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Vorrichtung zur Dämpfung der Eigenschwingungen des Rotors eines Schrittmotors.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Dämpfung der Eigenschwingungen
des Rotors eines durch elektrische Impulse gleicher oder wechselnder Polarität und
nahezu beliebigen Tastverhältnisses aussteuerbaren Schrittmotors mittels einer Trägheitsmasse.
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Bekanntlich neigen die Rotoren von Schrittmotoren zu Eigenschwingungen,
die im wesentlichen durch die nach Vollendung des Schaltschrittes vorhandene Schwungmasse
des Rotors hervorgerufen und durch die magnetische Fesselung des Rotors an die einzelnen
Schrittlagen nur verhältnismäßig gering gedämpft werden. Da bei manchen Anwendungsfällen
diese Eigenschwingungen des Rotors stören können, ist bereits die Verwendung von
Richtgesperren vorgeschlagen worden, die zwischen Stator und Rotor eingeschaltet
werden und den Rotor bei der Naximalamplitude der ersten Eigenscwingungshalbwelle
abfangen. Diese Richtgesperre haben jedoch den Nachteil, daß sie relativ laut sind
und daher in vielen Fällen wegen der Geräuschbildung nicht verwendet werden können.
Da zudem die Naximalamplitude der ersten Eigenschwingungshalbwelle bei jedem Schaltschritt
unterschiedlich groß ausfallen kann, können sich unterschiedlich große Schaltschritte
ergeben, wodurch die Schaltgenauigkeit eines solchen Schrittmotors erheblich vermindert
wird, Die ebenfalls bereits vorgeschlagene Verwendung eines Federklemmgesperres
umgeht diese Nachteile, jedoch ist die Montage eines derartigen Klemmgesperres kompliziert
und für eine Massenfertigung wenig geeignet. Schließlich ist eine Dämpfungseinrichtung
bekannt geworden, bei der auf der Motorwelle eine Trägheitsmasse fliegend gelagert
ist und diese güter eine federbelastete Reibscheibe mit dem Rotor verbunden ist.
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Eine solche Dämpfungsvorrichtung erfordert jedoch zum einen
eine
genaue Justierung und zum anderen tritt bereits unmittelbar zu Beginn des. Schaltschrittes
ein dem Drehmoment des Rotors entgegenwirkendes Drehmoment auf, so daß derartige
Dämpfungsvorrichtungan nur bei relativ leistungsstarken, für kleine Schaltfrequenzen
ausgelegten Schrittmotoren verwendet werden können. Schließlich ist nach einer gewissen
Laufzeit des Schrittmotors eine Nachjustierung der Dämpfungseinrichtung wegen der
Abnutzung der Reibfläche erforderlich.
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Diese Schwierigkeiten und Nachteile werden durch die Erfindung überwunden
und zwar dadurch, daß die Trägheitsmasse erfindungsgemäß auf der Motorwelle befestigt
und der auf der Motorwelle fliegend gelagerte Rotor über ein Federelement mit der
Trägheitsmasse verbunden ist. Diese erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung besteht
nicht nur aus lediglieh zwei Einzelteilen, deren Herstellung zudem sehr einfach
ist, und erlaubt eine unkomplizierte, für eine Massenfertigung vorzüglich geeignete
Montage, sondern hat auch den Vorteil, daß sie sowohl für relativ leistungsschwache,
für hohe Schaltfrequenzen ausgelegte Schrittmotore als auch für leistungsstarke,
für kleine Schaltfrequenzen dimensionierte Schrittmotore verwendet werden kann.
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Letzteres ist darauf zurückzuführen, daß ein dem Drehmoment des Rotors
entgegenwirkendes und von der Dämpfungseinrichtung herrührendes Drehmoment bedingt
durch das Federelement nicht unmittelbar zu Beginn eines Schaltschrittes sondern
etwas später voll zur Wirkung kommt, zu einem Zeitpunkt also, bei dem das Rotordrehmoment
bereits eine gewisse Größe besitzt.
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Schließlich ist eine Justierung der Dämpfungseinrichtung weder bei
der Montage noch während der gesamten. Laufzeit des Schrittmotors erforderlich.
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Das Federelement kann als Biegefeder - gerade oder U-förmig gebogene
Blattfeder, Spiralfeder oder dergleichen- oder als
Drehungsfeder
- Schraubenfeder, Torsionsblattfeder etc. -ausgebildet sein, Eine besonders günstige
Dämpfungswirkung erhält man, wenn das Federelement eine progressive Kennlinie aufweist.
Eine solche Kennlinie kann durch Reihen- oder Parallelschaltung von Biegefedern
und/oder Drehungsfedern unterschiedlicher Federkonstanten erzeugt werden. Fertigungstechnisch
wesentlich vorteilhafter kann jedoch eine derartige Kennlinie dadurch realisiert
werden, daß das aus einer Blatt-oder Schraubenfeder bestehende Federelement, das
an seinen einen Ende auf dem Rotor befestigt und an seinen anderen Ene auf der Trägheitsmasse
angelenkt ist, zwischen diesen beider Punkten in einer sich von dem auf dem Rotor
befindlichen Pefestigungspunkt aus trichterförmig in Drehrichtung öffner.den Führung
angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform hat darüber hinaus den Vorteil, daß
der gewünschte progressive Verla-f der Kennlinie in einfacher Weise durch entsprechende
Gestal;ng der Krümmung der Führungskanten eingestellt werden kann.
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Die Trägheitsmasse und der Rotor können in Tandem hintereinander auf
der Mototrwelle angeordnet sein. Bei einem topffcmig ausgebildeten Rotor empfiehlt
sich Jedoch die Anordnung der Trägheitsmasse und des Pederelementes im Innern des
tonffS4r~tgen Rotors, wodurch ein besonders raumsparender Aufbau erzielt wird. Am
zweckmäßigsten bildet dann die trichterförmige Führnig für das Federilelement mit
dem Boden des topfförmigen Rotors eine Einheit.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile seien anhand der Zeichung, die in
zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele beinhaltet, näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Dämpfungseinrichtung mit einem
topfförmigen Rotor und in seinem Inneren angeordneter Trägheitsmasse,
Fig.
2 einen Längsschnitt durch die Dämpfungseinrichtung der Fig. 1, Fig. 3 eine Aufsicht
auf eine Dämpfungseinrichtung mit einem topfförmigen Rotor und in seinem Inneren
angeordneten Federelement und Trägheitsmasse, Fig. 4 einen Längsschnitt durch die
Dämpfungseinrichtung der Fig. 3, Fig. 5 eine Aufsicht auf eine Dämpfungseinrichtung
mit Rotor und Trägheitsmasse in Tandem hintereinander und Fig. 6 eine Seitenansicht
der Dämpfungseinrichtung der Fig. 5.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Dämpfungseinrichtung mit einem auf
der Motorwelle 1 fliegend gelagerten Rotor 2, der im vorliegenden Fall topfförmig
ausgebildet ist, und einer Trägheitsmasse 3, die auf der Motorwelle 1 befestigt
und mit ihrem wesentlichen Teil im Inneren des topfförmigen Rotors 2 angeordnet
ist. Der Rotor 2 besteht aus einem Ring 4 aus permanentmagnetischem Werkstoff, beispielsweise
aus gesintertem Bariumferrit, der so polarisiert ist, daß gleichmäßig auf seinem
Umfang verteilt mehrere Polpaare alternierender Polarität vorhanden sind, und einer
Buchse 5, vorzugsweise aus einem thermoplastischem Kunststoff, zur Zentrierung des
Ringes 4 auf der Motorwelle 1. Der Stator des Schrittmotors ist der Übersichtlichkeit
halber weggelassen. Die beispielsweise aus Messing bestehende Trägheitsmasse 3 ist
mit dem
Rotor 2 über eine Schraubenfeder 6 mit einer linearen oder
progressiven Kennlinie verbunden, wobei das eine Ende der Schraubenfeder in einem
auf der Trägheitsmasse 3 befindlichem Stift 7 und das andere Ende in einem auf dem
Rotor 2 vorhandenem Stift 8 eingehängt ist.
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In den Figuren 3 und 4 ist eine Dämpfungseinrichtung dargestellt,
bei der im Inneren des topfförmigen Rotors 2 sowohl die Trägheitsmasse 3 als auch
das als Schraubenfeder 6 mit linearer Kennlinie ausgebildete Federelement angeordnet
sind. Das eine Ende der Schraubenfeder 6 ist im Punkt 9 im Boden 10 des topfförmigen
Rotors 2 befestigt, während das andere Ende der Schraubenfeder 6 auf der Trägheitsmasse
3 im Punkt 11 angelenkt ist. Zwischen den beiden Punkten 9 und 11 verläuft die Schraubenfeder
6 in einer sich von dem auf dem Rotor 2 befindlichen Befestigungspunkt 9 aus trichterförmig
in Drehrichtung öffnenden Führung 12, wodurch sich eine progressive Federkennlinie
ergibt. Die trichterförmige Führung 12 bildet mit dem Boden 10 des topfförmigen
Rotors 2 eine Einheit. Die Wirkungsweise dieser Dämpfungseinrichtung ist folgende:
bei Eintreffen eines Impulses wir der Rotor 2 in Richtung des Pfeiles A gedreht;
dadurch wandert der Anschlag 13 zum Befestigungspunkt 11 der noch stillstehenden
Trägheitsmasse 3. Nach Erreichen des Befestigungspunktes 11 durch den Anschlag 13
beginnt sich die Trägheitsmasse 3 mit dem Rotor 2 mitzudrehen, bis der Rotor 2 seinen
Schaltschritt beendet hat. Die Trägheitsmasse 3 dreht sich nunmehr weiter in Richtung
des Pfeiles A, während der Rotor 2 entgegen der Pfeilrichtung A zurückschwingt.
Dadurch wandert der Befestigungspunkt 11 zum Anschlag 14, wobei die Schraubenfeder
6 gespannt wird und sich an die Kante 15 der Führung 12 anlegt. Die Federkraft wächst
hierdurch progressiv in Abhängigkeit von der Auslenkung an, so daß die Trägheitsmasse
3 abgebremst wird. Man erkennt, daß durch die
Anordnung der Anschläge
13 und 14 sowie durch geeignete Wahl der Schraubenfeder die Dämpfungscharakteristik
der Vorrichtung in weiten Grenzen den Erfordernissen angepaßt werden kann.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen schließlich eine Dämpfungseinrichtung,
bei der der Rotor 2 und die Trägheitsmasse 3 in Tandem hintereinander auf der Motorwelle
1 angeordnet sind.
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Am Rotor ist eine U-förmig gebogene Blattfeder 16 befestigt, die mit
ihren Enden einen auf der Trägheitsmasse 3 befindlichen Stift 17 umgreift. Die Blattfeder
16 ist in einer sich von dem auf dem Rotor 2 befindlichen Befestigungspunkt 18 aus
trichterförmig in Drehrichtung öffnenden Führung 19 angeordnet. Um zu vermeiden,
daß bereits unmittelbar zu Beginn eines Schaltschrittes ein dem Drehmoment des Rotors
2 entgegenwirkendes, von der Trägheitsmasse 3 herrührendes Drehmoment wirksam wird
und zum anderen -die Trägheitsmasse nicht zu spät von dem Rotor 2 mitgenommen wird,
ist die Führung 19, wie im übrigen auch die Führung 12 der in den Figuren 3 und
4 dargestellten Dämpfungseinrichtung, asymmetrisch ausgebildet, Die Wirkungsweise
dieser Dämpfungseinrichtung entspricht der der Figuren 3 und 4.