DE2320628C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schrittmotor mit wenigstens einem in einem Gehäuse angeordneten Elektromagneten, einer im Gehäuse drehbar gelagerten Welle, auf der drehfest ein Rotor angeordnet ist, der seinerseits drehfest mit einem auf der Welle längsverschiebllch angebrachten, mit dem Elektromagneten zusammenarbeitenden Anker verbunden ist, einem ersten zur Welle konzentrischen gehäusefesten Kugellaufbahnring und einem damit zusammenwirkenden, drehbar im Gehäuse gelagerten zweiten Kugellaufbahnring, zwischen denen Kugeln angeordnet sind und deren Laufbahnen derart ausgebildet sind, daß eine axiale Kraft auf den drehbaren Kugellaufbahnringen eine Drehbewegung desselben zur Folge hat, mit einem den drehbaren Kugellaufbahnring hintergreifenden Flansch an dem Anker, der eine Stirnverzahnung mit schrägen Flanken trägt, die mit einer entsprechenden Stirnverzahnung des drehbaren Kugellaufbahnringes zusammenwirkt, mit dem drehbaren Kugellaufbahnring eine Vorspannung entgegen der durch den Anker bewirkten Drehrichtung erteilenden Rückstellfedern und mit einer die Schritte bestimmenden, aus einem Rastring und einer mit dem Rotor in Verbindung stehenden Rastkugel bestehenden Rastvorrichtung.

Ein derartiger Schrittmotor ist bereits aus der DT-PS 12 99 479 bekannt. Für die schrittweise Weiterschaltung der Motorwelle wird die bei einer Vorrichtung zum Umwandeln einer Axialbewegung in eine Drehbewegung auftretende Axialverschiebung des Ankers zusätzlich dazu ausgenutzt, daß die Stirnverzahnung des Ankerflansches mit einer dazu passenden Verzahnung des drehbaren Kugellaufbahnringes in Eingriff kommt, so daß dieser um einen Schritt unter Überwindung der Rastkraft der Rastvorrichtung mitgenommen wird Wird nun der den Anker anziehende Elektromagnei stromlos gemacht, so kommen die Stirnverzahnungen wieder außer Eingriff und der drehbare Kugellaufbahnring wird durch die Rückstellfedern wieder in seine Ausgangslage gebracht, während die Welle de; Schrittmotors in der nunmehr durch die Rastvorrich tung festgehaltenen Stellung verbleibt.

Bei der bekannten Vorrichtung werden zur Rückstel lung des drehbaren Kugellaufbahnringes Zugfederr verwendet, die sich auf einer geraden Linie zwischei einem gehäusefesten Zapfen und einer Haltevorrich tung an dem Kugellaufbahnring erstrecken.

Da Schrittmotoren der in Frage stehenden Gattunj äußerst viele Betätigungen ohne irgendeinen dii

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Betriebssicherheit beeinträchtigenden Defekt aushalten müssen, kommt es darauf an, daß bei den bewegten Teilen des Schrittmotors keine schwache Stelle vorhanden ist. Die Zahl der Betätigungen, die der Schrittmotor ohne Schaden aushalten muß, geht in die Millionen.

Bei einem mit einem Kugelführungskäfig arbeitenden Schrittmotor ist es schon bekanntgeworden (US-PS 29 59 969), zwischen einer Abbiegung des Führungskäfigs und einem Anschlag an dem feststehenden Kugellaufbahnring eine Druckfeder anzuordnen. Diese Ausführung ist jedoch mit einem aufwendigen Herstellungsvorgang verbunden und gestattete nur, solche Druckfedern zu verwenden, die ausreichend steif sind, um beim Zusammendrücken nicht seitlich wegzuknik-

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Schrittmotor der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der auch nach sehr vielen Betätigungen noch einwandfrei arbeitet, von einfachem und robustem Aufbau ist und eine wirtschaftliche Herstellung, auch in Serienfabrikation, gestattet.

Diese Aufgabe wird bei einem Schrittmotor der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der zweite Kugellaufbahnring auf der den Kugel'laufbahnen entgegengesetzten Seite sich axial von diesem weg erstreckende ersten Zapfen aufweist, die in angepaßte Umfangsschlitze eines ringförmigen Federgehäuses eingreifen, daß das Federgehäuse auf der den Umfangsschlitzen gegenüberliegenden Seite mehrere offene, in Umfangsrichtung verlaufende, gleiche Nuten aufweist, in die jeweils eine Druckfeder lose eingelegt ist an deren einem Ende jeweils einer der ersten Zapfen anliegt, und daß die offenen Seiten der die Druckfedern aufnehmenden Nu.en abgedeckt sind. Erfindungsgemäß werden also statt der Zugfedern bei dem bekannten Schrittmotor in geeigneten Umfangsführungen in einem Federgehäuse angeordnete Druckfedern verwendet. Hierdurch wird zum einen erreicht, daß die Rückstellkraft auf den beweglichen Kugellaufbahnring exakt in tangentialer Richtung aufgebracht wird und daß ein Federbruch nicht befürchtet werden muß, weil bruchempfindliche Aufhängeteile wie bei der bekannten Zugfeder bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Druckfeder nicht vorgesehen sein müssen. Des weiteren wird die Druckfeder aufgrund ihrer vollkommen geschützten Aufnahme in eine Ausnehmung geschont. Gegenüber der oben erwähnten, mit einer Druckfeder arbeitenden Ausführung kann beim Erfindungsgegenstand auch eine sehr schwache und keinerlei Seitenstabilität aufweisende Druckfeder verwendet werden, weil sie allseits in dem Gehäuse geführt ist. Die Feder kann also allein nach dem Kriterium optimaler Rückstelleigenschaften ausgewählt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind zwischen den Druckfedern und dem ersten Zapfen Endkugeln angeordnet, so daß eine einwandfreie Kraftübertragung von den Druckfedern auf die Zapfen gewährleistet ist. ,

Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Umfangsschlitze in den die ersten Zapfen aufnehmenden Endbereichen schmaler als die Druckfedern oder die Endkugeln ausgebildet. Auf diese Weise liegen die Federn bzw Endkugeln an der Übergangsstufe an und die Zapfen sind in der Ruhestellung entlastet, was insbesondere den Zusammenbau des Schrittmotors wesentlich vereinfacht.

Eine Weiterbildung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß der zweite Kugellaufbahnring im Federgehäuse geführt ist und im wesentlichen bündig mit dem Rand des Federgehäuses abschließt.

Vorzugsweise weist der Rand des Federgehäuses Vorsprünge auf, die in passende Ausnehmungen des ersten Kugellaufbahnringes, oder zusätzlich in passende Ausnehmungen des Gehäuses eingreifen. Hierdurch wird die richtige Winkelbeziehung zwischen den beiden Kugellaufbahnen hergestellt, ohne daß es besonderer zeitraubender Ausrichtungsmaßnahmen bedarf.

Das Federgehäuse weist zweckmäßig drei gleichmäßig verteilte Nuten auf, so daß einerseits eine gute Führung des drehbaren Kugellaufbahnringes gewährleistet ist, andererseits aber die Federwege ausreichend groß bemessen sind.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist so ausgebildet, daß zwischen zwei benachbarten Umfangsschlitzen das Federgehäuse auf der von dem zweiten Kugellaufbahnring abgewandlen Seite in dem Federgehäuse Sacklöcher mit gleichen oder ungleicher, Durchmessern vorgesehen sind, in die zweite Zapfen des Rastringes passend eingreifen.

Um auf einfache Weise einen in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen betätigbaren Schrittmotor zu schaffen, sieht eine weitere Ausführungsform vor, daß zu einer senkrecht zur Motorachse gelegten Symmetrieebene auf der vom Federgehäuse abgewandten Seite des Rastringes ein zweiter identischer Schrittmotor angeordnet ist und daß die Welle, der Rotor und der Rastring für beide Schrittmotoreinheiten gemeinsam sind. Die zweiten Zapfen auf beiden Seiten des Rastringes sind dabei vorzugsweise um den Winkel einer Rastperiode versetzt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schrittmotors,

F i g. 2 eine Draufsicht des erfindungsgemäß verwendeten Federgehäuses von der Seite der Zapfen her, Fig. 3 einen Axialschnitt des in Fig. 2 dargestellten Gegenstandes,

Fig.4 eine Draufsicht des erfindungsgemäß aus Kunststoff hergestellten drehbaren Kugellaufbahnringes, und zwar von der Seite der Stirnverzahnung aus gesehen,

Fig.5 eine Seitenansicht des Gegenstandes der Fig. 4,

Fig.6 eine Draufsicht des erfindungsgemäß verwendeten Rastringes,

F i g. 7 einen Axialschnitt des Rastringes nach F i g. 6,

Fig.8 eine Draufsicht des beim Erfindungsgegenstand verwendeten gehäusefesten Kugellaufbahnringes,

F i g. 9 eine Stirnansicht des beim erfindungsgemäßen Schrittmotor verwendeten Ankers und

Fig. 10 einen Axialschnit» des Gegenstandes der Fig.9.

Anhand von Fig. 1 wird nur die obere Hälfte eines zweiseitig betätigbaren Schrittmotors beschrieben. Die umere Hälfte ist abgesehen von einer winkelmäßigen Versetzung um die die Drehachse bildende Welle 13, vollständig symmetrisch zu der Symmetrieachse 40.

Nach F i g. 1 ist in einem zylindrischen Gehäuse 11 ein Elektromagnet 12 von Ringform angeordnet, welcher von einem Magnetkern 38 in seiner Lage innerhalb des Gehäuses U festgehalten wird. Entlang der Achse des Gehäuses il erstreckt sich die Welle 13 des Schrittmotors, welche in Lagern 39 des Magnetkerns drehbar aber axial unverschiebbar gelagert ist.

In der Mitte der Länge der Welle 13 ist ein Rotor 14 drehfest angebracht, welcher Zapfen 41 aufweist, die in entsprechende öffnungen des Ankers 15 axial verschieblich, aber in Umfangsrichtung fest eingreifen. Auf diese Weise besteht zwischen dem Rotor 14 und dem Anker 15 eine drehfeste Verbindung, während jedoch eine gewisse Axialverschiebung zwischen diesen beiden Teilen möglich bleibt.

Erfindungsgemäß weist das Gehäuse 11 an seiner Innenseite zwei Ringstufen 42, 43 auf, wobei an der radial außenliegenden Ringstufe 43 der gehäusefeste Kugellaufbahnring 16 (Fig.8) anliegt. Er weist auf seinem Umfang Ausnehmungen 32 auf und trägt außerdem drei Kugellaufbahnen 24. In die Ausnehmungen 32 greifen innen am Gehäuse vorgesehene Vorsprünge bis zu einer bestimmten Höhe ein, um den Kugellaufbahnring in einer definierten Lage zu halten.

Gegenüber dem gehäusefesten Kugellaufbahnring ist ein drehbarer Kugellaufbahnring 17 angeordnet, der gemäß Fig.4 ebenfalls Kugellaufbahnen 24 aufweist, _ϊ0 wobei zwischen den Kugellaufbahnen 24 der beiden Kugellaufbahnringe 16, 17 die Kugeln 18 angeordnet sind. Der bewegbare Kugellaufbahnring 17 ist in einem Federgehäuse 26 (F i g. 2, 3) drehbar geführt, welches an der radial innenliegenden Ringstufe 42 des Gehäuses 11 anliegt und mit sich axial erstreckenden Vorsprüngen 31 in die Ausnehmungen 32 eingreift, damit eine genaue Winkelbeziehung zwischen dem Federgehäuse 26 und dem gehäusefesten Kugellaufbahnring 16 gewährleistet wird.

An seinem Innenumfang weist der drehbare Kugcllaufbahnring 17 eine Stirnverzahnung 44 auf, die mit einer dazu passenden Stirnverzahnung 20 eines Flansches 19 an dem Anker 15 zusammenwirkt (Fig.9 und 10). Im Ruhezustand sind die beiden Verzahnungen außer Eingriff, während sie beim Anziehen des Ankers 15 durch den Elektromagneten 12 miteinander in Eingriff kommen.

Gemäß den F i g. 2 und 3 sind in dem Federgehäuse 26 drei Umfangsschlitze 25 vorgesehen, in denen Druckfe- ^₀ dein 21 mit Endkugcln 22 untergebracht sind. Die Umfangsschlitze 25 weisen an ihrem einen Ende eine Abstufung 29 auf, von denen ab sie in Endbereiche 28 übergehen, in die die Endkugcln 22 nicht mehr hineinpassen. Die Endbci'ciche 28 dienen zur Aufnahme von Zapfen 23, die erfindungsgemäß in axialer Richtung an den drehbaren Kugellnufbahnringen 17 angebracht sind.

Die Stärke des beweglichen Kugellaufbahnringcs 17 nach don F i g. 4 und 5 ist derart gewnhlt, dub er sich jo mich dem Einsetzen in eins Federgehäuse 26 gcmtlß den F i g. 2 und 3 gerade bis zum Rund 30 des FcdcrgchHuses erstreckt.

Die Kugellaufbahnringe 16, 17 sind in Fig. 1 entlang der Linie Ic-Ic in Fig.4 geschnitten dargestellt. Die Winkelversctzung der Kugellaufbahnen 24 und der Zapfen 23 gemäß Fig.4 ist aus Gründen einer klaren zeichnerischen Darstellung in F i g. 1 nicht berücksichtigt. Das Federgehäuse 26 ist in der oberen Hälfte der F i g. 1 in einem Schnitt nach Linie 1-1 λ in F i g. 2, in der unteren Hälfte der F i g. 1 in einem Schnitt nach Linie Ib-Ibin Fig. 2dargestellt.

Gemäß den Fig.2 und 3 sind zwischen den Umfangsschlitzen 25 Sacklöcher 33 in dem Federgehäuse 26 vorgesehen, deren Durchmesser so gewählt ist, daß die Zapfen 34 eines in den F i g. 6 und 7 dargestellten Rastringes 35 in diese Löcher schnappend eingreifen können. Der Rastring 35 weist eine Innenrastzahnung 36 auf, die mit einer Rastkugel 37 zusammenarbeitet, welche aus einem mit einer Feder 45 versehenen Kanal des Rotors 14 geringfügig vorsteht.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Schrittmotorsist wie folgt:

Wenn der Anker 15 durch Erregung des Elektromagneten 12 angezogen wird, kommen die Stirnverzahnungen 20, 44 in Eingriff. Aufgrund der Wirkung der Kugellaufbahnen 24 und der Kugeln 18 wird nun die Axialbewegung des Ankers 15 in eine Drehbewegung umgewandelt, die der Anker 15 aufgrund seiner Verkopplung mit dem Kugellaufbahnring 17 mitmachen muß. Hierbei gelangt die Rastkugel 37 in den nächsten Zahn der Rastverzahnung 36 des Rastringes 35.

Wird der Strom jetzt vom Elektromagneten abgeschaltet, so üben die von den Zapfen 23 zusammengedrückten Druckfedern 21 ein Rückstellmoment auf den Ring 17 aus, dem dieser nunmehr folcn kann, weil sich nach der Abschaltung des Stromes der Eingriff der Stirnverzahnungen 20, 44 löst. Der bewegliche Kugellaufbahnring 17 bewegt sich also in seine Ausgangsstellung zurück, während die Welle 13 in der durch den Rastring 35 bestimmten Lage verbleibt. Durch Betäti gung des zur Symmctriccbcne 40 symmetrischen Elektromagneten würde eine Drehung der Welle 13 in entgegengesetzter Richtung gewirkt werden.

Die beiden Hälften des Gehäuses 11 können in einfacher Weise durch eine Schelle od, dgl. zusammengehalten werden.

Der bevorzugte Schrittwinkel bei dem crfindungsgemaßen Schrittmotor beträgt 30°.

Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgeinHUen Schrittmotor ist, daß es sich aufgrund der automatischer Gewährleistung der richtigen Winkelbe/.ichung er· übrigt, die beiden Hlllftcn des Schrittmotors vor den Zusammenbau winkelmllßig gennu auszurichten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schrittmotor mit wenigstens einem in einem Gehäuse angeordneten Elektromagneten, einer im Gehäuse drehbar gelagerten Welle, auf der drehfest ein Rotor angeordnet ist, der seinerseits drehfest mit einem auf der Welle längsverschieblich angebrachten, mit dem Ellektromagneten zusammenarbeitenden Anker verbunden ist, einem ersten zur Welle konzentrischen gehäusefesten Kugellaufbahnring und einem damit zusammenwirkenden, drehbar im Gehäuse gelagerten zweiten Kugellaufbahnring, zwischen denen Kugeln angeordnet sind und deren Laufbahnen derart ausgebildet sind, daß eine axiale Kraft auf den drehbaren Kugellaufbahnringen eine Drehbewegung desselben zur Folge hat, mit einem den drehbaren Kugellaufbahnring hintergreifenden Flansch an dem Anker, der eine Stirnverzahnung mit schrägen Flanken trägt, die mit einer entsprechenden Stirnverzahnung des drehbaren Kugellaufbahnringes zusammenwirkt, mit dem drehbaren Kugellaufbahnring eine Vorspannung entgegen der durch den Anker bewirkten Drehrichtung erteilenden Rückstellfedern und mit einer die Schritte bestimmenden, aus einem Rastring und einer mit dem Rotor in Verbindung stehenden Rastkugel bestehenden Rastvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kugellaufbahnring (17) auf der den Kugellaufbahnen entgegengesetzten Seite sich axial von diesem weg erstreckende ersten Zapfen (23) aufweist, die in angepaßte Umfangsschlitze (25) eines ringförmigen Federgehäuses (26) eingreifen, daß das Federgehäuse (26) auf der den Umfangsschlitzen (25) gegenüberliegenden Seite mehrere offene, in Umfangsrichtung verlaufende, gleiche Nuten (Kugellaufbahn 24) aufweist, in die jeweils eine Druckfeder (21) lose eingelegt ist, an deren einem Ende jewels einer der ersten Zapfen (23) anliegt, und daß die offenen Seiten der die Druckfedern (21) aufnehmenden Nuten abgedeckt sind.

2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Druckfedern (21) und dem ersten Zapfen (23) Endkugeln (22) angeordnet sind.

3. Schrittmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsschlitze (25) in den die ersten Zapfen (23) aufnehmenden Endbereichen (28) schmaler als die Druckfedern (21) oder die Endkugeln (22) ausgebildet sind.

4. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß de.· zweite Kugellaufbahnring (17) im Federgehäuse (26) geführt ist und im wesentlichen bündig mit dem Rand (30) des Federgehäuses (26) abschließt.

5. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (30) des Federgehäuses (26) Vorsprünge (31) aufweist, die in passende Ausnehmungen (32) des ersten Kugellaufbahnringes (16) oder zusätzlich in passende Ausnehmutigen (11) des Gehäuses eingreifen.

6. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federgehäuse (26) drei gleichmäßig verteilte Nuten aufweist.

7. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Umfangsschlitzen (25) des Federgehäuses (26) auf der von dem zweiten Kugellaufbahnring (17) abgewandten Seite in dem Federgehäuse (26) Sacklöcher (33) mit gleichen oder ungleichen Durchmessern vorgesehen sind, in die zweite Zapfen (34) des Rastringes (35) passend eingreifen.

8, Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer senkrecht zur Motorachse gelegten Symmetrieebene (40) auf der vorn Federgehäuse (26) abgewandten Seite des Rasitringes (35) ein zweiter identischer Schrittmotor angeordnet ist und daß die Welle (13), der Rotor (14) undi der Rastring (35) für beide Schrittmotoreinheiten gemeinsam sind.

9. Schrittmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Zapfen (34) auf beiden Seiten des Rastringes um den Winkel einer Rastperiode versetzt sind.