DE1463988A1 - Vibrationsmotor - Google Patents

Description

• V3bretionemotor

  De ßxtlndun begieht steh gut einen @'i.bra-iox.1

  motor, wie er 14ebe#ondere für e.eltrisehe ]Raelergeräte oder

  entsprechende elektromedhaniaabe Geräte verwendet wird.

  ne sind zahlreohe 7oxmon von elektrischen Rasier=.

  geräten bekanntg bei denen der mit einem Seherblatt guee@mäen-"

  wirkende Sahneidkop= (bxw. eine''Grupge von $ohneidkäplett) durch ,

  einen Vibrationemotorhin- und hergehend angetrieben wird: Der.

  Vibrationem4tor rnthäl$ dabei einen mehr oder weniger starr an

  dem Gerätegehäuse befestigten Biektromagneten sowie einsn oder

  zwei oszillier*nde, mechanieroh mit dem Oahneidkopf verbuene

  Anker. . .,

  Aoi d .mit eix@d! Aer Ru»4'erUateojr: vibratioxumotoreu

  besteht der Naahtoil, daß .dtt lovegungen den Ankers ae" dao 00-

  gerät das, aerät»etäu@a `in ,

  . `GlawingW1* die et ,ob ii;tcie Kspd den genrataer$ übwrtrag@n.

  Z Zur Verwinderung der Vibration des Ger ,;itegehäuses

  und damit zur Verbesserung der Handhabung des üer_ites wurde

  auch schon vor; eschlagen, den Vibratiorismotor mit zwei Ankern

  zu versehen, wobei der Schneidkopf meciiani:ich mit einem der

  beiden Anker verbunden ist. Die beiden @#.iiker, die um ihre je-

  weiligen Schwenklager im wesentlichen gleiche polare Trägheita-

  momeiite besitzen, werden dabei durch eine mechaninche Verbin-

  dung zu antiphasigen, etwa gleich starken unfreien Schwingun-

  gen gebracht. Auf diese 'leise heben sich die von den beiden

  oszillierenden Ankern auf das Gerätegehäuse übertragenen Reak-

  tionen im wesentlichen ge.@feneinander auf, 9o dnß das Gerqtege-

  häuse selbst nur noch eine geringfügige Restvibration ausführt.

  Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Vibrar-

  tionsmotor mit nur einem Anker und kennzeichnet sich dadurch,

  daß sowohl der Elektromagnet als auch der Anker in je einem

  Schwenklager gelagert sind, wobei eine mechanische Kupplungs-

  einrichtung zwischen dem Elektromagneten und dem Anker vorge-

  sehen ist, die bei Speisung des Elektromagneten eine in Bezug

  aufeinander antiphasige Bewegung des Elektromagneten und des

  Ankers um die jeweiligen Schwenklager hervorruft.

  Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind der Elek-

  tromagnet einerseits und der Anker (einschließlich Schneidkopf)

  andrerseits in ihren jeweiligen Schwerpunkten schwenkbar gela-

  ,gert. Weiterhin ist, da das polare Trägheitsmoment der Anker-

  Anordnung um den Anker-Schwenkpunkt normalerweise sehr viel ge@-

  rin-,er ist als das entsprechende Trägheitsmoment des Elektro-

  inngneten, die mechanische Kupplungseinrichtung zweckmäßig so

  beschiiffen, daß dis Verhältnis zwischen der Y"linkelbewegung der

  IAInker-Anordnung und der Winkelbewegung des Elektromagneten,.gleich

  ist dem Verhältnis zwischen dem polaren Trägheitsmoment des Elek-

  aromagneten um seinen Schwenkpunkt und dem entsprechenden Träg-

  heitsmoment der Anker-Anordnung:

  Die vorangehend umrissenen, erfindungsgemäßen Maßnah-

  men führen dazu; daß sich sie durch die Schwingungen des Eltbktro-

  magneten und der Anker-Ahbrdnung auf das Gerätegehäuse ausgeüb-

  ten Reaktionen im wesentlichen gegeneinander ausgleichen, so da8

  nur eine geringfügige Restvibration des Gerätegehäuses auf die

  Hand des Benutzers übertragen-'wercten kann.

  In einer Reihe von praktischen Anwendungsfällen mag

  es nicht zweckmäßig sein, die Anker-Anordnung und den Elektro-

  magneten jeweils in ihren Schwerpunkten schwenkbar zu lagen.

  Jedoch ist es auch dann bei geeigneter Lokalisierung der jewei-

  ligen Schwenklager noch ohne weiteres möglich, ein gutes Abgleich-

  Ausmaß zu erzielen. Diese letztgenannte Ausbildungsform des By-

  stems wird wahrscheinlich in der Praxis am häufigsten.benötigt

  werden.

  Weitere Binzeheiten der Erfindung werden nachfolgend .

  in Ausführungsbeispielen anhand der- Zeichnungen näher erläutert, .

  Dabei steilen dar:

  Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindunge-

  gemäßen Vibrationsmotors bei Anwendung fair

  ein elektrisches Rasiergerät,

  Fig. 2 eine Abänderung des Ausführungsbeispiele

  gemäß Fig. 1.

  Bei dem in FiG. 1 dargestellten Vibrationsmotor be-

  steht der Elektromagnet aus einem laminierten, U-förmigen Ida-

  gnetkern 1, auf dessen beiden Schenkeln jeweils eine Spule 2

  befestigt ist. Der Anker 3, der ebenfalls laminiert ausgebil-

  det ist, liegt den Polen des Elektromagneten benachbart und ist

  mechanisch mit dem Schneidkopf 4 verbunden. Der Sehneidkopf 4

  wirkt mit einer Scherplatte 32 zusammen.

  Der Anker 3 ist schwenkbar auf einer Montageplatte 5

  gelagert, und zwar mittels eines an der Platte 5 angebrachten

  Zapfens 6. Der Elektromagnet ist starr mit der Platte 5 verbunden.

  An dem Blektromabiieten ist eine I-förmige Halterung

  7 befestigt, die aus isolierendem Material besteht. Durch die

  Halterung 7 hindurch, und zwar feststehend gegenüber der Halte-

  rung erstreckt sich ein Metallbolzen 8, der im Bereich des Ste-

  ges der Halterung 7 gegenüber den Spulen 2 isoliert ist. Der Bol-

  zen 8 ragt über die flansche der Halterung 7 und auch über die -

  Platte 5 hinaus und ist mit seinen Enden jeweils in einem an dem

  Gerätegehäuse 31 befestigten (in Fig. 1 nicht weiter dargeetell-

  ten).Zager gelagert. Mithin kann die Montageplatte 5 zusammen

  ..

  mit allen von der Platte 5 getragenen Bauteilen Dchwenkbewegun-

  gen innerhalb des Gerätegehäuses um den Bolzen 8 ausführen.

  Auch der Anker 3 ist mechanisch mit dem Gerätegehäuse

  verbunden, und zwar über ein Brückenstück 10, das mit endseiti-

  gen Schneiden jeweils in V-förmige Ausnehmungen eingreift. Die

  eine dieser V-förmigen Ausnehmungen, nämlich die Auenehmung 11,

  ist dabei in das Gerätegehäuse eingeformt, während die andere

  Ausnehmung sich in der lagerbuchae 12 des Ankers befindet. Die

  Lagerbuchse 12 besteht dabei zweckmäßig aus einem porösen Bin-

  termetall. Das Brückenstück 10 ist durch eine freitragende Blatt-

  feder 13 beaufechlagt, die die endseitigen Schneiden des Brücken-

  0,

  stüeken gegen den Boden der jeweils zugeordneten V-Ausnehmung

  hält. Die äoder 13 ist mit einer flachen Eindrückung versehen,

  die einen ebenen Boden besitzt und die einer kleinen lagerkugal

  eine begrenzte Bewegungsmöglichkeit gibt.

  Im Abstand vom Zapfen 6 ist der Anker durch zwei Federn

  14 beaufschlagt, deren äußere Enden an Anschlägen 15 anliegen.

  Die Anschläge 15 bestehen dabei zweckmäßig aus einem Stück mit

  der Montageplatte 5. Die Federn 14 sind so eingestellt, daß die

  statische Gleichgewiohtelage des Ankere etwa in der Mitte den vom

  Anker im Betriebszustand durchlaufenen Weges liegt. Die größte

  . Schwingungsamplitude des Ankers ergibt sich normalerweise etwa

  dann; wenn äie Schwingungs-Gleichgewichtslage in der aus Pig. 1

  *.-ersichtlichen Weine so angeordnet ist, dsß die Ecken des Ankere

  ungefähr den Bake4 der Polittücke des Blektromagneten gegenüber-

  liegen.

  Die Wirkungsweise des in Fig. 1 gezeigten Vibrations-

  motors wird verständlich bei Berücksichtigung der Tatsache, daß

  für kleine 'linkel der Ankerbewegung die mit dem Bezugszeichen 9

  versehene Schneide des Brückenstückes 10 gegenüber dem Gerätege-

  häuse virtuell stationär ist. Dies bedeutet, daß der Anker ge-

  genüber dem Gehäuse virtuell um die Schneide 9 Schwenkbewegun-

  gen ausführt, während der Elektromagnet Schwenkbewegun-;en um den

  Bolzen 8 ausführt. Dabei gilt für kleine 'Ninkelbewegungen des

  Ankers, daß das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten des Elek-

  tromaaneten und des Ankers gegenüber dem Gerätegehäuse virtuell

  gleich ist dem Verhältnis zwischen dem Abstand der Schneide 9.

  vom Mittelpunkt des Zapfens 6 und dem Abstand des Mittelpunktes

  des Zapfens 6 vom Mittelpunkt des Bolzens a.

  Bei dem in Fig. 1 gezeigten, für ein Rasiergerät be-

  stimmten Vibrationsmotor liegen die Schwerpunkte des Elektro-

  magneten und der Anker-Anordnung in einer-gewissen Entfernung

  unterhalb der jeweiligen Schwenkpunkte, die die beiden Teile

  in der vorangehend beschriebenen Weise gegenüber dem Gerätege-

  häuee besitzen. Dies entspricht der allgemeinen Ausführungsart,

  die eingangs als in der Praxis wahrscheinlich am häufigsten be-

  nötigte Ausführungsart bezeichnet wurde.

  Die Konstruktionsbedingungen, die bei dem in Fig. 1

  gezeigten.Vibrationamotor eingehalten werden, sollten, um einen

  ,erfindungsgemäßen Ausgleich der von dem Elektromagneten und dem

  Anker auf das Gehäuse übertragenen Vibrationen zu erzielen,

  lassen sich für kleine Winkelbewegungen bequem rechnerisch ermitteln. Dabei können mitunter in der Praxis noch einige zusätzliche Korrekturen wünschenswert sein, um für die normale Winkelbewegung des Ankers die besten Resultate zu finden.
• Zur Berechnung der Konstruktionsbedingungen wird angenommen, daß der Elektromagnet eine Winkelbeschleunigung vom Wert "1" besitzt. Darauf werden die von den beiden verschiedenen, sich um die weiter oben besehriebenen Schwenkpunkte bewegenden Teilen ausgeübten reaktiven Massendrehmomente ermittelt. Für die Berechnung wird das bekannte "Theorem der parallelen Achsen" in üblicher Weise zugrunde gelegt. Dabei wird in gebührender Form die Tatsache berücksichtigt, daß der Schneidkopf des Rasiergerätes nur hin- und hergehende Bewegungen ohne Rotation ausführt, während die übrigen beweglichen Hauptkomponenten um ihre jeweiligen Schwenkpunkte schwingen. Weiterhin wird natürlich auch das zwischen den sich bewegenden Komponenten bestehende Geschwindigkeitsverhältnis berücksichtigt. lm übrigen ist für die vorangehend umrissenen, speziellen Berechnungen noch der Hinweis bedeutsam, daß bei keinem der Schwenkpunkte irgendeine Kraftübertragung angenommen wird.
• Die Berechnung führt zu zwei Gleichungen, die sich am bequemsten äadurch behandeln lassen, daß zahlenmäßige Werte für sämtliche möglichen Variablen angeeei2t werden mit Ausnahme der beiden das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten bestimmenden Abstände. Danach kann für jede der beiden Gleichungen der Wert des einen Abstandes bei einem vorgegebenen Wert des anderen Abstandes graphisch in einer Kurve aufgetragen werden. Der Schnittpunkt der beiden kurven gibt dabei die gesuchte Lösung an.
• Das in Fig. 2 zeichnerisch dargestellte Ausführungsbeispiel des Vibrationsmotors ist im Prinzip dem Ausführungsbeispiel gemäß Fit. 1 sehr ähnlich und läßt im übrigen gut die Variationsbreite erkennen, die bei der praktischen Anwendung der Erfindung gegeben ist.
• Der Elektromagnet des in Fig. 2 gezeigten Vibrationsmotors enthält einen laminierten, U-förmigen Kern 16, auf dessen beiden Schenkeln jeweils eine Spule 17 befestigt ist. Der Anker 18 des Vibrationsmotors ist ebenfalls laminiert ausgebildet und liegt den Polen des Elektromagneten gegenüber. Mit dem Anker 18 ist mechanisch ein Schneidkopf verbunden, der durch das strichpunktierte Rechteck 19 angedeutet ist. Der Schneidkopf wirkt mit einer nicht weiter dargestellten Scherplatte zusammen.
• Der Anken 18 ist schwenkbar auf einer Montageplatte 20 gelagert, und zwar mittels eines an der Platte 20 angebrachten Zapfens 21. Der Elektromagnet ist starr mit der Platte 20 verbunden. Im übrigen ist - wie auch im Beispiel der Fig. 1 -der Anker 18 im 4bstand vom Zapfen 21 durch zwei Federn 22 beaufschlagt, deren jeweilige äußeren Enden gegen Ansätze 23 anliegen. Die Ansätze 23 bestehen dabei zweckmäßig aus einem Stück mit der Montageplatte 20. An dem in der Zeichnung linken Ansatz 23 ist (durch Mittel, die zur besseren Übersichtlichkeit der Zeichnung nicht weiter dargestellt sind) das eine Ende eines Formteiles 24 befestigt. Das Formteil 24 kann ein Metall-Preßteil oder -Gußteil oder aber auch ein Kunststoff-Spritzgußteil sein. Es ist an seinem zweiten Ende mittels einer Klemmplatte 25 an dem Elektromagneten befestigt. Im Bereich zwischen den beiden Befestigungspunkten stützt sich das Farmteil 24 über Lagerkugeln bzw. Lagerwalzen 26 und 27 gegen das (in der Zeichnung nur andeutungsweise gezeigte) Gerätegehäuse ab. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß sich die Kugeln bzw. Walzen 26 und 27 länge Laufspuren bewegen können, die sämtlich- einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt besitzen. Durch diesen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt verläuft die Schwingungeachse aller Teile, die starr mit der Montageplatte 20 verbunden sind.
• Der Anker 18 ist mittels eines Metallstreifens 28 mechanisch mit dem ßerätegehäuse verbunden. Der Metallstreifen 28 berührt dabei in sä@tlichen Schwingungspoeititonen des Ankere eine am Anker vorgesehene zylindrische Fläche tangential. Heide Enden des Streifens 28 Bind verstärkt ausgebildet, können aber im übrigen an ihren Befestigungspunkten Schwenkbewegungen sueführen, damit ein gleichmäßger Sitz den Streifens 28 auf der zylindrischen Fläche sichergestellt ist. Der Streifen 28 wird ..durch eine Feder 29 straf! gehalten. Die geder 29 liegt mit ihrem einen Ende Ad der Platte 25 und mit- ihrem anderen Ende en dem Gerätegehäuse an. Sie bewirkt weiterhin auch einen ordnungsgemäßen Kontakt der Laufspuren in dem Formteil 24 und der entsprechenden Laufspuren in dem Gerätegehäuse reit den Lagerkugeln bzw. Lagerwalzen 26 und 27.
• Zweckmäßig ist das eine Ende des Streifens 28 an einer freitragenden Blattfeder 30 befestigt, die den Streifen 28 gegen das Gerätegehäuse zieht. Die Blattfeder 30 ist dabei so bemessen, daß sich bei normaler Beiastunk des Streifens 28 eine ausreichend starre Verbindung zwischen den Anker und dem Gerätegehäuse ergibt. Bei übermäßigen Belastungen, z. B. falls das Gerät fallengelassen wird und fest auf den Boden aufschlägt, wird jedoch die Blattfeder 30 wirksa@, indem sie sich von den Gerätegehäuse abbiegt und dadurch den Streifen 28 entsprechen@ entlastet.
• Die Feder 29 und die beiden Federn 22 sind so angeordnet, daß die statische Gleichgewichtslage des Ankers etwa in der Mitte des vom Anker im Betriebszustand durchlaufenen ges liegt. Die größte Schwingungsamplitude läßt sich normalerweise - ebenso wie im Falle der Fig. 1 - etwa dann erreichen, wenn die Schwingungs-Gleichgewichtslage des Ankers so gelegt ist daß die Ecken des Ankere etwa den Ecken der Pole des Elektromagneten benachbart liegen.
• Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 schwingen die mit der Montageplatte 20 starr verbundenen Teile bei normalen Winkelbewegungen des Ankers um eine Achse, die durch den gemein,-

  sr;men 1:riinimungsmitteli;unkt der Lrufspuren der Lu.6erku";eln bzw.

  26 und 27 verläuft. Dabei führt der Jaiker jeweils

  Scnwirir;un.cu in eritgegei.geeetzter Richtung aus, und zwar um den

  iait der Platte -_^0 verbundenen Z:.plen 21. Im übriL#en gilt - ana-

  Fi". 1 - für normale Winkelbewegungen des Ankers, daß das

  Verli:;;ltnis der ririxelgeschwindi@.;keiten des Elektromagneten und

  use

  Gleich ist dem

  des Anker:; ger;enüber den. Geritegeli,#

  Yerüa--tnis zwischen dem Radius der von' dem einen Elnde des Strei-

  fens 2n uerührten zylinürischen rläche des t@rilrs und dem Ab-

  stand ::vii:;cäeri des I.littelpunkt des Zt;pfens 21 und raer Schwin-

  L;uiiE;s:iclise der I::ontageplatte 20, die durch den gemeinsamen Krüm-

  mung:jmittelpunkt der Laufspuren für die LaGerku-eln oder Zager-

  walzeii 26 und 27 verläuft.

Claims (1)

1. .. @f I r i1 c @: e für elektrische Iiasier"-er-.:ite, eiitli,:l±eiid eii:cil -'lektroirir,rieteri und einr-r Anker, dadurch ;;e- keiinzei.citiet, daß üo:olr? der _-lektrornaürie#t =,1s auch der @,alker in je einer:: Scht.enklr:Üer ",vobei eine mechanische u::@ :@uri@:;@inricltun@, zv, sclreli c@er.@:1:=l_±rora^;neten und denn Anker vor @,e:@e':en ist, die ';eil:cistin@, Jes I. lchtromadneten eine in be- zu@; @:ufeinunder antihh@-@.;i@e -2ev,e@un@; des Elektror:i=#.dneten und des ._r?kers uni die hervorruft. 2. 7 , d<<,:u.@ch gekennzeichnet, d.eiL in_@ey#'?rtlb des xer'te`e_':''use:, eine I?ont#:E@@@latte Gelagert ist, die in ezLnE:" la.'_n@.n ;;iriltelbereicr@ Scj::@tn@:-ber:@ `unken ausführen kann und lauf der der Elektroi,-1#;riet starr und der Anker schwenkbar be- festigt ist, wobei. c:er _.nher über eire weiteres, riachLiebit#-es chvrenkl.-@.,;er mit derii !=eziäu se verbund::n ist und wobei die Sch°:enk- verbindung :.iikers mit der :onta"eplatte die mechanische Kupp- lung z-"is^hen dein '.=aektroraar@etei@ und dem Ar?ker bildet. 3. Vibrationsmotor na cl. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daS ans nachgiebige cl:@@.enkla;_er ein Brückenstück enthält, das mit seinen endseitigen Schneiden in V-förmige Ausnehmungen@eingreift, die im Gerätegehäuse bzw. im Anker gebildet sind, wobei eine Fe-. der vorr;esehen ist, die die Schneiden in Richtung der Ausnehmun- gen belastet. Vibr=ttionamotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da3 sich die rlontageplatte über in Z:ufspuren zin,;cordiiete Lagerku- geln bzw. Z::ger"ri,-ilzen beben das Geräte;eh,iuse abst'itzt, wobei die Z-i.ufspuren in einen @:leineiz 'linl:elberf@ich eine Schwenkbe- i-,e -und der laonta@;eplattg zulassen, und wobei zwischen der ":Ion- t=i@;eyf.@l ::tte und dem Gehäuse federn vor`esehen sind, die die je- well i,@eri Laufspuren in Kontakt mit den h!@gerkuäeln bzw. L,:der- walZea halten. 5. Vibrntionamotor nach :':nspruch 4, dadurch @;el:ennzeichnet, daß das na cligiebige Gchwenklager einen elastisch an dem Gehäuse be- festicten Streifen (vorzugsweise aus .Jetall) enthält, der an dem Anker befestigt ist und u:n eine gebogene Fl-che des :'@ziriers lierum.- t;eleet ist. 6. Vibr@:tionsmotor nach einen der vorhergehenden @uispri;che, da- durch Gekennzeichnet, daß im Betriebszustand die Amplituden der Bewegungen des Elektroriagneten und des Ankers uniyekehr proportio- nal sind den jeweiligen polaren Trägheitsmomenten.