DE2727119A1

DE2727119A1 - Motorhalterung zur isolation von torsionsschwingungen und verfahren zu ihrer herstellung

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Publication number: DE2727119A1
Application number: DE19772727119
Authority: DE
Inventors: Richard Wayne Dochterman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1977-06-16
Publication date: 1977-12-29
Also published as: IT1074881B; FR2355393B1; US4076197A; FR2355393A1; GB1577356A; JPS52155306A; CA1052850A

Description

Dr. rer. nah Horst Schüler «-$- ⁶⁰⁰° Frankfurt/Main ι, 15 .Juni 1977

PATENTANWALT Kai»erstra.*e 41 Vo/WK/We.

.- Telefon (0611) 235555

471 19 Telex: 04-16759 mapat d

Postscheck-Konto ι 282420-602 Frankfurt/M.

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Deutsche Bank AG. Frankfurt/M.

4292-3D-SM-5O57

GENERAL ELECTRIC COMPANY

River Road SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Motorhalterung zur Isolation von Torsionsschwingungen und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Beschreibung;

Die Erfindung betrifft allgemein Motorhalterungen und Verfahren zur Herstellung derselben, welche besonders geeignet sind in Verbindung mit der Befestigung eines Motors an einer Trennwand oder einer anderen geeigneten Tragstruktur für den Motor in einem Produkt, bei dem ein solcher Motor verwendet wird. Beispiele für solche Produkte sind Raumklimaanlage-Geräte, Ventilatoren zur Luftzirkulation usw.

Bei Anwendungsfällen mit Direktantrieb, d.h. die Gebläse oder Ventilatoren sind dann direkt an einer Motorwelle befestigt, ist es wichtig, die Schwingungen des Motors von der Trennwand oder einer anderen Befestigungsfläche zu isolieren. Es ist selbstverständlich erwünscht, die Weiterleitung aller Arten von Schwingungen auf ein Minimum zu reduzieren. Es ist jedoch besonders erwünscht, die Weiterleitung des Geräuschs auf ein Minimum zu reduzieren, welches durch die Torsionsschwingungen des Motors erzeugt wird. Insbesondere ist der Lärm durch Torsionsschwingungen mit der doppelten Netzfrequenz und Oberwellen derselben sehr störend.

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Die bisher von anderen vorgetragenen Vorschläge stellen einen gewissen Fortschritt auf diesem Gebiet dar, es gibt jedoch einige Schwierigkeiten bei der Ausführung dieser Lösungswege. Beispielsweise können Schwierigkeiten auftreten, wenn der Motor selbst durcli ein Verfahren hergestellt wird, bei dem Motorteile durch klebende Materialien miteinander verbunden werden oder wenn der Motor eine relativ geringe Masse und Leistung besitzt, so dass besondere Herstellungsverfahren eingehalten werden müssen. Besonders wenn ein Stator eines Motors und das Lagersystem durch ein Klebermaterial zusammengefügt und zusammengehalten werden soll, beispielsweise durch Epoxydharz (wie dies beispielsweise in den U.S.-Patentschriften 3.165.816 oder 3.195.222 offenbart ist),dann kann es vom Standpunkt der Herstellung unerwünscht sein, während der Montage an der Hülle des Motors Haltearnie oder Be-ίestigungsteile anzubringen. Weiterhin können bei Motoren mit relativ geringer Masse und Durchmesser (und damit relativ kleinen I'lächenträghei tsmomenten der Motormasse) Schwierigkeiten auftreten, wenn eine geeignete Isolation der Vibrationsschwingung durcli Verringerung der Schwingungs1 eitfähigkeit der Haltearme oder Ansätze für Torsionsschwingungen herab gesetzt werden soll, da die Abmessungen der Besfestigungsarme oder Ansätze des Motors dann auf eine solche geringe (!rosse reduziert werden müssen, dass ihre Herstellung schwierig werden kann, besonders wenn die radiale Länge der Arme relativ klein sein soll.

Wenn martensitischer Stahl zur Halterung eines relativ Kleinen Motors verwendet weiden soll (beispielsweise eines Motors mit einem (iewicht von etwa 2,7 kg und einem Durchmesser von etwa Io cm), dann besitzt der Loch-

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kreis für die Halterungsbohrungen einen Durchmesser von etwa 18 cm; zur guten Isolation gegen Torsionsschwingungen sollten die Haltearme aus martensitischem Stahl nur eine Dicke von etwa o,o25 mm (ο,οοίο Zoll) besitzen. Dieses dünne Material könnte jedoch allgemein bei der Massenherstellung nur schwierig gehandhabt werden und würde oft keine ausreichende Festigkeit besitzen, um mindestens einigen Schockbelastungen zu widerstehen.

Es ist daher erwünscht, neue und verbesserte Halterungen für Motoren zu schaffen, bei denen diese Halterungen durch verbesserte Eigenschaften bezüglich der Isolation von Torsionsschwingungen gekennzeichnet sind und trotzdem leicht hergestellt und an Motoren montiert werden können, welche mit Hilfe von Klebermaterial zusammengebaut werden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue und verbesserte Motorhalterungen und Verfahren zur Herstellung derselben anzugeben, durch welche die vorgenannten und weitere Probleme gelöst werden können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten Motorhalterung und von Verfahren zur Herstellung derselben, wobei die Halterung aus Haltearmen mit einem Material ausreichender Dicke hergestellt ist, so dass die Herstellung dieser Haltearme erleichtert wird und trotzdem durch diese Materialdicke die Weiterleitung von Schwingungen in störenden Frequenzbereichen bei diesen Armen nicht in unzulässiger Weise vergrössert wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung

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von neuartigen und verbesserten Anordnungen von Motoren und Halterungen oder Befestigungsarmen sowie von Verfahren und Mitteln zur gegenseitigen Verbindung derselben, welche bei Bedarf leicht abgewandelt werden können, um die Schwingungsweiterleitung durch das Schwingungssystem zu unterbinden, welches aus einem Motor und einer Anzahl solcher Ilaltearme oder Befestigungsarme gebildet ist.

In einer Ausführungs form der Erfindung wird eine neuartige und verbesserte Motorhaiterung geschaffen, welche besonders gestaltete Haltearme oder Befestigungsarme besitzt, bei denen die Torsionsresonanzfrequenz kleiner ist als die zweifache Frequenz der Motorspannung geteilt durch die Quadratwurzel von 2 ( Yz* ).

Die hier dargestellten Halterung sind "weich" bezüglich der Torsionsschwingungen und sind trotzdem "steif" oder starr bezüglich der axialen Schwingungen und der Kippschwingungen. Weiterhin besitzen sie das vorteilhafte Merkmal einer strukturmässig zuverlässigen Halterung, welche jedoch leicht durch Torsion verdreht werden kann zur leichteren Montage an einer Befestigungswand oder einem Trennblech.

In einer bestimmten dargestellten Form wird eine Anordnung vorgesehen, bei welcher die erfindungsgemässe Halterung die Form von Ansätzen besitzt, welche in der Torsionsrichtung flexibel sind, jedoch in der axialen und radialen Richtung fest und starr sind. Die Ansätze werden vorzugsweise aus einem zähen und festem Material hergestellt (beispielsweise aus martensitischem Stahl). Das ausgewählte Material ist dicker und besitzt eine bedeutend grössere Festigkeit und Starrheit (selbst in

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der Radialschwingungsart) als sie gewöhnlich vom Gesichtspunkt der Isolation der Torsionsschwingung erwünscht
wäre. Es werden weiterhin Einrichtungen zur Begünstigung einer Verbiegung in der Umgebung der Teile der Haltearme oder Ansätze vorgesehen, welche der grössten Verbiegung oder Auslenkung ausgesetzt sind. Diese Einrichtungen zur Begünstigung der Verbiegung können die Form von Öffnungen oder Löchern besitzen, welche entlang einer vorgewählten in Längsrichtung verlaufenden neutralen Achse jedes Ansatzes gebildet sind, so dass für axiale Belastungen die Festigkeit des Ansatzes nicht in unzulässiger Weise verschlechtert wird. Die Mittel zur Begünstigung einer Verbiegung enthalten auch in bevorzugten Ausführungsformen Einrichtungen zur "Abstimmung" des
schwingenden Systems, so dass es eine geringe Durchlässigkeit oder Fortpflanzung für vorbestimmte Frequenzen besitzt. In den besonders bevorzugten Ausführungs formen werden diese Abstimmeinrichtungen so gewählt, dass
die effektive Cesamtfederkonstante der Haiterungsansätze (in kg-cm pro Winkelgrad) kleiner ist als die

(Jrösse (2,84 χ Ip χ Io ), wobei Ip das Flächen-

2
trägheitsmoment gemessen in kg-cm-sec ist (wenn die

Federkonstante in Pfund-Zoll pro Bogengrad und das Flächen-

2
trägheitsmoment in Pfund-Zol1-sec gemessen wird, dann lautet die obige Formel 2,84 χ Ip χ Io ).

Wenn in der vorstehend beschriebenen Weise vorgegangen wird, dann können die Haiteansätze oder Maltearme aus
Materialien hergestellt werden, welche eine ausreichende Dicke besitzen und daher den Beanspruchungen während der normalen Fabri klierst el 1 ung, während der Handhabung und des Transportes ohne 1)leibende Verformung standhalten, und es müssen keine besonderen Verfahren iiir das Stanzen

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und Formen des Metalls angewendet werden.

Gemäss einem weiteren Aspekt der lirfindung werden ein Haitebandteil und für Drehungen flexible Arme vorgesehen, welche in einer geschlitzten Anordnung gegenseitig ineinander passen. Die linden der Arme werden unter einem Bandteil so umgebogen, dass die linden der Arme von dem Bandteil fest gegen die Aussenflüche des Motors gepresst werden. Durch dieses Verfahren wird gewährleistet, dass der Motor von dem Bandteil und den Armen gehalten wird und die Festigkeit einer Schweissverbindung oder eines anderen Befestigungsmittels wird reduziert, welche sonst zwischen den Armen und dem Motor vorhanden sein müsste.

Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Motors mit daran angebrachten Halterungsmitteln gemäss einer Aus füll rungs form der lirfindung.

Die Figur 2 ist eine Ansicht eines abgewandelten Halterungssystems, welches mit dem Motor nach Figur 1 verwendet werden kann.

Die Figur 3 zeigt eine Ansicht einer weiteren anderen Aus führungs form des Ilal terungssystems , welche mit dem Motor nach Figur 1 verwendet werden kann.

Die Figuren 4, 5 und b zeigen eine Seitenansicht, eine Vorderansicht und eine Draufsicht für einen Motoihaiteiungsarm, welcher in der Anordnung nach Figur 2 verwendet wird.

Die Figuren 7, 8 und 9 ro igen eine Seitenansicht, eine Vorderansicht und eine Draufsicht für einen Haiterungsarm,

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ν«-

welcher zusammen mit dem Bandteil nach Figur 3 verwendet wird.

Die Figur 1 zeigt eine Motorfrontsicht mit drei daran befestigten flexiblen Halterungsarmen 21, welche durch eine Anzahl von Punktschweissungen 22 befestigt sind. Die Halterungsarme 21 werden aus einem martensitischen Stahl hergestellt und können beispielsweise aus dem "Martlnsite"-Stahl (14o.ooo oder I60.000 psi) der Inland Steel Company hergestellt werden.

Der Motor 2o besass in der hergestellten Ausführung nur einen Durchmesser von etwa 9,7 cm (3,8 Zoll) und eine Länge von etwa 1o,8 cm (4,25 Zoll) (mit einer Gesamtlänge von ca. 17,15 cm { 6,75 Zoll ) von einem Wellenende zum anderen Wellenende). Der Motor 2o war ein Motor mit einer Leistung ..von etwa o,127 PS (ca. 1/8 HP im US-Mass) und war als vierpoliqer Spaltpolmotor mit einem verlängerten Wicklungsabschnitt aufgebaut, um einen Betrieb bei mehreren Drehzahlen zu ermöglichen. Dieser Motor hatte ein Gewicht von ca. 2,7 kg.

Die Haltearme 22 besassen eine radiale Länge gemäss der Darstellung in Figur 1, so dass sie an eine Trennwand mit einem inneren Befestigungsdurchmesser von etwa 15 cm (6 Zoll) angeschraubt werden konnten. Wenn Arme ähnlich zu den Armen 21 benutzt wurden, bei denen die radial verlaufenden Teile 23 aus kompakten Metallstücken bestanden, dann waren sie gekennzeichnet durch eine relativ hohe Schwingungsleitfähigkeit. Um die Leitfähigkeit des Haltearms 22 zu verringern, wurden vorzugsweise Löcher 24 mit beliebiger Grosse in den radial verlaufenden Teilen der Arme vorgesehen, es wurden Schwingungs-

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oder Schallleitungsprüfungen vorgenommen und dann wurde die Grosse der Löcher oder öffnungen fortschreitend so lange vergrössert oder verkleinert, bis das gewünschte Ausmass der Schwingungsisolation erreicht wurde. Die Grosse der öffnungen 24 könnte auch durch eine Strukturanalyse und durch Berechnungen der Festigkeit und Torsionsfederkonstante eines Arms 21 mit einer angenommenen Grosse der öffnung errechnet werden unter Befolgung bekannter Berechnungsverfahren des Maschinenbaus.

Aus dem Vorstehenden its ersichtlich, dass bei Einhaltung der erfindungsgemässen Lehre das Material für die Herstellung von gegen Verdrehung flexiblen Halterarmen ausgewählt werden kann auf der Basis einer leichten Herstellungsmöglichkeit und Bearbeitung dieses Materials und der vorhandenen Standarddicken des Materials. Die Resonanzfrequenz des Arms für Torsionsschwingungen kann dann auf einen gewünschten Wert dadurch eingestellt werden, dass die Federeigenschaften des Ansatzes oder Arms dadurch abgeändert werden, dass Abstimmlöcher oder öffnungen entlang des Armes angebracht werden. Normalerweise wird aus Herstellungsgründen und auch aus Gründen der Festigkeit der Halterung bezüglich des Knickens, des Kippens und der Axialschwingungen ein dickeres Material ausgewählt. Die öffnungen 24 können jede gewünschte Form besitzen und vermindern das Flächenträgheitsmoment für die Querschnitte des Arms im Bereich der maximalen Biegung. Daher sollte eine öffnung 24 allgemein im Bereich der maximalen Biegung eines Haltearms 21 angeordnet sein. Der Bereich der maximalen Biegung kann leicht ermittelt werden durch eine Erprobung des Motors 28 unter Beobachtung unter einem Stroboskoplicht, das mit der gleichen Frequenz betrieben wird, wie die interessierende

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- Vr-

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Schwingungsfrequenz.

Durch das Abstimmen des Arms 21 durch darin angebrachte öffnungen wird das Flächencrägheitsmoment des Querschnittes des Ansatzes verringert und die Verringerung dieses Trägheitsmomentes vergrössert die Verbiegung des Haltearms während des Betriebes eines bestimmten Motors unter bestimmten Verhältnissen. Die vergrösserte Verbiegung oder Auslenkung in einem Arm 21 deutet auf eine verminderte Steifigkeit des Arms und eine geringere Eigenfrequenz des Federmassensystems an, welches den Motor 2o und die Haltearme 21 enthält. Hierdurch wird die Leitfähigkeit für Schwingungen in erwünschtem Masse verringert, welche durch den Betrieb des Motors 2o erzeugt werden.

Bei einigen Anwendungsfällen sollen die lindrahmen 27 eines Motors an einem Gehäuse oder einem Mantel 28 eines Motors durch Epoxydharz oder andere geeignete für den Maschinenbau brauchbare Klebematerialien befestigt werden. Hs kann dabei bevorzugt werden, die Auswirkungen örtlicher Erhitzungen auf das Gehäuse 28 zu vermeiden, welche bei der Herstellung von Punktschweissungen 22 auftreten. Wenn andererseits die Arme an dem Mantel oder der Hülle 28 vor der Befestigung der Endrahmen 27 an dem Mantel 28 angeschweisst werden, dann kann die Anwesenheit der Arme 21 während der zuvor eingeführten Vcrfahrensschritte stören, welche bei der Befestigung tier Endrahmen 27 am Statorgehäuse ausgeführt werden. In einem solchen Falle kann eine Halterung mit Halteband einer Anordnung nach Figur 1 vorgezogen werden. In den Figuren 2 werden zwei verschiedene Formen einer Halterung des Bandtyps gezeigt,

- Io -

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wobei die Anordnung nach Figur 2 allgemein im Hinblick auf die Ausnutzung des Materials und die leichtere Herstellung bevorzugt wird.

Vor der ausführlichen Beschreibung der Anordnungen der Figuren 2 und 3 ist noch zu beachten, dass das Verfahren der Benutzung von Anschweissbändern benutzt werden kann anstelle der einfachen Verwendung von Punktschweissungen 22 nach Figur 1. Wenn jedoch der Motor 2o eine ausreichend geringe Masse besitzt und die Belastungen auf den Motor und die Arme 21 bei der Anwendung und im Transport nicht so gross sind, dann können die Arme 21 ohne unzulässige Nebenwirkungen direkt an das Motorgehäuse 28 angeschweisst werden. Es ist jedoch zu betonen, dass nur durch eine sorgfältige Analyse des bestimmten Anwendungszweckes für den Motor und die Halterung und durch ausreichende Prüfung der gewählten Anordnung festgestellt werden kann, ob das direkte Anschweissen der Arme 21 am Motor zulässig ist.

In Figur 2 sind drei praktisch identische llaltearme 31 durch Punktschweissungen mit geeigneten Verbindungsmitteln in Form eines geschlitzten Bandes 32 verbunden. Die Enden der Arme 31 zur Befestigung am Motor sind angeschweisst, wie dies am besten an den Schweiss-Stellen 33 ersichtlich ist. Die Zahl der Schweiss-Stellen und die Ausdehnung jeder Schweiss-Stel1e 33 ist möglichst gering, um eine unerwünschte Verschlechte run}¹, <!cr Struktur der Arme 31 zu vermeiden, wenn diese aus im ιtensitischem Stahl hergestellt sind. Durch Anordnung <h t .'chweiss-Stellen 33 benachbart zum äussersten 1;ji.I< '■'■ der Arme 31 und durch Begrenz in", der Ausdehnung und ί im ι dvr Festigkeit der Schwciss-'i 1 cJ11 , welche gerad· < ichc-ml ist,um

- I

"! '"> O ^r. Γ "ι

ORIGINAL INSPECTED

die Arme 31 an dem Bandteil 32 an ihrem Platz zu halten, bis das Band über den Aussendurchmesser des Motors 2o gestreift ist, werden Schweissverfahren mit geringsten Kosten verwendet ohne die martensitische Kornstruktur des Armes 31 nachteilig zu beeinflussen. Wenn die Arme aus gewöhnlichem Stahl hergestellt werden, bestehen selbsverständlich nur geringe oder keine Bedenken bezüglich des Anlass-Hffektes, welcher durch einen Schweissvorgang hervorgerufen wird.

Ein typischer Arm 31 ist im Detail in den Figuren 4, 5 und 6 dargestellt und es wird nunmehr auf diese Abbildungen zusammen mit Figur 2 Bezug genommen. Die Arme 31 sind mit öffnungen 37 zur Aufnahme von Befestigungsmitteln ausgestattet, welche die üblicherweise bei der Befestigung eines Motors verwendeten Befestigungsmittel zur Befestigung an einer geeigneten Tragstruktur oder Trennwand aufnehmen können (der Motor ist dabei in dem Band 32 festgehalten). Weiterhin enthält jeder Arm 31 eine Abstimmöffnung 38, welche zur Verringerung der Resonanzfrequenz der Haltearme 31 vorgesehen ist. Die Anordnung nach Figur 2 kann über den Aussenumfang eines Motors ähnlich dem Motor 2o gestreift werden (der dann selbstverständlich nicht mit den Armen 21 ausgestattet ist) und Befestigungsmittel, beispielsweise in Form einer Schraube und Mutter 41, 42 werden angezogen, um das Band 32 am Motor festzuspannen.

Wenn das Band 32 angezogen wird, dann wird in dem Band selbst eine Bandspaanung erzeugt und die Füsse oder Motorenden 43 der Arme 31 werden fest gegen die Aussenfläche des Mantels oder Gehäuses 28 des Motors 2o geklammert. Da die Füsse 43 fest gegen den Motor verspannt sind,

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ist ersichtlich, dass eine Schweiss-Stelle mit ausreichender Festigkeit und Ausdehnung zur dauerhaften Verhinderung einer Ablösung des Arms 31 von dem Band 32 überflüssig ist. Diese erwünschte und kostengünstige Anordnung wird noch erleichtert durch Schlitze im Band 32, wie dies bei ersichtlich ist, und durch Einstecken der Motorenden der Arme 31 durch diese Schlitze und anschliessendes Verschweissen oder Anheften der Motorenden 43 der Arme an die innere Fläche des Bandteils.

Das beschriebene allgemeine Verfahren wird auch in der Anordnung nach Figur 3 angewendet, bei welcher die Motorenden 49 der Haltearme 51 mit einer kleinen Schweiss-Stelle an der inneren Oberfläche 52 des Bandes 53 geheftet werden. Auch hier wird eine Schraube und Mutter 54, 56 verwendet zur festen Verklammerung des Bandes 53 an der Aussenfläche eines Motors. Es ist zu beachten, dass die Arme 51 auch noch Abstimmöffnungen 57 enthalten, welche zur Verringerung der Eigenfrequenz der Arme 51 bezüglich Torsionsschwingungen vorgesehen sind. Die Anordnung nach Figur 3 zeigt, dass das Band 52 durch Schlitze 61 geführt ist, welche benachbart zur Biegestelle 63 jedes Arms 51 vorhanden sind. Weiterhin ist jeder Arm 51 mit einer Halterungsöffnung 66 ausgestattet, welche zur Befestigung der Halterung nach Figur 3 und des dadurch gehaltenen Motors an einer geeigneten Tragstruktur oder einem geeignetem Gehäuse verwendet werden kann. Es ist auch ersichtlich, dass die öffnungen 66 (oder die Löcher 37) mit verschiedenen Radialabständen angebracht sein können, um die Befestigung mit verschiedenen Lochkreisdurchmessern zu erleichtern.

Man wird erkennen, dass bei den Anordnungen nach Figur

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I* -

und nach Figur 3 eine ineinander greifende Anordnung von Schlitz und Riegelansatz zwischen einem Bandteil und einem Haltearm an dem gebogenen Teil desselben vorhanden sind. Weiterhin ist ersichtlich, dass wahlweise die Anordnung nach Figur 2 oder 3 verwendet werden kann, obwohl die Anordnung nach Figur 2 im allgemeinen leichter hergestellt werden kann. Weiterhin ist es sowohl bei Verwendung der Anordnung nach Figur 2 als nach Figur 3 lediglich erforderlich, eine kleine Heftstelle oder Punktschweissung auszuführen (oder irgendeine andere geeignete Befestigungsart mit relativ geringer Festigkeit zu verwenden) um die Haltearme in der gewünschten Lage relativ zu einem Bandteil zu halten. Bei der Montage des Bandteils auf einem Motorgehäuse werden dann die Haltearme in der gewünschten Stellung fest gegen das Motorgehäuse oder den Mantel verspannt.

Unabhängig davon, ob Anordnungen nach den Figuren 1, 2 oder 3 benutzt werden, ist es auch in einigen Anwendungsfällen erwünscht, ein dickeres Material zu verwenden und die aus diesem Material hergestellte Halterung so abzustimmen, dass sie eine niedrigere Resonanzfrequenz oder Eigenfrequenz besitzt, wozu in der Halterung eine oder mehrere Abstimmöffnungen vorgesehen werden.

Bestimmte Beispiele für Ausführungs formen von MotorhaJterungssystemen gemäss der Erfindung, welche hergestellt und geprüft wurden, sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusamme !ige lasst. Dabei wurden zur Sicherheit gegen IJmrechuungs 1 "ehl er unter die Angaben im metrischen System die AngalTii in U.S.-Mass-System in klammern angegeben.

1 1

ORIGINAL INSPECTED

Jedes der Systeme der Tabelle I wurde zur Befestigung auf einem Lochkreis-Durchmesser von ca. 18 cm (7 Zoll) ausgelegt und die Halterungsarme (entsprechend den Armen 31 oder 51 in den Figuren 2 und 3) wurden in jedem Falle aus dan "Martlnsire" Stahl mit 9,840 kg/ση (140.000 psi) und

mit einer Dicke von ca. o,45 mm (etwa o,o18 Zoll) hergestellt. Da vorläufige Berechnungen darauf hindeuten, dass das Material nur eine Dicke von ca. o,25 mm (o,o1 Zoll) besitzen sollte, besass jeder Arm eine Abstimmöffnung, so dass die effektive Gesamttorsionsfederkonstante K_ für jedes dieser beispielhaften Systeme einen Wert gemäss Tabelle I besass. Selbstverständlich ist in den Fällen, in denen die Haltearme praktisch identisch zu einander sind (wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt) und die Gesamtanzahl der Haltearme pro System gleich der Zahl "n" ist,die Torsionsfederkonstante für jeden Arm gleich der effektiven Gesamttorsionsfederkonstante des Systems geteilt durch η · Zur Erläuterung wird festgestellt, dass jedes der in Tabelle I aufgenommenen Systeme drei Haltearme besass.

Tabelle I

System

Motor A.
in cm
(Zoll)

Wn
Hz

Ip ο ^KT 2,84x|,15x

kg-cm-sec ^ kg-cm/rad Ipxio (lb-in-sec ) (lb-in/rad) (2

8,4
(3,3)

9,7
(3,8)

8,4
(3,3)

36,2 o,o14o6 (Ο.Ο1223)

17,6 o,02362 (o,o2o54)

18,6 Ο.Ο1413 (o,o1229)

836,7
(632,7)

332,2
(221,9)

221,9
(167,8)

4593 (3473)

7714 (5833)

4616 (349o)

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8,4 (3,3)	46	,2	o,o1568 (o,ol364)	15o6 (1139)	5123 (3874)
8,4 (3,3)	39	,3	ο,ο14o6 (o,o1223)	981,2 (741,9)	4593 (3473)
9,7 (3,8)	15	,8	o,o336 (o,o292)	356,8 (269,8)	1o966 (8282)
9,7 (3,8)	16	o,o2299 (o,o1939)	286 (216)	7283 (55o7)

Die Angaben nach Tabelle I zeigen für jedes der Systeme A bis G den ungefähren Aussendurchmesser des Motors (A. 0) in cm (Zoll), die Eigenfrequenz oder Resonanzfrequenz in Ffertz (W ), das F lnchenträgheitsmoment (polares Träg-

ⁿ 2 2

heitsmment) Ip des Systems in Va-cn-s (lb-in-s ) unter der Annahme, dass das Flächenträgheitmoment des Systems allein durch das Flächenträgheitsmoment des Stator des Motors gegeben ist (und damit unter Vernachlässigung der Beiträge durch die Halterungsarme und das Band), den errechneten Wert der Torsionsfederkonstante K,„ jedes Systems in kg-cm/rad (darunter in (Pfund-Zoll/rad) und die errechneten Werte für die Grosse 2,84 χ 1,15 χ Ip χ 1o⁵ (für ein Flächenträgheitsmoment Ip in kg-cm-s ). Die Tabelle I zeigt nicht den Dämpfungsfaktor für die Systeme A bis G; zur Vervollständigung der Offenbarung wird jedoch festgestellt, dass der Dämpfungsfaktor für jedes der aufgeführten Systeme etwa o,o2 beträgt.

Die Betrachtung der Angaben in Tabelle I zeigt schnell, dass die Resonanzfrequenz für jedes System wesentlich unter dem Wert lag, welchen man durch Teilung der doppelten Netzfrequenz (12o Hz) durch die Quadratwurzel von 2 erhält. Weiterhin war in jedem Falle die effektive

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Gesamtfederkonstante des Systems kleiner als die Grosse 2,84 χ 1,15 χ Ip χ 1o⁵.

Die Daten für die Tabelle I wurden allgemein durch Messung oder Beobachtung bestimmt, wobei nötigenfalls mathematische Berechnungen vorgenommen wurden, mit Ausnahme der Angaben für die Grossen K_T und 2,84 χ 1,15 χ Ip χ 1ο , welche lediglich errechnet wurden. Die Grosse K_T für jedes System wurde nach Bestimmung der Grossen W und I für jedes System unter Verwendung der bekannten Beziehung errechnet.

In jedem Falle wurde die Resonanzfrequenz dadurch bestimmt, dass das System an einem Tragteil befestigt wurde, am Motor ein Beschleunigungsmesser angebracht wurde und Leistung mit niedriger Frequenz dem Motor zugeführt wurde. Der Motor wird dann über einen niedrigen Frequenzbereich erregt und das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers wurde beobachtet zur Feststellung der niedrigsten Resonanzfrequenz.

Das Flächenträgheitsmoment des Stators kann nach dem Verfahren auf Seite 2oo der Zeitschrift Machine Design vom 23. Mai 1968 ermittelt werden. Alternativ kann es nach •folgenden Verfahren bestimmt werden: Es wird eine Bezugsmasse (diese wird auch als "geeichtes Trägheitsmoment" bezeichnet) mit einem bekannten Flächenträgheitsmoment (Ip) an einem Draht aufgehängt und die Zeit (T₁) festgestellt, welche diese Bezugsmasse zur Ausführung von "N" Schwingungen benötigt. Dann wird ein Motorstator mit einew Bohrungsstopfenadapter mit einem bekannten oder messbaren Flächenträgheitsmoment (I) aufgehängt und die Zeit (T2) gemessen, welche der Stator und der

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Bohrungsstopfenadapter zur Ausführung von ¹¹N" Schwingungen benötigt.

Die Zeit (T-) für eine Schwingung des geeichten Trägheitsmomentes wird dann aus der Beziehung Tp=T₁ZN bestimmt und die Torsionsfederkonstante des Drahtes (K) wird dann aus der Beziehung K=Ip/Tp ermittelt.

Die Zeit (T_n) für eine Schwingung für den Motorstator κ

und den Adapterstopfen wird aus der Beziehung T_R=T-/N und das Trägheitsmoment I_D für den Motorstator und den

2 "2

Stopfen wird aus der Beziehung I_n=KT_n oder aus I_D ^e(T_D/Tp) i_

KK K. K L* C

ermittelt. Der Wert des Flächenträgheitsmomentes des Bohrungstopfenadapters wird dann von dem errechneten Wert für I_n abgezogen, um den Wert für das Flächenträgheitsmoment des Motorstators allein zu bestimmen.

Die Wichtigkeit der Verringerung des Flächenträgheitsmomentes der Ansätze oder Arme 31(oder 51) durch die Anordnung von Abstimmöffnungen entlang der in Längsrichtung verlaufenden neutralen Achsen 3o oder 6o ist besser verständlich aus den nachstehenden Gleichungen für den Ansatz oder Arm, wenn dieser an einem Ende an dem Motor und am anderen Ende an der Tragwand befestigt ist:

1 Ml²

(2) M=X- FR

- 18 -

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τ(ΐ+ -4^-)

(3) F j-^-g

1_R + 1 + 1 /3R

Dabei bedeuten: Y = die Auslenkung des Arms oder Ansatzes

E = der Elastizitätsmodul für den Arm I = das Trägheitsmoment der Querschnittsfläche des Ansatzes

M = das vom·Motor ausgeübte Drehmoment F = die vom Motor ausgeübte Tangentialkraft
1 = die aktive Länge des Ansatzes (s.

Figuren 4 und 7)

T = das Motordrehmoment bei Betriebsdrehzahl

R = der Radius von der Mitte der Motorwelle zur äusseren Oberfläche

Durch Einsetzen der obigen Gleichung zur Eliminierung der Grossen "M" und "F" aus der Gleichung 1 und durch Wahl der Länge von ca. 3,12 cm für die Grosse "1" und von ca. 4,19 cm für die Grosse "R" vereinfacht sich die Gleichung (1) wie folgt:

(4) Y = 1 (O,o164 T).
E~T

Diese Gleichung zeigt deutlich, dass sich bei einem gegebenen Motor stärkere Auslenkungen (und damit eine geringene Torsionsfederkonstante) ergeben, wenn das Trägheitsmoment der Querschnittsfläche des Halterungsansatzes verringert wird. Da weiterhin die Federkonstante für einen Ansatz umgekehrt proportional zur Biegung oder Auslenkung ist, können die vorstehenden Gleichungen als Hilfsmittel bei der Auswahl der Grosse der öffnungen

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oder 57 für einen gegebenen Haltearm oder Ansatz 31 oder 51 verwendet werden, welcher mit einem Motor vom Radius "R" und Drehmoment "T" verwendet werden soll.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Dr. rer. nat. Horst Schuler f⁰⁰ '«"»«urt/Main ι. J5 -Juni 1977

Kaiserstrasse 41 Vo /WK /We

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277711 Q ^Telex: ο⁴-^{16759 ma}P^{at d}

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Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

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GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.

Ansprüche:

.) Halterung zur Isolation der Torsionsschwingung für einen Wechselstrom-Induktionsmotor mit Erregung durch eine Wechselspannung einer vorgegebenen Frequenz, wobei der Motor ein Piachenträgheitsmoment Ip

2 gemessen in kg-cm-s besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß zahlreiche Arme (31,51), die aus flachem Blechmaterial hergestellt sind, sich vom Motor aus radial erstrecken und jeweils mindestens eine darin ausgebildete Abstimmöffnung (57) besitzen, wobei Jede Abstimmöffnung allgemein auf einer verschiedenen allgemein radial verlaufenden Ebene liegt und die Abstimmöffnungen eine solche Größe und Lage besitzen, daß die effektive Federkonstante in kg-cm/rad kleiner ist als die Größe 2,84 χ Ip χ ΙΟ⁵.

2.) Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (31,51) so bemessen sind, daß sie eine effektive Gesamtfederkonstante von mindestens 2,84 χ 1,15 x 10⁵ Ip £lcg-cm-s²j (2,84 χ ΙΟ⁵ χ Ip /"uS-Pfund-ZoIIsJ ) haben würden, wenn kein Material an den Armen zur Herstellung von Abstimmöffnungen entfernt

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ist, und das Verhältnis der doppelten Netzfrequenz zur Resonanzfrequenz des Halterungssystems größer ist als die Quadratwurzel von 2.

3.) Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der allgemein radial verlaufenden Ebenen eine in Längsrichtung verlaufende neutrale Achse (3o, 6o) enthält und die Abstimraöffnungen jeweils allgemein symmetrisch um eine dieser neutralen Achsen sind, wodurch die Festigkeit der Arme (31, 51) in axialer Richtung durch die öffnungen in den Armen nicht wesentlich vermindert ist.

4.) Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Arme eine Abstimmöffnung besitzt, welche in dem Arm entlang des Bereichs des Arms angeordnet ist, in dem die maximale Auslenkung bei Torsionsschwingungen vorhanden ist.

5.) Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem der Arme ein motorseitiges Ende durch ein Befestigungsband fest gegen den Motor gepresst ist.

6.) Halterung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Band und die Arme in einer Schlitzanordnung ineinander gepasst sind.

7.) Gegen Torsionsschwingungen flexibles Halterungssystem für einen Induktionsmotor, gekennzeichnet durch ein Bandteil (52) und eine Anzahl von flexib-

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len Armen (31, 51), wobei diese flexiblen Arme jeweils mit dem Bandteil in eine Schlitzanordnung zusammenpassend sind und ein motorseitiges Ende (43, 63) der Arme an einer inneren Umfangsfläche des Bandteils anliegt, wobei die flexiblen Arme (31, 51) noch aus martensitischem Stahl hergestellt sind und das äussere Ende derselben am motorseitigen Ende am Bandteil durch Heftschweissung befestigt ist und das Bandteil zum Festspannen und Einklemmen der Motorenden der flexiblen Arme gegen den Motor eingerichtet ist.

8.) Halterung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Flächenträgheitsmoment Ip in

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kg-cm-s besitzt und durch die flexiblen Arme

ein System mit einer effektiven Gesamtfederkonstante in kg-cm/rad gebildet ist, die kleiner ist als 2,84 χ Ip χ 1o⁵.

9.) Halterung für einen Motor, gekennzeichnet durch ein Bandteil (52), welches um eine Aussenfläche eines Motors herum verläuft, wobei eine Anzahl von Halterungsarmen (51) jeweils mit einem motorseitigen Ende zwischen der äusseren Umfangsfläche des Motors und einer inneren Umfangsfläche des Bandteils (52) eingeklemmt ist und in dem Bandteil Schlitze gebildet sind und die Haltearme jeweils abgebogen sind und ein Ende derselben durch einen Schlitz in dem Bandteil eingefügt ist.

1o.) Halterung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das motorseitige Ende jedes Arms mindestens teilweise mit dem Bandteil verschweisst ist.

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11.) Halterung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Haltearm mit Abstimmöffnungen (38, 57) ausgestattet ist zur Förderung der Verdrehung oder Auslenkung des Haltearms bei Torisonsschwingungen des Motors und zur Verringerung der Leitfähigkeit für Torsionsschwingungen vom Motor.

12.) Halterung für einen Motor, gekennzeichnet durch ein Bandteil, welches sich um eine äussere Umfangsflache eines Motors erstreckt, sowie eine Anzahl von Halterungsarmen (31, 51) die jeweils an ihrem motorseitigen Ende gegen eine innere Umfangsfläche des Bandteils abgebogen sind, wobei in den Halterungsarmen jeweils ein Schlitz (61) ausgebildet ist und die Verbindungsstelle des motorseitigen Endes und eines radial verlaufenden Teils jedes Arms (51) darstellt.

13.) Halterung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die motorseitigen Enden der Arme (51) an dem Bandteil (52) befestigt sind und fest zwischen dem Bandteil und dem Motor eingeklemmt sind.

14.) Verfahren zur sicheren Befestigung einer Anzahl von Halterungsarmen mit einem Motor, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme und ein Bandteil mit Schlitzen ineinander gefügt werden und das Bandteil an den Motor fest verklammert wird, wobei die Motorenden der Haiterungsarme fest zwischen einer Aussenfläche des Motors und einer inneren Umfangsfläche des Bandteils eingeklemmt werden.

15.) Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

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dass vor der festen Verklammerung des Bandteils am Motor die Halterungsarme an dem Bandteil befestigt werden.

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