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Kleinelektromotor mit inkrementalem Drehzahlgeber
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Die Erfindung betrifft einen Kleinelektromotor. mit inkrementalem
Drehzahlgeber nach den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Zur Abfrage der Drehzahl von Motorwellen ist eine Reihe von technischen
Lösungen bekannt. Beispielsweise werden zur Drehzahlabfrage sogenannte Tachogeneratoren
drehfest mit Motorwellen verbunden. Derartige lachogeneratoren weisen eine Mehrzahl
von Permanentmagneten auf, die mit der Welle umlaufen und an'mindestens einem Spulensystem
vorbeigeführt werden. Durch den sich laufend ändernden Magnetfluß in dem Spulensystem
wird dort eine Wechselspannung induziert, deren Scheitelwert der Drehzahl der Umlaufenden
Motorwelle proportional ist.
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Weiterhin ist es bekannt, zur Drehzahlabfrage Inkrementalgeber heranzuziehen,
bei welchen auf elektromechanischem, elektrooptischem oder elektromagnetischem Wege
Impulsreihen
erzeugt werden, die in elektronische Zählereinrichtung
eingezählt werden können. Die Zahl der so erzeugten Impulse Zeiteinheit ist proportional
der Drehzahl der rotierenden Welle. Insbesondere elektrooptische Inkrementalgeber
haben den Vorteil, daß die rotierende Geberscheibe mit sehr geringer Masse aufgebaut
werden kann und somit die träge Gesamtmasse die mit der Motorwelle umläuft, nicht
wesentlich erhöht wird. Da die Abtastung bei elektrooptischen Gebern auf dem "Lichtschranke?-Prinzip"
beruht, arbeiten sie reibungsfrei und nahezu verschleißfrei.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen inkrementalen Drehzahlgeber
an einem Kleinelektromotor in einer solchen Ausbildung zu schaffen, daß er wenig
raumaufwendig ist und sich auch zum nachträglichen Anbau bzw. nachträglichem Ansetzen
an Wellenstummel von Kleinelektromotoren eignet. Die als Rasterscheibe ausgeführte
Geberscheibe, die Lichtschranke sowie die zur Codierung und Verstärkung der Impulse
notwendigen elektronischen Bausteine sollen so im Bereich des Motors angeordnet
werden, daß sie über den äußeren radialen Umfang des Motors möglichst nicht hinausstehen
und die axiale.Baulänge des Motors allenfalls unwesentlich erhöhen. Diese Aufgabe
wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Durch die Lehre des Patentanspruches 1 ist es insbesondere möglich,
Kleinelektromotoren, die mit einem erfindungsgemäßen Inkrementalgeber ausgestattet
sind, in besonders .flachen Gehäusen wie-z.B. Filmkameras im Taschenformat u.dgl.
einzubauen. Die Rasterscheibe,'die Leiterplatte, die Lichtschranke und die elektronischen
Bauteile, die zur .Verstärkung der von der Lichtschranke erzeugten Impulse notwendig
sind, sind derart am Motor angeordnet, daß der ohnehin vorhandene Freiraum, der
ein Kollektor.gehäuse des Motors umgibt, durch die Anordnung der elektronischen
Bauteile ausgenutzt wird und die Lichtschranke im Freiraum neben der Motorwelle
untergebracht ist.
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Da die Leiterplatte sowohl die elektronischen Bauteile trägt als
auch als Montageplatte des Lichtschrankenträgers-ausgebildet ist, können im wesentlichen
alle feststehenden Teile des Inkrementalgebers mit einem Griff auch nachträglich
an einen Kleinelektromotor angesetzt werden. Die rotierende Rasterscheibe ist nach
Ansetzen der Leiterplatte ebenfalls einfach auf das Ende der Motorwelle aufzusetzen.
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Durch die Lehre des Anspruches 2 ergibt sich zusätzlich in vorteilhafter
Weise, daß die empfindlichen Teile des Inkrementalgebers insbesondere bei Lagerung
des Elektromotors in einer Verpackung ,vor seitlichen Schlägen u-nd damit vor
Beschädigung
geschützt sind.
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Durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 3 ist insbesondere
eine weitere Verkürzung der Baulänge des Inkrementalgebers in Axialrichtung ermöglicht.
Die Lichtquelle und das fotoempfindliche Element der Lichtschranke sind durch den
Einbau in einen Lichtschrankenträger vor Beschädigung geschützt, der Lichtschrankenträger
läßt sich in vorteilhafter Weise an der Leiterplatte befestigen.
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Durch die Anordnung des Lichtschrankenträgers gemäß Anspruch 4 wird
eine sichere Impulsabtastung der Rasterscheibe gewährleistet.
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Durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 5 ist eine-- schnelle,
exakt ausgerichtete und kostengünstige Montage der Leiterplatte am Motor möglich.
Sie kann entweder aufgesteckt werden oder an der Kollektorgehäusestirnfläche durch
Zufügung von Klebstoff fixiert werden.
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Durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 6 wird die für einen
sicheren Klemmsitz erforderliche Elastizität im Bereich des Zentraldurchbruches
erhöht.
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Durch Anspruch 7 ist der elektrische Anschluß des Inkrementalgebers
erleichtert
durchzuführen. Durch die Anordnung des Kontaktfahnenhaltevorsprungs am Außenbereich
der Leiterplatte an welchem die Halteausnehmung des Lichtschrankenträgers angeordnet
ist, wird dort zusätzlich die mechanische Stabilität der Leiterpiatte verbessert.
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Durch das Kennzeichen des Anspruches- 8 ist eine zusätzliche Drehfixierung
der Leiterplatte sichergestellt. Bei der Montage können die Kontaktfahnen und am
Gehäuse des Motors angeordnete Befestigungselemente leicht in eine definierte Winkelstellung
zueinander gebracht werden.
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Durch eine Schutzkappe gemäß Anspruch 9 wird ein z'usätzlic.her Schutz
des Inkrementalgebers vor äußeren mechanischen Einflüssen, beispielsweise Verschmutzung
errecht. Außerdem wird der Einfall von störendem Streulicht auf das ichtempfindliche
Element vermieden. Aufgrund ihrer Ausbildung kann die Schutzkappe leicht vom Motor
abge'zogen werden und auf diesen wieder aufgesteckt werden.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in den Zeichnungen
beschrieben.
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Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kleinelektromotors
mit angesetztem Inkrementalgeber, teilweise im Schnitt.
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Fig. 2 eine Draufsicht auf die Leiterplatte des Inkrementalgebers.
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Der Kleinelektromotor 1, im folgenden als Motor bezeichnet, weist
ein Gehäuse 2 auf, das als -Stator des Motors 1 ausgebildet ist. Ds Gehäuse 2 ist
zylinderförmig und axialsymmetrisch zur Motorwelle 3 ausgebildet, die in Axialrichtung
durch eine Stirnseite 4 und einen Lagerschild 5 hindurch- und über das Gehäuse 2
hinausragt. Von der Stirnseite 4 steht ebenfalls in Axialrichtung ein Kollektorgehäuse
6 vor, dessen Radialdurchmesser 7 kleiner ist als der Radialdurchmesser 8 des Gehäuses
2. Von der dem Motor 1 abgewandten Kollektorgehäusestirnfläche 9 steht ein Axialvorsprung
10 ab, auf den eine in einer radialen Ebene ausgerichtete Leiterplatte 11 aufgesteckt
ist. Die Leiterplatte 11 liegt mit ihrer dem Motor 1 zugewandten Anbauseite 12 flächig
an der Kollektorgehäusestirnfläche 9 an. Der Axialvorsprung 10, der als Lagerbund
der Motorwelle 3 ausgebildet ist, durchgreift einen Zentr-aldurchbruch 13, der Leiterplatte
11.
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Über der dem Motor 1 ab-gewandten Freiseite 14 der Leiterplatte 11
rotiert eine Rasterscheibe 15 in einer radial ausgerichteten Ebene. Die Rasterscheibe
15 ist in einem radial außen liegenden Bereich 16 mit Durchbrechungen und Stegen
versehen und mit einer Zentralhülse 17 auf das Ende der Motorwelle 3 aufgesteckt..
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In einer- Halteausnehmung 18 der Leiterplatte 11 ist eine Lichtschranke
befestigt,- beispielsweise. durch Klemmung oder Verklebung, die insgesamt mit 19
bezeichnet ist. Dies-e Lichtschranke 19 besteht im wesentlichen aus einer nicht
dargestellten Lichtquelle und einem ebenfalls nicht dargestellten fotoempfindlichen
Element, die in einem Lichtschrankenträger 20 untergebracht sind. Der Lichtschrankenträger
2d ist im wesentlichen U-förmig ausgebildet. Sein dem Motor abgewandter Freischenkel
21 und der die Halteausnehmung 18 durchsetzende Einbauschenkel 22 stehen radial
nach innen auf die Motorwelle 3 vbr, ein die beiden Schenkel 21 und 22 verbindender
Steg 23 steht im wesentlichen in Axialrichtung von der Freiseite 14 ab. Die Rasterscheibe
15 ragt in Radialrichtung mit ihrem radial außen liegenden Bereich 16 in den Zwischenraum
zwischen den Schenkeln.21 und 22 des Lichtschrankenträgers 20 hinein und wird im
Bereich ihrer Durchbrechungen von dem Lichtstrahl 24 der Lichtschranke 19 durchsetzt.
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Von der radialen Außenkante 25 der Leiterplatte 11 steht ein Kontaktfahnenhaltevorsprung
26 über die radiale AuEenkante des Gehäuses 2 vor. An den Kontaktfahnenhaltevorsprung
26 ist eine Mehrzahl von Kontaktfahnen 27 angelötet, durch welche ein elektrischer
Anschluß des Inkrementalgebers mit wei-teren elektronischen und elektrischen Elementen,
z.B.
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einer Spannungsquelle hergestellt werden kann. Der Kontaktfahnenhaltevorsprung
26 ist in dem Winkelbereich der ansonsten rund ausgebildeten Leiterplatte 11 angeordnet,
in welchem sich auch die Halteausnehmung 18 befindet.
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Die Zentralausnehmung 13 und die Halteausnehmung 18 sind mit einem
in Radialrichtung verlaufenden Klemmschlitz 28 verbunden. In diesen Klemmschlitz
28 ragt von der Kollektorgehäusestirnfläche 9 vorstehend eine Axialnase 29 hinein.
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Durch diese Axialnase 29 werden die Kontaktfahnen 27 in eine relativ
zu den am Gehäuse 2 angeordneten Befestigungselementen 30 definierte Winkelstellung
gebracht.
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Zwischen der Anbauseite 12 der Leiterplatte 11 und der ersten Stirnseite
4 des Gehäuses 2 entsteht durch den reduzierten Radialdurchmesser 7 des Kollektorgehäuses
6 ein ringförmiger Freiraum 31, in welchen elektronische Bauteile 32 von der Anbauseite
9 in Axialrichtung hineinstehen. Der Inkrementalgeber wird von einer Schutzkappe
33 überdeckt,
die an das kollektorseitige Ende des Gehäuses 2 angesetzt
ist. Der lichte Innendurchmesser dieser Schutzkappe st-immt im wesentlichen mit
dem Außendurchmesser 8 -des Gehäuses 2 überein, wodurch ein Haftsitz zwischen der
zylinderförmigen Außenwandung 34 des Gehäuses 2 und der Innenwandung 35 der Schutzkappe
33 erzielt wird.
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Die Seitenwand 36 der Schutzkappe 33 ist mit einer Kontaktfahnenausnehmung
37 versehen, durch welche die Kontaktfahnen 27 über den Radialdurchmesser 8 des
Gehäuses 2 hinausragen.