DE2336759A1 - Wechselstrom-schwingankermotor, insbesondere fuer trockenrasiergeraete - Google Patents

Description

Akte 96 - 3

Dr, -Ing. Uwe Otzen, 7442 Neuffen

Wechselstrom-Schwingankermotor, insbesondere für Trockenrasiergeräte

Die Erfindung betrifft einen Wechselstrom-Schwingankermotor, insbesondere für Trockenrasier geräte, dessen Schwinganker zusammen mit mindestens einer mit ihm gekoppelten Feder ein mechanisches Schwingsystem bildet, dessen Resonanzfrequenz zwecks Anpassung an die Frequenz von 50 bzw. 60 Hz der jeweils angelegten Betriebsspannung umstellbar ist. ·

Derartige Motore werden wegen ihres einfachen, robusten, schalterund kollektorlosen Aufbaus gerne in Kleingeräten verwendet, die eine hin- und hergehende Antriebsbewegung erfordern.

Fi gur 1 zeigt in Draufsicht einen bekannten Schwingankermotor für den Antrieb eines Trockenrasier gerätes. Eine Motor grundplatte 1 trägt einen Lagerzapfen 2 für einen Schwinganker 3 aus Polyamid, der einerseits mit einer Kupplung nicht näher dargestellter anzutreibender Rasiererteile dienenden Stahlbüchse 4 und der andererseits mit einem vor den Polschuhen 5 des Antriebsspulen 6 tragenden Elektromagnetkerns 7

hin- und her schwingenden Magnet jochs 8 versehen ist. Am Schwinganker 3 greift beidseitig je eine zylinder schraubenförmi ge Druckfeder bzw. 10 an, von denen die Druckfeder 10 sich gegen eine festes, von einem Fortsatz der Motor grundplatte 1 gebildetes Widerlager-11 abstützt.

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Die Druckfeder 9 hingegen stützt sich gegen ein längs ihrer Achse verstellbares Widerlager ab, das von einer Druckplatte 13 und einer diese tragenden Madenstellschraube 14 gebildet ist, deren aus der Druckplatte 13 herausragendes Ende in einem Gewindeloch 15 eines zweiten Fortsatzes 16 der Motor grundplatte 1 aufgenommen ist. Durch eine seitliche Aussparung 17 in einem Gehäuse 18 des Trockenrasiergerätes hindurch kann mittels eines Schraubenziehers die Madenstellschraube mit der Druckplatte 13 achsial verstellt werden, wodurch die Lage des Magnetjochs 8 vor den Polschuhen 5 auf maximale Leistung (Schwingamplitude) des Schwingankermotors justierbar ist.

Derartige Kleingeräte sollen häufig mit Wechselspannungen mehrerer unterschiedlicher Frequenzen, insbesondere an 50-Hz- oder 60-Hz-Netzen, nach einem einfachen Umschalten betreibbar sein, sei es, daß sie vom Benutzer, wie z. B. von Reisenden, von einem Gebiet mit der einen Netzfrequenz in ein Gebiet mit der anderen Netzfrequenz verbracht werden, sei es, daß man aus Gründen einer vereinfachten Fertigung und Lagerhaltung nur eine Motortype verwenden will.

Die Forderung nach wahlweisem Betrieb an Spannungen unterschiedlicher Frequenzen erfordert bei diesen synchron arbeitenden Motoren eine entsprechende Änderung der Resonanzfrequenz ihres mechanischen Schwingsystems, die einerseits von der Federkonstanten der mit dem Schwinganker gekoppelten Rückstellfeder(n), und die andererseits von den schwingenden Massen, hauptsächlich des Schwingankers und der von ihm getriebenen Teile bestimmt ist.

Bei Änderung der Federkonstanten wird davon ausgegangen, daß die Masse des Schwingankers unverändert bleibt. Die Funktion der Hin- und Herbewegungen des Schwingankers ergibt sich aus der magnetischen Anziehungskraft zwischen den Polschuhen desselben und denen des

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Stators, die mit Wechselstrom betrieben, je nach Höhe der Frequenz ihre Polrichtung entsprechend oft umkehren und der Rückstellkraft durch die beidseitig vom Anker angeordneten Federn. Bei der höheren Frequenz von 60 Hz ergibt sich gegenüber 50 Hz eine entsprechend größere Wechselfolge der Hin- und Herbewegungen des Schwingankers. Für diesen Fall wird jedoch auch die kinetische Energie in den Bewegungsrichtungen erhöht, was durch das Einsetzen von Federn mit höherer Federkonstanten kompensiert wird, die ein Umkehren der Bewegungsrichtung unterstützen.

Eine Patentanmeldung der Firma Carinthia GmbH sieht vor, durch Einschrauben eines Gewindebolzens in die Fe der windungen oder durch Über schrauben einer Mutter Windungsteile totzulegen und damit eine Erhöhung der Federkonstanten herbeizuführen. Der Anmelder geht jedoch davon aus, daß die Steigung der federnden Windungen konstant bleiben muß und sich die Ausgangslage des Schwingankers zum Stator nicht verändert.

Sollte umgekehrt bei Verwendung von Federn ohne veränderbare Federkonstante eine Anpassung des zu betreibenden Gerätes an eine andere Netzfrequenz ermöglicht werden, so müsste dies durch Veränderung der schwingenden Masse erfolgen.

Der Motor eines bekannten Trockenrasiergerätes (Firma Braun) besitzt einen Umschalter, bei dessen Betätigung die Schwungmasse und damit die Resonanzfrequenz des mechanischen Schwingsystems veränderbar ist. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß aufwendige Teile zur Verlagerung und zum Festhalten einer Teilschwungmasse benötigt werden. .

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Bei einem anderen bekannten Trockenrasiergerät (Firma Krups) läßt sich die mechanische Resonanzfrequenz seines Schwingsystems durch Auswechseln umsteckbarer Scherköpfe mit unterschiedlichen Gewichten verändern. Diese bekannte Anordnung hat die Nachteile, daß sie sehr aufwendig ist und lose verlierbare Teile besitzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wechselstrom Schwingankermotor die Resonanzfrequenz seines mechanischen Schwingsystems in betriebssicherer und wenig aufwendiger Weise und ohne Verwendung verlierbarer Teile umzustellen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Mittel.

Sie geht davon aus, daß durch Veränderung der Ausgangslage des Schwingankers zum Stator unter Verwendung von Federn mit progressiver Kennlinie eine Anpassung des Schwingsystems für den Betrieb des Motors bei unterschiedlichen Netzfrequenzen vornehmbar ist.

Wenn nämlich für den Betrieb bei der höheren Frequenz von 60 Hz der Abstand des Schwingankers zum Stator verringert wird, so läßt sich auch die Höhe der kinetischen Energie wieder reduzieren, so daß damit ein Auskompensieren des Schwingsystems unter Verwendung der gleichen Federn erfolgt und wieder eine gleiche Schwingamplitude und Leistung vorliegt, wie beim Betrieb mit 50 Hz. Es ist für die Umschaltung von 50 Hz-auf 60 Hz-Betrieb damit notwendig, die Ruhelage des Schwinganker^ zu verändern, d. h. den Abstand der Polschuhe zueinander zu reduzieren.

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Die Verwendung von Federn mit nichtlinearer Kennlinie unterstützt durch ihre stärker als normal (wie bei einer linearen Feder) ansteigende Rückstellkraft die schnelleren Hin- und Herbewegungen des Schwingankers, so daß trotz Reduzierung der Vorspannkraft bei dem Betrieb mit 60 Hz eine einwandfreie Funktion des Systems gegeben ist. Die Verwendung der Federn mit nichtlinearer Kennlinie hat außerdem noch den großen Vorteil, daß durch das allmähliche und nicht schlagartige Anliegen der Windungen eine Schwingungsdämpfung erfolgt, die die störenden Vibrationen des Gehäuses reduziert. Weiterhin läßt sich mit diesen progressiv gewickelten Federn die Einstellbarkeit der Geräte auf ihr optimales Leistungsvermögen verbessern, da eine größere Un abhängigkeit von den Fertigungstoleranzen gegeben ist, die bei Federn mit gleichbleibender Steigung an den Endwindungen bei Serienproduktionen weniger gut beherrschbar sind.

Eine erste,. sich vorzugsweise für Motore mit der Abhängigkeit ihrer Leistung von der relativen Lage des Schwingankers zum Stator eignende Weiterbildung der Erfindung sieht die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 angegebenen Mittel vor.

Da eine solche Abhängigkeit im erfindungsgemäßen System besteht, so kann bei einer zweiten Weiterbildung der Erfindung ihre Auswirkung beim Umstellen auf eine andere Resonanzfrequenz durch die im Anspruch angegebenen Mittel vergrößert werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand einiger Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt und näher beschrieben. Hierbei zeigt Fig. 2 eine Ansicht einer nichtlinearen Feder eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 ein Schaubild der Federkennlinie der in Figur 2 dargestellten Anordnung,

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Fig. 4 eine Ansicht einer nichtlinearen Feder eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 ein Schaubild der Federkennlinie der in Figur 4 dargestellten Anordnung,-

Fig. 7 . einen Ausschnitt aus einem Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels mit einem einstellbaren Federwiderlager.

Fig. 8 einen Ausschnitt aus einer Draufsicht auf die in Figur 7 dargestellte Anordnung bei entferntem Gehäuse,

Fig. 9 einen Ausschnitt aus einer Draufsicht auf die Innenseite der in Figur 7 dargestellten Gehäuseseitenwand;

Fig. 10 einen Querschnitt durch ein zu dem in Figur 7 dargestellten Federwiderlager passendes zweites Federwiderlager und

Fig. 11 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel mit zwei gleichsinnig verstellbaren und justierbaren Federwiderlagern.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist.in einer der Anordnung gemäß Figur 1 ähnlichen, nicht näher dargestellten Anordnung anstelle jeder der beiden Federn (9 bzw. 10 in Figur 1) mit nichtlinearen Kennlinien · eine zylinderschraubenförmige Feder vorgesehen, deren einer Abschnitt eine geringere Windungssteigung aufweist als ihr anderer Abschnitt Gemäß der Gleichung für die Federkonstante

P G - d⁴ kp C - = 3 mit

f 8 ' D · i. mm

m f

2
G · = Schubmodul in kp pro mm

d = Drahtdurchmesser in mm

D = mittlerer Schraubendurchmesser in mm

ι* = Federwindungszahl (wirksame)

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ergibt sich bei steigender Druckbelastung der Feder nach Überschreiten eines Federwegs fj , wenn die Windungen des ersten Federabsehnitts 20 zur gegenseitigen Anlage gekommen sind, eine sprunghafte Verminderung der wirksamen Federwindungszahl if von der Gesamtwindungszahl auf die Windungszahl des Federabschnitts und damit ein Knick in der Federkennlinie. Diese setzt sich also aus zwei Abschnitten mit den unterschiedlichen (linearen) Federkonstanten Cj und C2 zusammen. ·

Durch Verändern des Ruhearbeitspunktes der Feder, das durch ein achsiales Verstellen eines oder beider Federwiderlager bewirkbar ist, kann die Resonanzfrequenz des von den Federn und den mit ihnen gekoppelten schwingenden Massen gebildeten mechanischen Schwingsystems leicht verändert werden und dabei auf zwei verschiedene Werte eingestellt werden, die für den Betrieb des Schwingankermotors mit 50 Hz oder mit 60 Hz erforderlich sind.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel sind zwei zylindrische Druckfedern 40 vorgesehen, deren Windungssteigung sich von einem Ende zum andern Ende hin stetig ändert. Auf diese Weise ergibt sich mit steigender Druckbelastung und damit Verkürzung der Feder eine stetige Abnahme der freien (wirksamen) Federwindungszahl i*, und damit eine stetige Zunahme der Federsteifheit, so daß die Federkennlinie 50 progressiv ansteigt. .- , .

Hier muß angemerkt werden, daß bei der Erfindung nicht nur verschiedene Formen im Prinzip schraubenförmiger Federn angewandt werden können, sondern jede Art von Federn mit nichtlinearer Kennlinie, wie z.B. Tellerfedern, die sich konstruktiv zum Koppeln mit der Masse eines Schwingankers eignen. Hierbei sollen unter "nichtlinearen Kennlinien" sowohl Knickkennlinien als auch stetig gekrümmte Kennlinien mit progressiv verlaufender Krümmung als auch Mischformen dieser Kennlinien verstanden werden.

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Bei einem vierten Ausführungsbeispiel sitzt ein Ende einer Feder 70 mit nichtlinearer Kennlinie auf einer Druckplatte 71 eines verstellbaren Widerlagers, die vom Ende einer Schraube 72 getragen wird, die vom Gewindeloch 73 eines Fortsatzes 74 einer nicht näher dargestellten Motorgrundplatte aufgenommen ist und die einen Sechskantkopf 75 besitzt. Der Sechskantkopf 75 ist drehfest von einem innen nach Art eines Ringschlüssels ausgebildeten Hohlvielkant eines zylindrischen Kupplungsteils 76 aufgenommen, dessen ebenfalls zylindrischer, stirnseitig mit einem Betätigungsschlitz 77 versehener Fortsatz 78 durch eine seitliche Aussparung eines Gehäuserandes 79 des Trockenrasiergeräts nach außen ragt. Eine sich gegen den Fortsatz 74 der Motorgrundplatte abstützende Tellerfeder 80 drückt gegen eine innere Stirnseite des Kupplungsteils 76, so daß deren äußere Stirnseite zusammen mit einem radialen Fortsatz 81 gegen eine Innenseite des Gehäus randes 79 gedrückt wird. Ein an der Innenseite des Gehäuserands 79 sitzender Fortsatz 82 bildet einen beidseitig wirkenden Anschlag für den Fortsatz 81 des Kupplungsteils 76 bei dessen Verdrehen um etwas mehr als 180 , und eine äußere Stirnseite des Fortsatzes 81 weist eine kugelkalottenförmige Ausbuchtung 83 auf, die sich in eine von zwei entsprechend geformten Aussparungen 84 legt, die in der Innenseite des Gehäuserands 79 auf beiden Seiten des Fortsatzes 82 angeordnet sind und so den Kupplungsteil 76 in den zwei beim Anschlag an den Fortsatz 82 bedingten Endstellungen rasten.

Die Drehbewegung des Kupplungsteils 76 zwischen seinen beiden gerasteten Endstellungen und die Steigung der Schraube 72 sind so gewählt, daß der dabei von der Schraube 72 und damit auch von der Druckplatte 71 ausgeführte achsiale Hub in den beiden Endstellungen Polverschiebungen ergibt, bei denen sich gerade die beiden gewünschten Resonanzfrequenzen des mechanischen Schwingsystems für dessen Antrieb mit 50 Hz bzw. mit 60 Hz einstellen. Beim Zusammenbau ist

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ein Abgleich dadurch leicht möglich, daß vor dem Einbau des Schwingmotors in das Gehäuse zunächst der Abgleich auf eine dabei erforderliche erste Resonanzfrequenz vorgenommen wird und dann erst das Kupplungsteil 76 mit dem Sechskantkopf 75 in der zugehörigen Endlage verbunden wird. .

Die der in Figur 7 dargestellten Feder 70 gegenüberliegende Feder 100 wird von einem einstellbaren Widerlager aufgenommen, das aus einer Druckplatte 101 und einer diese tragenden Madenschraube 102 besteht, die in einem Fortsatz 103 einer nicht näher dargestellten Motorgrundplatte aufgenommen und klemmend festgehalten ist. Mit Hilfe dieses kontinuierlich einstellbaren Widerlagers ist es möglich, gleichzeitig mit dem oben beschriebenen Abgleich auf eine Resonanzfrequenz den Motor auf größte Leistungsabgabe durch Justieren der relativen Lage des Schwingankers zu den Polschuhen einzustellen, wobei allerdings die Verstellbewegung beider Widerlager nicht rückwirkungsfrei sind.

Beim fünften Ausführungs bei spiel sind zwei drehfest in als Führungen * ausgebildeten Fortsätzen 110 und 111 einer nicht näher dargestellten Motor grundplatte achsial verschiebbar gelagerte Druckplatten 112 mittels einer gemeinsamen, ein Gewinde tragenden Stellspindel 113 gegensinnig verstellbar, so daß bei der Verstellbewegung die Lage des von der Stellspindel 113 durchsetzten Schwingankers 114 gegenüber den Polschuhen leichter versetzt wird.

In nicht näher dargestellter Weise ist das aus dem Fortsatz 111 herausragende Ende der Stellspindel in der aus den Figuren 7 bis 9 ersichtlichen Weise mit einer zwei rastbare Endstellungen aufweisenden Stellvorrichtung versehen, und beide Enden der Stellspindel 113 sind •zwischen zwei achsial angreifenden Klemmschrauben zusätzlich justier-

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bar, von denen eine nicht näher dargestellte erste Klemmschraube den Betäti gun gs s chlit ζ (77 in Figur 7) durchsetzt und sich gegen den Sechskantkopf (75 in Figur 7) legt, und von denen eine zweite Klemmschraube 115 von einem neben dem Fortsatz 110 gelegenen dritten Fortsatz 116 gehalten wird.

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Claims (4)

Akte 3b -ΛΑ- SCHUTZANSPRÜCHE

1) j Weehselstrom-Schwingankermotor, insbesondere für Trockenrasier -

geräte, dessen Schwinganker zusammen mit mindestens einer mit ihm gekoppelten Feder ein mechanisches Schwingsystem bildet, dessen Resonanzfrequenz zwecks Anpassung an die Frequenz von 50 Hz bzw. 60 Hz der jeweils angelegten Betriebsspannung umstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (20, 21, 40, 70, 100) bei Aufbringen eines Federweges eine progressive (nichtlineare) Kennlinie bekommt und die Umstellung durch Verändern der Ausgangslage des Schwingankers zum Stator vornehmbar ist.

2) Schwingankermotor nach Anspruch 1 oder folgenden, mit zwei achsial etwa fluchtenden schraubenförmigen Druckfedern, deren einander zugewandten Enden sich beidseitig am Schwinganker und deren voneinander ab gewandten Enden sich jeweils an einem mit einem Motorgestell verbundenen Widerlager abstützen, von denen eines achsial verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Widerlager (71, 72) ein Betätigungsorgan (77, 78) besitzt, das von außen leicht bedienbar und in zwei, vorzugsweise gerastete, Endstellungen verbringbar ist, in denen sich Polver- · Schiebungen ergeben, die zu einer Anpassung der kinetischen Energie der für den Betrieb mit 50 bzw. 60 Hz erforderlichen Resonanzfrequenzen des Schwingsystems führen.

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3) Schwingankermotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Schraube (102), vorzugsweise einer Maden schraube, auch das andere Widerlager (100, 101) verstellbar ist.

4) Schwingankermotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Widerlager (112) mittels eines gemeinsamen, von außen leicht bedienbaren Betätigungsorgans (113 und 75 bis 83 in Figur 7) in Bezug auf die Pol verschiebungen gleichsinnig verstellbar sind.

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