DE1613343B2 - Schalldaempfendes gehaeuse fuer einen elektromotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Gehäuse zur Geräuschdämmung ist aus der CH-PS 1 67 282 bekannt. Dabei bildet ein Blechmantel mit einer schallabsorbierenden Beschichtung einen Mantel in einem gewissen Abstand um den eigentlichen Elektromotor. Dieser Abstand legt somit eine Benutzung des dämpfgeschichteten Gehäuses im magnetischen Kreis nicht nahe. Falls bei dieser bekannten Anordnung ein ferromagnetischer Blechmantel verwendet würde, könnte unter Umständen noch eine zusätzliche Abschirmung magnetischer Streufelder, die aus dem Motor austreten, vorliegen.

Die Verwendung von Schallschutzschichten hoher Schalldämmung durch Verwendung poröser Stoffe, deren Poren speziell gefüllt sind, ist aus der DT-PS 31 682 bekannt. Diese Maßnahme geschieht jedoch ^ ebenfalls höchstens an äußeren, vom Motor getrennten Gehäuseteilen und hat mit der erfindungsgemäßen Ausnutzung als aktives Motorteil wenig zu tun.

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, unter Umständen großflächige Teile des angetriebenen Gerätes zu Schwingungen anregen und sie somit zu lästigen Schallquellen oder unangenehm vibrierenden Teilen werden lassen können. Von den Aufhängung und dem Abtrieb des Motors 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 Weise gelagerten schwingungsfähigen Massen ist.

Dieser Aufbau verlangt oft besondere Lagermaßnahmen, ja in manchen Fällen 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 schallarm gestaltet. Muß, aus Kühlungsgründen etwa, diese Abdeckung zum Teil offen sein, so müssen solche öffnungen ihrerseits akustisch dicht gemacht werden (etwa durch eingelegte Filzrohre u. ä.) oder man muß zusätzlich andere Maßnahmen treffen.

Diese Maßnahmen bedeuten alle einen zum Teil wesentlichen Mehraufwand. In manchen Fällen versucht man auch, das Problem dadurch zu lösen, daß man den Motor selbst geräuscharm genug 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 Tongeräteantriebe 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.

Für die dämpfende Isolation mechanischer Schwingungen wird seit einiger Zeit industriell gefertigtes, schwingungsdämpfendes Verbundblech im Sandwich-System geliefert. Dieses Verbundblech besteht aus zwei Metallschichten, zwischen denen eine eingelegte, oft auch selbstklebene 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 Kuntsstoffschicht, die sich in Wärme umsetzt, und damit schalldämpfend aus.

Dieses Verbundblech sowie seine Einsatzmöglichkeit und Verarbeitung ist in einigen Zeitschriften, wie HOESCH, Berichte aus Forschung und Entwicklung unserer Werke, Heft 1 (1967), Seite 5 bis 17, Klepzig-Fachberichte, Juli 1966, Seite 301 bis 309; sowie August 1966, Seite 347 bis 350 und »Kunststoffe« Bd. 55 (1965, Heft 8, Seite 634 bis 640, erläutert und sein Verhalten bei verschiedenen Kunststoffzwischenschichten, verschiedenen Materialstärken und unterschiedlich symmetrischem Sandwichaufbau näher beschrieben.

Aus den Europäischen Technischen Informationen, Heft 5/6 (1965), Seite 121, ist bekannt, solches Verbundblech an Maschinen zur Schwingungsdämpfung zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen

Elektro-Kleinmotor ein gut gedämpftes kompaktes Motorgehäuse auf einfache Weise ohne zusätzlichen Aufwand zu bekommen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem eingangs erwähnten Elektromotorgehäuse durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In gewissen Fällen, etwa für Tonbandgeräteantriebe oder in der Nähe von Mikrophonen, ist ein extrem ruhiger Motor erforderlich. Wenn man aus magnetisehen Gründen eine gewisse Eisenstärke braucht und nur einen einfachen Sandwich-Aufbau nehmen würde, wäre dieses Verbunddämpfblech dann oft nicht schwingungs- und dämpfungsfähig genug. Deshalb wird in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, das Verbundblech bzw. die Schichtung aus mehr als zwei Metallschichten und mehr als einer Dämpfschicht bestehen zu lassen.

Umgibt man einen Elektromotor mit einer derart aufgebauten Mehrschichthülle, müßte sich eine gute Geräuschdämpfung erzielen lassen. Deshalb muß der Motor also möglichst vollständig so umschlossen sein, jedoch müssen sich die Schichten gegenseitig minimal verschieben können. Bei einer reinen Kugelhülle aus mehreren Schichten (Kugelschalen) wäre dies kaum der Fall und die Schwingungen würden Zug- und Druckbeanspruchungen in den verschiedenen Kugelschichten hervorrufen, ohne daß die Schwingungsenergie als mechanischer Hystereseverlust in den Kunststoffzwischenschichten sich in Wärme umsetzen könnte. Dieses System der Dämpfung erfordert also eine gewisse gegenseitige minimale Verschieblichkeit der Metalldeckschichten und eine Schwingungsfähigkeit des Verbunddämpfblechs in Richtung der Schallabstrahlung. Deshalb muß für die Ausgestaltung der Erfindung also eine solche Ausführung für ein Motorgehäuse aus Verbundblech bzw. entsprechender Schichtung gefunden werden, die sich gut herstellen läßt und die die eben beschriebene Schwingungsfähigkeit besitzt.

Deshalb wird für einen solchen allseitig umschlössenen Elektromotor ein aus dem genannten Verbundblech hergestellter, beispielsweise tiefgezogener Becher vorgeschlagen, der durch einen Deckel aus dem gleichen Material abgeschlossen ist (F i g. 2a). Der Boden kann abgetrennt und, wie unten beschrieben, wieder eingesetzt werden, damit er noch.besser dämpft.

Wenn der Motor lang ist (UD 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 Mantelhülle auf den erforderlichen Durchmesser zu rollen bzw. aus Teilstücken zu biegen und die Sandwich-Deckschichten, wie in Fig.2b angedeutet, sich überlappen zu lassen.

Dieses physikalische Erfordernis harmoniert mit den Herstellungsmöglichkeiten. Ein großes UD kann beim Tiefziehen nämlich nicht realisiert werden.

Wenn bei einem Elektromotor z. B. die Schallabstrahlung wesentlich in Richtung der Motorachse geht, ist es von Vorteil, den das Gehäuse abschließenden Deckel, bo wie in F i g. 3a gezeigt, aufzusetzen.

Bei überwiegend radialer Schallabstrahlung besteht eine bessere Dämpfung, wenn der ebene Deckel wie in F i g. 3b angeordnet ist. Dies gilt vor allem beim Gehäusemantel gemäß Fig.2a, bei den Verhältnissen h> gemäß F i g. 2b weniger.

Eine andere Möglichkeit, die minimale Verschiebbarkeit der schallsbstrahlenden Wand zu gewährleisten, besteht darin, die Deckschichten unterschiedlich lang zu machen und nur die überragende Schicht fest zu verbinden (F i g. 3c).

Bei Außenläufermotoren ist eine Hauptursache des störenden Geräusches und Körperschalls das Schwingen des rotierenden Gehäuses. Deshalb wird in Anwendung der Erfindung vorgeschlagen, zu dessen Dämpfung den unteren Rand 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 kan auch dieser schwingungsdämpfende Ring schon elektro-magnetisch ausgenutzt werden (F i g. 4a).

Noch mehr ist dies der Fall, wenn man den Rotor selbst aus diesem Material herstellt bzw. so schichtet. Ein solches Außenläufergehäuse schwingt praktisch nicht mehr (F i g. 4b).

Ein 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 Kunststoffschicht kann dann ganz gering sein. Dies erhöht den magnetischen Leitwert des schubgedämpften Gehäuses wesentlich. Gleichzeitig ergibt sich eine besonders hohe Dämpfung. Mit einem Zusatz kann das Butylen in Butylkautschuk umgewandelt werden.

Bei einem Hysteresemotor kann es wegen größerem Magnetisierungsaufwand infolge geringerer Permeabilität starke, unerwünschte Streufelder geben.

Wenn der Läufer nur eine hysteretische und keine andere ferromagnetische Schicht besitzt, schließt sich der magnetische Kreis in Umfangsrichtung, z. T. durch den Hysteresering. Dieser muß dann relativ dick sein, hat aber doch noch ein starkes Streufeld. Eine nahe benachbarte parallele Eisenschicht würde einen großen Teil des Flusses einsaugen. Deshalb wird dabei in weiterer Anwendung der Erfindung vorgeschlagen, auf einer hysteretischen, in Umfangsrichtung magnetisierten Schicht eine relativ dicke, magnetisch nicht — aber vorzugsweise elektrisch gut — leitende Schicht satt sitzen zu lassen, an welcher eine Dämpfschicht anliegt, an welcher sich eine äußere ferromagnetische, abschirmende Schicht anschließt. In der elektrisch gut leitenden Schicht werden Wirbelströme induziert, die das Drehmoment im Anlauf erhöhen und auch Pendelmomente im Synchronlauf dämpfen (F i g. 5).

Wird dagegen über der hysteretischen Schicht eine hochpermeable ferromagnetische angeordnet, dann geht der Fluß des magnetischen Kreises im wesentlichen über diese und der hysteretische Ring wird vom Feld fast nur radial durchsetzt, kann also dünn sein. Diese ferromagnetische Rückschlußwand kann geschichtet sein. Die Hystereseschicht besteht vorteilhafterweise aus z. B. Bariumferrit, sie wird stark magnetisiert.

Deshalb wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, auf den hysteretischen, radial magnetisierten, relativ dünnen Ring ein Verbundblech satt anschließend anzuorden (F i g. 6).

Konstruktiv vorteilhaft ist folgende Schichtung:

Zwischen der unmagnetischen, vorzugsweise aber elektrisch gut leitenden Außenwand und der magnetisch leitenden Schicht befindet sich die Kunststoffdämpfschicht. Nur eine Deckschicht des Verbundblechs ist ferromagnetisch und wird deshalb magnetisch mit ausgenutzt.

Der Erfindungsgedanke wird anhand der nachfolgend beschriebenen Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines solchen Motorgehäuses für einen Gleichstrommotor mit Permanentmagnetring 1, bei dem das aus Verbundblech bestehende Gehäuse 2 zum magnetischen Rückschluß mitausgenutzt wird und gleichzeitig einen allseitigen Dichtungsabschluß (mit erstaunlich guter Geräuschdämpfung) bietet.

F i g. 2a und 2b zeigen verschiedene Formen des Gehäuses und Gestaltungen des Gehäusemantels 3 als tiefgezogenen Becher (F i g. 2a) oder als Rohr (F i g. 2b).

In den Fig.3a und 3b ist dargestellt, wie weiter erfindungsgemäß der Deckel 4 ebenfalls aus Verbundblech den Gehäusemantel 3 abschließen soll, wenn die Schallabstrahlung wesentlich in axialer Richtung (F i g. 3a) bzw. in radialer Richtung (F i g. 3b) erfolgt.

Fig.3c zeigt eine andere Möglichkeit der Verbindung verschiedener Verbundbleche.

Fig.4a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Außenläufermotors, dessen Gehäuse 5 mit einem Verbundblechring 6 (u. U. bis auf seine volle Breite 7) überzogen ist (linke Seite) bzw. wie ein solcher Ring für den als Außenläuferkurzschlußkäfig 55 ausgebildeten Motor eine Dämpfschichtung bildet (rechte Seite der F i g. 4a).

F i g. 4b zeigt nochmals ein Gehäuse 8 als tiefgezogenen Becher mit der Stirnseite 9, auf der die Welle 10 mittels ihres Flansches 11 aufgeklebt ist. Der Gehäusedeckel aus Verbundblech ist in seinem Zentrum gehalten, so daß sein Rand schwingen kann und dort eine Dämpfwirkung besteht.

F i g. 5 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel in Gestalt eines Hystereseaußenläufermotors. Zwischen der dünnen ferromagnetischen Außenwand 12 und der mehrfach dickeren elektrisch gut leitenden Schicht 13 befindet sich die Dämpfschicht 14. In diesem kompakten

ίο doppelwandigen Becher ist der Hysteresering 15 eingepreßt.

Die Welle ist zentriert über ihren Flansch eingeklebt. Im Schnittbild (F i g. 5b) wird der Feldverlauf und die Magnetisierung des Hystereseringes in Umfangsrichtung angedeutet.

F i g. 6 zeigt einen Hystereseläufer mit satt aufgezogenem, relativ dickem Verbundblechring 22, der den magnetischen Kreis rückschließt, so daß der Hysteresering 15 radial magnetisiert wird.

Damit wird das Problem der erfolgreichen Geräuschbekämpfung von insbesondere kleinen Elektromotoren auf einfache Weise zu lösen versucht. Aufwendige und oft weitere Schwierigkeiten mit sich bringende Maßnahmen (Aufhängung an elastischen Gliedern, Sondergehäuse) werden in einfacher Weise umgangen, ohne daß magnetisch inaktives Material zusätzlich aufgewendet werden muß. Insbesondere, wenn ein besonderes Gehäuse entfällt, wird die Ableitung der Verlustwärme aus dem Motor wesentlich besser.

Es lassen sich beim Gegenstand der Erfindung gleichzeitig, mehrere Wirkungen erreichen: Dämpfung und magnetische Ausnutzung des Dämpfblechs und seine Funktion als schützendes oder dichtendes oder haltendes Konstruktionselement sowie eine niedrigere Motortemperatur.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schalldämpfendes Gehäuse für einen Elektromotor, das aus wenigstens zwei unterschiedlichen Schichten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Verbundblechen (Sandwich-System) für das Gehäuse (2, 5) die innerste Schicht ferromagnetisch und mit magnetisch aktiven Motorteilen (Permanentmagnetring 1; ι ο Hysteresering 15) unmittelbar verbunden ist (F i g. la, 4a, 5a, 6a) oder dieses Verbundblech selbst einem magnetisch aktiven Motorteil (Gehäuse 8) bildet (F ig. 4b).

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundblech aus mehr als zwei Metallschichten und mehr als einer Dämpfschicht besteht.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Verbundblech tiefgezogener Becher den Gehäusemantel (3) bildet, der durch einen Deckel (4) aus dem gleichen Material abgeschlossen ist (F i g. 2a, 3a, 3b).

4. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (3) als Rohr ausgebildet und mit Deckeln (4) verschlossen ist (F ig. 2b, 3a, 3b).

5. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (3) gerollt ist oder aus mehreren gebogenen, über den Gehäuseumfang verteilten Stücken besteht, wobei sich die gegenseitig versetzten Deckschichten an den Stoßfugen überlappen (F i g. 2b).

6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Verbindungsstellen eine Deckschicht die andere (anderen) überragt und nur die überragende jeweils fest verbunden wird (F ig. 3c).

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfschicht aus einer sehr dünnen Schicht von kaltfließendem Polyisobutylen besteht, das im Bedarfsfalle mit einem vulkanisierenden Zusatz in Butylkautschuk umgewandelt wird.

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