DE102012200418A1

DE102012200418A1 - Structure-borne noise reduction in ship propulsion systems

Info

Publication number: DE102012200418A1
Application number: DE201210200418
Authority: DE
Inventors: Roland Hauptmann; Walter Marx; Günther Siegl; Jürgen Stroh
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-07-18
Also published as: WO2013104516A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduktion von Körperschall bei elektrischen Antriebsmotoren für Schiffsantriebe, wobei zwischen zumindest einem Motorfuß und einem Fundament eine Gummifederschiene angeordnet ist. Um den entstehenden Körperschall zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass zwischen Motorfuß und Fundament zusätzlich zumindest ein Dämpfungselement angeordnet ist, das zumindest je eine formfeste Schicht aus zumindest einem starren und eine aus zumindest einem elastischen Material enthält, die im Wechsel angeordnet sind. Hierdurch wird die Dämpfung des Körperschalls prinzipiell im gesamten Frequenzband, insbesondere aber bei höheren Frequenzen (> 1 kHz), die typischerweise bei der Taktung von Wechsel- oder Stromrichtern auftreten, verbessert.The invention relates to a device for the reduction of structure-borne noise in electric drive motors for marine propulsion, wherein between at least one motor base and a foundation, a rubber spring rail is arranged. In order to reduce the resulting structure-borne noise, it is proposed that at least one damping element is additionally arranged between the motor base and foundation, which contains at least one dimensionally stable layer of at least one rigid material and one of at least one elastic material, which are arranged alternately. As a result, the attenuation of structure-borne noise in principle in the entire frequency band, but especially at higher frequencies (> 1 kHz), which typically occur in the clocking of AC or power converters, improved.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduktion von Körperschall bei elektrischen Antriebsmotoren für Schiffsantriebe, wobei zwischen zumindest einem Motorfuß und einem Fundament eine Gummifederschiene angeordnet ist. The invention relates to a device for the reduction of structure-borne noise in electric drive motors for marine propulsion, wherein between at least one motor base and a foundation, a rubber spring rail is arranged.

Eine derartige Vorrichtung kommt sowohl im zivilen als auch im militärischen Schiffbau zum Einsatz. Elektrische Antriebsmotoren für Schiffsantriebe erzeugen Körperschallsignaturen, z.B. durch mechanische Einflüsse (z.B. Anregung durch Ständernuten) oder durch Anregungen aus den Taktfrequenzen der eingesetzten Wechsel- oder Stromrichter. Such a device is used in both civil and military shipbuilding. Electric drive motors for marine propulsion generate structure-borne sound signatures, e.g. by mechanical influences (for example excitation by stator slots) or by excitations from the clock frequencies of the AC or DC converters used.

Diese treten am Motorfuß aus und gehen in Folge durch die unterhalb des Motorfußes befindliche Lagerung/Befestigung des Motors am Fundament auf den Schiffskörper über. Diese Körperschallsignaturen beeinträchtigen den Komfort auf Passagierschiffen und stellen bei Marineschiffen ein im Wasserschall detektierbares Signal dar. These emerge from the engine base and, as a result, are transferred to the hull by the bearing / attachment of the engine located beneath the engine foot. These structure-borne sound signatures impair the comfort on passenger ships and represent a signal detectable in waterborne sound in naval ships.

Bislang werden üblicherweise die am Motorfuß austretenden Körperschallsignaturen durch eine so genannte Gummifederschiene – eine gummielastische Motorlagerung – reduziert, bevor sie in das Fundament/den Schiffskörper übergehen. So far, the structure-borne sound signatures emerging at the engine base are usually reduced by a so-called rubber spring rail - a rubber-elastic engine mount - before they pass into the foundation / hull.

Aus der WO 02/43237 A1 ist auch ein Verfahren zur Reduktion von Körperschallgeräuschen eines mehrphasigen elektrischen Schiffsantriebsmotors bekannt, wobei die Minimierung durch eine Regelung der in den Wicklungen auftretenden Gleichstromanteile auf den Summenstrom Null erfolgt. From the WO 02/43237 A1 is also a method for the reduction of structure-borne noise of a multi-phase electric marine propulsion engine known, the minimization is carried out by controlling the DC components occurring in the windings to the summation current zero.

In der EP 1 366 984 B1 ist zudem eine aktive Schwingungsdämpfungsvorrichtung für Elektromotoren von Schiffsantriebsanlagen bekannt, bei der über Sensoren entstehende Schwingungen und Geräusche erfasst werden, denen durch Aktorglieder entgegengewirkt werden. In the EP 1 366 984 B1 In addition, an active vibration damping device for electric motors of marine propulsion systems is known, are detected in the resulting vibrations via sensors and noise, which are counteracted by actuator members.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den entstehenden Körperschall bei elektrischen Antriebsmotoren für Schiffsantriebe weiter zu reduzieren. The invention has for its object to further reduce the resulting structure-borne noise in electric propulsion engines for marine propulsion.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zwischen Motorfuß und Fundament zusätzlich zumindest ein Dämpfungselement angeordnet ist, das zumindest je eine formfeste Schicht aus zumindest einem starren und eine aus zumindest einem elastischen Material enthält, die im Wechsel angeordnet sind. This object is achieved in a device of the type mentioned above in that between the motor base and foundation additionally at least one damping element is arranged, which contains at least one dimensionally stable layer of at least one rigid and one of at least one elastic material, which are arranged in alternation.

Durch die erfindungsgemäße Kombination der bisher üblichen Lösung – bestehend aus einer einfachen gummielastischen Motorlagerung (Gummifederschiene) – mit einem zweiten (Dämpfungs-)Element – bestehend aus im Wechsel hintereinander angeordneten starren und elastischen Schichten – werden die Dämpfungseigenschaften für die am Motorfuß eingeleiteten Körperschallpegel deutlich verbessert. Dabei wird unter einem starren Material im Sinne der Erfindung ein nicht-elastisches Material verstanden, das vorteilhafterweise zumindest eine gewisse Duktilität und/oder Biegsamkeit aufweist, so dass es den auftretenden Belastungen hinreichend gut widerstehen kann. Denkbar könnte z.B. die Verwendung von Holz oder „starren“ Kunststoffen sein, wobei natürlich verschiedene Schichten auch aus verschiedenen Materialien bestehen können und/oder einzelne Schichten aus einer Kombination verschiedener Materialien bestehen können. The inventive combination of the previously customary solution - consisting of a simple rubber-elastic engine mount (rubber spring rail) - with a second (damping) element - consisting of alternately successively arranged rigid and elastic layers - the damping properties for the initiated at the motor base structure-borne noise levels are significantly improved , Here, a rigid material in the context of the invention is understood to mean a non-elastic material which advantageously has at least a certain ductility and / or flexibility, so that it can withstand the occurring loads sufficiently well. Conceivably, e.g. The use of wood or "rigid" plastics, of course, different layers may also consist of different materials and / or individual layers may consist of a combination of different materials.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung treten Verbesserungen in der Dämpfung des Körperschalls (Differenz der Körperschallsignaturen am Motorfuß und am Fundament) prinzipiell im gesamten Frequenzband, insbesondere zwischen 16 Hz und 16 kHz, auf. Besonders ausgeprägt sind diese Dämpfungsgewinne allerdings bei höheren Frequenzen (> 1 kHz), die typischerweise durch die Taktung von Wechsel- oder Stromrichtern auftreten. When the solution according to the invention is used, improvements in the attenuation of structure-borne noise (difference in structure-borne sound signatures on the motor base and on the foundation) occur, in principle, over the entire frequency band, in particular between 16 Hz and 16 kHz. However, these attenuation gains are particularly pronounced at higher frequencies (> 1 kHz), which typically occur due to the clocking of AC or DC converters.

Es versteht sich dabei von selbst, dass die erfindungsgemäße Lösung zur weiteren Reduktion von Körperschallemissionen auch in Kombination mit beispielsweise den eingangs genannten bekannten Lösungen – einzeln oder auch in Kombination – angewendet werden kann. It goes without saying that the solution according to the invention for the further reduction of structure-borne noise emissions can also be used in combination with, for example, the known solutions mentioned above - individually or else in combination.

In einer vorteilhaften Form der Ausgestaltung besteht zumindest eine starre Schicht aus zumindest einem Metall. Metalle weisen gewöhnlich geeignete Materialeigenschaften auf, wobei hierunter auch handelsübliche Stähle und geeignete Legierungen verstanden werden. In an advantageous form of the embodiment, at least one rigid layer consists of at least one metal. Metals usually have suitable material properties, which are also understood to include commercial steels and suitable alloys.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht zumindest eine elastische Schicht aus zumindest einem Elastomer. Als solches kann beispielsweise eine gewöhnliche Gummimischung gewählt werden, die hinreichende elastische Eigenschaften aufweist. In a further advantageous embodiment, at least one elastic layer consists of at least one elastomer. As such, for example, an ordinary rubber compound having sufficient elastic properties can be selected.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der Gummifederschiene und dem zumindest einen Dämpfungselement zumindest eine starre Zwischenmasse angeordnet. Durch den Einsatz der zusätzlichen Zwischenmasse wird ein zusätzlicher Körperschalltilger in den Gesamtaufbau integriert, der die Dämpfungseigenschaften für die am Motorfuß eingeleiteten Körperschallpegel nochmals verbessert. In a further advantageous embodiment, at least one rigid intermediate mass is arranged between the rubber spring rail and the at least one damping element. By using the additional intermediate mass, an additional structure-borne sound absorber is integrated into the overall structure, which further improves the damping properties for the structure-borne noise levels introduced at the engine base.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht die Zwischenmasse dabei zumindest teilweise aus Metall. Gut geeignet ist sogar auch eine Zwischenmasse aus Vollmetall. In a further advantageous embodiment, the intermediate mass is at least partially made of metal. Well suited is even an intermediate mass of solid metal.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: In the following the invention will be described and explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und 1 an embodiment of a device according to the invention and

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 2 a further embodiment of a device according to the invention.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Reduktion von Körperschall bei einem elektrischen Antriebsmotor 2, bei der zwischen einem Motorfuß 3 und einem Fundament 4, das an einem Schiffskörper oder einer Antriebseinheit wie einem Pod-Antrieb befestigt sein kann, neben einer „herkömmlichen“ Gummifederschiene 5 ein zusätzliches Dämpfungselement 6 angeordnet ist. Das Dämpfungselement 6 besteht dabei aus sich abwechselnden Schichten 7, 8 aus zumindest einem starren und zumindest einem elastischen Material. Die starren Schichten 7 können beispielsweise aus Metall und die elastischen Schichten 8 aus einem Elastomer wie Gummi bestehen, so dass man eine Anordnung von geeignet hintereinander „geschalteten“ Gummi- 8 und Metallschichten 7 erhält. 1 shows a device according to the invention 1 for the reduction of structure-borne noise in an electric drive motor 2 in between a motorized foot 3 and a foundation 4 , which may be attached to a hull or drive unit such as a pod drive, adjacent to a "conventional" rubber spring rail 5 an additional damping element 6 is arranged. The damping element 6 consists of alternating layers 7 . 8th from at least one rigid and at least one elastic material. The rigid layers 7 For example, metal and the elastic layers 8th made of an elastomer such as rubber, so that an arrangement of suitable successively "switched" rubber 8th and metal layers 7 receives.

Die Anordnung von Gummifederschiene 5 und Dämpfungselement 6 kann auch vertauscht sein. Ebenso können auch zwei Dämpfungselemente 6 verwendet werden, in deren Mitte die Gummifederschiene angeordnet ist. The arrangement of rubber spring rail 5 and damping element 6 can also be reversed. Likewise, two damping elements 6 be used, in the middle of the rubber spring rail is arranged.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 treten Verbesserungen in der Dämpfung des Körperschalls prinzipiell im gesamten Frequenzband auf, insbesondere jedoch bei höheren Frequenzen (> 1 kHz), die typischerweise durch die Taktung von Wechsel- oder Stromrichtern auftreten. By the device according to the invention 1 In principle, improvements in the attenuation of structure-borne noise occur in the entire frequency band, but especially at higher frequencies (> 1 kHz), which typically occur due to the clocking of AC or DC converters.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, bei der zwischen Gummifederschiene 5 und Dämpfungselement 6 eine zusätzliche Zwischenmasse 9 angeordnet ist, die z.B. aus massivem Metall gefertigt sein kann und als zusätzlicher Körperschalltilger die Dämpfungseigenschaften für die am Motorfuß 3 eingeleiteten Körperschallpegel nochmals verbessert. Für eine Beschreibung der übrigen Bezugszeichen s. 1. 2 shows a further embodiment of the device according to the invention 1 in which between rubber spring rail 5 and damping element 6 an additional intermediate mass 9 is arranged, which may be made of solid metal, for example, and as an additional body sound absorber, the damping properties for the motor base 3 introduced body sound level again improved. For a description of the remaining reference symbols s. 1 ,

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Reduktion von Körperschall bei elektrischen Antriebsmotoren für Schiffsantriebe, wobei zwischen zumindest einem Motorfuß und einem Fundament eine Gummifederschiene angeordnet ist. Um den entstehenden Körperschall zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass zwischen Motorfuß und Fundament zusätzlich zumindest ein Dämpfungselement angeordnet ist, das zumindest je eine formfeste Schicht aus zumindest einem starren und eine aus zumindest einem elastischen Material enthält, die im Wechsel angeordnet sind. Hierdurch wird die Dämpfung des Körperschalls prinzipiell im gesamten Frequenzband, insbesondere aber bei höheren Frequenzen (> 1 kHz), die typischerweise bei der Taktung von Wechsel- oder Stromrichtern auftreten, verbessert. In summary, the invention relates to a device for the reduction of structure-borne noise in electric drive motors for marine propulsion, wherein between at least one motor base and a foundation, a rubber spring rail is arranged. In order to reduce the resulting structure-borne noise, it is proposed that at least one damping element is additionally arranged between the motor base and foundation, which contains at least one dimensionally stable layer of at least one rigid material and one of at least one elastic material, which are arranged alternately. As a result, the attenuation of structure-borne noise in principle in the entire frequency band, but especially at higher frequencies (> 1 kHz), which typically occur in the clocking of AC or power converters, improved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 02/43237 A1 [0005]
EP 1366984 B1 [0006]

Claims

Contraption ( 1 ) for the reduction of structure-borne noise in electric drive motors ( 2 ) for marine propulsion, wherein between at least one engine foot ( 3 ) and a foundation ( 4 ) a rubber spring rail ( 5 ), characterized in that between engine foot ( 3 ) and foundation ( 4 ) additionally at least one damping element ( 6 ) is arranged, which at least one dimensionally stable layer ( 7 . 8th ) comprises at least one rigid and one of at least one elastic material, which are arranged in alternation.

Device according to claim 1, wherein at least one rigid layer ( 7 ) consists of at least one metal.

Device according to claim 1 or 2, wherein at least one elastic layer ( 8th ) consists of at least one elastomer.

Device according to one of the preceding claims, wherein between the rubber spring rail ( 5 ) and the at least one damping element ( 6 ) at least one rigid intermediate mass ( 9 ) is arranged.

Apparatus according to claim 4, wherein the intermediate mass ( 9 ) consists at least partially of metal.