Schwingungstilger

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Der Schwingungstilger (oder auch kurz „Tilger“ genannt, englisch Tuned Mass Damper TMD) ist ein schwingungsfähiges Teilsystem, das aus Masse, Feder und Dämpfer besteht (der Dämpfer muss nicht explizit in Form eines Bauteils ausgeführt sein, es können auch Materialdämpfung oder Dämpfung durch eine Luftströmung herangezogen werden). Im Gegensatz dazu ist ein Schwingungsdämpfer ein einzelnes Bauteil mit allein dämpfenden Eigenschaften, das zwischen zwei Kopplungspunkten agiert.

[Bearbeiten] Einsatzzweck

Schwingungstilger dienen zur Beruhigung einer schwingenden Struktur bei einer bestimmten Frequenz oder in einem Frequenzbereich. Anwendungen liegen üblicherweise im Bauwesen und im Maschinenbau.

Zu unterscheiden sind:

gewöhnliche (passive) Tilger,
aktiv gesteuerte Tilger und
semiaktive Schwingungstilger, bei welchen die im Bedarfsfall benötigte Energie üblicherweise in Form einer vorgespannten Feder gespeichert ist (Blockierung und Auslösung erst oberhalb eines bestimmten Schwellwertes)

[Bearbeiten] Funktionsprinzip

Der Begriff „Gegenschwingmasse“ deutet am besten auf die Funktionsweise hin. Die Eigenfrequenz der Tilgermasse auf ihrer Tilgerfeder (auf einer starr angenommenen Unterlage) wird auf die zu eliminierende Frequenz eingestellt. Bei dieser Frequenz kann der Tilger große Schwingwege ausführen - die Kräfte am Federansatzpunkt (= Befestigungspunkt mit der zu beruhigenden Struktur) werden daher ebenfalls groß. Der Schwingungstilger entzieht bei dieser Frequenz der Struktur Schwingungsenergie.

Im Gegenzug zu diesem Nutzen finden sich unter- und oberhalb der Tilger-Eigenfrequenz neue Eigenfrequenzen, die aus der Kombination Struktur mit Tilger entstehen (gleichphasige Schwingung von Tilger und Struktur und gegenphasige Schwingung). Bei diesen beiden Frequenzen ergibt sich für die Struktur prinzipbedingt eine Verschlechterung der Situation (stärkere Schwingungen).

In wenigen einfachen Fällen lassen sich Tilger mittels einfacher Überschlagsformeln dimensionieren. Sobald jedoch die Anregung nicht monofrequent (also breitbandig) und nicht harmonisch (also z.B. transient) einwirkt, werden genauere Untersuchungen erforderlich, um das Optimum an Tilgermasse, Abstimmfrequenz und Dämpfung zu ermitteln.

[Bearbeiten] Anwendung im Bauwesen

Klassische Anwendungsfälle sind z.B. Fußgängerbrücken, Brückenpylone, Stahlschornsteine oder weitgespannte (Stahl-)Treppen. Auch Gebäude, die im Einzugsbereich von Industrieerschütterungen oder in Erdbebengebieten liegen, werden auf diese Weise ausgerüstet.
Am bekanntesten sind die in hohen Gebäuden verwendeten Tilgerpendel, die ein Aufschaukeln der durch Wind verursachten Gebäudeschwingungen verhindern. Grund für deren Einsatz ist nicht nur die Gebäudesicherheit, sondern auch der Komfort.