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Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung für ein Gebläse oder einen elektrischen Motor.
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Stand der Technik
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Elektrische Motoren und insbesondere von elektrischen Motoren angetriebene Gebläse erzeugen und erfahren im eingebauten Zustand Schwingungen im Austausch mit ihrer Umgebung. Insbesondere wenn diese Schwingungen im Bereich der Eigenfrequenzen der Systeme liegen kann es zu unerwünschten Resonanzerscheinungen kommen. Es ist deshalb bekannt, elektrische Motoren und Gebläse auf ihre Eigenfrequenzen hin zu prüfen. Die zur Verfügung stehenden Prüfeinrichtungen, die Verfahren zum Prüfen sowie die im Herstellungsprozess von elektrischen Motoren und Gebläse integrierten Prüfungen unterliegen einer ständigen Weiterentwicklung, um den stetig steigenden Anforderungen gerecht zu werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile
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Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung für ein Gebläse oder einen elektrischen Motor weist einen Sockel sowie eine Aufnahme für das Gebläse oder den elektrischen Motor auf. Dadurch, dass die Aufnahme fest mit dem Sockel verbunden ist und dass ein oder mehrere Kraftaufnehmer zwischen dem Gebläse bzw. dem elektrischen Motor und dem Sockel angeordnet sind, kann der spätere Einbau simuliert und es können die entstehenden Frequenzen im Einbauzustand analysiert werden. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zu Grunde, dass sich die Eigenfrequenzen im eingebauten Zustand, das heißt also im fest mit einer Unterlage verbauten Zustand, von denen freischwingender Gebläse oder Motoren unterscheiden.
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Unter einem Sockel ist eine Basis oder ein Fundament zu verstehen, das in der Lage ist einen Aufbau stabil zu halten. Unter fest mit dem Sockel verbunden soll eine lösbare oder unlösbare Verbindung verstanden werden, die eine mechanische stabile Lage und Zuordnung herstellt. Ferner werden unter Kraftaufnehmer Messeinrichtungen verstanden, die Kräfte ein- oder mehrdimensional aufnehmen und weitergeben können. Unter Eigenfrequenzen sollen Frequenzen verstanden werden, in welchen das Gebläse bzw. der elektrische Motor in Resonanz mit sich selbst schwingt und die Schwingung deshalb verstärkt ist. Wird das Gebläse oder der Motor so betrieben, dass die sich einstellenden, angeregten Schwingungen den Eigenfrequenzen entsprechen, wird der Einfluss des Gebläses bzw. des Motors auf seine Umgebung verstärkt.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung möglich. So können die Kraftaufnehmer bevorzugt zwischen der Aufnahme und dem Sockel angeordnet sein, so dass die Aufnahme die zu prüfenden Motoren oder Gebläse uneingeschränkt halten können.
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Es ist von Vorteil, wenn der Sockel so ausgelegt ist, dass seine Eigenfrequenzen mindestens zehnmal höher sind als die zu erwartenden Schwingungen des zu prüfenden Gebläse oder des Motors, weil sich dadurch eine Beeinflussung der zu prüfenden Teile mit der Umgebung weitgehend vermeiden lässt. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil die Kraftaufnehmer einerseits von den zu prüfenden Teilen und andererseits vom Sockel, an dem sie sich abstützen, beeinflusst werden. Auch sind im Messergebnis einzelne Bereiche direkt den zu prüfenden Teilen einerseits und der Prüfeinrichtung andererseits zuordenbar. Die Zuordnung der Bereiche verbessert sich, wenn die Eigenfrequenzen des Sockels mindestens hundertmal höher sind als die der zu prüfenden Gebläse oder Motoren. Eine weitere Verbesserung kann erreicht werden, wenn die Eigenfrequenzen des Sockels mindestens zweihundertmal höher sind als die der zu prüfenden Gebläse oder Motoren. In diesem Fall können die Eigenfrequenzen auch über einen weiten Drehzahlbereich ermittelt werden.
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Es ist von Vorteil, wenn der Sockel mindestens zehnmal schwerer ist als die zu prüfenden Gebläse bzw. elektrischen Motoren, weil sich dadurch die Eigenfrequenzen des Sockels und damit der Prüfeinrichtung in einem Bereich verschieben, der von den Eigenfrequenzen der zu prüfenden Gebläse bzw. Motoren so weit entfernt ist, dass eine Beeinflussung der Teile und/oder der Messergebnisse vermieden werden kann. Dies verbessert sich, wenn der Sockel mindestens hundertmal schwerer ist als die zu prüfenden Gebläse bzw. Motoren. Ist der Sockel mindestens zweihundertmal schwerer als die zu prüfenden Gebläse bzw. elektrischen Motoren, können die Drehzahlen in einem weiten Bereich variiert werden, ohne dass die Teile und/oder die Messergebnisse beeinflussen.
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Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn der oder die Kraftaufnehmer Halterungen aufweisen, die mit dem Sockel schwingungsfest verbunden sind. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kraftaufnehmer selbst die Messergebnisse unbeeinflusst lassen.
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Ist die Aufnahme auswechselbar, ist es möglich, sowohl unterschiedliche Gebläse oder Motoren in derselben Prüfeinrichtung zu prüfen, als auch für gleichartige Gebläse oder Motoren unterschiedliche Anbindungen, die den späteren Einbau bestmöglich simulieren, darzustellen.
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Die Prüfung kann die Wirklichkeit dann gut simulieren, wenn eine Belastung- und/oder Entlastungseinrichtung für das Gebläse oder den elektrischen Motor vorgesehen ist.
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Arbeitete die Belastung- und/oder Entlastungseinrichtung für das Gebläse oder den elektrischen Motor berührungslos, wird eine Verfälschung der Messergebnisse vermieden.
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Im einfachen Fall, kann eine Haube vorgesehen sein, die über das zu prüfende Gebläse stülpbar ist und das Gebläse auf diese Weise entlastet.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Prüfen eines elektrischen Motors, wobei der Motor in eine Aufnahme einer Prüfeinrichtung eingesetzt wird, der Motor angefahren wird und über Kraftaufnehmer Bewegungen, Schwingungen, Resonanzen oder der gleichen, die zwischen der Aufnahme und einem festen Sockel während des Betriebs des Motors auftreten, bestimmt und zur Auswertung bereitgestellt werden, wobei insbesondere eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung der unter den Vorteilen beschriebenen Art Verwendung findet.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Prüfen eines Gebläses, wobei das Gebläse in eine Aufnahme einer Prüfeinrichtung eingesetzt wird, das Gebläse angefahren wird und über Kraftaufnehmer Bewegungen, Schwingungen, Resonanzen oder der gleichen, die zwischen der Aufnahme und einem festen Sockel während des Betriebs des Gebläses auftreten, bestimmt und zur Auswertung bereitgestellt werden, wobei insbesondere eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung der unter den Vorteilen beschriebenen Art Verwendung findet.
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Die Verfahren können verbessert werden, wenn während des Messvorgangs die Drehzahl des Gebläses oder des Motors verändert und so ein Band an Eigenfrequenzen ermittelt wird.
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In einem bevorzugten Verfahrensschritt, kann eine Haube über das Gebläse gestülpt und so eine Entlastung bewirkt werden. Der Vorgang des Überstülpens kann bevorzugt während des laufenden Messvorgangs erfolgen, so dass kontinuierlich Messungen über einen sich ändernden Belastungsgrad des Gebläses aufgenommen werden. Dieses Überstülpen kann anwenderfreundlich automatisch erfolgen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Gebläses oder eines elektrischen Motors, gemäß dem das Gebläse oder der elektrische Motor zusammengebaut wird, dann das zusammengebaute Gebläse bzw. der zusammengebaute elektrische Motor in eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung eingesetzt wird, dann das Gebläse oder der elektrische Motor nach einem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft wird, um dann aus der Prüfeinrichtung entnommen zu werden. Die Messergebnisse können dem Gebläse bzw. dem elektrischen Motor beigelegt werden, um dessen Eigenfrequenzspektrum zu dokumentieren. Ein derartig hergestelltes Gebläse bzw. hergestellter Motor gewährleistet nur die Schwingungen abzugeben, die im Eigenfrequenzspektrum aufgeführt sind. Solche hergestellten Gebläse bzw. Motoren eignen sich deshalb bevorzugt zum Einbau in Kraftfahrzeuge, bei denen Resonanzen mannigfaltig auftreten und stören können.
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Zeichnung
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In der Zeichnung sind erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele sowie Verfahren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 eine Prüfeinrichtung für einen elektrischen Motor in Schrägdarstellung, teilweise geschnitten,
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2 eine Prüfeinrichtung für ein Gebläse im Schnitt,
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3 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Prüfen eines Gebläses oder eines Motors und
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4 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen eines Gebläses oder eines Motors.
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Beschreibung
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In 1 ist eine Prüfeinrichtung 20 für einen elektrischen Motor 22 dargestellt. Die Prüfeinrichtung 20 weist einen Sockel 24 auf, der im Ausführungsbeispiel Quader-förmig ist und aus vollem Stahl besteht. Ferner weist die Prüfeinrichtung 20 eine Aufnahme 26 sowie Kraftaufnehmer 28 auf, die zwischen dem elektrischen Motor 22 und dem Sockel 24 angeordnet sind.
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Der dargestellte elektrische Motor 22 umfasst ein Gehäuse 30, aus dem eine Welle 32 ragt. Gegenüber der Welle 32 sitzt der Motor 22 auf einer zum Motor 22 gehörenden Motorspannplatte 34, die durch die Aufnahme 26 aufgenommen ist.
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In 1 sind zwei von insgesamt drei Kraftaufnehmer 28 erkennbar. Die Kraftaufnehmer 28 sind fest mit dem Sockel 24 verbunden und zwischen dem Sockel 24 und der Aufnahme 26 angeordnet. Durch die kreisringförmige Ausgestaltung der Aufnahme 26 bietet es sich an, drei symmetrisch, im Kreisabstand von 120° angeordnete Kraftaufnehmer 28 vorzusehen. Es ist jedoch auch denkbar, einen, mehrere Messachsen aufweisenden Kraftaufnehmer axial unter dem Motor 22 zu platzieren, wenn eine entsprechende Aufnahme 26 dafür vorgesehen ist.
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Die äußere und innere Gestalt des Sockels 24, dessen Material und Gewicht sind so gewählt, dass die Eigenfrequenzen mindestens zehnmal höher sind als die zu erwartenden Eigenfrequenzen des Motors 22. Insbesondere durch die Auswahl des Materials und durch eine besondere Formgebung, die auch von der Quaderform abweichen und die Form eines Pyramidenstumpfes aufweisen kann, ist es möglich, die Eigenfrequenzen des Sockels 24 auf das 100- oder gar 200-fache des Motors zu bringen.
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Der Sockel 24 zeichnet sich nach seiner Optimierung dadurch aus, dass er mindestens zehnmal schwerer ist als der zu prüfende Motor 22. Je nachdem, welche Eigenfrequenzen in welcher Stärke erwartet werden, kann der Fachmann den Sockel 24 auch 100-mal oder gar 200-mal schwerer wählen als das Gewicht des zu prüfenden Motors 22. Je höher das Gewicht des Sockels 24 gewählt wird, umso weniger wirken sich Bewegungen und Bewegungsänderungen des zu prüfenden Motors 22 auf die Prüfeinrichtung 20 aus.
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Jeder Kraftaufnehmer 28 weist eine Halterung 36 auf, die schwingungsfest mit dem Sockel 24 verbunden ist und den aktiven Teil des Kraftaufnehmers 28 hält. Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Halterung 36 mit dem Sockel 24 verschweißt. Es ist jedoch auch denkbar, die Halterung 36 mit dem Sockel 24 zu verstiften und zu verschrauben, wobei sichergestellt sein muss, dass auch diese Verbindung schwingungsfest über einen längeren Zeitraum ausgeführt ist. Unter schwingungsfest ist zu verstehen, dass sich die Halterung 36 nicht gegenüber dem Sockel 24 bewegen und insbesondere, dass die Halterung 36 nicht unabhängig vom Sockel 24 schwingen kann.
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Als Kraftaufnehmer 28 werden so genannte triaxiale Kraftaufnehmer 28 eingesetzt, die Kräfte jeweils in allen drei Messeinrichtungen, insbesondere orthogonal zueinander aufnehmen können. Durch die Auswertung aller drei Kraftaufnehmer 28 kann somit ein Gesamtbild der Eigenfrequenzen des zu prüfenden Motors 22 erhalten werden.
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Die Aufnahme 26, die insbesondere die Motorspannplatte 34 form- und kraftschlüssig aufnimmt, ist auswechselbar ausgestaltet. Dazu kann die Verbindung zu den Kraftaufnehmer 28 gelöst werden. Auch diese Verbindung ist schwingungsfest auszubilden, so dass jeder Kraftaufnehmer 28 das volle, vom Motor 22 abgegebene Schwingungsspektrum aufnehmen kann.
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Am Sockel 24 ist ferner eine Säule 38 befestigt, an der ein waagrechter Ausleger 40 vertikal verfahrbar angebracht ist. Der Ausleger 40 trägt eine Haltevorrichtung 42, die ihrerseits eine Wirbelstrombremse 44 aufnimmt.
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Über diese Wirbelstrombremse 44 ist es möglich, auf die Welle 32 des Motors 22 bzw. auf einen mit der Welle 32 zusammen wirkenden Drehkörper 46 eine Belastung, insbesondere ein Bremsmoment auszuüben und so das Schwingungsspektrum unter Belastung aufzunehmen.
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Durch die Ausführung dieser Belastungseinrichtung als Wirbelstrombremse 44 kann der Motor 22 berührungslos belastet und wieder entlastet werden. Hierdurch wird eine Beeinflussung von außen, insbesondere ein verschieben der Eigenfrequenzen vermieden.
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In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel teilweise im Schnitt dargestellt. Mit dem Ausführungsbeispiel der 1 übereinstimmende Teile weisen dabei die gleichen Bezugszahlen auf.
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So weist auch diese Prüfeinrichtung 20 einen Sockel 24, eine Aufnahme 26, Kraftaufnehmer 28 sowie deren Halterungen 36 auf. Ferner finden sich die Säule 38 sowie der Ausleger 40 wieder.
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In die Prüfeinrichtung 20 ist ein Gebläse 47 zur Prüfung angeordnet. Die Aufnahme 26 nimmt dazu im zweiten Ausführungsbeispiel eine Motorspannplatte 34 auf, die ein mit einem Gebläserad 48 versehenen Motor 50 trägt. An der Motorspannplatte 34 ist ein Elektronikmodul 52 befestigt, die die Elektronik 54 für den Betrieb des Gebläses 47 beinhaltet. Es ist erkennbar, dass durch die Aufnahme 26 das komplette Gebläse 47 gehalten und für die Prüfung fixiert wird. Es sind lediglich die elektrischen Zuleitungen nicht dargestellt.
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Am Ausleger 40 ist eine Haube 56 befestigt, die über das Gebläserad 48 gestülpt werden kann. Dieser Vorgang kann automatisch mittels nicht dargestellt Antriebsmittel erfolgen. Ist die Haube 56 nicht über das Gebläse Rad 48 gestülpt, saugt das Gebläse 47 axial Luft an, die radial ausgestoßen wird. Das Gebläse 47 arbeitet dabei unter Belastung. Wird nun die Haube 56 über das Gebläserad 48 geführt, wird der Anteil der angesaugten Luft verringert und das Gebläse 47 entlastet. Die Haube 56 wirkt damit beim Überstülpen als Entlastungseinrichtung und beim wieder Entfernen als Belastungseinrichtung.
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In 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Prüfen eines elektrischen Motors 22 bzw. eines Gebläses 47 dargestellt. Es wird in einem ersten Schritt 60 der Motor 22 bzw. das Gebläse 47 in eine Aufnahme 26 einer Prüfeinrichtung 20 eingesetzt. Im Schritt 62 wird der Motor 22 bzw. das Gebläse 47 angefahren, d. h. die Welle 32 des Motors 22 bzw. das Gebläserad 48 des Gebläses 47 werden in eine Drehbewegung versetzt. Im Schritt 64 werden über die Kraftaufnehmer 28 Bewegungen, Schwingungen, Resonanzen oder der gleichen, die zwischen der Aufnahme 26 und einem festen Sockel 24 während des Betriebs des Motors 22 bzw. des Gebläses 47 auftreten, bestimmt. Im Schritt 66 werden die Messergebnisse einer nicht dargestellten Auswerteeinheit bereitgestellt. Es ist erkennbar, dass dieses Bereitstellen der Messergebnisse in einem Schritt oder auch parallel zur Messung erfolgen kann. Nach dem Messvorgang wird in einem Schritt 68 der Motor 22 bzw. das Gebläse 47 wieder aus der Prüfeinrichtung 20 entnommen.
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Durch die gestrichelte Linie ist angedeutet, dass der Vorgang dann wieder von vorne beginnt.
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Während des Messvorgangs im Schritt 64 wird die Drehzahl des Motors 22 bzw. des Gebläses 47 verändert. Das Schwingungsspektrum wird somit über ein Drehzahlband aufgenommen.
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Während des Messvorgangs im Schritt 64 werden der elektrische Motor 22 bzw. das Gebläse 47 be- und entlastet und so ein Schwingungsspektrum zu unterschiedlichen Belastungszuständen aufgenommen.
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Das Be- und Entlasten erfolgt während des Verfahrens für das Gebläse 47 dadurch, dass eine Haube 56 über das Gebläserad 48 gestülpt wird. Dieser Vorgang erfolgt bevorzugt automatisch und während des Messvorgangs im Schritt 64.
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In 4 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Gebläses 47 oder eines elektrischen Motors 22 dargestellt, das damit beginnt, dass in einem ersten Schritt 70 das Gebläse 47 bzw. der elektrische Motor 22 zusammengebaut wird, in einem Schritt 72 wird das Gebläse 47 bzw. der elektrische Motor 22 in eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 20 eingesetzt, um in einem dritten Schritt 74 nach einem der beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren geprüft zu werden. Im Schritt 76 wird das Gebläse 47 bzw. der elektrische Motor 22 aus der Prüfeinrichtung 20 wieder entnommen.
