DE699481C - Geraeuschdaempfung fuer elektrische Maschinen mit einem von Luft durchstroemten Gehaeuse - Google Patents

Description

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Bei elektrischen Maschinen treten häufig starke Geräusche auf, die auf die verschiedensten Ursachen zurückzuführen sind. Die Geräuschbildung· ist dabei im wesentlichen einerseits durch mechanische Schwingungen der Teile der Maschine bedingt, welche durch Erschütterungen oder rein mechanische Einwirkungen oder durch die Wirkung der magnetischen Felder hervorgerufen werden, anderseits beruhen die Geräusche auf Schwingungen der in der Maschine enthaltenen bzw. durch die Maschine hindurchströmenden Kühlluft. Man hat nun bereits auf den verschiedensten Wegen versucht, die bei elektrischen Maschinen auftretenden Geräusche zu unterdrücken. Beispielsweise ist ein Vorschlag bekanntgeworden, durch Änderung der mechanischen Abmessungen der Maschine, insbesondere durch Verstärkung oder Schwächung der zur Maschine gehörigen schwingungsfähigen Teile, die Körperschwingungen herabzusetzen." Durch eine derartige Maßnahme können jedoch die entstehenden Geräusche nur teilweise herabgesetzt werden.

Weiter ist ein Vorschlag bekanntgeworden, bei Maschinen, welche ein.pulsierendes Drehmoment entwickeln, das Entstehen von geräuschverursachenden Schwingungen dadurch zu vermeiden, daß mit der Maschine ein zweites Schwingungssystem gekoppelt wird, welches auf die Frequenz des pulsierenden Drehmomentes abgestimmt ist. Auch auf diesem Wege ist es lediglich möglich, die Geräusche teilweise zu unterdrücken. Abgesehen davon~ ist dieser Vorschlag deswegen wenig vorteilhaft, weil als Schwingungsdämpfer ein besonderes zweites Schwingungssystem vorhanden sein muß, wodurch die Maschinen erheblich verwickelter und teurer werden.

Weiter ist vorgeschlagen worden, zur Verringerung der Geräusche, und zwar gerade der Luftgeräusche, die Maschinen so auszubilden, daß nach Möglichkeit die Entstehung von Luftwirbeln verhindert wird und daß die an den Kanten der Maschine entstehenden Geräusche durch Interferenz aufgehoben werden sollen. Erfahrungsgemäß bereitet jedoch die Auslösehung der Schallschwingungen durch Interferenz erhebliche Schwierigkeiten, weil es dabei erforderlich ist, daß die eine Schwingung durch eine entgegengesetzte Schwingung der gleichen Frequeaz und annähernd der gleichen Amplitude ganz oder nahezu aufgehoben wird.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. phil. Ernst Lübcke in Berlin-Charlottenburg.

Erfmdungsgemäß wird bei elektrischen Maschinen mit einem von Luft durchströmten Gehäuse eine besonders weitgehende Herabsetzung der Geräusche dadurch erzielt, daß in dem Gehäuse mittels Leitbleche ein besonderer schwingungsfähiger Luftraum gebildet wird, der von der ausströmenden Luft angestoßen wird und ihr hierbei die Schwingungsenergie entzieht.

ίο Bei gekapselten Maschinen ergibt sich, daß die Eigenfrequenz einer im Gehäuse eingeschlossenen Luftmenge in bekannter Weise nach Art der Helmholtzschen Resonatoren (vgl. Winkel mann, 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 in bekannter Weise

ao 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. Sofern 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 von der Zahl der Anstoßstellen verschieden gewählt wird. Es wird also beispielsweise bei einer vielpoligert Maschine wichtig sein, die Öffnungen im Gehäuse bzw. , im Läufer in einer solchen Anzahl 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 Ohrempfindlichkeit 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 flächengleich der einen großen öffnung wählt; besonders wirkungsvoll ist es, die Öffnungen unsymmetrisch, z. B. zu Luftführung, Lüfter, Welle, zu legen oder sie unrund auszuführen, weil neben einer Herabsetzung der Frequenz die gewünschte Aufspaltung erzielt wird. Die Amplitude der Eigenfrequenz wird dadurch vermindert, daß man innerhalb des Hohlraumes selbst einen oder mehrere HeImholtzsche Resonatoren derart anordnet, daß ihre Öffnungen in der Nähe der Schwingungsdruckbäuche des Hohlraumes ,liegen, wobei derenEigenschwingungen so gewählt werden, daß sie mit der des Hohlraumes übereinstimmen oder dieser sehr benachbart sind.

Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. ι und 2 der Zeichnung angedeutet. Hierbei ist mit ι die Welle, mit 2 der Anker, mit 3 der Ständer der Maschine bezeichnet; 4 sind die Wickelköpfe, 5 das Gehäuse, das die Maschine auf der einen Seite abschließt, und -9 ein auf der Welle angeordneter Ventilator. Hierbei ist durch die Blechwand 6 und einen Rohransatz 7 eine schwingungsfähige Luftmenge 8 eingeschlossen, deren Eigenschwingungszahl der vorgenannten Bedingung entsprechend abgeglichen ist. Durch den Rohransatz 7 ist die Öffnung des die Luft enthaltenden Hohlraumes in die Nähe der Austrittsstelle der Luft aus dem Gehäuse verlegt, also an eine Stelle, an der die Schwingungen so der im übrigen in der Maschine vorhandenen Luft stark ausgeprägt zur Geltung kommen. Es wird also auf diese Weise die Luft in dem abgetrennten Hohlraum 8 angestoßen und entzieht dadurch der aus dem Gehäuse ausströmenden Luft Energie, so daß eine be-, deutende Verringerung der nach außen angegebenen Schalleistung erreicht wird.

Auf diese Weise ist es nunmehr möglich, die Schwingungen der eingeschlossenen Luftkörper bzw. Luftsäulen beliebig zu dämpfen bzw. abzustimmen. Die erfmdungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen es jetzt also auch praktisch, zur Geräuschdämpfung elektrischer Maschinen nicht nur die magnetischen und mechanischen Schwingungen, sondern auch die Schwingungen der eingeschlossenen Lufträume beliebig zu beeinflussen und sie derart gegeneinander abzustimmen, daß die zugehörigen Frequenzen teilerfremd sind und ausreichend voneinander abweichen. Es ist nämlich ohne weiteres möglich, sowohl die mechanischen Schwingungen als auch die magnetischen Schwingungen zu berechnen und hierauf in bestimmte Bereiche zu verlegen.

So besitzen z. B. die Nutenschwingungen

N'η eine Frequenz, die sich durch die Formel -7=—

ausdrückt, wobei N die Nutenzahl und η die minutliche Drehzahl bezeichnet. Bei Ma- no schinen, bei denen sowohl Ständer wie Läufer genutet sind, ergibt sich eine zusammengesetzte Frequenz, die nach den Angaben in dem Aufsatz von H.Fritze im'Archiv für Elektrotechnik 1921, S. 73, und im Bulletin 115. Oerlikon 1931, S. 656, sowie 1933, 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 Nutenzahl den ein-

zelnen Polen gegenübersteht, was einen entsprechenden Wechsel in der magnetischen Zugkraft zur Folge hat. Die radialen Dehnungs- und Biegungsschwingungen des Ständers können ebenfalls berechnet werden (vgl. hierzu die Angaben im Lehrbuch der Elastizität von Love 1907, S. 517 und 620). Weiter kommen auch noch Schwingungen zur Geltung, die durch das Ummagnetisieren der Läuferzähne bei jedem Polwechsel hervorgerufen werden. Die Grundfrequenz dieser

Schwingungen ist hierbei gleich·^—, wobei p

die Polzahl und η die minutliche Drehzahl ist.

Ferner sind in den Luftschlitzen des Läufers zwischen den einzelnen Nutenpaketen noch Luftsäulen enthalten, die ähnlich wie bei offenen oder geschlossenen Pfeifen Töne hervorrufen, ,wobei zu berücksichtigen ist, daß durch die zentrifugale Kraft eine radial auswärts gerichtete Luftbewegung eintritt. Hierbei ist die Schwingungszahl der entstehenden Töne wesentlich durch die radiale Ausdehnung des Eisenpaketes bestimmt; man hat es also in der Hand, bei gegebenem elektrischem Querschnitt und Nutenzahl durch Veränderung der Nutenabmessungen die Schwingungszahl zu beeinflussen. Die Berechnung der entsprechenden Frequenz kann beispielsweise nach Winkelmann, Handbuch der Physik, II. Auflage, Bd. 2, Auerbach, Akustik (1909), S. 417, erfolgen. Im übrigen kann die Änderung der Frequenz auch durch Formgebung und Öffnungen in den Distanzstücken, die in der Regel zwischen den einzelnen Eisenpaketen liegen können, durchgeführt, werden. Ein weiterer Teil dieser Luftgeräusche entsteht ähnlich wie bei einer Sirene. Bezüglich dieser Luftgeräusche ist folgendes zu berücksichtigen. Die Schlitze im Läufereisen sind durch die Abstandsstücke längs des Umfangs nach Zahl der Nuten N unterteilt. Auch die Läuferwicklung zeigt "die gleiche Teilung und unterbricht den Luftstrom in derselben. Frequenz von der Größe Ν·η

-μ—. Dies entspricht also auch der magnetischen Nutenfrequenz. Die Schwingungen werden aber in ihrer Amplitude moduliert, und zwar zunächst durch die ausgeprägten Pole des Ständers. Die Modulationsfrequenz

beträgt hierbei

Außerdem kann auch

noch durch Kompensation- oder Dämpferstäbe in den Polen eine weitere Modulationeintreten. Wenn man hierbei annimmt, daß unter Aufrechterhaltung der in den Polen gegebenen Abstände zwischen den einzelnen Kompensationsstäben auf dem ganzen Umfang einschließlich der Pollücken T Dämpfer- 60· stäbe unterzubringen sind, so wird, wenn die Zahl T mit N nicht übereinstimmt, eine sehr weitgehende Amplitudenmodulation der Schwingungen von Nutenfrequenz und Luftstoßfrequenz erreicht. Die Frequenz der Am;-plitudenmodulation beträgt . Die

Nuten- und Luftstoßfrequenzen werden durch die Modulation derart verändert, daß unter gleichzeitiger Änderung der Amplitude Überlagerungsfrequenzen auftreten, deren Fre- . quenz 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.

Wenn bei einer nach den vorstehenden Angaben entworfenen und danach 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.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Geräuschdämpfung für elektrische Maschinen mit einem von Luft durchströmten Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse mittels Leitbleche (6) ein besonderer schwingungsfähiger Luftraum (8) gebildet wird, der von der ausströmenden Luft angestoßen wird und ihr hierbei die Schwingungsenergie entzieht.

2. Geräuschdämpfung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnungen (7) des Hohlraumes (8) mit unrundem Querschnitt ausgeführt oder exzentrisch angeordnet werden. ^3O5

3. Geräuschdämpfung nach Anspruch 1 oder 2 mit mehreren gleichartigen Anstoßstellen für Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der öffnungen in dem Gehäuse von der Zahl der Anstoßstellen (7) verschieden und zu dieser teilerfremd ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen