DE1613343A1

DE1613343A1 - Elektromotorgehaeuse

Info

Publication number: DE1613343A1
Application number: DE1967P0043263
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans-Dieter Papst; Hermann Papst
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1967-10-27
Filing date: 1967-10-27
Publication date: 1971-01-14
Also published as: US3527969A; DE1613343B2; US3527969B1; AT285719B; CH474891A; FR1589942A; GB1212775A

Description

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PAPST - M 0 T 0 H 3 H KG, St. Georgen/Schwarzwald

Elektromotorgehäuse

Die Erfindung betrifft eine Geräusch- und Körperschallabstrahlung mindernde, dämpfende Gehäuseanordnung für einen Elektromotor.

Bei kleinen Elektromotoren stören Rüttelkräfte von Pendelmomenten am Gehäuse bzw. der Motorwelle oft mehr als die direkte Schallabstrahlung des Motorgehäuses, weil diese mechanischen Schwingungen weitere, u. U. großflächige, Teile des angetriebenen Gerätes zu Schwingungen anregen und sie somit zu lästigen Schallquellen oder unangenehm vibrierenden Teilen werden lassen können. Von der Aufhängung und dem Abtrieb des Llotors her versucht' man daher diese Wechselkräfte zu isolieren, indem man eine weiche Aufhängung bzw. Pufferung durch elastische Elemente anwendet, wobei die anregende Frequenz der störenden Kräfte wesentlich über der mechanischen Eigenfrequenz der auf diese V7eise gelagerten schwingungsfähigen Massen ist. Dieser Aufbau verlangt oft besondere Lagermaßnahmen; ja in manchen Pällen ein zusätzliches Gehäuse, weil der ganze Antrieb über diese weichen Lagerelemente gehalten werden muß.

Geräusche, die der Motor selbst abstrahlt, versucht man im allgemeinen dadurch einzudämmen, daß man den Motor vorzugsweise mit Werkstoffen kleiner dynamischer Elastizität einkapselt sowie die gesamte Konstruktion sehallarra gestaltet. Muß, aus Kühlungsgrün- den etwa, diese Abdeckung zum Teil offen sein, so müssen solche öffnungen ihrerseits akustisch dicht gemacht werden (etwa durch eingelegte Pilzrohre und ahnl.) oder man muß zusätzliche andere Maßnahmen treffen.

Diese Maßnahmen bedeuten alle einen, zum Teil wesentlichen Aufwand·. In manchen Fällen versucht man auch das Problem dadurch

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zu lösen, daß man den Motor selbst geräuscharm ^enug macht. Dies erfordert einen hohen Aufwand an Entwicklung und Präzision bei der Herstellung solcher Motoren und bedeutet Verteuerung und Störanfälligkeit. In manchen Fällen, etwa für Tonantriebe oder in der Nähe von Mikrophonen, wird man die erforderliche laufruhe auf diese Weise nicht, oder nicht über die ganze Lebensdauer des Motors, erhalten können.

Diesen Schwierigkeiten begegnet man nach der Erfindung durch eine für Elektromotoren besonders vorteilhafte Gehäuseanordnung bzw. Lageranordnung aus einem in neuerer Zeit bekannt gewordenen Verbunddämpfblech, bzw. einer entsprechenden dämpfenden Schichtung.

Pur die dämpfende Isolation mechanischer Schwingungen wird seit einiger Zeit industriell gefertigtes, schv/ingungsdämpfendes Verbundblech geliefert. Dieses Verbundblech besteht aus zwei Metallschichten, zwischen denen eine eingelegte,, auch selbstklebende Kunststoffschicht mit bestimmtem Viskositätsverhalten (in Abhängigkeit von der Temperatur und Beanspruchungsfrequenz) sich befindet.

. Geräusche oder Körperschall regen eine volle Metallplatte zu Schwingungen an, wodurch deren Energie abgestrahlt wird. Solche Schwingungen wirken sich beim genannten Verbundblech jedoch als Schubbeanspruchung der Kunststoffschicht, die sich in Wärme umsetzt, und damit schalldämpfend aus.

Dieses Verbundblech ist

in der Firmen-Zeitschrift der Hoesch AG:

Vibrex-Blech für Lärmminderung durch Schwingungsdämpfung;

im Hoesch-Berieht 2, 1,S.5 - 17 (1967);

in Klepzig-Fachberichte 1966, Heft 7, Seite 301 - 309; Heft 8, Seite 347 - 350;

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in "Kunststoffe" 1965, Heft 8, Seite 634 -

bei verscniedenen Kunststoff Zwischenschichten, verschiedenen ."uterialstärken und unterschiedlich symmetrischem Sandwieh-Aufbau im Verhalten beschrieben.

llv.?h der Erfindung wird vorgeschlagen, eine solche dampfende Sc .ici.tung für dan Gehäuse eines Elektromotors au verwenden, indem es mindestens zu eine:n Teil aus an sich bekanntem Verbundblech besteht oder entsprechend geschichtet ist und also maju^lisch ii.itausjei.utzt wird. (Anspruch '.)

In j'?v.-:süen Fällen, etwa Γΐτ Tonantriebe oder in der Ilähe von Mikrophonen ist ein e;:tre:n ruhiger lüotor erforderlich. Wenn Dan aiiij !.'.agnetischen νϊ runde η eine gewisse Zisens"-ärke braucht und nur «inen einfache}; :?.„· ·.;·· ^: -y-..aufbau nehmen wUrde , wure dieses Verhuiiddlinipfblech daiai ufi j-icht schwingungs- und dampffLiig _t-or.u£. Deshalb wird in Ausgestalcunr der Erfindung vorgeschlagen, dm; Yerl"undd..:n::fclech Lzw. die iJci.iciitung auch aus nehr als rwei I.'.e"v.allso;:ichteii und ruehr als einer Klebe schicht zu machen. (Anspruch 2;

umgibt ;r.an einen £lekxroaotor mit einer derart aufgebauten lü·= Ltsr: 1 ^v:.i:. ._!- , ::üßte sic'i eine gute {Jeräuschdiiinpfung erziel-r.. .u^-jor.. ^es.-.aibinu;: der I.:otor also möglichst vollständig so u:::schlossen sein, jedoch ravissen sie:: die Schichten gegenseitig mi nimal vorschieben künr.en. 3ei einer reinen ILugeih'ille aus mehrere Schichten {Kugelschalen} wäre dies""der Fall und die Schwingungen wurden Zug- und Druckbear.spruchungen in den verschiedenen Hugelschichten hervorrufen, ohne aai die Schwingungsenergie als mechanischer Hystereseverlust i-n den Kunststoff-Zwischenschichten sich in Wärme umsetzen könnte. Dieses System der Dämpfung erfordert also eine gewisse gegenseitige minimale Verschieblichkeit der Ketalldeckschichten und eine Sahwingungsfänigkeit des Yerbunddänipfblechs in Richtung der Schallabstrahlung. Deshalb muß für die Ausgestaltung der Erfindung also eine solche Ausfüiiruiig für ein Motorgehäuse aus Vercundblech c~w. entsprechender Schichtung gefunden werden, die - 4 -

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sich gut herstellen läßt und die die eben beschriebene ochwingungsfähigkeit besitzt.

Deshalb wird für einen solchen allseitigen Umschlufc eines Dlek/tro-

/bezw. solcher Schichtung/

raotors ein aus dem genannten Verbunddämpf blech/hergestellter, beispielsweise tiefgezogener Becher, der gegebenenfalls durch einen Deckel aus dem gleichen Material abgeschlossen ist, vorgeschlagen. (Fig. 2a, Anspruch 3)· (Der Boden kann abgetrennt und, wie unten beschrieben, wieder eingesetzt werden, damit er noch besser dämpft. (Pig. 2a, Anspruch 4).

Y/enn der Llotor lang ist (Jü/l) groß; L = Länge, D = Durchmesser), ist die erforderliche Schwingungsfähigkeit in radialer Richtung (ähnlich wie bei einer· Kugelhülle) kaum gegeben. Für diesen Fall wird vorgeschlagen, die LIantelhülle auf den erforderlichen Durchmesser zu rollen bzw. aus Teilstücken zu biegen und die Sandwich-Deckschichten, wie in Fig. 2b angedeutet, sich überlappen zu lassen (Anspruch 4, 5),

Dieses physikalische Erfordernis harmoniert mit den Herstellungs-Etö'glichkeiten. Lin großes L/D kann beim Tiefziehen nämlich nicht realisiert werden.

Wenn bei einem Elektromotor z. B. die Schallabstrahlung wesentlich in Richtung der L'otorachse geht, ist ea von Vorteil, den das Gehäuserohr oder den Gehäusebecher, bzw. Topf, abschließenden Deckel, wie in Figur 2a gezeigt, auf den Gehäusetopf zu setzen. (Zu Anspruch 4) ·

Bei überwiegend radialer Schallabstrahlung besteht eine bessere Dämpfung,, wenn der ebene Deckel im Gehäuse topf, wie in Figur 3b gezeigt, angeordnet ist. Dies gilt vor allem beim Gehäusemantel gemäß Pig. 2a, bei den Verhältnissen gemäß Fig. 2b weniger." (Zu Anspruch 4).

Eine andere Möglichkeit, die minimale Verschiebbarkeit der schallabstrahlenden Viand zu gewährleisten, besteht darin, die

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Deckschichten unterschiedlich lang zu machen und nur die über- ' ragende Schicht fest au verbinden. (Fig. 3c, Anspruch 6).

Bei Außenläufermotoren ist eine Hauptursache des störenden Geräusches und Körperschalls das Schwingen des rotierenden Gehäuses. Deshalb wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, zu dessen Dämpfung den unteren Hand der leicht schwingungsfähigen Gehäuseglocke mit einem Ring aus dem genannten Material (evtl. auch bis auf ihre volle Breite) zu überziehen oder ihn als Dämpf· und Deckschicht zu einem solchen dämpfenden Teil zu machen. Versuche zeigen, daß ein solcher dämpfender Ring von einem Drittel (evtl. einem Viertel) der Rotorbreite die störenden Schwingungen der.Rotorglocke schon sehr stark herabsetzt. Dabei kann auch dieser schwingungsdämpfende Ring schon elektro-inagnetisch ausgenutzt werden. (Fig. 4a, Anspruch 7).

Noch mehr ist dies der Fall, wenn man den Rotor selbst aus diesem Material herstellt bzw. so schichtet. Bin solches AuSenläufergehäuse schwingt praktisch nicht mehr. (Fig. 4b, Anspruch 7).

Bin solches dämpfendes Gehäuse kann auf einfache Weise dadurch hergestellt werden, daß man mehrere Metallscheiben mit dazwischen liegenden Dämpfbelegen aus Kunststoff durch Tiefziehen in die gebrauchte Form zu einer kompakten Einheit vereinigt.

Als dämpfender Stoff ist z. B. kaltfließendes Polyisobutylen, (als Emulsion aufgetragen), geeignet. Die Stärke der dämpfenden Kunstatoffschicht kann dann ganz gering sein. Dies erhöht den magnetischen Leitwert dea schubgedämpften Gehäuses wesentlich.« Gleichzeitig ergibt sich eine besonders hohe Dämpfung. Mit einem Zusatz kann das Butylen in Butylkautschuk umgewandelt werden (Anspruch 8),

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j.Ιθ.υ7 - 6 -

3ei einem Hysteresemotor kann es wegen größerer, Llagne tiaiürungoaufwand infolge geringerer r-ernieabilitüt starke, uner-.vünoohte Streufelder geben.

\{enn der Läufer nur eine hyste retische und keine andere ferromagnetische Schicht beseitzt, schlieft sich eier magnetische Kreis in Umfangsrichtung, ζ. ϊ. durch den Hysteresering, ^ieaer muß dann relativ dick sein, hat aber doch noch ein starkes Streufeld, line nahe benachbarte parallele Sisenschicht würde einen großen 2eil des Flusses einsaugen. Deshalb wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, auf der hysterotischen, in Umfangsrichtung magnetisieren Schicht eine relativ dicke, magnetisch nicht - aber vorzugsweise elektrisch gut-leitende Schicht satt sitzen zu lassen, an welcher eine Dämpfschiei^t anliegt, an welche sich eine ferromagnetische, abschirmende Schicht anschließt. In der elektrisch gut leitenden Schicht werden \7irbe!ströme induziert, die das Drehmoment im Anlauf ' erhöhen und auch Pendelmomente im Synchronlauf dumpfen.(Fig. 5, Anspruch 9)·

/hochpermeuble/

*,7ird dagegen über der hystere tischen Schicht eine/ferromagnetisehe angeordnet, dann geht der Fluß des magnetischen Kreises im wesentlichen über diese und der hysteretische Ring wird vom Feld faat nur radial durchsetzt, kann also dünn sein. Diese ferromagnetische Rückschlußwand kann geschichtet sein. Die Hystereseschicht besteht vorteilhafterweise aus z. 3. Bariumferrit, sie wird stark magnetisiert.

Deshalb wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, auf den hysteretischen, radial magnetisierten, relativ dünnen Ring eine Verbunddämpf(blech)-Schichtung satt anschließend anzuordnen. (Mg. 6, Anspruch 10).

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i.uiiiJtruktiv vorteilhaft ist folgende Schichtung: Zwischen der ui.ma_t.:ne ti sehen, vorzugsweise aber elektrisch gutleitenden "./andung .«lid der magnetisch leitenden Schicht befindet sich die Kunst st offdämpf sc.icht. l'.ur eine Deckschicht der Dämpf schichtung ist i'erromagnetinch, wird magnetisch mitausgenutzt. (Anspruch 11).

i*i_t:ur 1 .:eigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen Motorgehäuses für einen uleieLutrommotor mit x-ermanent-lilagnebring 1, bei dem das Vert unddämp-fblüchgehäuse 2 zum magnetischen Rückschluß mitausjenutst wird und gleichzeitig einen allseitigen Dichtungsab-SC;.Iu.. (:..it erstaunlich guter Geräuschdämpfung) bietet. (-J¹Jg. 2a, b. zeigen verschiedene Formen des Gehäuses und Gestaltungen dos Gehäusemaiitels >.

In. de:* I-'i^uren 'ja, b ist dargestellt, wie der Verbunddumpfblechdeckel 4 den Guhäuaebecher oder das Gchäuserchr 3 abs-chlit-ien ooli, -;;■<;:ni aie Sc:iullabstrahlung wesentlich in axialer (a) bzw. in radialer Richtung (b) erfolgt. Die j*i _r-uren $c zeigen eine andere '.löslichkeit der Verbindung verschiedener Verbunddämpf bleche«

-¹Ig. 4a zeigt einen Außenläufermotor, dessen Gehäuse. 5 mit eine:.; Vert:ui:ddumpfblechring 6 (u«U« bis auf seine volle Breite 7) Überzogen ist (linke Seite) bzw. wie ein solcher Ring ::.it dem Gehäuse^;3eine Dämpf schichtung bildet (rechte Seite).

Γ if rar 4't- zeigt' ein seiches VerbunadumpfblechgeLäuse als tieige- ;;ogenen Becher i mit der Stirnseite 3, auf der die Vrülle 1G mittels ihres Flansches 11 aufgeklebt ist. Der Gehäusedeckel aus Yerbunddilrrfblech ist in seinem Zentrum gehalten, so da- sein Kaud sclivfingex: kann und dort eine Lämpfwirkuiig besteht*

Figur 5 zeigt einen Kystereseau^enläufermotor. Zwischen der dünnen ferronagnetischen Außenwand und der mehrfach dickeren, elektrisch

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gut leitenden Schicht befindet sich die Dämpfschickt!*In diesem kompakten, doppelwandigen Becher ist der Hysteresering'iingerreßt.

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Die Y/elle ist zentriert über ihren Plansch eingeklebt. Im Seimittbild wird der I?e Id verlauf und die luatnetisierung des Hystereseringes in ümfangsrichtung angedeutet.

FiA". 6 zeigt '-einen Hystereseläufer mit satt aufgezogenem, relativ dicken Verbunddämpfbleohring£-der den magnetischen

1 ζ Kreis rücksciiließt, so daß der hysteretische Hing radial magnetisiert wird.

Damit wird das Problem der erfolgreichen Geräuschbekämpfung von insbesonders kleinen Llektror.ioi.oren auf einfache './eise au lösen versucht. Aufwendige, und oft weitere Schwierigkeiten mit sich bringende Maßnahmen, (Aufhängungen an elastischen Gliedern, Sondergehäuse) werden in einfacher '«'eise umgangen, ohne daß magnetisch inaktives lüaterial zusätzlich aufgewendet werden iu.';. Insbesondere, wenn ein besonderes Gohäuse er.tfu.llt, wird die Ableitung der Verlustwärme aus dem Llotor wesentlich besser! Selbst wenn äac- Yerbunddämpfblech.^eiiäuse ein i-susätzlicL'-s Gehäuse um den magnetischen Iireis des I.Iotors wäre - könnte es auch noch zur Abschirmung störender Felder dienen.Ißs lassen sich beim Gegenstand der Erfindung gleichseitig also mehrere Y/irkungen erreichen: Dämpfung' und magnetische Ausnutzung des Dämpfblechs, und seine Punktion als schützendes oder dichtendes oder haltendes Konstruktionselement sowie eine niedrigere Llotortemperatur.

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Claims

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Pat entansprüche

1) Geräusch- und Körperschallabstrahlung mindernde, dämpfende Gehäuseanordnung für einen Elektromotor, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse mindestens zu einem Teile aus an sich bekanntem Verbunddänpfblech besteht oder entsprechend dämpfgesciiichtet ist und magnetisch mitausgenutzt wird.

2) Elektromotorgehäuseanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das Verbunddämpfblech oder die Schichtung aus mehr als zwei Metallschichten und mehr als einer Dämpfschicht besteht.

3) Elektr-o&o-tOTgehäuseanordnung nach den x^eigen Ansprüchen,, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein mit dem genannten Dämpfschichtaufbau versehener, vorzugsweise tiefgezogener Becher ist, der gegebenenfalls durch'einen Deckel aus dem gleichen Material abgeschlossen ist.

4) Ele4£tromot<>rgehäuse anordnung nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein Rohr mit ein- oder aufgesetzten Deckeln ist.

5) Elektromotorgehäuseanordnung nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel gerollt ist oder aus mehreren gebogenen, über den Gehäuseumfang geteilten, Stücken besteht, wobei sich vorteilhafterweise die/gegenseitig versetzten)Deckschichten an den Stoßfugen überlappen.

6) Elektromotorgehäuseanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Verbindungsstellen eine Deckschicht die andere(n) überragt und nur die überragende jeweils fest verbunden wird*

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7) Elektromotorgehäuseanordnung nach den vorigen Ansprachen mit umlaufender Gehäuseglocke, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eandzone des offenen ^ndes ein dämpfender Hing oder ein dämpfender Hantel über der Huridun^sfläohe oder eine dämpfende Glocke auf dem ganzen ienäuse angeordnet ist oder das Gehäuse mit einer anderen Dänpf- und anderen Deckschicht, die, wie eben beschrieben, angeordnet ist, selbst eine dämpfende Schichtung bildet;.

8) Mittels Schubkräften in einer plastischen Schicht ge· dämpfter Körper, insbesondere eine Slektromotorgehäuseanordnung nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, da£ die Dämpfschicht aus einer sehr dünnen Schicht von kaltfließendem Polyisobutylen besteht, das im Bedarfsfall vorzugsweise mit einem vulkanisierenden Zusatzstoff in Butylkautschuk umgewandelt wird.

9) Elektromotorgehäuseanordnung für einen Hysterese-LIotor nach den vorigen Ansprachen, dadurch gekennzeichnet, da.2 auf der hysteretischen, (in Umfangsrichtung magnetisierten) Schicht eine relativ dicke magnetisch nicht leitende, vorzugsweise aber elektrisch gut leitende (z. B. Aluminium)-Schicht satt aufsitzt, an welcher eine Dämpfschicht anliegt, an welche sich eine äußere ferromagnetische Schicht anschließt»

10) Elektromotorgehäuseanordnung für einen Hysterese-Motor

nach den vorigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den hysteretischen Hing eiüfe*Verbunddämpf(BlechJ-Schichtung sich als Joch satt anschließt, *)ferromagnetische

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11) _lektroi.iotorjehäuseaiiordnung nacii der. Anspru.ch.en 1 bis ö, dadurch yekennzeichnet, dal; zwischen der nichtniagnetischen, vorzugsweise elektrisch gut leitenden Wandung und der inneren, magnetisch leitenden (das Joch des magnetischen Kreises bildenden) Schicht sich die Kunststoff-Dämpfschicht befindet.

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