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Elektrische Maschine mit Geräuscldämpfung.
Bei elektrischen Maschinen kommt es in vielen Fällen vor, dass sieh ein verhältnismässig beachtenswerter Anteil der Energie in Geräusche umsetzt. die insbesondere, wenn sie ausgesprochene Tonfrequenzen aufweisen, sehr störend empfunden werden. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reihe von Vorschlägen, durch die die Geräuschbildung als solche vermindert und die einzelnen Töne in breitere Geräusche mit weniger ausgeprägter Frequenz umgesetzt werden, die als solche weniger störend empfunden werden. Hiebei besteht der gemeinsame Grundgedanke für sämtliche Vorschläge darin, dass bereits bei dem Entwurf der Maschine bestimmte Hauptfrequenzen berechnet werden und der Entwurf dann so abgeändert
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Möglichkeit in einen Bereich von etwa 10 bis 100 Hertz fallen.
Die wesentlichsten Schwingungen, die hiebei zu beachten sind, sind mechanische Schwingungen, die durch die magnetischen Beanspruchungen oder den Lauf der Maschine hervorgerufen werden und die Schwingungen der eingeschlossenen Luftkörper bzw. Luftsäule. Besonders treten bei allen derartigen Maschinen zunächst die sogenannten Nuten-
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S. 793 berechnet werden kann. Als magnetische Schwingungen kommen bei Maschinen mit ausgeprägten Polen z. B. die rhythmischen Zusammenziehungen des Polrades zur Geltung, die dadurch entstehen, dass abwechselnd eine mehr oder weniger grosse Nutzahl den einzelnen Polen gegenübersteht, was einen entsprechenden Wechsel in der magnetischen Zugkraft zur Folge hat.
Diese sogenannten radialen Dehnungs-und Biegungsschwingungen des Ständers können ebenfalls berechnet werden (vgl. hiezu die Angaben in Love "Lehrbuch der Elektrizität" [1907], S. 517 und 620). Als magnetisches Geräusch kommen weiter auch noch Schwingungen zur Geltung, die durch das Ummagnetisieren der Läuferzähne
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wobei p die Polzahl und ?, die minutliehe Drehzahl ist. Bei den umlaufenden Läufern sind in den Luftschlitzen in den Abständen zwischen den einzelnen Nutenpaketen Luftsäulen enthalten, die als offene oder geschlossene Pfeifen Töne hervorrufen, wobei zu berücksichtigen ist, dass durch die zentrifugale Kraft eine radial auswärts gerichtete Luftbewegung eintritt.
Hiebei ist die Resonanzlänge der einzelnen Pfeifen durch die radiale Ausdehnung des Nutenpaketes bestimmt ; man hat es also in der Hand, bei
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länge zu beeinflussen. Die Berechnung der entsprechenden Frequenz kann beispielsweise nach Winkelmann "Handbuch der Physik"II. Auflage, Band 2, Auerbach"Akustik" (1909), S. 417 erfolgen. Im
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übrigen kann die Abstimmung dieser Pfeifen auf eine andere Frequenz auch durch Formgebung und Öffnungen in den Distanzstücken, die in der Regel zwischen den einzelnen Nutenbündeln liegen und selbst als Pfeifen wirken können, durchgeführt werden.
Bei den Luftgeräusche, die nach Art einer Sirene gebildet werden, ist noch folgendes zu berück- sichtigen. Die Schlitze im Läufereisen sind durch die Abstandstücke längs des Umfangs nach Zahl der
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Dämpferstäbe in den Polen eine weitere Modulation eintreten. Wenn man hiebei annimmt, dass unter Aufrechterhaltung der in den Polen gegebenen Abstände zwischen den einzelnen Kompensationsstäben auf dem ganzen Umfang einschliesslich der Pollücken T Dämpferstäbe unterzubringen sind, so wird, wenn die Zahl T mit N übereinstimmt, eine sehr weitgehende Amplitudenmodulation der Schwingungen von Nutenfrequenz und Luftstossfrequenz erreicht.
Die Frequenz der Amplitudenmodulation ist gleich
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gleichzeitiger Änderung der Amplitude Überlagerungsfrequenzen auftreten, deren Frequenz der Summe und der Differenz der einzelnen Teilfrequenzen entspricht. Da die Modulationsfrequenzen verhältnismässig tief liegen, erhält man eine Aufspaltung eines Tones in mehrere Töne, wobei gleichzeitig die Amplituden verringert werden. Es wird also auf diese Weise das Geräusch verbreitert und gleichzeitig die Lautstärke herabgesetzt.
Bei gekapselten Maschinen ergibt sich, dass ein durch das Gehäuse eingeschlossener Luftraum, dessen Eigenfrequenz ebenfalls in bekannter Weise nach Art der Helmholtzscher Resonatoren (vgl.
Winkelmann "Handbuch der Physik", S. 451) berechnet werden kann. Zunächst ist bereits durch die Formgebung, Abrundung, glatte Oberflächengestaltung usw. die Möglichkeit gegeben, die Wirbelbildungen für die durchströmende Luft möglichst gering zu halten und auf diese Weise das Geräusch zu unterdrücken. Im übrigen werden an der entworfenen Maschine die Frequenzen der einzelnen vorgenannten Schwingungen nachgerechnet und durch Abänderung von willkürlich veränderlichen Massen auf Werte gebracht, die voneinander ausreichend abweichen. Soweit eine bestimmte Schwingung an mehreren Stellen der Maschine in gleicher Weise erzeugt wird, kann auch eine wesentliche Verbesserung dadurch erreicht werden, dass die Zahl der Ausströmöffnungen mit der Zahl der Anstossstellen verschieden gemacht wird.
Es wird also beispielsweise bei einer vielpoligen Maschine wichtig sein, die Öffnungen im Gehäuse bzw. im Läufer in einer Zahl anzuordnen, die zur Zahl der Pole teilerfremd ist. Dasselbe gilt bei mehrflügeligen Lüftern hinsichtlich der Zahl der Flügel und der der Austrittsöffnungen.
Bei Hohlraumschwingungen müssen die Eigenschwingungen entweder in das Gebiet geringerer Ohrenempfindlichkeit verlegt werden oder vermindert oder auf mehrere Frequenzen aufgespalten werden.
Die Frequenzverschiebung kann dadurch geschehen, dass man entweder die Öffnungen des Hohlraumes kleiner macht, oder mit einem halsartigen Ansatz versieht, oder mehrere Öffnungen in der Summe flächen- gleich der einen grossen wählt ; besonders wirkungsvoll ist es, die Öffnungen unsymmetrisch, z. B. zu Luftführung, Lüfter, Welle, zu legen, sie unrund auszuführen, weil neben einer Vertiefung die gewünschte Aufspaltung erzielt wird. Die Amplitude der Eigenfrequenz wird dadurch vermindert, dass man innerhalb des Hohlraumes selbst einen oder mehrere Helmholtzsche Resonatoren derart anordnet, dass ihre Öffnungen in der Nähe der Schwingungsdruckbäuche des Hohlraumes liegen, und wobei deren Eigenschwingungen so gewählt werden, dass sie mit der des Hohlraumes übereinstimmen oder zu dieser sehr benachbart sind.
Ein Ausführungsbeispiel hiefür ist in Fig. 1 und 2 der Zeichnung angedeutet. Hiebei ist mit 1 die Welle, mit 2 der Anker, mit 3 der Ständer der Maschine bezeichnet ; 4 sind die Wickelköpfe, 6 das Gehäuse, das die Maschine auf der einen Seite abschliesst, und 9 ein auf der Welle angeordneter Ventilator. Hiebei ist durch die Blechwand 6 und einen Rohransatz 7 ein schwingungsfähiger Hohlraum 8 eingeschlossen, dessen Eigenschwingungszahl der vorgenannten Bedingung entsprechend abgeglichen ist. Durch den Rohransatz 7 ist die Öffnung dieses Hohlraumes in die Nähe der Austrittsstelle der Luft aus dem Gehäuse gebracht, also an eine Stelle, an der die Schwingungen des vom Gehäuse gebildeten Hohlraumes stark ausgeprägt zur Geltung kommen.
Es wird also auf diese Weise die Luft in dem abgeschlossenen Hohlraum 8 angestossen und entzieht dadurch der aus dem Gehäuse ausströmenden Luft Energie, so dass eine bedeutende Verringerung der nach aussen abgegebenen Schalleistung erreicht wird.
Wenn bei einer nach den vorstehenden Angaben entworfenen und dann ausgeführten Maschine nachträglich noch irgendein Geräusch besonders hervortritt, so ist aus der Frequenz dieses Geräusches an Hand der Vorausberechnung feststellbar, welchen Geräuschquellen dieses Geräusch zuzuordnen ist, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, durch nachträgliche Änderung auch noch dieses Restgeräusch wirksam zu unterdrücken.