DE4142993A1 - Elektrische maschine zur wandlung von elektrischer und mechanischer energie, insbesondere radialkraftbeaufschlagter elektromotor zum antrieb von pumpen und kompressoren - Google Patents

Elektrische maschine zur wandlung von elektrischer und mechanischer energie, insbesondere radialkraftbeaufschlagter elektromotor zum antrieb von pumpen und kompressoren

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Description

Elektrische Maschine zur Wandlung von elektrischer und mechanischer Energie, insbesondere radialkraftbeaufschlagter Elektromotor zum Antrieb von Pumpen und Kompressoren.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine zur Wandlung von elektrischer und mechanischer Energie, insbesondere radialkraftbeaufschlagter Elektromotor zum Antrieb von Pumpen und Kompressoren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektrische Maschinen zur Wandlung von elektrischer und mechanischer Energie, beispielsweise Elektromotoren, finden im allgemeinen Maschinenbau ein vielfältiges Anwendungsspektrum. Im besonderen kommt dem Betrieb derartiger Antriebsaggregate im Fahrzeugbereich eine besondere Stellung zu, wobei zum Einsatz in Kraftfahrzeugen auf der Basis technischer und wirtschaftlicher Überlegungen an die jeweilige elektrische Maschine extreme Anforderungen bezüglich Leistungsdichte, Zuverlässigkeit, Preiswürdigkeit, Servicefreundlichkeit und Geräuscharmut gestellt werden.
Beispielhaft soll auf die DE-OS 39 28 375.5 verwiesen werden, die eine von einer Exzenterwelle angetriebene Kolbenpumpe zeigt. Bei Verwendung einer als Gleichstrommotor ausgeführten elektrischen Maschine zum Antrieb einer derartigen Pumpe, siehe hierzu "TEVES-Handbuch der elektronischen Bremssysteme", Ausgabe 1989, Kapitel 5.2.2.1, kommt es infolge der auf die Exzenterwelle einwirkenden oszillierenden Kolbenkraft der Pumpe zur Durchbiegung der Exzenterwelle, wobei durch fertigungs- und betriebsbedingtes Lager- und Gehäusespiel des Elektromotors der massebehaftete und damit schwingungsfähige Läufer zwangsläufig als Schwingungsgebilde zur Geräuschentwicklung und damit zur Übertragung von Körperschall über die Wellenlagerung sowie über das evtl. als Resonanzkörper wirksame topfförmige Gehäuse der elektrischen Maschine beiträgt. Dabei erweist sich der bei rotatorisch bewegten Maschinenteile hinreichend bekannte Drehschwingungseinfluß in Abhängigkeit des Ungleichförmigkeitsgrades der eingeleiteten Kräfte als weitere maßgebende und kritische Belastungsgröße, die das Geräuschspektrum und die Funktionszuverlässigkeit der Maschine beeinflußt.
Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine der im Oberbegriff genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß unter Verwendung einfacher Mittel ein uneingeschränkt betriebssicheres, kleinbauendes und geräuscharmes Aggregat verwirklicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Patentanspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst. Eine Anwendung der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 angegeben.
Die Erfindung basiert somit auf dem Gedanken, einen Schwingungstilger am Läufer zu befestigen, der bei Bedarf durch einen Mehrmassendämpfer gebildet werden kann. Im konkreten Anwendungsfall reduzieren sich damit die unerwünschten Betriebsgeräusche der mit Schlupfregelung versehenen Bremsanlagen erheblich, sobald die vorgeschlagenen Drehschwingungsdämpfer bzw. Schwingungstilger an der Welle des die Kolbenpumpe antreibenden Elektromotors befestigt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgezeigten Maßnahmen sind zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung angegeben, die im Zusammenhang mit den weiteren Merkmalen und Vorteilen der Erfindung nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher dargestellt und erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Elektromotors im Längsschnitt,
Fig. 2 eine abschnittsweise Darstellung des Elektromotors mit einem ersten sowie einem weiteren auf der Welle angeordneten, schwingungsdämpfenden sowie schwingungstilgenden Element,
Fig. 3 eine weitere konstruktive Ausführungsform eines auf der Elektromotorenwelle angeordneten schwingungsdämpfenden bzw. tilgenden Elementes.
Die Fig. 1 zeigt zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens einen im Längsschnitt dargestellten Elektromotor, dessen den Ständer 3 bildendes Gehäuse beispielsweise an einer Radialkolbenpumpe angeflanscht werden kann. Die vektoriell angegebenen Kolbenkräfte Fy der in der Abbildung nicht weiter gezeigten Radialkolbenpumpe rufen am wellenseitigen Exzenter 8 oszillierende Querkräfte hervor, die im wesentlichen abhängig vom Kraftangriffspunkt, Größe der Kraft, Lagerabstand, Drehfrequenz, Lagerspiel und Wellenquerschnitt, Biegeschwingungen und Torsionsschwingungen in den Elektromotor einleiten. Durch die beispielhaft vom Exzenter 8 abgewandte Anordnung eines schwingungsdämpfenden bzw. schwingungstilgenden Elementes 4 auf der Welle 1, in Form eines scheibenförmigen Drehschwingungsdämpfers, werden die üblicherweise entstehenden Geräusche nahezu vollständig eliminiert. Dabei ist in Abhängigkeit der zuvor genannten Störgrößen bei Bedarf die Position und Dimensionierung des Schwingungsdämpfers bzw. Schwingungstilgers für den speziellen Auslegungsfall neu zu ermitteln und ggf. ist der singuläre Schwingungsdämpfer durch ein Mehrmassendämpfersystem, beispielsweise durch koaxiale Anordnung mehrerer Dämpferscheiben mit gleichem oder unterschiedlichem Durchmesser im definierten Abstand, zu ersetzen. In der gezeigten Ausführung läßt sich das schwingungsdämpfende Element 4 vorteilhaft in den Zwischenraum des topfförmig abschließenden Gehäuses integrieren. Das Gehäuse des Ständers 3 ist vorzugsweise aus einem Dünnblech-Tiefziehteil oder einem Kunststoff-Spritzgußteil hergestellt und im Gehäuseboden 5 mit einer die Welle 1 aufnehmenden Gleitlagerbuchse 6 versehen. Das entgegengesetzt hierzu angeordnete Wellenlager ist als Wälzlager 7 in den mit der Radialkolbenpumpe verbindbaren Gehäuseflansch 9 eingepreßt. Ferner nimmt das Gehäuse die Ständerwicklung 10 auf, die eingepreßt oder eingegossen zum Aufbau eines Drehfeldes mit der wellenseitigen Ankerwicklung 11 kommuniziert. Die Ankerwicklung 11 steht mit dem auf der Welle 1 befestigten Kommutator 12 in Verbindung, um den über schleifende Kohlebürsten 13 übertragbaren Gleichstrom der Ankerwicklung 11 zuzuführen.
Gemäß Fig. 2 sind zwei scheibenförmige Elemente 4 mit unterschiedlichen Wirkdurchmesser koaxial nebeneinander auf der Welle 1 aufgepreßt. Diese als Drehschwingungstilger wirksamen Elemente 4 zeigen einen in der Schnittdarstellung ersichtlichen, aus einem Nabenteil 14, einem Elastomer 15 und einer Tilgermasse 16 bestehenden Grundaufbau. Hierbei können die Nabe und die Tilgermasse jeweils aus einem Metallgußteil bestehen, wobei jene Teile über das vulkanisierte Elastomer 15 drehschwingungsfähig miteinander gekoppelt sind. Anhand den beiden unterschiedlich abgestimmten Tilgermassen, grafisch durch die unterschiedlichen Wirkdurchmesser verdeutlicht, lassen sich unterschiedliche Störfrequenzen der elektrischen Maschine vollständig eliminieren.
Die Fig. 3 zeigt abweichend von Fig. 1 und 2 ein sowohl auf Dreh- wie auch Biegeschwingungen abgestimmtes scheibenförmiges Element 4, das zu diesem Zweck zwischen dem Nabenteil 14 und der Tilgermasse 16 ein mit Durchbrüchen 17 und/oder Aussparungen versehenes Elastomer 15 aufweist. Selbstverständlich kann dieses Element 4 bei Bedarf um weitere scheibenförmige Elemente ergänzt werden. Überdies gilt für die Anordnung der in den Fig. 2 und 3 beschriebenen Elemente 4 auf der Welle 1 das bereits zu Fig. 1 gesagte.
Weitere anwendungsspezifische Ausführungen des Erfindungsgedankens sind denkbar, ohne jedoch einen gesonderten Anspruch auf detaillierte Darstellung der möglichen Ausführungsvarianten erheben zu können. Die Erfindung ist vielmehr auf alle biege- und drehschwingungsfähige Antriebssysteme bzw. rotatorisch angetriebenen Maschinenelemente übertragbar.
Bezugszeichenliste
 1 Welle
 2 Läufer
 3 Ständer
 4 Element
 5 Gehäuseboden
 6 Gleitlagerbuchse
 7 Wälzlager
 8 Exzenter
 9 Gehäuseflansch
10 Ständerwicklung
11 Ankerwicklung
12 Kommutator
13 Kohlebürste
14 Nabenteil
15 Elastomer
16 Tilgermasse
17 Durchbruch
Fy Kolbenkraft

Claims (9)

1. Elektrische Maschine zur Wandlung von elektrischer und mechanischer Energie, insbesondere radialkraftbeaufschlagter Elektromotor zum Antrieb von Pumpen und/oder Kompressoren, im wesentlichen aus einem feststehenden Teil (Ständer) und einem rotierenden Teil (Läufer) bestehend, wobei der Ständer und der Läufer Dauermagnete oder elektrische Wicklungen aufweisen, die elektrische Felder erzeugen, mit einer Welle zur Lagerung des Läufers im Ständer und mit elektrischen Anschlüssen an wenigstens einen elektrischen Verbraucher oder Energiespender, dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle (1) des Läufers (2) zumindestes ein schwingungsdämpfendes und/oder schwingungstilgendes Element (4) vorgesehen ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein schwingungsdämpfendes und/oder schwingungstilgendes Element (4) außerhalb des Ständers (3) an der Welle (1) befestigt ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein schwingungsdämpfendes und/oder schwingungstilgendes Element (4) innerhalb des Ständers (3) an der Welle (1) angeordnet ist.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein schwingungsdämpfendes, und/oder schwingungstilgendes Element (4) auf einem entfernt zum Exzenter (8) gelegenen Ende der Welle (1) angeordnet ist.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein schwingungsdämpfendes und/oder schwingungstilgendes Element (4) am den Exzenter (8) aufweisenden Ende der Welle (1) positioniert ist.
6. Elektrische Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingungsdämpfende und/oder schwingungstilgende Element (4) im wesentlichen scheibenförmig gestaltet und koaxial zur Welle (1) ausgerichtet ist.
7. Elektrische Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingungsdämpfende und/oder schwingungstilgende Element (4) durch eine Preßpassung auf der Welle (1) gehalten ist.
8. Elektrische Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (4) zumindest teilweise aus einem Elastomer gebildet ist.
9. Elektrische Maschine zur Wandlung von elektrischer und mechanischer Energie, im wesentlichen aus einem feststehenden Teil (Ständer) und einem rotierenden Teil (Läufer) bestehend, wobei der Ständer und der Läufer Dauermagnete oder elektrische Wicklungen aufweisen, die elektrische Felder erzeugen, mit einer Welle zur Lagerung des Läufers im Ständer und mit elektrischen Anschlüssen an wenigstens einen elektrischen Verbraucher oder Energiespender, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit wenigstens einem schwingungsdämpfenden und/oder schwingungstilgendem Element (4) versehene Welle (1) eines Elektromotors mit der Kolbenpumpe einer schlupfgeregelten Bremsanlage koppelbar ist.
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