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Durch ein mechanisches Breitbandfiltersystem mittels elastischer Kopplungselemente
geräuschentstörter Elektromotor Der Zweck der Erfindung ist, das Entstehen der bekannten
schädlichen Energien, welche in Elektromotorenlagern auftreten und durch Anziehung
der Stator- und Rotorpole bei der Drehung des Ankers im magnetischen Feld verursacht
sind, weitgehend zu verhindern, den übertritt von Restgeräuschen auf den Motorkörper
zu drosseln und den Befestigungsort und andere Berührungsorte gegen den Motor von
Geräuschenergien freizuhalten.
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Geräuscharme Elektromotoren sind, teils durch Einsatz von Dämpfungsmitteln
geräuschvermindert, bekannt. Es gibt verschiedene Geräuschminderungsmaßnahmen, von
denen zum Beispiel eine darin besteht, in und an den Motoren selbst keine Maßnahmen
zu treffen, sondern solche, um deren Geräuschenergien von Resonatoren fernzuhalten,
wie sie Befestigungsorte oft darstellen: Dämpfungsmittel aus hinreichend bekannten
elastischen Stoffen werden zwischen Befestigungsort und Motor eingesetzt und führen
in manchen Fällen zur ausreichenden Geräuschminderung.
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Eine andere, außerhalb des Motors angebrachte Maßnahme ist, daß der
Motor an seinen Stirnseiten über elastische Koppelglieder mit einer um ihn herumgebauten
Gegenschwingmasse, ausgebildet als zweites Gehäuse, versehen wird, welche so abgestimmt
ist, daß sie in Resonanz mit der Störschwingung steht und, daß ihr Schwungmoment
annähernd dem Schwungmoment des gesamten Motorkörpers angepaßt, etwa gleich ist.
Die vorgenannten Koppelglieder werden an einer Schwingungsnullstelle durch einen
Motorträger, der als drittes Motorgehäuse ausgebildet ist, abgegriffen und, da diese
erheblichen Maßnahmen immer noch nicht ausreichen, dieser Motorträger gegen den
Befestigungort durch elastische Zwischenlagen gesichert. Dieses Entstörungssystem
ist insofern von geringer Wirksamkeit, als der Motor selbst für sich funktionsfähig
bleibt, wenn man die Einrichtung entfernt, somit also das Lagerschlagen mit voller
Kraft zwischen Stator und Rotor entsteht. Eine Serienherstellbarkeit erscheint wegen
des bedeutenden Aufwandes unwahrscheinlich, ganz abgesehen von anderen Nachteilen,
wie großes Gewicht und Volumen, die ebenfalls eine gewerbliche Verwendbarkeit ausschließen.
Aus Vorstehendem ist jedoch zu ersehen, wie schwierig das Problem der Geräuschentstörung
an Elektromotoren ist, und, da dieses System dem Stande der Technik der letzten
Jahre entspricht, wie notwendig eine bessere Lösung benötigt wird.
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Auch innerhalb von Motoren angebrachte oder eingebaute Geräuschminderungsmaßnahmen
sind bekannt. In einem Falle wird zwischen die Lagerstellen und das Motorgehäuse
eine elastische Abfederung gelegt, welche in radialer Richtung in sich starr bleibt.
Sie besteht aus mehreren runden dünnen Blechen, welche mit Durchbrechungen versehen
sind und derart zusammengelegt werden, daß die Durchbrechungen einander nicht decken.
In ihrem Mittenloch ist das Motorlager befestigt, während ihr Umfang gegen das Motorgehäuse
gepreßt ist. Sie können sich in axialer Richtung bewegen und schwingen so, offenbar
den Schall schluckend. In einem andere Falle sind zwischen den Motorlagern und dem
Stator geräuschdämpfende Gummiglieder gelegt, die in radialer Richtung wirksam sind.
Beide Arten vermögen das Lagerschlagen bereits in unmittelbarer Nähe der Störquellen
zu vermindern; da aber in den bekannten Ausführungen das Motorgehäuse mit dem Befestigungsort
verbunden werden muß, führt diese Maßnahme nicht zu einer ausreichenden Beseitigung,
was aus den Unterlagen dieser Anordnung dadurch zu ersehen ist, daß zusätzlich noch
andere Maßnahmen, denen allerdings eine technische Verbindung zu den vorerwähnten
fehlt, erforderlich sind.
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Eine dritte Maßnahme besteht darin, die Konstruktionsteile des Motors
starr miteinander zu verbinden, jedoch so, daß die Verbindung nicht an allen Stellen
durch Schweißen, Schrauben, Aufschrumpfen u. dgl. vorgenommen wird und daß zwischen
den Verbindungspunkten die Materialien schwingen können. Auch führt man in die nicht
verankerten Stellen nachgiebige Stoffe ein. Eine vierte Maßnahme ist, das Statorpaket
gegen das Gehäuse mittels im Umfang
verteilt angebrachten Blattfedern
aufzuhängen, wobei der Stator in radialer Richtung starr gegen die Motorlager verbleibt,
und eine Bewegung des Statorpaketes nur in der Drehrichtung geringfügig möglich
ist. Hierdurch erfährt die Störamplitude eine gewisse Einebnung.
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Eine weitere Maßnahme ist bekannt, welche am Rotor vorgenommen ist:
Kurz vor den Lagerstellen der Motorwelle ist je ein Gummiring übergeschoben, über
welche eine stärkere Hohlwelle gezogen ist, die von Lager zu Lager reicht und das
wesentlich kürzere Rotorpaketstück trägt. Da diese Anordnung zu nahe an den Motorlagern
liegt, und die Gummiringe sehr in der Nähe der Proportionalitätsgrenze belastet
werden müssen, weil das Paket genügend festsitzen muß, ergeben sich bald Abnutzungserscheinungen,
die von den Lagerschlägen vornehmlich herrühren. Außerdem genügt diese Maßnahme
allein keinesfalls, wie praktisch durchgeführte Versuche ergaben. Auch eine, diesen
Gegenstand beschreibende Druckschrift weist eine zusätzlich notwendige Maßnahme
auf, indem das Statorpaket durch elastische Zwischenlagen am Bolzensitz und an der
Bolzenverschraubung gegen das Motorgehäuse halbwegs isoliert wird.
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Aus der langen Reihe der aufgeführten Beispiele, welche den gegenwärtigen
Stand der Technik kennzeichnen sollen, ergibt sich, daß einzelne Maßnahmen, allein
angewandt, nicht ausreichend sind. Es bedarf in fast allen Fällen einer zweiten
und weiterer Maßnahmen. Vom Standpunkt der gewerblichen Verwertbarkeit aus betrachtet,
handelt es sich lediglich um Ansätze zur Lösung eines alten Problems. Einige Wege,
die eingeschlagen wurden, sind als gut zu bezeichnen, aber entwicklungstechnisch
sind sie nicht zu Ende gegangen worden. Auch fehlt bei der Anwendung von mehreren
solcher Maßnahmen ein einer Idee zugrunde liegendes, diese Maßnahmen miteinander
verbindendes geistiges »Funktionsband« weshalb keine von den bekanntgewordenen Maßnahmen
hervorragt.
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Die Erfindung dient dem eingangs dargelegten Zweck und stellt sich
zur Aufgabe, die geschilderten Nachteile in einer günstigen Lösung des Problems
zu vermeiden und mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand bereits an der Entstehungsstelle
der Störung selbst und in ihrer nächsten Umgebung zu beseitigen.
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Die Erfindung betrifft ein mit der Motorkonstruktion verschmolzenes,
mechanisches Breitbandfiltersystem, das aus einzelnen Filtern in Parallel- und Serienschaltung
zum magnetischen Feld des Motors auf ein vor der Entstörung festgestelltes, bei
einer Motorenserie gleichen Bautyps gemitteltes Geräuschspektrum abgestimmt ist
und welches weiterhin auf der Vereinigung von Merkmalen beruht.
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Ein an Stützteilen, wie Bügelfüßen, Gerätewänden, Winkeln u. dgl.
gelagerter und durch Einbeziehung von elastischen Kopplungsgliedern innerhalb seines
konstruktiven Aufbaues geräuschentstörter Elektromotor ist durch die Vereinigung
von folgenden Merkmalen gekennzeichnet: a) Verwendung von je einem Dämpfungsglied
für jede Motorlagerschildseite in ringförmig-zylindrischer und verdrehungssicherer
Ausbildung aus Material hoher Festigkeit und großer Elastizität in kinematisch loser
Kupplung zwischen dem Lagerschild und den Umfangsflächen des Motorlagers, b) Einfügung
von einem oder mehreren Befestigungsmitteln beziehungsweise Einbringungsmöglichkeiten
für Haltevorrichtungen des Elektromotors, bestehend aus beispielsweise Löchern,
Schrauben, Flanschen, Stützen u. dgl. ausschließlich und genau in den Schwingungsnullstellen
der Dämpfungsglieder nach a), c) konstruktive Auslegung des Gewichtsverhältnisses
in Verbindung mit den gegenläufigen Schwungmomenten von Stator und Rotor möglichst
nahe dem Wert 1. In Fig. 1 ist das System der Erfindung bezüglich der Merkmale des
Anspruches 1 schematisch dargestellt. Sie zeigt einen Schnitt durch einen Elektromotor,
wobei sich gerade ein Pol des Stators und ein Pol des Rotors gegenüberstehen.
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Die Bewegungen von Stator 1 und Rotor 2, bedingt durch die Anziehung
oder Abstoßung der jeweiligen Pole im Feld 3, vollziehen sich, angedeutet durch
die Pfeile 7 und 8, in den Grenzen von 9; die gleichen Grenzen erscheinen beim Spannen
oder Entspannen der Dämpfungsmittel 4, zwischen denen der Stator 1 und der Rotor
2 mit der Rotorwelle 5 und dem Lager 6 eingesetzt sind. Gegeneinander gerichtete
Pfeile, 1,0
gegen 11 und 12 gegen 13, geben die etwa um 180° verschobene Erscheinungsform
der Schwingung an. Eine gestrichelte Linie zwischen den Pfeilen 10 und 11 befindet
sich in einem Schwingungsknoten beziehungsweise an einer Schwingungsnullstelle des
Dämpfungsmittels, das dort stets stillsteht. An dieser Stelle wird ein Befestigungsmittel,
beispielsweise ein Befestigungsflansch 14, in das Dämpfungsmittel eingefügt.
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Der Schwingungsknoten wird in manchen Fällen nicht in etwa dem mittleren
Durchmesser des Dämpfungsmittels liegen. Doch ist es leicht, meßtechnisch oder empirisch
die Stelle der Schwingungsminimumlage zu ermitteln, an welcher das Befestigungsmittel
anzubauen ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist es recht vorteilhaft, ein Dämpfungsglied
4 der Fig. 1 in zwei einzelne Dämpfungsglieder 15 und 16 der Fig. 4 aufzuteilen
und einen Befestigungsring 17 zwischen diese zu setzen. Hierdurch ist eine vereinfachte
Ausführung des Systems gegeben.
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Eine weitere, in wirtschaftlicher Hinsicht wertvolle Ausgestaltung
des Erfindungsgedankens der vorstehenden Alternative ist, das Motorlagerschild in
einer in einem einzigen Fertigungsgang herstellbaren Bauelementeinheit, wie in Fig.
2 dargestellt, herzustellen, und zwar aus gleichem elastischem Material mit mindestens
zwei bis drei Durchbrechungen 18, die in der beispielsweisen Form von angebogenen,
ungleich stark gehaltenen und schräg gestellten Streben 19 und 20 entstanden sind,
die infolge ihrer Elastizität die Eigenschaften von Dämpfungsmitteln besitzen und
in radialer und in der Rotationsrichtung zu schwingen vermögen. Das Motorlagerschild
besteht nach der Fig. 2 aus drei Ringen 21, 22 und 23, zwischen denen elastische
Dämpfungsmitte119 und 20 wie die Speichen eines Doppelrades liegen. Die Bohrung
des Innenringes 21 nimmt ein angedeutetes Gleit- oder Kugellager 24 auf.
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Die vorstehend unter Anspruch 1 a bis 1 c dargelegten Merkmale und
die mit ihnen einheitlich verbundenen und zusammenhängenden Merkmale der Ansprüche
2 und 3 werden gegebenenfalls durch weitere ergänzt, wenn Störquellen im Rotor selbst
auftreten,
wie zum Beispiel das Schwingen von Ankerblechen und/oder
wenn das Rotorpaket mit einem Kollektor ausgerüstet ist und somit Kollektorgeräuscheauftreten,
aber auch dann, wenn eine Geräuschübertragung auch über die ihr nachfolgenden Antriebsmittel,
wie Lagerungen mit Zahnrädern, Getriebegehäuse u. dgl. stattfindet und vermieden
werden muß. Auch dient diese zusätzliche Vereinigung einer geräuschspektralen Erweiterung,
so daß schließlich ein recht großes Geräuschspektrum sinnvoll gefiltert wird. Deshalb
werden die Merkmale des Anspruches 1 a bis 1 c, bzw. der Ansprüche 2 und 3 mit folgenden
Merkmalen des Anspruches 4 vereinigt: a) Verwendung einer wesentlich dünneren -
als konstruktiv üblich - in engen Grenzen elastisch nachgiebigen Rotorwelle aus
Stahl mit kleinerem Durchmesser als der Durchmesser der Bohrung des Rotorblechpaketes,
b) Auskleidung der Bohrung des Rotorblechpaketes durch einen Hohlniet, der gleichzeitig
die Rotorbleche zusammenhält und im Innendurchmesser wesentlich größer ist als die
verwendete Rotorwelle, c) Einbau von ringförmig-zylindrischenDämpfungsgliedern aus
Material hoher Festigkeit und großer Elastizität innerhalb des Hohlniets im Bereich
der beidseitigen Öffnungen der Bohrung des Blechpaketes und Einführung der Rotorwelle
unter Berücksichtigung einer gewissen Vorspannung der Dämpfungsglieder.
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Die Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau der Merkmale nach Anspruch
4 in einem in sich geschlossenen System, das erfindungsgemäß für sich Bestand hat,
demnach auch für sich allein in gewissen Entstörungsfällen angewandt werden kann,
hier mit dem System des Anspruchs 1 und gegebenenfalls der Ansprüche 2 und 3 in
Vereinigung angewandt, eine besonders vollkommene erfindungsgemäße Gesamtlösung
darstellt. Nicht zum Ausdruck kommt in Fig.3 der innere dynamische Zusammenhang
des Systems in Verbindung mit den Merkmalen nach Anspruch 4, weil figürlich nicht
erkenntlich ist, daß die Motorwelle 5 a
selbst als Dämpfungsglied wirksam
ist und eine geräuschspektrale Aufeinanderabstimmung von Rotorpaket 2a, den Dämpfungsgliedern
15 und 16 zwischen Rotorpaket und Motorwelle und der Motorwelle als Dämpfungsglied
in Reihenschaltung erfindungsgemäß und diese im geräuschspektralen Zusammenhang
des Systems des Anspruches 1. vorgenommen ist.
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Es ist zweckmäßig, daß der Stator des Motors eine zu seiner Achslinie
annähernd gewichtssymmetrische Form erhält, eine vorzugsweise runde Form, so daß
er im Schwingungszustand nahezu mit gleicher Amplitude wie der Rotor verlaufende
Diametralschwingungen ausführt, die sich von Pol zu Pol mit der Winkelgeschwindigkeit
des bewegten Rotors fortpflanzen.
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Es treten zwischen den beiden Lagerstellen 6 bzw. 6 a infolge des
Gegendruckes der angelegten Last an der Antriebsseite der Rotorwelle Unsymmetrien
auf, welche relativ geringe Schwierigkeiten machen, wie die Praxis zeigt. Bis zu
einem gewissen Grade wird hierbei eine Besserung dadurch erreicht, daß in bekannter
Weise etwa die mittlere Belastung am Motor in die Dimensionierung der Dämpfungsmittel
einbezogen wird. Eine erfindungsgemäße Verbesserung wird durch eine axial verschobene
Anordnung des Rotors und Stators aus der Mitte des Motors entsprechend der in den
Motorlagern verschieden stark wirkenden Kräfte erzielt.
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Bezüglich der Ausgestaltung der Dämpfungsglieder in der geschilderten,
vorzugsweise ringförmig-zylindrischen Ausführung sind gegen ein Verdrehen in der
Umfangsrichtung Aussparungen oder Erhebungen vorgesehen.
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Bei der Betrachtung der vorliegenden Erfindung spielt es keineswegs
eine Rolle, ob einzelne Maßnahmen oder einzelne materielle Mittel bekannt sind,
sondern es kommt auf die Beherrschung ihrer Dimensionierung und Abstimmung zueinander,
auf ihre Anordnung und ihre dynamische Gesamtwirkung unter Berücksichtigung der
üblichen Gestaltungsregel, der wirtschaftlichen und gewerblichen Verwertbarkeit
bei geringsten Kosten an.