EP3949088A1 - Schwingungserregervorrichtung zum erzeugen von schwingungen und/oder vibrationen - Google Patents

Schwingungserregervorrichtung zum erzeugen von schwingungen und/oder vibrationen

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Publication number
EP3949088A1
EP3949088A1 EP20715842.9A EP20715842A EP3949088A1 EP 3949088 A1 EP3949088 A1 EP 3949088A1 EP 20715842 A EP20715842 A EP 20715842A EP 3949088 A1 EP3949088 A1 EP 3949088A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
rotor
unbalance
eccentric element
rotation
Prior art date
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Pending
Application number
EP20715842.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Steffen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG
Original Assignee
Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG filed Critical Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG
Publication of EP3949088A1 publication Critical patent/EP3949088A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
    • H02K7/061—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa using rotary unbalanced masses
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
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    • H02K7/061—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa using rotary unbalanced masses
    • H02K7/063—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa using rotary unbalanced masses integrally combined with motor parts, e.g. motors with eccentric rotors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • B06B1/161—Adjustable systems, i.e. where amplitude or direction of frequency of vibration can be varied
    • B06B1/162—Making use of masses with adjustable amount of eccentricity
    • B06B1/164—Making use of masses with adjustable amount of eccentricity the amount of eccentricity being automatically variable as a function of the running condition, e.g. speed, direction
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings

Definitions

  • the invention relates to a vibration exciter device for generating oscillations and / or vibrations, wherein a
  • Electric motor with a stator unit and with one to one
  • vibration exciters are used in a wide variety of variants and in a wide variety of technical fields of application.
  • so-called external vibrators are already known, which are attached to the formwork when concrete is poured in order to compact the concrete.
  • a corresponding external vibrator is known from DE 20 2006 001 445, for example.
  • the disadvantage here is the constructive and thus also the economic effort. This is mainly for a dirt and especially waterproof design with a high degree of protection for outdoor use etc. very high, especially with one
  • the object of the invention is to provide a
  • This task is based on a
  • one according to the invention is characterized
  • Unbalance unit is arranged at least between the first and the second bearing unit.
  • the arrangement of the unbalance unit within or between the bearing units or the bearings / end shields of the electric motor represents a complete departure from the tried and tested for decades
  • the vibration exciter device can be built much more compact or space-saving. So far
  • the drive system can be partially or preferably completely omitted.
  • the motor shaft or drive shaft can be designed to be correspondingly small or short.
  • Unbalance elements are dispensable or not used.
  • Rotor unit or rotor shaft at least partially hollow, ie in some areas without material / metal / steel and thus with air, be filled or formed. Accordingly, compared to the prior art, with almost the same unbalanced mass or oscillation / vibration power, a reduction in the
  • electromagnetic drive system can be achieved.
  • At least one unbalance element of the unbalance unit is arranged within the rotor or the rotor unit and / or within a rotor shaft which is at least partially designed as a hollow shaft.
  • the unbalance element or the unbalance unit is located inside or inside the rotor unit and / or rotor shaft.
  • rotor components of the electromagnetic drive system such as e.g. Permanent magnets or electrical coils or the like are arranged at least partially on the circumference or outside around the unbalance element or the unbalance unit. This enables a particularly compact design with a partly powerful drive system or an electromagnetic drive system having a relatively high torque.
  • the rotor shaft is advantageously designed as an unbalance unit. This enables a particularly low
  • the rotor unit has at least one carrier unit for carrying
  • Rotor components of the electromagnetic drive system e.g. electromagnetic coils and / or permanent magnets (with rare earths).
  • the carrier unit is arranged on the rotor shaft.
  • the carrier unit preferably comprises (numerous) laminated cores and / or the carrier unit is advantageously partially hollow or has recesses. This enables an inexpensive and compact device to be implemented.
  • Recesses in the carrier unit generate the imbalance according to the invention or lead to a (mass) center of gravity
  • Carrier unit and / or the rotor unit which is arranged eccentrically or offset to the axis of rotation of the rotor unit.
  • the carrier unit can advantageously be designed as an unbalance unit.
  • Unbalance unit arranged at least within a motor housing of the electric motor.
  • a largely closed system with an integrated unbalance unit can be used here
  • the unbalance unit preferably comprises at least one first eccentric element, a first distance being provided between a first center of gravity of the first eccentric element and the axis of rotation.
  • a first distance being provided between a first center of gravity of the first eccentric element and the axis of rotation.
  • the advantageous adjustment unit can increase and / or decrease the effective unbalanced mass or the eccentricity of the
  • Unbalance unit or the unbalance element are realized. This can be of great advantage, for example, for a start-up phase of the motor and / or for an upper operating range at almost the maximum speed of the motor.
  • the adjustment unit comprises at least one return spring element for
  • the unbalance unit advantageously comprises at least the first eccentric element and a second eccentric element having a second center of gravity, the second center of gravity being at least temporarily arranged differently from the first center of gravity of the first eccentric element.
  • the adjustment unit changes / adjusts the first and / or second center of gravity, especially relative to one another.
  • This also allows the effective unbalance mass to be changed and thus an increase and / or reduction of the effective unbalance mass or the eccentricity of the unbalance unit or of the unbalance element (s) / eccentric element can be achieved.
  • This can in turn be of great advantage, for example, for a start-up phase of the motor and / or for an upper operating range at almost the maximum speed of the motor.
  • the first eccentric element / unbalance element and / or the second is / are
  • Eccentric element / unbalance element designed as an eccentric element / unbalance element rotatable about the axis of rotation and / or rotor shaft. This also allows the effective unbalanced mass to be changed in an advantageous manner and thus an increase and / or reduction of the effective unbalanced mass or the
  • eccentric element / unbalance element rotatable about the axis of rotation and / or rotor shaft can be used as a function of the direction of rotation
  • a first direction of rotation of the rotor unit and / or unbalance unit can be the effective unbalance mass in
  • At least one stop element is as
  • Stop provided for the eccentric element / unbalance element rotatable about the axis of rotation and / or rotor shaft. This measure enables a defined positioning of the eccentric element / unbalance element rotatable about the axis of rotation and / or rotor shaft, so that a defined, effective unbalance mass can advantageously be set, especially during engine operation, i.e. rotating the rotor unit.
  • Advantageous uses of a device according to the invention can for example be for soil compaction or concrete technology or construction site technology or casting technology or sorting of Objects.
  • other / further advantageous uses can also be implemented.
  • Unbalance elements on the free shaft ends of the (vibrator) motors are dispensed with without replacement, their effect being advantageously shifted to the rotor or the rotor unit.
  • the rotor is due to advantageous measures in terms of its
  • Unbalance disks or unbalanced masses etc. make the vibration exciter device or the vibrator compact and extremely cost-effective, since a large part of the manufacturing or processing steps is advantageously eliminated.
  • magnetic motors switched reluctance motors, synchronous reluctance motors or external or internal rotors can also be used.
  • Design outside of the vibrator i.e. on one or both shaft ends, can be used to increase or decrease the installed unbalance mass, depending on the direction of rotation.
  • Invention temporarily or completely take over the function of the previous or conventional eccentrics attached to the outside of the shaft ends.
  • Vibration exciters according to the invention leads. In addition, the robustness increases and errors occur
  • Figure 1 is a schematically shown cross section through a designed as an asynchronous motor, first electric motor according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematically illustrated cross section through a second electric motor designed as an asynchronous motor according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematically illustrated cross section through a third electric motor according to the invention designed as a synchronous motor
  • FIG. 4 shows a schematically illustrated cross section through a fourth electric motor designed as an asynchronous motor according to the invention with a separate, radially adjustable imbalance weight,
  • FIG. 5 shows a schematically illustrated cross section through a fifth electric motor designed as an asynchronous motor according to the invention with a separate, rotatable around the axis of rotation
  • FIG. 6 shows a schematically illustrated longitudinal section through a sixth electric motor according to the invention with two arranged on the rotor shaft on both sides of the drive system of the rotor
  • the electric motor 1 essentially comprises a rotor 2 and a stator 3 having an outer motor housing 4.
  • the rotor 2 is e.g. designed according to the figures in such a way that it has a rotor shaft 16 or a rotor shaft 14 and a carrier 15 for electromagnetic
  • stator 3 comprises, in a known manner, two so-called end shields 18 (see FIG. 6), which run along the axis of rotation and on both sides of the electromagnetic drive system
  • a bearing unit 17 or, advantageously, one or two roller bearings 17 for supporting the rotatable rotor 2 are arranged.
  • the bearing plates 18 or bearing receptacles 18 are part of the motor housing 4 in the sense of the invention, so that a completely closed motor housing 4 is realized in the sense of the invention. In this way, the penetration of dirt, dust and water can be prevented in an advantageous manner in a particularly effective manner, whereby high demands on the safety and service life of the engine 1 can be met.
  • the rotor 2 is advantageously at the same time as an unbalance unit 5 according to the invention
  • End shields 18 or the electromagnetic drive system may be present.
  • the rotor 2 of the electric motor 1 designed as an asynchronous motor is not designed symmetrically with respect to the axis of rotation, but only takes up approximately half of the circular cross section. This means that the rotor 2 only extends over approximately 180 ° of the circumference and the other half of the cross section only comprises air 6 or is designed as a recess 6 in the sense of the invention and thus no material / metal or electromagnetic
  • Center of gravity or cross-sectional area center of gravity mounted eccentrically or eccentrically with a distance to the axis of rotation
  • an advantageous, relatively large imbalance is generated which, during operation or when the rotor 2 is rotating, means that the electric motor 1 advantageously generates vibrations or can be used as a vibrator / vibration exciter.
  • Electric motor 1 has a torque that is approximately half that of an electric motor 1, in which fully the electromagnetic drive system would be present.
  • the electric motor 1 is a synchronous machine with a circumferential arrangement
  • Recess 6 or air 6 arranged that is held / positioned by a spring 11 oriented in the radial direction. Since the weight 10 does not have a circular shape, this is also designed as an imbalance 5 in the sense of the invention and along the The axis of rotation is arranged between the two end shields or bearings in the area of the electromagnetic drive system.
  • the weight 10 is adjusted in the radial direction as a function of the speed of the rotor 2 and the spring force. So the effective unbalanced mass decreases with increasing speed, since the centrifugal force pushes the weight 10 radially outwards in the direction of the rotor shell. When the speed decreases, the weight 10 "wanders" again in the direction of the axis of rotation or
  • separate weight 12 is present, which however is not arranged within the recess 6 of the rotor core, but axially offset, e.g. along the axis of rotation in a free space or another plane / layer between two laminated cores, but within a fully extending one
  • Rotor shaft 14 As a result of this advantageous space and the advantageous shape of the weight 12, the latter is mounted rotatably about the axis of rotation or the rotor shaft 14.
  • Stop 13 (cf. FIG. 5 a) with FIG. 5 b)).
  • the stop 13 is aligned in the direction of the axis of rotation or parallel to the axis of rotation.
  • the stop 13 is advantageously arranged within the above-mentioned intermediate space or extends between the above-mentioned two sheet metal stacks / layers / planes, which are correspondingly spaced from one another. So in the position of the weight 12 according to Figure 5 a) a subtraction of the unbalance of the Weight 12 with the unbalance of the rotor lamination package or the
  • Rotor lamination pact or the rotor body realized and thus enlarged. This variability of the total imbalance in
  • the electric motor 1 is designed according to the invention in such a way that according to the
  • Rotor arm 15 are arranged / fixed on / on the rotor shaft 16. According to the invention, these two weights or
  • Unbalance elements 5 are arranged between the two bearings 17 or ball bearings 17 and between the two end plates 18 of the motor housing 4. As a result, the two weights or

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Abstract

Es wird eine Schwingungserregervorrichtung zum Erzeugen von Schwingungen und/oder Vibrationen, wobei ein Elektromotor (1) mit einer Statoreinheit (3) und mit einer um eine Drehachse drehbaren sowie wenigstens eine Rotorwelle (2, 14) aufweisenden Rotoreinheit (2), wobei wenigstens eine erste Lagereinheit und eine zweite Lagereinheit zum drehbaren Lagern der Rotorwelle (2, 14) und/oder Rotoreinheit (2) vorgesehen ist, wobei zwischen der ersten und der zweiten Lagereinheit wenigstens ein elektromagnetisches AntriebsSystem des Elektromotors (1) angeordnet ist, wobei wenigsten eine drehbare Unwuchteinheit (5) zum Erzeugen einer Unwucht vorgesehen ist, vorgeschlagen, die wenigstens teilweise die Nachteile des Standes der Technik beseitigt, insbesondere eine kostengünstige Herstellung und/oder Betriebsweise ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Unwuchteinheit (5) zumindest zwischen der ersten und der zweiten Lagereinheit angeordnet ist.

Description

„Schwingungserregervorrichtung zum Erzeugen von Schwingungen und/oder Vibrationen"
Die Erfindung betrifft eine Schwingungserregervorrichtung zum Erzeugen von Schwingungen und/oder Vibrationen, wobei ein
Elektromotor mit einer Statoreinheit und mit einer um eine
Drehachse drehbaren sowie wenigstens eine Rotorwelle
aufweisenden Rotoreinheit vorgesehen ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Diverse Schwingungserreger sind in vielfältigsten Varianten und in unterschiedlichsten technischen Anwendungsgebieten im Einsatz. Im Baubereich sind zum Beispiel bereits sogenannte Außenrüttler bekannt, die beim Gießen von Beton an den Schalungen befestigt werden, um den Beton zu verdichten.
Üblicherweise werden bislang meist Elektromotoren verwendet, deren Motorwelle an beiden Enden durch das Motorgehäuse bzw. sog. Lagerschilde nach außen geführt ist. Nur an einem Ende oder an beiden Enden der Welle sind jeweils Unwuchtgewichte platziert, die im Betrieb des Motors eine Vibration insb. des Rüttlers bzw. der Schalungen oder dergleichen bewirken. Die Unwuchtgewichte weisen einen bzgl. der Drehachse exzentrischen Schwerpunkt auf, was die Vibration bzw. Schwingung bewirkt/generiert. Hierbei sind die Lager, insbesondere die in den sog. Lagerschilden
angeordneten Wälzlager zum Lagern Antriebswelle, entsprechend stabil zu dimensionieren. Die Unwuchtgewichte sind aus
Sicherheitsgründen bzw. zum Schutz vor Berührung, Wasser, Schmutz etc. innerhalb entsprechender Gehäuse bzw. Abdeckungen oder Kappen angeordnet. Ein entsprechender Außenrüttler ist z.B. aus der DE 20 2006 001 445 bekannt.
Nachteilig hierbei ist jedoch der konstruktive und somit auch wirtschaftliche Aufwand. Dieser ist v.a. für eine schmutz- und v.a. wasserdichte Ausführung mit hoher Schutzart für Einsätze im Außenbereich etc. sehr hoch, wobei gerade auch bei einer
Reparatur, z.B. beschädigter Abdeckungen der Unwuchtgewichte, in der Praxis immer wieder auch Undichtigkeiten auftraten, so dass eindringendes Schmutzwasser den Motor bzw. das
elektromagnetische Antriebssystem beeinträchtigten bzw. sogar zerstörten .
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Schwingungserregervorrichtung zum Erzeugen von Schwingungen und/oder Vibrationen vorzuschlagen, die wenigstens teilweise die Nachteile des Standes der Technik beseitigt, insbesondere eine kostengünstige Herstellung und/oder Betriebsweise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer
Schwingungserregervorrichtung der einleitend genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst . Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte
Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße
Schwingungserregervorrichtung dadurch aus, dass die
Unwuchteinheit zumindest zwischen der ersten und der zweiten Lagereinheit angeordnet ist. Die Anordnung der Unwuchteinheit innerhalb bzw. zwischen den Lagereinheiten bzw. den Lagern/Lagerschilden des Elektromotors stellt eine vollkommene Abkehr der jahrzehntelang bewährten
Praxis dar. So können außerhalb der Lager angeordnete Unwuchten teilweise oder vorzugsweise vollständig entfallen, was
einerseits den konstruktiven und somit auch wirtschaftlichen Aufwand erheblich reduziert. Denn aufgrund der entbehrlichen bzw. entfernten äußeren Unwuchten, können Abdeckkappen oder
dergleichen, die die Unwuchten gegen Schmutz oder Berührung etc. schützen, sowie die entspr. Herstellungsschritte vollkommen entfallen. Folglich entfällt auch ein Abdichten dieser
Kappen/Deckel gegen eindringendes Wasser, Staub oder dergleichen. Dementsprechend reduziert sich die Gefahr, dass bei einer
Reparatur oder Wartung eine Undichtigkeit der Unwuchtkappen bzw. Deckel generiert wird. So wird auch die Betriebssicherheit und die Lebensdauer verbessert bzw. erhöht.
Darüber hinaus kann die Schwingungserregervorrichtung wesentlich kompakter bzw. Platz sparender gebaut werden. Der bislang
notwendige Bauraum für die Unwucht bzw. Unwuchtgewichte
außerhalb der Lagereinheiten bzw. des elektromagnetischen
Antriebssystem kann teilweise oder vorzugsweise vollkommen entfallen. Entsprechend klein bzw. kurz kann die Motorwelle bzw. Antriebswelle ausgeführt werden.
Generell kann gemäß der Erfindung ein insgesamt geringes
Gesamtgewicht realisiert werden, da in vorteilhafter Weise zusätzliche/separate (äußere) Unwuchteinheiten bzw.
Unwuchtelemente entbehrlich sind bzw. nicht verwendet werden.
Gemäß der Erfindung kann nun nämlich zur Erzeugung der Unwucht jedoch die bislang meistens relativ massiv ausgebildete
Rotoreinheit bzw. Rotorwelle wenigstens teilweise hohl, d.h. bereichsweise ohne Material/Metall/Stahl und somit mit Luft, ausgefüllt bzw. ausgebildet werden. Dementsprechend kann im Vergleich zum Stand der Technik bei nahezu gleicher Unwuchtmasse bzw. Schwingungs-/Vibrationsleistung eine Reduktion des
Gesamtgewichtes der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiert werden. So kann bei einer im Vergleich zum Stand der Technik ungefähr gleichartigen Schwingungs-/Vibrationsleistung eine Energieeinsparung und/oder eine Verkleinerung des
elektromagnetischen Antriebssystems erreicht werden.
Vorteilzugsweise ist innerhalb des Rotors bzw. der Rotoreinheit und/oder innerhalb einer wenigstens teilweise als Hohlwelle ausgebildeten Rotorwelle wenigstens ein Unwuchtelement der Unwuchteinheit angeordnet. Das bedeutet, dass das Unwuchtelement bzw. die Unwuchteinheit befindet sich innerhalb bzw. im Innern der Rotoreinheit und/oder Rotorwelle. Hierbei können in
vorteilhafter Weise Rotor-Komponenten des elektromagnetischen Antriebssystems wie z.B. Permanentmagnete oder elektrische Spulen oder dergleichen wenigstens teilweise umfangseitig bzw. außen um das Unwuchtelement bzw. die Unwuchteinheit angeordnet werden. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise mit zum Teil leistungsstarkem Antriebssystem bzw. ein relativ großes Drehmoment aufweisendes elektromagnetisches Antriebssystem.
Zudem kann hierbei ein weitestgehend geschlossenes System mit integrierter Unwuchteinheit verwirklicht werden.
Vorteilhafterweise ist die Rotorwelle als Unwuchteinheit ausgebildet. Dies ermöglicht einen besonders geringen
konstruktiven und wirtschaftlichen Aufwand zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zudem ist eine sehr kompakte und geschlossene Bauweise realisierbar, was die Betriebssicherheit und Leistungsdichte verbessert. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Rotoreinheit wenigstens eine Trägereinheit zum Tragen von
Rotorkomponenten des elektromagnetischen Antriebssystems, wie z.B. elektromagnetische Spulen und/oder Permanentmagnete (mit Seltenen Erden), auf. Beispielsweise ist auf der Rotorwelle die Trägereinheit angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Trägereinheit (zahlreiche) Blechpakete und/oder ist die Trägereinheit in vorteilhafter Weise teilweise hohl bzw. mit Ausnehmungen ausgebildet. Hiermit kann eine kostengünstige und kompakte Vorrichtung verwirklicht werden. Die Hohlräume und/oder
Ausnehmungen der Trägereinheit generieren die Unwucht gemäß der Erfindung bzw. führen zu einem (Masse) Schwerpunkt der
Trägereinheit und/oder der Rotoreinheit, der exzentrisch bzw. versetzt zur Drehachse der Rotoreinheit angeordnet ist. So kann in vorteilhafter Weise die Trägereinheit als Unwuchteinheit ausgebildet werden.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die
Unwuchteinheit zumindest innerhalb eines Motorgehäuses des Elektromotors angeordnet. So kann hierbei ein weitestgehend geschlossenes System mit integrierter Unwuchteinheit
verwirklicht werden, das in vorteilhafter Weise vom
Motorengehäuse, ggf. einschließlich der Lagerschilde,
weitestgehend umschlossen bzw. ummantelt ist. Separate
Abdeckkappen außerhalb des Motorengehäuses bzw. der Lagerschilde wie beim Stand der Technik können entfallen. Dies ist
konstruktiv und wirtschaftlich mit besonders geringem
(Herstellungs-) Aufwand realisierbar .
Vorzugsweise umfasst die Unwuchteinheit wenigstens ein erstes Exzenterelement, wobei ein erster Abstand zwischen einem ersten Schwerpunkt des ersten Exzenterelementes und der Drehachse vorgesehen ist. Hierbei ist insbesondere wenigstens eine vorteilhafte Verstelleinheit zum Verändern des ersten Abstands zwischen dem ersten Schwerpunkt des ersten Exzenterelementes und der Drehachse vorgesehen. So kann eine Anpassung bzw.
Veränderung der wirksamen Unwuchtmasse in vorteilhafter Weise umgesetzt werden. Beispielsweise kann mit der vorteilhaften Verstelleinheit eine Vergrößerung und/oder eine Verkleinerung der wirksamen Unwuchtmasse bzw. der Exzentrizität der
Unwuchteinheit bzw. des Unwuchtelementes verwirklicht werden. Dies kann beispielsweise für eine Anlaufphase des Motors und/oder für einen oberen Betriebsbereich bei nahezu maximaler Drehzahl des Motors von großem Vorteil sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Verstelleinheit wenigstens ein Rückstellfederelement zum
Erzeugen einer wenigstens teilweise radial ausgerichteten und auf das erste Exzenterelement wirkende Rückstellkraft.
Vorteilhafterweise umfasst die Unwuchteinheit wenigstens das erste Exzenterelement und ein zweites, einen zweiten Schwerpunkt aufweisendes Exzenterelement, wobei der zweite Schwerpunkt wenigstens zeitweise unterschiedlich zum ersten Schwerpunkt des ersten Exzenterelements angeordnet ist. Beispielsweise
verändert/verstellt die Verstelleinheit den ersten und/oder zweiten Schwerpunkt, insb. relativ zueinander. Auch hiermit kann die wirksame Unwuchtmasse verändert werden und somit kann hierdurch eine Vergrößerung und/oder eine Verkleinerung der wirksamen Unwuchtmasse bzw. der Exzentrizität der Unwuchteinheit bzw. des/der Unwuchtelemente/Exzenterelemente verwirklicht werden. Dies kann beispielsweise wiederum für eine Anlaufphase des Motors und/oder für einen oberen Betriebsbereich bei nahezu maximaler Drehzahl des Motors von großem Vorteil sein. In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist/sind das erste Exzenterelement/Unwuchtelement und/oder das zweite
Exzenterelement/Unwuchtelement als um die Drehachse und/oder Rotorwelle drehbares Exzenterelement/Unwuchtelement ausgebildet. Auch hiermit kann die wirksame Unwuchtmasse in vorteilhafter Weise verändert werden und somit kann eine Vergrößerung und/oder eine Verkleinerung der wirksamen Unwuchtmasse bzw. der
Exzentrizität der Unwuchteinheit bzw. des/der
Unwuchtelemente/Exzenterelemente verwirklicht werden.
Zudem kann das um die Drehachse und/oder Rotorwelle drehbare Exzenterelement/Unwuchtelement als von der Drehrichtung
abhängiges Exzenterelement/Unwuchtelement ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine erste Drehrichtung der Rotoreinheit und/oder Unwuchteinheit die wirksame Unwuchtmasse in
vorteilhafter Weise vergrößern und eine zweite (der ersten entgegengerichteten) Drehrichtung der Rotoreinheit und/oder Unwuchteinheit die wirksame Unwuchtmasse in vorteilhafter Weise verkleinern .
Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Anschlagelement als
Anschlag für das um die Drehachse und/oder Rotorwelle drehbares Exzenterelement/Unwuchtelement vorgesehen. Diese Maßnahme ermöglicht ein definiertes Positionieren des um die Drehachse und/oder Rotorwelle drehbare Exzenterelementes/Unwuchtelementes, so dass eine definierte, wirksame Unwuchtmasse in vorteilhafter Weise einstellbar ist, insb. während dem Motorbetrieb, d.h. dem Rotieren der Rotoreinheit .
Vorteilhafte Verwendungen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung können zum Beispiel für die Bodenverdichtung oder Betontechnik oder Baustellentechnik oder Gießtechnik oder Sortierung von Gegenständen sein. Darüber hinaus sind durchaus auch andere/weitere vorteilhafte Verwendungen realisierbar.
Grundsätzlich können gemäß der Erfindung die Unwuchten bzw.
Unwuchtelemente an den freien Wellenenden der (Rüttel-) Motoren ersatzlos entfallen, wobei deren Wirkung in vorteilhafter Weise auf den Rotor bzw. die Rotoreinheit verlagert wird. Der Rotor ist durch vorteilhafte Maßnahmen auf in Bezug auf seine
Motorwelle exzentrisch wirkende Massen ausgelegt und kann in einem vorzugsweise vollkommen geschlossen aufgebauten System seine Wirkung entfalten. Der Verzicht auf konventionelle
Unwuchtscheiben bzw. Unwuchtmassen etc. gemäß dem Stand der Technik macht die Schwingungserregervorrichtung bzw. den Rüttler kompakt und extrem kostengünstig, da in vorteilhafter Weise ein Großteil der Herstellungs- bzw. Bearbeitungsschritte entfällt.
Es wird quasi ein „unwuchtiger" Elektromotor verwirklicht, der in höchster Schutzart umgesetzt werden kann. Störungen bzw.
Fehler wie beim Stand der Technik, d.h. Wassereintritt,
zerschlagene Gehäusekappen etc., sind (nahezu) nicht mehr möglich .
Generell können alle derzeit marktüblichen Motortechniken zum Einsatz kommen, wie z.B. Asynchronmaschinen, die wegen ihrer Einfachheit bzw. ihrem konstruktiv geringen Aufwand und der geringen Kosten bevorzugt werden. Es können jedoch
beispielsweise auch Magnetmotoren, Switched Reluctance Motoren, Synchron Reluktanz Motoren bzw. Außenläufer oder Innenläufer verwendet werden.
Weiterhin ist es gemäß der Erfindung möglich, die
Schwingungserreger bzw. Rüttler zusätzlich zur im Rotor
installierten Unwucht mit zusätzlichen Gewichten innerhalb und/oder außerhalb des Rüttlers auszustatten, um seine Wirkung zu verringern oder zu verstärken.
So sind beispielsweise auch innerhalb des Rotors vorteilhafte Zusatzgewichte möglich, die sich mit zunehmender Drehzahl gegen Federn, Elastomerelemente oder dergleichen radial nach außen bewegen und so die Wirkung des Schwingungserregers bzw. des Rüttlers (allmählich) verringern (sog. „gegenläufiger Ansatz") oder verstärken, z.B. für einen leichteren Anlauf des Motors.
Ein separates Zusatzgewicht bzw. ein verstellbares
Unwuchtelement im Rotor oder in einer weniger bevorzugten
Bauform außerhalb des Rüttlers, d.h. auf einem oder beiden Wellenenden, kann je nach Drehrichtung zur Verstärkung oder Verringerung der installierten Unwuchtmasse genutzt werden.
Generell kann der Rotor bzw. die Rotoreinheit gemäß der
Erfindung zeitweise oder ganz die Funktion der bisherigen bzw. konventionell außen an den Wellenenden angebauten Exzenter übernehmen .
Grundsätzlich führt die Zusammenfassung der relevanten
Komponenten zu einer vorteilhaft geschlossenen Einheit, bei der der Rotor die Funktion der Exzenter/Unwucht übernimmt, was zu einer zur drastischen Vereinfachung der Schwingungserreger gemäß der Erfindung und zu einer deutlich reduzierten Komplexität, insb. zusammen mit einem Wegfall vieler aufwändiger und teurer Arbeitsschritte bei der Herstellung von elektrischen
Schwingungserregern gemäß der Erfindung führt. Zudem steigt die Robustheit und darüber hinaus werden Fehler durch
Umgebungseinflüsse weitestgehend eliminiert. Ausführunqsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert .
Im Einzelnen zeigt:
Figur 1 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch einen als Asynchronmotor ausgebildeten, ersten Elektromotor gemäß der Erfindung,
Figur 2 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch einen als Asynchronmotor ausgebildeten, zweiten Elektromotor gemäß der Erfindung,
Figur 3 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch einen als Synchronmotor ausgebildeten, dritten Elektromotor gemäß der Erfindung,
Figur 4 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch einen als Asynchronmotor ausgebildeten, vierten Elektromotor gemäß der Erfindung mit einem separaten, radial verstellbaren Unwuchtgewicht ,
Figur 5 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch einen als Asynchronmotor ausgebildeten, fünften Elektromotor gemäß der Erfindung mit einem separaten, um die Drehachse drehbaren
Unwuchtgewicht, das in zwei verschiedenen
Anschlagspositionen dargestellt ist und
Figur 6 einen schematisch dargestellten Längsschnitt durch einen sechsten Elektromotor gemäß der Erfindung mit zwei, beidseits vom Antriebssystem des Rotors an der Rotorwelle angeordneten
Unwuchtgewichten .
In den Figur 1 bis 6 sind verschiedene Elektromotoren 1 gemäß der Erfindung schematisch und senkrecht zur Drehachse im
Querschnitt durch ein nicht näher dargestelltes, allgemein bekanntes, elektromagnetisches Antriebssystem des Motors 1 dargestellt. Der Elektromotor 1 umfasst im Wesentlichen einen Rotor 2 und einen ein äußeres Motorgehäuse 4 aufweisenden Stator 3. Der Rotor 2 ist z.B. gemäß den Figuren derart ausgebildet, dass er eine Rotorwelle 16 bzw. einen Rotorschaft 14 und einen Träger 15 für elektromagnetische
Antriebskomponenten umfasst.
Darüber hinaus umfasst der Stator 3 in bekannter Weise zwei sog. Lagerschilde 18 (vgl. Figur 6), die längs der Drehachse und beidseits des elektromagnetischen Antriebssystems
angeordnet sind und in denen jeweils eine Lagereinheit 17 bzw. in vorteilhafter Weise ein oder zwei Wälzlager 17 zum Lagern des drehbaren Rotors 2 angeordnet sind. Die Lagerschilde 18 bzw. Lageraufnahmen 18 sind im Sinn der Erfindung Bestandteil des Motorgehäuses 4, so dass ein vollkommen abgeschlossenes Motorgehäuse 4 im Sinn der Erfindung realisiert ist. Hierdurch kann besonders wirkungsvoll das Eindringen von Schmutz, Staub und Wasser in vorteilhafter Weise verhindert werden, wodurch hohe Anforderungen an die Sicherheit und Lebensdauer des Motors 1 erfüllt werden können.
Vorteilhafterweise ist beiden Varianten der Figuren 1 bis 6 der Rotor 2 zugleich als Unwuchteinheit 5 gemäß der Erfindung
ausgebildet bzw. die Unwuchteinheit 5 zwischen den Lagern 17 bzw. Lagerschilden 18 bzw. im Bereich des elektromagnetischen
Antriebssystems angeordnet. Separate Unwuchtgewichte 5 können gegebenenfalls auch längs der Drehachse außerhalb der
Lagerschilde 18 bzw. des elektromagnetischen Antriebssystems vorhanden sein.
Bei der ersten Variante gemäß Figur 1 ist der Rotor 2 des als Asynchronmotor ausgebildeten Elektromotors 1 in Bezug auf die Drehachse nicht symmetrisch ausgebildet, sondern nimmt lediglich etwa die Hälfte des Kreisquerschnittes ein. Das heißt, dass der Rotor 2 sich lediglich über ca. 180° des Kreisumfanges erstreckt und die andere Hälfte des Querschnittes lediglich Luft 6 umfasst bzw. als Ausnehmung 6 im Sinn der Erfindung ausgebildet ist und somit kein Material/Metall sowie keine elektromagnetische
Antriebskomponenten vorhanden sind. Demzufolge ist der
Schwerpunkt bzw. Querschnittsflächenschwerpunkt exzentrisch gelagert bzw. außermittig mit einem Abstand zur Drehachse
versehen. Somit wird eine vorteilhafte, relativ große Unwucht generiert, die im Betrieb bzw. bei drehendem Rotor 2 dazu führt, dass der Elektromotor 1 in vorteilhafter Weise Vibrationen generiert bzw. als Rüttler/Schwingungserreger eingesetzt werden kann .
Aufgrund dessen, dass sich der Rotor 2 gemäß Figur 1 lediglich über ca. 180° des Kreisumfanges erstreckt, weist dieser
Elektromotor 1 ein um ca. die Hälfte geringeres Drehmoment auf als ein Elektromotor 1, bei dem vollumfänglich das elektromagnetischen Antriebssystem vorhanden wäre. Eine derartige, vorteilhafte Variante mit vollumfänglichem
elektromagnetischem Antriebssystem ist in Figur 2 dargestellt.
So ist in Figur 2 gut erkennbar, dass sich die sog.
Rückschlussöffnungen über die vollen 360° des Querschnittes des Rotors 2 erstrecken, was ein vorteilhaftes Drehmoment bzw.
relativ große Motorleistung generiert.
Bei dieser zweiten Variante gemäß der Erfindung ist die
Ausnehmung 6 bzw. Luft 6 vollständig vom Rotor 2 bzw. eines
Rotormantels umschlossen. Auch hiermit wird eine vorteilhafte Unwucht 5 gemäß der Erfindung realisiert.
Bei der dritten Variante gemäß Figur 3 ist der Elektromotor 1 als Synchronmaschine mit umfangseitig angeordneten
Permanentmagneten 7 ausgebildet. In Figur 3 sind sehr
schematisch zwei Südpole 8 der Permanentmagnete 7 als weise
Flächen und zwei Nordpole 9 der Permanentmagnete 7 als schwarze Flächen dargestellt. Demzufolge sind insgesamt vier Pole
vorhanden, was in der Praxis sicherlich eher selten der Fall ist. Vielmehr soll dies nur das Prinzip darstellen, da in der Praxis derartige Elektromotoren üblicherweise viele Permanentmagnete 7 und somit viele Pole aufweisen.
Bei der vierten Variante gemäß Figur 4 weist der Rotor 2
wiederum eine Ausnehmung 6 bzw. Luft 6 auf, die vollständig vom Rotor 2 bzw. des Rotormantels umschlossen ist. Auch hiermit wird eine vorteilhafte Unwucht 5 gemäß der Erfindung realisiert.
Zudem ist jedoch ein separates Gewicht 10 innerhalb der
Ausnehmung 6 bzw. Luft 6 angeordnet, dass von einer in radialer Richtung ausgerichteten Feder 11 gehalten/positioniert wird. Da das Gewicht 10 keine kreisrunde Form aufweist, ist auch dies als Unwucht 5 im Sinn der Erfindung ausgebildet und längs der Drehachse zwischen den beiden Lagerschilden bzw. Lagern im Bereich des elektromagnetischen Antriebssystems angeordnet.
In vorteilhafter Weise wird das Gewicht 10 in Abhängigkeit der Drehzahl des Rotors 2 sowie der Federkraft in radialer Richtung verstellt. So nimmt die wirksame ünwuchtmasse mit zunehmender Drehzahl ab, da die Fliehkraft das Gewicht 10 radial nach außen in Richtung des Rotormantels drückt . Bei abnehmender Drehzahl „wandert" das Gewicht 10 wieder in Richtung Drehachse bzw.
Zentrum. Hiermit kann eine vorteilhafte Anpassung/Veränderung der wirksamen Unwuchtmasse bzw. der Schwingungserregung
verwirklicht werden.
Bei der fünften Variante gemäß Figur 5 ist wiederum ein
separates Gewicht 12 vorhanden, dass jedoch nicht innerhalb der Ausnehmung 6 des Rotorblechpaketes angeordnet ist, sondern axial versetzt, z.B. längs der Drehachse in einem freien Zwischenraum bzw. einer anderen Ebene/Schicht zwischen zwei Blechpaketen, jedoch innerhalb eines vollumfänglich sich erstreckenden
Rotormantels bzw. zwischen diesem Rotormantel und einem
Rotorschaft 14. Durch diesen vorteilhaften Zwischenraum und der vorteilhaften Form des Gewichtes 12 ist dieses drehbar um die Drehachse bzw. den Rotorschaft 14 gelagert.
Aufgrund der Trägheit des Gewichtes 12 schlägt dieses in
Abhängigkeit der Drehrichtung jeweils endseitig an einem
Anschlag 13 an (vgl. Figur 5 a) mit Figur 5 b)). Der Anschlag 13 ist in Richtung der Drehachse bzw. parallel zur Drehachse ausgerichtet. Der Anschlag 13 ist in vorteilhafter Weise innerhalb des o.g. Zwischenraumes angeordnet bzw. erstreckt sich zwischen den o.g. beiden, entsprechend voneinander beabstandeten Blechpaketen/Schichten/Ebenen. So wird in der Position des Gewichtes 12 gemäß Figur 5 a) eine Subtraktion der Unwucht des Gewichtes 12 mit der Unwucht des Rotorblechpaktes bzw. des
Rotorkörpers realisiert und ggf. bei vorteilhafter
Dimensionierung sogar eine vollständige Beseitigung der
Gesamtunwucht ermöglicht.
Bei der Position des Gewichtes 12 gemäß Figur 5 b) wird eine Addition der Unwucht des Gewichtes 12 mit der Unwucht des
Rotorblechpaktes bzw. des Rotorkörpers realisiert und somit vergrößert . Diese Veränderbarkeit der Gesamtunwucht in
Abhängigkeit der Drehrichtung des Rotors 2 kann in bestimmten Anwendungsbereichen von großem Vorteil sein.
Bei der sechsten Variante gemäß Figur 6 ist der Elektromotor 1 derart gemäß der Erfindung ausgebildet, dass gemäß der
abgebildeten Variante insgesamt zwei Unwuchtelemente 5 beidseits des elektromagnetischen Antriebssystems bzw. beidseits des
Rotorträgers 15 an/auf der Rotorwelle 16 angeordnet/fixiert sind. Gemäß der Erfindung sind diese beiden Gewichte bzw.
Unwuchtelemente 5 zwischen den beiden Lagern 17 bzw. Kugellagern 17 und zwischen den beiden Lagerschilden 18 des Motorengehäuses 4 angeordnet. Demzufolge sind die beiden Gewichte bzw.
Unwuchtelemente 5 innerhalb der Lagerung der Rotorwelle 16 und zudem auch innerhalb bzw. im Innern des Motorengehäuses 4
angeordnet und geschützt.
Bezugszeichenliste
1 Elektromotor
2 Rotor
3 Stator
4 Motorgehäuse
5 Unwuchteinheit
6 Luft/Ausnehmung
7 Permanentmagnet
8 Südpol
9 Nordpol
10 Gewicht
11 Feder
12 Gewicht
13 Anschlag
14 Rotorschaft
15 Träger
16 Rotorwelle
17 Lager
18 Lagerschild

Claims

Ansprüche
1. Schwingungserregervorrichtung zum Erzeugen von Schwingungen und/oder Vibrationen, wobei ein Elektromotor (1) mit einer
Statoreinheit (3) und mit einer um eine Drehachse drehbaren sowie wenigstens eine Rotorwelle (14, 16) aufweisenden
Rotoreinheit (2) , wobei wenigstens eine erste Lagereinheit und eine zweite Lagereinheit zum drehbaren Lagern der Rotorwelle (14, 16) und/oder Rotoreinheit (2) vorgesehen ist, wobei zwischen der ersten und der zweiten Lagereinheit (17) wenigstens ein
elektromagnetisches Antriebssystem des Elektromotors (1)
angeordnet ist, wobei wenigsten eine drehbare ünwuchteinheit (5) zum Erzeugen einer Unwucht vorgesehen ist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Unwuchteinheit (5) zumindest zwischen der ersten und der zweiten Lagereinheit (17) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (14, 16) als Unwuchteinheit (5) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoreinheit (2) wenigstens eine
Trägereinheit (15) zum Tragen von Rotorkomponenten des
elektromagnetisches Antriebssystem aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (15) als Unwuchteinheit (5) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchteinheit (5) zumindest innerhalb eines Motorgehäuses (4) des Elektromotors (1) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchteinheit (5) wenigstens ein erstes Exzenterelement (5, 10, 12, 15) umfasst, wobei ein erster Abstand zwischen einem ersten Schwerpunkt des ersten
Exzenterelementes (5, 10, 12, 15) und der Drehachse vorgesehen ist .
7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Verstelleinheit (11) zum Verändern des ersten Abstands zwischen dem ersten Schwerpunkt des ersten Exzenterelementes (10) und der Drehachse vorgesehen ist .
8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (11) wenigstens ein Rückstellfederelement (11) zum Erzeugen einer wenigstens
teilweise radial ausgerichteten und auf das erste
Exzenterelement (10) wirkende Rückstellkraft umfasst.
9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchteinheit (5) wenigstens das erste Exzenterelement (5, 10, 12, 15) und ein zweites, einen zweiten Schwerpunkt aufweisendes Exzenterelement (5, 10, 12, 15) umfasst, wobei der zweite Schwerpunkt wenigstens zeitweise
unterschiedlich zum ersten Schwerpunkt des ersten
Exzenterelements (5, 10, 12, 15) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Exzenterelement (12) und/oder das zweite Exzenterelement (12) als um die Drehachse und/oder
Rotorwelle (14) drehbares Exzenterelement (12) ausgebildet ist/sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Anschlagelement (13) als Anschlag (13) für das um die Drehachse und/oder Rotorwelle (14, 16) drehbares Exzenterelement (12) vorgesehen ist.
12. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche für die Bodenverdichtung oder Betontechnik oder Baustellentechnik oder Gießtechnik oder Sortierung von
Gegenständen .
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