CH640985A5

CH640985A5 - Antriebseinrichtung mit einem schwingankermotor fuer einen trockenrasierapparat.

Info

Publication number: CH640985A5
Application number: CH1081378A
Authority: CH
Inventors: Gustav Gassner
Original assignee: Braun Ag
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1978-10-19
Publication date: 1984-01-31
Also published as: ATA761178A; US4392092A; FR2410901B1; DE2753749A1; JPS5986884U; GB2010595A; DE2753749B2; GB2010595B; ES475630A1; JPS5489206A; AR224115A1; FR2410901A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit einem Schwingankermotor für einen Trockenrasierapparat nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Schwingankermotoren werden überall dort eingesetzt, wo ein hoher Leistungswirkungsgrad erforderlich ist. Sie erreichen ihren guten Wirkungsgrad dadurch, dass sie mit einer Frequenz erregt werden, die nahe der Eigenfrequenz des Schwingankers liegt.

Ein bekanntes Beispiel für den Einsatz von Schwingankermotoren bieten die Trockenrasierapparate, bei denen der unterhalb der Scherfolie hin- und hergehende Messerblock durch einen Schwingankermotor angetrieben wird. Derartige Trockenrasierapparate haben wegen ihrer zahlreichen Vorteile weite Verbreitung gefunden.

Es sind bereits verschiedene Typen von Schwingankermotoren bekannt geworden, von denen einige mit und einige ohne zusätzlichen Permanentmagneten ausgerüstet sind (Der Elektroniker, 1967, Nr. 5, S. 251-255).

Diese Schwingankermotoren benötigen indessen relativ grosse Spulen, wodurch ihr Platzbedarf nicht unerheblich ist. Ausserdem sind die elektrischen Verlustleistungen sehr beachtlich.

Ein Schwingankermotor, der speziell für Trockenrasierapparate ausgelegt ist, ist ebenfalls bekannt (W. Klenk, Zur Theorie des Schwingankermotors für Elektrorasierer, Diss. Univ. (TH) Stuttgart, 1971, S. 96). Aber auch dieser Schwing-ankermotor weist relativ grosse Spulen und eine relativ grosse elektrische Verlustleistung auf.

Weiterhin sind auch noch Schwingankermotoren mit und Dauermagneten bekannt, die bei Kühlschrank-Kompressoren bzw. Trockenrasierern Verwendung finden können (Philips, Technische Rundschau, 33; 1973/74). Dabei sind für den Schwingankermotor, der in Trockenrasiergeräten eingesetzt wird, die zeitlichen Verläufe von Weg, Strom, Fluss und elektromagnetischer Kraft dargestellt (a. a. O., S. 262, Abb. 7).

Vergleicht man den Bewegungsablauf und den Stromfluss dieses Motors, so erkennt man, dass der Strom auch dann fliesst, wenn die Ankerpolschuhe weit von den Starterpolschuhen entfernt sind. Dies ist insofern nachteilig, als auf Grund des hohen magnetischen Widerstandes der Luft das an den Statorpolschuhen erzeugt Feld nur zu etwa einem Drittel des Ankerschwingwegs mit einem guten Wirkungsgrad genutzt wird. In den anderen zwei Dritteln des Ankerschwingweges wird der Strom in den Spulen und im Eisen vorwiegend in Wärme umgesetzt. Um die Verlustleistungen zu reduzieren, ist es bereits bekannt, das Feldpolprofil in ganz bestimmter Weise auszubilden (Adolf Wilhelm Mohr, Über die günstigste Gestaltung von Schwinganker-Rasiermotoren, ETZ-A, Bd. 82, H. 26, v. 18. 12. 1961 ; S. 852-855). Als günstigstes Profil wird dabei ein teilweise geradliniges, teils hyperbelförmiges Profil (a. a. O., Bild 7) angegeben, d.h. der Luftspalt ändert sich zuerst geradlinig und weist dann einen hyperbolischen Einlauf in dem konstanten Luftspalt auf. Allerdings tritt auch bei diesem sogenannten günstigsten Profil noch eine relativ grosse Verlustleistung auf, wenn sich der Anker in der vom hyperbelförmigen Teil des Profils entfernten Position befindet.

Es ist ausserdem ein Schwingankermotor bekannt, bei dem der Schwingungshub des Schwingankers weitgehend unabhängig von der Belastung und der Erregerspannung des Ankers ist (DE-OS 1488056). Bei diesem Motor weisen die Magnetpolflächen in der Bewegungsrichtung unterschiedliche Grössen auf. Eine wesentliche Verminderung der Verlustleistung lässt sich durch diese Massnahme jedoch nicht erreichen.

Ferner sind Haarschneidemaschinen und Elektrorasierer bekannt, bei denen mit Hilfe einer dreipoligen Ausführung und nur einer Spule das Kupfergewicht reduziert wird (FR-PS 1604480,2268386). Diese bekannten Vorrichtungen liegen indessen konstant an Spannung und werden lediglich bisweilen umgepolt.

Schliesslich ist eine Schaltung zur Erzeugung von Stromimpulsen für durch einen Elektromagneten angetriebene Maschinen mit hin- und hergehender Bewegung bekannt, deren Schwingfrequenz einen ganzzahligen Bruchteil der Frequenz der speisenden Wechselspannung beträgt (DE-AS 1262431). Hierbei sind die in die Wicklung des Elektromagneten einfliessenden Stromimpulse durch einen steuerbaren Einkristallgleichrichter aus dem sinusförmigen Netzwechselstrom ausgeschnitten und die Steuerung des Einkristallgleichrichters erfolgt durch einen an sich bekannten Multivibrator, der ihn mit im Vergleich zur Netzperiodendauer kurzen Impulsen im Rhythmus der gewünschten Frequenz von einem ganzzahligen Bruchteil der Netzfrequenz beaufschlagt. Mit Hilfe dieser bekannten Schaltung soll beispielsweise eine 25-Hz-Maschine aus einem 50-Hz- oder 60-Hz-Netz gespeist werden können, d.h. es wird jede dritte, fünfte oder jede positive Netzspannungshalbwelle noch höherer ungerader Ordnungszahl als Antriebsimpuls für den Magneten herangezogen. Die bekannte Schaltung ermöglicht es indessen nicht, innerhalb einer Wechselspannungshalbwelle einen definierten Ausschnitt herauszuschneiden. Sie ist somit keine Phasen-anschnittschaltung und ermöglicht auch keine Energieeinsparung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Schwingankermotor für Trockenrasierapparate eine Energieeinsparung dadurch zu gewinnen, dass nur noch dann Spannung an den Motor gelegt wird, wenn eine effektive Umsetzung der elektrischen Energie in mechanische Bewegungsenergie erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss nach dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe5

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sondere darin, dass der Schwingankermotor bei gleichen Abmessungen höhere Leistungen erbringt, dass eine niedrige Wicklungstemperatur erzielt und der Wirkungsgrad erhöht wird. Durch das Abschalten der Spannung während der pol-abgewandten Stellung des Ankers wird vermieden, dass in dieser Phase Verluste durch Streuflüsse oder Eisen- und Kupferverluste entstehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 : einen Längsschnitt durch einen Trockenrasierapparat mit einem Schwingankermotor,

Fig. 2: die Prinzipdarstellung einer Schaltungsanordnung für eine von der Lage des Ankers abhängige Ansteuerung eines Schwingankermotors, und

Fig. 3 : drei teilweise geschnitten dargestellte Rasierapparate, von denen zwei mit der erfindungsgemässen Einrichtung ausgestattet sind.

In der Fig. 1 ist ein Trockenrasierapparat 1 im Längsschnitt gezeigt, bei dem die Scherfolie entfernt ist. Dieser Trockenrasierapparat weist ein Gehäuse 2 auf, das an seinem oberen Ende mit einem Messerblock 3 und in seinem Inneren mit einem Schwingankermotor 4 versehen ist.

Dieser Schwingankermotor 4 besteht im wesentlichen aus einem Weicheisenkern 5 mit zwei Schenkeln, zwei Spulen 6, 7, die auf diesen Schenkeln angeordnet sind, einer Ankerführung 8 und einem Anker 9. Der Weicheisenkern 5 mündet an seinem oberen Ende in zwei Statorpolschuhe 10,11, denen zwei Polschuhe 12,13 des Ankers 9 schräg gegenüberliegen. Mit Hilfe zweier Federn 14,15 ist der Anker an der Ankerführung 8 abgestützt. Über einen Zapfen 16, um den eine Feder 17 geschlungen ist, ist der Anker 9 mit dem Messerblock 3 verbunden. An der rechten oberen Ecke des Rasierapparates 1 befindet sich eine Drucktaste 18, die mit einer Sperre 19 verbunden ist, wobei die Sperre 19 ihrerseits über eine Feder 20 mit einem Lager 21 verbunden ist. Die Drucktaste 18 dient dazu, den nicht gezeigten Scherkopf von der Scherfolie des Rasierapparates 1 zu trennen, indem die Taste 18 gedrückt und die Sperre 19 nach innen bewegt wird.

Am unteren Ende des Rasierapparates 1 sind noch ein Spannungsumschalter 22 und Anschlusskontakte 23 vorgesehen, die auf einer Platte 24 montiert sind. Von dieser Platte 24 führen elektrische Versorgungsleitungen 25,26 zu den Spulen 6,7. Des weiteren enthält der Rasierapparat 1 noch einen Ein-/Ausschalter 27 für die Netzspannung und einen Stift 28 für den Antrieb eines nicht dargestellten Langhaar-schneiders.

Wird mit Hilfe des Schalters 27 Wechselspannung an die Spulen 6,7 gelegt, so bewegt sich der Anker 9 auf Grund des an den Statorpolschuhen 10,11 anstehenden Wechselfeldes hin und her. Diese Hin- und Herbewegung wird mittels des Zapfens 16 auf den Messerblock 3 übertragen, der sich somit horizontal unter einem Scherblatt hin- und herbewegt.

Befinden sich die Polschuhe 12,13 in der Position, in der sie einen relativ grosen Abstand von den Statorpolschuhen 10, 11 haben, so ist der magnetische Widerstand des Luftspaltes zwischen diesen Polschuhen 10,12 bzw. 11, 13 relativ gross. Es muss also ein grosser Strom durch die Spulen 6, 7 fliessen, um diesen Widerstand zu überwinden. Dies bedeutet, dass die während dieser Zeit dem Schwingankermotor zugeführte elektrische Energie in dem Weicheisenkern 5 und in den Spulen 6,7 hauptsächlich in Wärme umgewandelt wird. Nur dann, wenn sich die Polschuhe 12,13 den Statorpolschuhen 10,11 genähert haben, wird die zugeführte elektrische Energie mit hohem Wirkungsgrad in Bewegungsenergie des Ankers umgewandelt. Das Zeitverhältnis der Zuführung elektrischer Energie bei hohem Wirkungsgrad zur Zuführung elektrischer Energie bei niedrigem Wirkungsgrad beträgt bei dem in Fig. 1 dargestellten Trockenrasierapparat etwa 1:3.

Um dieses Verhältnis zu verbessern, wird nun keine stetige Wechselspannung an die Spulen 6, 7 gelegt, sondern eine zerhackte, d.h. es werden den Spulen nur einige Bereiche der sinus- oder cosinusförmigen Spannung zugeführt.

Der während der verkürzten Zeit durch die Spulen 6,7 fliessende Strom muss allerdings ein solches Ampèrewin-dungsverhältnis bilden, dass in der Zeit, in der die Polschuhe 12,13 den Weg kurz vor dem Stator bis zur vollen Überdek-kung der Stator-Polschuhe 10, 11 zurücklegen, die für den vollen Bewegungsablauf benötigte Energie in das System gebracht wird.

In der Fig. 2 ist im Prinzip dargestellt, auf welche Weise ein Schwingankermotor in Abhängigkeit von der Lage impulsweise mit Strom beaufschlagt werden kann. Hierzu wird der Messerblock 3 mit einer Leuchtdiode 47 versehen, die mit einem kleinen Rohr 48 umgeben ist. Das Rohr 48 dient dazu, das Licht der Leuchtdiode 47 zu einem nach unten gerichteten Strahl zu bündeln.

Parallel zur Horizontalbewegung des Messerblockes 3 ist eine Ebene 49 mit lichtempfindlichen Elementen vorgesehen, wobei die lichtempfindlichen Elemente mit einer Auswerteschaltung 50 verbunden sind. Die Auswerteschaltung 50 ist ihrerseits mit dem Steueranschluss einer Torschaltung 51 verbunden, die eine Spannung U an den Schwingankermotor 29 legen kann.

Mit Hilfe der Leuchtdiode 47 und der lichtempfindlichen Ebene ist es möglich, die räumliche Lage des Messerblocks zu erfassen, d.h. festzustellen, ob er nach rechts oder nach links ausgelenkt ist, denn wenn er z.B. nach rechts ausgelenkt ist, wird ein auf der rechten Seite der Ebene 49 angebrachtes lichtempfindliches Element ansprechen und ein Signal an die Auswerteschaltung 50 geben. Die Auswerteschaltung 50 gibt nur dann einen Steuerbefehl auf die Torschaltung 51, wenn ganz bestimmte lichtempfindliche Elemente ansprechen. Hierdurch wird erreicht, dass nur bei definierten Positionen des Messerblocks 3 eine Spannung auf den Schwingankermotor gegeben wird.

Da die Lage des Messerblocks 3 in einer festen Beziehung zur Lage der Polschuhe 12,13 (Fig. 1) relativ zu den Statorpolschuhen 10,11 steht, ist es somit möglich, nur dann eine Spannung auf den Schwingankermotor 29 zu geben, wenn die beiden Polschuhpaare nahe beieinander sind.

Die in der Fig. 2 dargestellte optische Erfassung der räumlichen Lage des Messerblockes ist nur beispielhaft. Selbstverständlich können auch andere bekannte Lageerfas-sungs-Systeme, z.B. elektrische oder magnetische, verwendet werden. Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, die Lage des Messerblockes 3 abzutasten. Ebensogut kann die relative Lage der Polschuhe 12, 13 direkt erfasst werden, etwa indem man auf dem Anker 9 einen entsprechenden Aufnehmer vorsieht.

Schliesslich ist die Erfindung auch keineswegs auf die Anschaltung einer Wechselspannungsquelle beschränkt, sondern es kann in bekannter Weise auch eine Gleichspannungsquelle an- oder abgeschaltet werden.

In der Fig. 3 ist nun noch einmal dargestellt, wie sich die Anwendung der Erfindung in der Praxis auswirkt. Dabei sind Rasierapparate dargestellt, die nicht identisch sind mit dem Rasierapparat von Fig. 1.

Die Fig. 3a zeigt einen Trockenrasierapparat herkömmlicher Bauart, bei dem die Netzwechselspannung kontinuierlich an die Spule gelegt wird. Man erkennt bei diesem Trok-kenrasierapparat u.a. das Gehäuse 52, den Anker 53, den Scherkopf 54 und die Spulen 55, 56 mit dem Eisenkern 57. Die Spulen 55, 56 sind hierbei relativ gross, um das notwendige Ampère-Windungsverhältnis für den Betrieb des Rasier5

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apparates aufzubringen. Beispielsweise haben sie jeweils 4300 Windungen mit einem Drahtdurchmesser von 0,13 mm.

In Fig. 3b ist nun derselbe Rasierer wie in Fig. 3a gezeigt, der jedoch gemäss der Erfindung mit einer Schaltung nach Fig. 2 betrieben wird. Bei diesem Rasierer sind die Spulen zwar ebenso lang, aber von geringerem Durchmesser, d.h. sie sind wesentlich schlanker. Diese Reduzierung des Spulendurchmessers wird dadurch erreicht, dass die Zahl der Windungen auf Grund der geringeren Verlustleistung reduziert ist.

In der Fig. 3c ist eine Variante der erfindungsgemässen Antriebseinrichtung dargestellt, mit der eine Reduzierung der

Gesamtlänge des Gehäuses des Rasierers erreicht wurde. Hierbei wurde die Zahl der Windungen wesentlich reduziert, z.B. auf 856 Windungen pro Spule, und der Querschnitt des Spulendrahts erhöht, z.B. auf 0,21 mm. Es kann somit wäh-5 rend der knappen zur Verfügung stehenden Anschaltzeit der Netzspannung ein höherer Strom durch den dickeren Spulendraht fliessen, um das notwendige Ampère-Windungsverhältnis aufzubringen. Der die Spulen tragende Stator ist um etwa 15 mm verkürzt, so dass trotz der Reduzierung der Gesamt-10 länge des Rasierapparates genügend Platz für die elektrische Schaltung gemäss Fig. 2 vorhanden ist.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Antriebsemrichtung für einen Trockenrasierapparat, mit einem Schwingankermotor, bestehend aus mindestens einem zum Antrieb eines Messerblockes (3) bestimmten Anker (9) und einem Stator, der mindestens eine zum Anschluss an eine Stromquelle (U~) bestimmte elektrische Spule (6,7 ; 29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abtastung der Stellung des Ankers (9) relativ zum Stator (5,6,7) ein mindestens drei Messpunkte feststellender Aufnehmer (47,48,49) mit einer Auswerteschaltung (50) verbunden ist, und dass diese Schaltung Mittel (51) derart ansteuert, dass die elektrische Spule (6,7 ; 29) nur innerhalb eines zwischen zwei Grenzwerten befindlichen Bereiches, in welchem sich Polschuhe (12,13) des Ankers (9) im Nahbereich von Polschuhen (10,11) des Stators befinden, mit der Stromquelle (U ~ ) verbunden ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spule (6,7 ; 29) mit der Stromquelle (U~) über einen elektronischen Schalter (51) verbindbar ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnehmer optische (47,49), elektrische oder magnetische Elemente aufweist, um die relative Stellung des Ankers (9) zum Stator (5,6,7) in eine elektrische Grösse umzuwandeln.

4. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung elektrischer Energie während etwa eines Drittels jeweils einer Schwingungsperiode des Ankers (9) unterbrochen ist.