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Die
Erfindung schafft einen Kugelausgleicher für den Betrieb in einem großen Bereich
von Rotationsgeschwindigkeiten, insbesondere einen auf einem Axialmotor
eines Laufwerks für
optische Disketten befestigten Kugelausgleicher, mit dem Vibrationen
und Geräusche,
die von dem Laufwerk für
optische Disketten erzeugt sind, reduziert sind, und der für einen
großen
Bereich von Rotationsgeschwindigkeiten verwendbar ist. Durch diese
Erfindung kann der erfindungsgemäße Kugelausgleicher
für einen größeren Bereich
von Anwendungen verwendet werden als ein herkömmlicher Kugelausgleicher.
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Ein
herkömmlicher
Kugelausgleicher für
ein Laufwerk für
optische Disketten weist allgemein zumindest eine auf dem Axialmotor
befestigte Laufrille auf und eine Mehrzahl von Kugeln, die innerhalb
der Laufrille frei bewegbar sind. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit
des Rotors eine kritische Rotationsgeschwindigkeit übersteigt,
wird die Mehrzahl von Kugeln automatisch an Positionen gerollt,
die den unausgeglichenen Rotor (eine Unwucht des Rotors) entsprechend
der Größe und Ausrichtung
des unausgeglichenen Rotors (der Unwucht) ausgleichen. Daher sind
die Vibrationen und Geräusche,
die von dem unausgeglichenen Rotor (von der Unwucht des Rotors)
herrühren,
reduziert. Jedoch rollen bei einem herkömmlichen Kugelausgleicher,
wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors geringer ist als die kritische
Rotationsgeschwindigkeit, die Kugeln an Positionen, in denen die
Unausgeglichenheit (die Unwucht) des Rotors erhöht ist. Mit anderen Worten kann
ein herkömmlicher
Kugelausgleicher nicht bei Anwendungen mit geringer Rotationsgeschwindigkeit
oder großem
Geschwindigkeitsbereich verwendet werden.
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Aus
der
GB 832 048 ist ein
Kugelausgleicher bekannt mit einem auf einen Rotor angeordneten Hauptkörper und
einem innerhalb des Hauptkörpers angeordneten
Magneten, der sich axial durch den gesamten Hauptkörper erstreckt
und mit diesem verbunden ist, so dass zwischen einer inneren und
einer äußeren Lauffläche ein
Magnetsystem gebildet ist, und mindestens einer magnetischen Kugel,
die zwischen der inneren und der äußeren Lauffläche angeordnet
ist, wobei von dem Magneten des Magnetsystem eine rollhemmende Einheit
durch Wirbelstrom-Effekt gebildet ist, nachdem sich die Kugel von der
inneren Lauffläche
des Magneten abgelöst
hat.
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Es
ist das Ziel der Erfindung, einen Kugelausgleicher zum Betrieb in
einem großen
Bereich von Rotationsgeschwindigkeiten zu liefern, bei dem die Kugeln
nicht an eine unausgeglichene Position rollen und somit verstärkte Vibrationen
bewirken, sobald die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors kleiner oder
gleich der kritischen Rotationsgeschwindigkeit ist.
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Damit
die oben genannten Ziele erreicht werden, weist der erfindungsgemäße Kugelausgleicher einen
Hauptkörper,
mindestens eine magnetische Kugel, einen Magneten und eine rollhemmende
Einheit auf. Am Magneten ist eine magnetische Kreisscheibe angeordnet,
deren äußerer Umfangsrand konzentrisch
bezüglich
der Mitte des Rotors angeordnet ist. Die magnetische Kugel ist innerhalb
des Hauptkörpers
und außerhalb
der magnetischen Kreisscheibe angeordnet, und die magnetische Kreisscheibe
wird zum Anziehen der magnetischen Kugel verwendet. Die rollhemmende
Einheit ist an der inneren Umfangswand des Hauptkörpers angeordnet
und hält
die magnetische Kugel fest, nachdem sich die Kugel von der magnetischen
Kreisscheibe abgelöst
hat, wobei die rollhemmende Einheit um den Umfangsrand der magnetischen
Kreisscheibe mit einem radialen Abstand angeordnet ist, der das 1,5
fache bis 3,5 fache des Durchmessers der magnetischen Kugel beträgt.
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Die
unterschiedlichen Ziele und Vorteile der Erfindung werden in der
folgenden eingehenden Beschreibung, die in Verbindung mit der Zeichnung
zu lesen ist, dargelegt. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine
Aufsicht der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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3 die
magnetischen Flußlinien
bei der ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 die
Bewegung einer magnetischen Kugel bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung;
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5 die
exponentielle Änderung
der magnetischen Kraft bei der ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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6 die
Bewegung der magnetischen Kugel während des Betriebs bei der
ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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7 die
exponentielle Änderung
der magnetischen Kraft bei der ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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8 eine
Aufsicht der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In
Bezug auf 1 und 2 ist es
die Absicht der Erfindung, einen Kugelausgleicher zu liefern, der
für einen
großen
Bereich von Rotationsgeschwindigkeiten verwendbar ist. Der Kugelausgleicher
gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist einen Hauptkörper 12 auf, der
auf der Welle 11 des Rotors 10 eines Laufwerks für optische
Disketten bezüglich
der Welle 11 zentriert befestigt ist. Der Hauptkörper 12 weist
einen kreisförmigen
Unterbringungsraum 13 auf, der die Form einer ringförmigen Rille
hat und mindestens eine aus magnetischen Materialien gefertigte
magnetische Kugel 14 enthält. Die magnetische Kugel 14 kann
eine sphärische
Form, zylindrische Form oder andere rollfähige Form haben. Außerdem ist
die offene Seite des Unterbringungsraums 13 mittels eines Deckels 15 zugedeckt.
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Der
Unterbringungsraum 13 enthält einen Magneten 16,
der im inneren Mittelteil des Unterbringungsraums 13 angeordnet
ist. Die magnetische Kugel 14 ist außerhalb des Magneten 16 angeordnet. Vorzugsweise
ist auf dem Magneten 16 eine aus einem magnetischen Material
gefertigte magnetische Kreisscheibe 17 angeordnet. Der
(Umfangs-) Rand der Kreisscheibe 17 ist bezüglich der
Welle 11 konzentrisch ausgerichtet. Der Unterbringungsraum 13 enthält weiter
eine rollhemmende Einheit 18, die bei dieser Ausführungsform
ein verformbarer elastischer Körper
ist. Die rollhemmende Einheit 18 ist aus einem elastischen
Material wie zum Beispiel Gummi gefertigt und hat eine ringförmige Form
mit einem äußeren Radius,
der gleich dem inneren Radius des Unterbringungsraums 13 ist.
Die rollhemmende Einheit 18 ist mittels Festbindens oder
Verriegelns auf der Innenfläche
des Unterbringungsraums 13 gehalten und umgibt die magnetische
Kugel 14.
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Wenn
der Rotor 10 in einer ruhenden Stellung ist, liefern der
Magnet 16 und die magnetische Kreisscheibe 17,
wie in 3 gezeigt ist, einen magnetischen Fluß. In dieser
Situation wird die magnetische Kugel 14 zum äußeren Rand
der magnetischen Kreisscheibe 17 oder des Magneten 16 hin
angezogen.
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Wenn
der Rotor 10 in Rotation versetzt ist, ist die magnetische Kugel
den folgenden Kräften
ausgesetzt:
- (1) Der Kraft, die am äußeren Rand
der magnetischen Kreisscheibe 17 tangential angreift.
Wenn
die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 10 geringer ist
als die kritische Geschwindigkeit, wird die magnetische Kugel 14 durch
die tangential angreifende Kraft an eine Position getrieben, die
das Ungleichgewicht erhöht,
wodurch also Vibrationen verstärkt
sind. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 10 größer ist
als die kritische Geschwindigkeit, wird die magnetische Kugel 14 durch
die tangential angreifende Kraft an eine Position getrieben, die
dem Ungleichgewicht entgegengerichtet ist, wodurch also die Vibrationen
verringert sind.
- (2) Der Kraft, die an der magnetischen Kreisscheibe 17 radial
angreift.
(i) Die magnetischen Kraft Fmagnet,
die von dem Magneten 16 beigetragen ist und zur Mitte des Magneten 16 hin
gerichtet ist, ist gleich Fmagnet =
F1e–(x/a), wobei F1 die magnetische Kraft ist, die auf die
magnetische Kugel 14 ausgeübt wird, wenn die magnetische
Kugel 14 an den äußeren Rand
der magnetischen Kreisscheibe 17 angelegt ist.
Wenn
die magnetische Kugel 14 von der magnetischen Kreisscheibe 17 entkommt,
d.h. sobald die Kugel 14 sich von der Kreisscheibe 17 abgelöst hat,
und von der magnetischen Kreisscheibe 17 einen Abstand
x annimmt, fällt
die Kraft Fmagnet in Abängigkeit von x exponentiell
ab, wie in 4 und 5 gezeigt
ist.
(ii) Die Zentrifugalkraft Fzentrifugal,
die durch die Rotation des Rotors 10 bedingt ist und von
der Mitte des Rotors 10 weg 10 weg gerichtet ist,
ist gleich Fzentrifugal =
mrω2,wobei r der Radius bezüglich der
Kugelmitte ist,
ω die
Rotationsgeschwindigkeit ist und
m die Masse der jeweiligen
Kugel ist.
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Wenn
die magnetische Kugel 14 an den äußeren Rand der magnetischen
Kreisscheibe 17 angelegt ist, d.h. wenn x = 0 ist, dann
gilt, vorausgesetzt, daß der
Rotationsradius, mit dem die Kugelmitte rotiert, r0 ist, Fzentrifugal|r=r0 = mr0ω.
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Wenn
die Zentrifugalkraft geringfügig
größer ist
als die magnetische Kraft, wie in
6 und
7 gezeigt
ist, dann entkommt die magnetische Kugel
14 von der magnetischen
Kreisscheibe
17 mit einer Geschwindigkeit
wobei F
1 die
Kraft ist, die auf die magnetische Kugel
14 ausgeübt wird,
wenn die magnetische Kugel
14 an den äußeren Rand der magnetischen
Kreisscheibe
17 angelegt ist.
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Die
Parameter F1, m, r0 sind
so gestaltet, daß ω1 größer ist
als die kritische Rotationsgeschwindigkeit ωkritisch.
Die magnetische Kugel 14 rollt anfänglich an eine ausgeglichene
(Unwucht-freie) Position und entkommt dann von der magnetischen
Scheibe 17, wenn die Rotationsgeschwindigkeit allmählich erhöht wird.
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Die
rollhemmende Einheit 18 hat verformbare Eigenschaften,
so daß die
rollhemmende Einheit 18 durch die Zentrifugalkraft der
magnetischen Kugel 14, die auftritt, wenn die magnetische
Kugel 14 von der magnetischen Kreisscheibe 17 entkommt,
lokal verformt wird. Die lokale Veformung der rollhemmenden Einheit 18 verhindert,
daß die
magnetische Kugel 14 weiterrollt, und hält die magnetische Kugel 14 an
der ursprünglichen
ausgeglichenen Position.
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Wie
in 7 gezeigt ist, verformt, wenn die magnetische
Kugel 14 von der magnetischen Kreisscheibe 17 entkommt,
die magnetische Kugel 14 die rollhemmende Einheit 18,
deren Mitte an der Position r = r1 angeordnet
ist. Es sei angenommen, daß x
= x1 ist, wenn r = r1 ist.
Sobald die magnetische Kugel 14 von der magnetischen Kreisscheibe 17 entkommen ist,
bleibt, selbst wenn die Rotationsgeschwindigkeit bis unter ωkritisch verringert wird, die magnetische
Kugel 14 an der ausgeglichenen (Unwuchtfreien) Position,
solange Fmagnet|x=x1 + Felastisch < Fzentrifugal|r=r1 = mr1ωwobei
Felastisch die durch die Elastizität der rollhemmenden
Einheit 18 bedingte Rückstellkraft
ist.
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Daher
ist der beschriebene Kugelausgleicher für den Rotationsgeschwindigkeits-Bereich
unterhalb von ωkritisch geeignet.
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Wenn
der Rotor 10 aufhört
zu rotieren, wird die Zentrifugalkraft Null, und die magnetische
Kugel 14 wird, bedingt durch die von der Verformung der rollhemmenden
Einheit 18 verursachte elastische Kraft Felastisch und
durch die magnetische Kraft Fmagnet der magnetischen Kreisscheibe 17,
zur magnetischen Kreisscheibe 17 hingedrängt. Daher
kann, sobald der Rotor 10 aufgehört hat zu rotieren, bei der magnetischen
Kugel 14 der anfängliche
Zustand wiederhergestellt werden.
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8 zeigt
eine Aufsicht einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
ist die rollhemmende Einheit 18 auf dem Hauptkörper 12 einstückig ausgebildet.
Genauer ist die rollhemmende Einheit 18 aus einer welligen
Fläche 19 an
der Innenfläche
des Unterbringungsraums 13 gebildet. Daher wird die magnetische
Kugel 14 nach ihrem Entweichen von der magnetische Kreisscheibe 17 an
einer der Konkaven der welligen Fläche 19 festgehalten
und an einer ausgeglichenen Position gehalten. Wenn der Rotor aufhört zu rotieren,
wird die magnetische Kugel 14 von der magnetischen Kraft
des Magneten 16 und der magnetischen Kreisscheibe 17 angezogen
und bleibt anschließend
am äußeren (Umfangs-)
Rand der magnetischen Kreisscheibe 17 haften.
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Um
zusammenzufassen, liefert die Erfindung eine neuartige Konstruktion,
mit der der verwendbare Rotationsgeschwindigkeits-Bereich erhöht ist und
mit der folglich von einem unausgeglichenen Rotor herrührende Geräusche und
Vibrationen reduziert sind.
