带有传动装置(和涡流阻尼器)且带有额外的盘式制动器(18)的情况下的减振器。

图10：示出了在一种实施形式中作为根据本发明的摆式悬挂的组成部分的万向接头，其具有弹性体衬套(19)(19.1)和转矩助力器(23)(23.1内部杠杆)(23.2外部杠杆)(23.3弹性止挡)和带有空转角度的转矩助力器(24)(24.1:内部杠杆),(24.2外部杠杆)(24.3弹性止挡)(24.4自由的运动角度)。

图11：示出了穿过带有锥状弹性体元件(19.1)的弹性体支承部的截面。

图12示出了穿过带有柱状弹性体元件(19)的弹性体支承部的截面。

图13示出了在带有根据本发明的万向悬挂没有传动装置的情况下的摆式减振器，其在自由端部处具有至少一个、优选相应地以两个指示部(25)(26)形式的杠杆装置。这些指示部引起更大的杠杆并且由此更大的变速比。在此，第一指示部(25)固定，而第二指示部(26)以摆角度被扭转且因此实现更大的相对运动。指示部的形式可以是任意的，然而不应在运动时造成限制。指示部的长度视位置情况而定也可实施成与例如摆杆一样长。固定的和可移动的指示部可按照涡流系统工作(在第一指示部上的磁体和在第二指示部上的导体元件)或者也可通过机械的制动元件(摩擦部)来减震或者也可被规定。

具体实施方式

借助于根据本发明的带有万向接头的摆式悬挂，大量不同的摆式减振器可被装备用于风力设施和其它高大细长的大楼。

带有制动器且带有或者不带有传动装置的减振器：

因为利用盘式制动器可获得比利用涡流更高的制动力，所以转速提高在万向减振器连结的情形中不是必然需要的。这也就是说对于带有盘式制动器的该实施方案而言不需要传动装置。

为了以相对较小的制动力达到还要更高的阻尼力也可行的是，组合传动装置与制动装置(例如盘式制动器)。在这样的系统中，阻尼可经由涡流来实现并且盘式制动器仅用于部分增强阻尼器。此外可行的是，例如为了维修工作将带有制动器的减振器固定。

同样可行的是，额外于或甚至备选于所描述的涡流阻尼元件，使用带有液压阻尼的减振器，例如通过液压扭转阻尼器元件来使用。

在两个方向上不同的阻尼和固有频率：

也可行的是，在根据本发明的万向接头/交叉接头处的传动装置以不同的阻尼和不同的变速比来实施。由此，建筑物可在不同方向上不同强度地被减震。通过调整不同的旋转质量和/或不同的变速比，也能够在两个不同方向上利用共同的质量消除两个频率。

带有弹性体轴承的实施方案：如所描述的那样，万向接头的两个轴在自由端部处借助于常见的滚动轴承或滑动轴承来支承。因为尤其滚动轴承经受磨损，所以代替滚动轴承但是也可将弹性体衬套(19)(位置19)还以锥体形状(19.1)与根据本发明的万向接头悬挂一起使用。为了更大的扭转角度，必要时可使用多级轴承元件，其适合于较大的旋转角度。在带有弹性体轴承的实施方案的情形中，缓慢转动的传动装置输入侧与万向接头(1.3)的轴固定连接。为了能够传递转动运动，传动装置壳体经由转矩助力器(23)被固定。理想地，转矩助力器仅传递环绕的转矩且在其余空间轴线中尽可能无负荷地被支承。一般而言，转矩助力器被形状配合地装入，从而使得减振器的整个运动角度被置于传动装置旋转中。为了达到脉冲效果，转矩助力器可在没有阻尼的情况下允许自由的角度。为此，在带有空转角度(24)的转矩助力器中在内部杠杆24.1与外部杠杆24.2之间存在自由空间(图10)，从而使得转矩助力器在相应于定义的减振器幅度的定义的角度之后止挡。在带有四个传动装置的变体方案的情形中，能够组合两个止挡系统。在此，传动装置对在由转矩助力器(23)限制的较小角度的情形中已变得有效，而第二传动装置对在自由空间的范围内以在转矩助力器中带有空转角度的更大角度(位置24)在更强振动的情形中才作用。

风扇叶片和水冷却：因为在该实施形式中在较小的空间上消灭非常多的能量，所以有利的是，稍微热运转的导体盘通过传动装置变速比达到相对较高的转速且因此实现良好的冷却。为了进一步改善冷却能够将额外的风扇叶片安装在旋转盘处。

在缓慢转动的不带有传动装置的实施方案中或在较大阻尼功率的情形中和带有传动装置的实施方案中这不是总是充分的，从而需要附加冷却。这原则上通过装入主动式风扇也是可行的。此外，额外的以水流经的且与经冷却的制动盘(20)相连接的盘片可担任冷却。在该系统中，也可使用被动式水冷却器的装入。在相应的涡流阻尼器中也能够将导体盘实施成空心的，从而此处旋转盘片的液体冷却也可变得可能。

通常此外可行的是，所有在wo2019/029839中所提及的关于在该处所描述的涡流阻尼单元的细节即使在此处所介绍的根据本发明的万向接头悬挂的情形中也可被使用。这具体地是：

-通过铁磁元件增强减振器效应(如在wo2019/029839的图4中所示出的那样)；

-径向的磁体组件(如在wo2019/029839的图5；1.4.2中所示出的那样)；

-磁体的特殊布置(如在wo2019/029839的图6中所示出的那样)；

-适配的离心力制动效应(如在wo2019/029839的图9中所示出的那样)；

-由离心力调节器引起的适配的的阻尼(如在wo2019/029839的图10中所示出的那样)；

-多盘片实施方案(如在wo2019/029839的图11中所示出的那样)；

-温度补偿(如在wo2019/029839的图19和图20中所示出的那样)。