DE3016126A1

DE3016126A1 - Elektromagnetischer membranscheiben-stellmotor

Info

Publication number: DE3016126A1
Application number: DE19803016126
Authority: DE
Inventors: Günther Dipl.-Ing. 8050 Freising Kettenring
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1980-04-25
Filing date: 1980-04-25
Publication date: 1981-10-29
Also published as: DE3016126C2; US4395650A

Description

Elektromagnetischer Membranscheiben-Stellmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Membranscheiben-Stellmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Stellmotoren werden insbesondere in der Raumfahrt für Satelliten oder dergleichen eingesetzt, bei denen beispielsweise eine Antenne um sehr kleine Winkel mit hoher Winkelauflösung verstellbar sein soll. Die Anzahl der für jeden Verstellvorgang nacheinander zu erregenden Elektromagnetpaare richtet sich nach der Größe des jeweiligen gewünschten Stellschrittes. Um eine bestimmte Verstellgröße v.u or reichen, weist die Steuerung der Elektromagneten einen Speicher auf, in welchem jeweils nach Ausschaltung der Elektromagneten eingespeichert bleibt, welches der Elektromagnetpaare für den nächsten Stellvorgang zuerst erregt werden muß, damit der Anfang des neuen Stellweges mit dem Ende des vorangegangenen Stellweges übereinstimmt..

Bei einem bekannten Membranscheiben-Stellmotor (DE-OS 25 25 0 36) sind die den Rotor bildende, als Kreisscheibe ausgebildete Membran an der den Elektromagneten zugewendeten Seite ihres Umfangsrandes und die ringförmige Abwälzbahn des Stators mit Axialverzahnungen versehen, die sich in ihren Zähnezahlen um eine gerade Anzahl von Zähnen unterscheiden, so daß die Membran durch gleichzeitige Erregung zweier diametral gegenüberliegender Elektromagnete axial ausgelenkt und mit ihrer Verzahnung in Eingriff mit der Verzahnung der Abwälzbahn gelangt. Durch schrittweise erfolgende Erregung der jeweils nächst

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folgenden Elektromagneten wandern die Eingriffsstellen der Verzahnungen im Kreis, so daß sich aufgrund der unterschiedlichen Zähnezahlen eine Relativdrehung des Rotors gegenüber dem Stator ergibt. Da aber der Zahneingriff nur bei Erregung der Elektromagneten zustande kommt, ist für den Rotor bei nicht erregten Elektromagneten ein Haltemoment nicht vorhanden, so daß z.B. aufgrund von Vibrationen oder Beschleunigungskräften beim Raketenstart eine ungewollte, durch den Speicher der Steuerung der Elektromagneten nicht registrierte Verstellung des Rotors auftritt und daher beim Einschalten des Motors Stellfehler auftreten.

Bei einem anderen bekannten Membranscheiben-Stellmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art (DE-AS 25 17 974) hingegen wird durch den Eingriff der Halteverzahnung der Membran in den Haltezahnkranz auch bei nicht erregten Elektromagneten ein Haltemoment erzeugt , durch welches eine ungewollte Verstellung des Rotors bei abgeschaltetem Motor vermieden werden soll. Bei diesem bekannten Stellmotor ist die Membran durch die Lage des Haltezahnkranzes unter elastischer Vorspannung zu einem Kegelmantel verformt gehalten. An der Abwälzbahn des Stators hingegen wird die Membran mit der ihrer Halteverzahnung abgewendeten Seite ihres Umfangsrandes reibschlüssig abgewälzt. Durch dieses Abwälzen des.Umfangsrandes der Membran an der Abwälzbahn entsprechend den aufeinander folgenden Erregungen der Elektromagnetpaare sollen die Eingriffsstellen zwischen der Halteverzahnung ■■Ic-r "iombran und dem Haltezahnkranz jeweils um 90° zu den diametral gegenüberliegenden Angriffsstellen des Umfangsrandes der Membran an der Abwälzbahn versetzt mit diesen Angriffsstellen wellenartig umlaufen. Die hierzu erforderlichen elastischen Formänderungen des Umfangsrandes der

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Membran an den Eingriffsstellen ihrer Halteverzahnung mit dem Haltezahnkranz müssen auf diese Eingriffsstellen durch die elastische Auslenkung des Umfangsrandes der Membran an um 90° zu diesen Eingriffsstellen versetzten ümfangsstellen herbeigeführt werden. Um dies bei der kegeligen Gestalt der Membran zu.erreichen, muß dieser ümfangsrand der Membran verhältnismäßig steif sein, damit die in der Membran infolge der kegeligen Vordeformation in hohem Maße vorhandenen Ringspannungen durch die Auslenkung des Ümfangsrandes der Membran nicht soweit verstärkt werden, daß sie zum Beulen der Membran und damit zu Stellfehlern führen. Eine hohe Steifigkeit des Ümfangsrandes bedingt jedoch verhältnismäßig starke und daher schwere Elektromagneten, damit der Ümfangsrand der Membran durch die Magnetkraft örtlich ausgelenkt werden kann.

Andererseits ist das Betriebsmoment dieses bekannten Motors prinzipiell von der Steifigkeit bzw. VorSpannkraft der Membran bestimmt, da die Vorspannkraft der Membran über den Flankenwinkel der Zahnflanken der Halteverzahnungen in Umfangsrichtung wirkt und so das Haltemoment und auch das Betriebsmoment erzeugt. Das Moment, welches durch das reibschlüssige Abwälzen der Membran auf der Abwälzbahn entsteht, muß klein gehalten werden, da andernfalls selbst bei optimalen Anpassungen der Vortriebsbewegungen auf beiden Seiten der Membran wegen unvermeidlicher Toleranzen Schlupf entstehen würde, der dann zu Schrittfehlern führt. Das Betriebsmoment dieses Motors kann daher nicht durch erhöhten Leistungsaufwand vergrößert werden.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, einen elektromagnetischen Membranscheiben-Stellmotor zu schaffen, der bei großem Haltemoment bei nicht erregten Elektromagne-

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ten eine hohe Schrittauflösung bei großem Antriebsmoment und hoher Schrittfrequenz erlaubt.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale aus dem Anspruch 1 erreicht.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verformung der Membran zu einer Zylinderfläche gelingt eine wesentliche Versteifung der Membran bei vergleichsweise geringer Membranstärke und Steifigkeit im unverformten Zustand. Entsprechend gering wird der Widerstand gegen die für den Umlauf der Membran erforderlichen Verformungen an den jeweiligen Eingriff sstellen der Halteverzahnungen, was hohe Schrittfrequenzen erlaubt und zu hoher Winkelauflösung führt. Außerdem reichen dadurch vergleichsweise schwache und daher leichte Magneten für die Weiterschaltung der Membran aus.

Durch Verformung einer ebenen Kreisscheibe zu einer Zylinderfläche durch Kräfte, die symmetrisch zu der Verbindungslinie der Eingriffsstellen der Halteverzahnungen senkrecht zur Membranebene auf die Membran einwirken, entstehen außerdem an diesen Eingriffsstellen der Halteyerzahnungen aufgrund der Membranspannungen Kräfte, durch welche die Halteverzahnung der Membran in die Halteverzahnung des Haltezahnkranzes hineingedrückt wird. Dies ist bereits bei den geringen Verformungen der Fall, die bei nicht erregten Elektromagneten vorhanden sind durch das im Abstand von den Eingriffsstellen der Halteverzahnungen aufgrund deren unterschiedlichen Zähnezahlen erfolgende Aufreiten der Zahnköpfe etwa an denjenigen Umfangsstellen, welche beidseitig der Eingriffsstellen um 45° gegen diese versetzt sind. Da die elastische Verformung der Membran zu einer Zylinderfläche wenn auch mit geringerer Krümmung

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als im Betriebszustand auch bei nicht erregten Elektromagneten vorhanden ist, entsteht somit auch bei einer Membran hoher Flexibilität ein vergleichsweise großes Haltemoment für den Rotor.

Beim Weiterschalten der Membran durch die der Reihe nach im Kreis erfolgenden Erregungen der Elektromagnetpaare trägt außerdem durch die Zylinderflächenform der Membran nicht nur deren ümfangsrand, sondern im wesentlichen das gesamte Membranmaterial bis zum Zentrum der Membran zur Übertragung der Verformungsspannungen von den Eingriffsstellen der Antriebsverzahnungen auf die demgegenüber" um 90° versetzten Eingriffsstellen der Halteverzahnungen. bei, so daß diese Eingriffsstellen der Halteverzahnungen sauber und synchron mit den Eingriffsstellen der Antriebsverzahnungen umlaufen können. Durch diesen Zahneingriff der Membran mit zwei zueinander identischen Zahnkränzen an insgesamt vier Zahneingriffsstellen ist die mögliche Schrittgenauigkeit bei gleichwohl hoher Schrittauflösung für extrem kleine Winkelverstellungen und möglicher hoher Schrittfrequenz erhöht. Dabei wird das Antriebsmoment nicht nur durch das Abwälzen der Antriebsverzahnungen, sondern im wesentlichen im gleichen Maße auch durch das Abwälzen der Halteverzahnungen bestimmt, so daß zusätzlich auch ein hohes Antriebsmoment erzielbar ist.

Durch den beidseitigen Zahneingriff der Membran und deren Verformung als Zylinderfläche ist außerdem das Antriebsmoment im wesentlichen von der Größe der einwirkenden Magnetkräfte bestimmt, so daß für die Größe des Antriebsmomentes eine Abhängigkeit von der Höhe der den Elektromagneten zugeführten elektrischen Leistung besteht. Somit ist durch

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die Erfindung der zusätzliche Vorteil gegeben, in Notfällen, in welchen der Rotor oder das mit dessen Abtriebswelle gekuppelte Gerät aus irgendeinem Grund festsitzt, durch impulsartige Erregung der Elektromagneten mit hoher elektrischer Leistung ein hohes, den Festsitz losbrechendes Moment zu erzeugen, so daß der Stellvorgang gleichwohl durchgeführt werden kann. Durch die Versteifung des Rotors aufgrund seiner Verformung als Zylinderfläche lassen sich verhältnismäßig hohe Drehmomente jedenfalls kurzzeitig erzeugen.

Überdies ist ein Durchrutschen der Membran auch bei Überlastungen weitgehend verhindert. Durch die Verformung der Membran als Zylinderfläche sowohl bei nicht erregten Magneten als auch bei eingeschaltetem Motor kann es allenfalls zu einer Abwälzbewegung entsprechend der Verzahnungsgeometrie kommen, so daß eine Zerstörung der Verzahnung auch bei Einwirkung von beispielsweise das Haltemoment übersteigenden Stößen und Erschütterungen verhindert ist.

Vorzugsweise sind die Halteverzahnung und die Antriebsverzahnung der Membran gegeneinander in ümfangsrichtung um bis zu der Hälfte ihrer Zahnteilung versetzt ausgebildet, sofern dies aufgrund der Verzahnungsgeometrie und der unterschiedlichen Zähnezahlen durch die bevorzugte Versetzung der Eingriffsstellen der Halteverzahnungen einerseits und der Eingriffsstellen der Antriebsverzahnungen andererseits um jeweils 90° sich nicht ohnehin von selbst ergibt. Durch die gegenseitige Versetzung der Halteverzahnung und der Antriebsverzahnung der Membran trifft ein Zahn der Verzahnung an der einen Seite des Umfangsrandes der Membran mit einer Zahnlücke der Verzahnung an der

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anderen Seite des Umfangsrandes zusammen, so daß die Membran auch im Bereich ihrer Verzahnungen entlang ihres Umfangsrandes eine gewünschte hohe und dabei gleichmäßige Flexibilität aufweist. Außerdem ist es dadurch gegebenenfalls möglich, die beidseitige Verzahnung der Membran in einem Preßvorgang durch mäanderartige oder zickzackartige Verformung des Umfangsrand.es der Membran herzustellen.

Ferner ist vorzugsweise der Zahnkopfabstand zwischen den Zahnköpfen des AntriebsZahnkranzes und des Haltezahnkranzes kleiner als der Zahnkopfabstand zwischen den Zahnköpfen der Antriebsverzahnung und der Halteverzahnung der Membran. Dadurch ist bei abgeschaltetem Motor nicht nur der volle Zahneingriff der Halteverzahnungen an deren beiden diametral am Scheitel der Zylinderfläche gegenüberliegenden Eingriffsstellen vorhanden, so daß das gewünschte Haltemoment vorhanden ist, welches im wesentlichen bestimmt ist durch den Verformungswiderstand der Membran am Scheitel der von ihr gebildeten Zylinderfläche gegen eine Verlagerung des Scheitels am Membranumfang, sondern es stehen auch die Antriebsverzahnungen an um 90° gegen diese Eingriffsstellen der Halteverzahnungen versetzten Eingriffsstellen wenn auch mit gegenseitigem Spiel in Zahneingriff miteinander. Selbst wenn daher bei starken Erschütterungen und dergleichen Gefahr besteht, daß sich die Eingriffstiefe der Halteverzahnungen an ihren Eingriffsstellen am Scheitel der Zylinderfläche verringert, kann dies nicht dazu führen, daß die Membran mit ihrer Halteverzahnung völlig aus dem Zahneingriff mit dem Haltezahnkranz herausspringt und es zu einem Durchrutschen der Membran kommt, denn dies wird durch den gleichzeitigen Zahneingriff auch der Antriebsverzahnungen verhindert. Vielmehr kann es in solchen Fällen allenfalls zu einem Abwälzen der Verzahnungen kommen, so

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daß diese nicht beschädigt werden können. Außerdem können durch den gleichzeitigen Zahneingriff der Halteverzahnungen und der Antriebsverzahnungen im Haltezustand Abweichungen der Membranform von einer exakten Zylinderfläche insbesondere bei für eine hohe Schrittauflösung sehr feiner Verzahnungen kompensiert werden. Solche Abweichungen könnten andernfalls zu Schlupftbedingungen beim Auftreten von Vibrationen führen.

Die Antriebsverzahnungen und die Halteverzahnungen sind vorzugsweise als Geradverzahnungen ausgebildet, deren Flankenwinkel im Bereich, von 15 bis 20° liegt. Es hat sich gezeigt, daß dadurch im Vergleich mit größeren Flankenwinkeln eine wesentliche Vergrößerung des Haltemomentes wie auch des Antriebsmomentes erzielbar sind.

Der Haltezahnkranz und der Antriebszahnkranz sind identisch zueinander ausgebildet, jedoch derart gegeneinander verdreht angeordnet, daß die Stellen des vollen Zahneingriffs der Halteverzahnung der Membran an den am Scheitel der Zylinderfläche diametral gegenüberliegenden Stellen ihres Umfangsrandes mit dem Haltezahnkranz möglichst genau um 90° versetzt sind zu den Stellen des vollen Zahneingriffs der Antriebsverzahnung der Membran mit dem Antriebszahnkranz, so daß eine geometrisch möglichst genaue Zylinderfläche und daher eine möglichst symmetrische Abwälzbewegung an allen vier Zahneingriffsstellen der Membran erzielt wird. Bevorzugt sind daher der Haltezahnkranz und der Antriebszahnkranz in ihrer relativen Drehlage justierbar, so daß der Motor auf die optimalen Betriebsbedingungen einstellbar ist.

Bevorzugt ist rings des Antriebszahnkranzes eine statorfeste ringförmige Anlagefläche für die jeweils magnetisch

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ausgelenkten Teile des ümfangsrandes der Membran vorhanden, .so daß die Eingriffstiefe, mit welcher die Antriebsverzahnung der Membran in die Verzahnung des Antriebszahnkranzes eingreift, derart begrenzt wird, daß ein kleines Spiel verbleibt. Andernfalls besteht beim Fehlen von Schmiermöglichkeiten z.B. unter Weltraumbedingungen die Gefahr, daß sich diese Verzahnungen insbesondere bei sehr kleinen Flankenwinkeln ihrer Zähne unter der von den Magneten erzeugten Kraft, mit der die Antriebsverzahnung der Membran bei jedem Schritt in die Antriebsverzahnung des Antriebszahnkranzes hineingezogen wird, ineinander verkeilen.

Die Erfindung wird anhand beispielhafter Ausführungsformen erläutert, die aus der Zeichnung wenigstens schematisch ersichtlich sind. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Durchmesserschnitt eines Mebranscheiben-Stellmotors gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Motor aus Fig. 1 gemäß der dort angegebenen Linie A-B, wobei in der oberen Hälfte der Haltezahnkranz und die Membran weggelassen sind,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips des Motors aus Fig. 1 und

Fig. 4 eine Teilansicht der Verzahnungen des Rotors und der StatorZahnkränze beim Motor aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Der Membranscheiben-Stellmotor aus Fig. 1 weist einen Stator 1 mit einem topfförniigen Statorgehäuse 2 auf, in welchem

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eine gerade Mehrzahl von Elektromagneten 3 im Kreis angeordnet sind (vgl. Fig. 2), so daß jedem Elektromagneten 3 ein diametral zum Stator gegenüberliegender Elektromagnet zugeordnet ist, mit dem er gleichzeitig erregt wird. Auf der koaxial zum Stator in diesem gelagerten Abtriebswelle 19 ist ein Rotor 4 in Form einer scheibenförmigen Membran 5 aus magnetisch leitendem Material aufgekeilt. Die Membran 5 ist von ihrer Einspannstelle an der Abtriebswelle 19 bis einschließlich ihres Umfangsrandes 6 federelastisch verformbar. An der den Elektromagneten zugewendeten Seite des Umfangsrandes 6 weist die Membran 5 eine Antriebsverzahnung 12, und an der den Elektromagneten 3 angewendeten Seite ihres Umfangsrandes 6 eine Halteverzahnung 8 auf. An dem der Membran zugewendeten Stirnrand des Statorgehäuses 2 ist ein der Antriebsverzahnung 12 der Membran zugeordneter Antriebszahnkranz 7 derart angeordnet, daß bei nicht erregten Elektromagneten zwischen der Antriebsverzahnung 12 der Membran 5 und der Antriebsverzahnung 11 des Antιiebszahnkranzes 7 ein Axialspalt vorhanden ist. An der den Elektromagneten 3 abgewendeten Seite der Membran 5 ist am Statorgehäuse 2 ein ringförmiger Deckel 22 festgelegt, an dessen Innenseite ein Haltezahnkranz 10 ausgebildet ist, dessen Abmessungen denen des Antriebszahnkranzes 7 entsprechen. Der Halteverzahnung 9 (Fig. 3) des Haltezahnkranzes 10 ist die Halteverzahnung 8 der Membran zugeordnet. Die Abmessungen der Antriebsverzahnung 12 und der Halteverzahnung 8 der Membran sind identisch. Ihre Zähnezahl unterscheidet sich von derjenigen des Haltezahnkranzes 10 und des Antriebszahnkranzes 7 um eine gerade Anzahl von Zähnen, so daß die Halteverzahnung 8 der Membran wie auch ihre Antriebsverzahnung 12 mit dem jeweils zugeordneten Zahnkranz 10, 7 an diametral einander gegenüberliegenden Eingriffsstellen in vollem Zahneingriff

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stehen kann. Die relative Drehlage der Zahnkränze 7 und ist jedoch derart, daß (Fig. 3) die Eingriffsstellen 15, 16 der Antriebsverzahnung 11 des AntriebsZahnkranzes 7 und der Antriebsverzahnung 12 der Membran gegenüber den Eingriffsstellen 13, 14 der Halteverzahnung 9 des Haltezahnkranzes 10 und der Halteverzahnung 8 der Membran in jeder Drehlage des Rotors um 90° versetzt sind, so daß die Verbindungslinien 17 der Eingriffsstellen 13, 14 der Halteverzahnungen 8, 9 senkrecht zu der Verbindungslinie 18 der Eingriff sstellen 15, 16 der Antriebsverzahnungen 11, 12 verläuft.

Die axiale Lage des Rotors 4 auf der Abtriebswelle 19 ist derart gewählt, daß die Membran 5 mit ihrer Halteverzahnung 8 unter axialer Vorspannung gegen die Halteverzahnung 9 des Haltezahnkranzes 10 gedrückt ist, so daß die Halteverzahnung 8 der Membran an den beiden diametral einander gegenüberliegenden Eingriffsstellen 13, 14 in vollem Zahneingriff mit der Haiteverzahnung 9 des Haltezahnkranzes steht, während aufgrund der unterschiedlichen Zähnezahlen die Halteverzahnungen 8, 9 im Abstand von diesen Eingriff sstellen 13, 14 mit ihren Zahnköpfen aneinanderliegen, so daß die Membran 5 zu einer schwach gekrümmten Zylinderfläche verformt gehalten ist, die zur Verbindungslinie 17 dieser beiden Eingriffsstellen 13, 14 symmetrisch verläuft und deren Scheitel sich entlang dieser Verbindungslinie 17 erstreckt. Wenn im Betrieb diejenigen beiden einander diametral gegenüberliegenden Elektromagneten 3 erregt werden, die um 90° gegen die Eingriff sstellen 13, 14 der Halteverzahnungen 8, 9 versetzt sind, wird die aus magnetisch leitendem Material bestehende Membran 5 von diesen Elektromagneten magnetisch angezogen, bis ihre Antriebsverzahnung 12 mit der An-

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triebsverzahnung 11 des Antriebszahnkranzes 7 an den entsprechend zu den Eingriffsstellen 13, 14 der Halteverzahnungen 8, 9 um 90° versetzten Angriffsstellen 15, 16 in den vollen Zahneingriff gelangt. Dadurch wird die Membran entsprechend Fig. 3 zu einer stärker gekrümmten Zylinderfläche verformt, deren Scheitellinie mit der Verbindungslinie 17 der Eingriffsstellen 13, 14 der Halteverzahnungen 8, 9 übereinstimmt.

Die Elektromagneten 3 weisen jeweils zwei Polschenkel 20, 21 auf, von denen der eine Polschenkel 21 als Spulenkern von der Magnetspule umgeben ist, während der andere Polschenkel 20 als plattenförmiges Zylindermantelsegment ausgebildet ist, welches am Außenumfang der Elektromagnetanordnung radial innerhalb des Antriebszahnkranzes 7 angeordnet ist. Gegebenenfalls kann der Antriebszahnkranz 7 unmittelbar von den dann entsprechend stirnseitig verzahnten Polschenkeln 20 gebildet sein. Die der Membran zugewendete Stirnfläche der Elektromagneten ist entsprechend Fig. 1 zum Antriebszahnkranz 7 hin abfallend abgeschrägt, so daß die Stirnflächen aller Elektromagneten 3 des Stators 1 einen Kegelstumpfmantel bilden, an den sich die Membran 5 entsprechend der jeweiligen Erregung der Elektromagnetpaare anlegen kann. Die Stirnfläche der Polschenkel 20, 21 des jeweiligen Magneten sollen möglichst ohne verbleibenden Luftspalt in unmittelbaren Berührungskontakt mit der Membran gelangen, damit die Magnetkraft möglichst optimal ausgenutzt wird. Die Stirnfläche der Polschenkel 20 kann außerdem als derartige Anlagefläche 24 für die Membran ausgenutzt wenden, daß beim Aneinanderliegen der Zähne der Antriebsverzahnungen 11, 12 an ihrem einen Zahnflankenpaar zwischen den Flanken ihres anderen Zahnflankenpaares ein feines Spiel verbleibt. Dadurch ist ein Ineinanderkeilen der Antriebsverzahnunaen

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auch bei hohen Magnetkräften verhindert und ein problemloses Arbeiten des Motors ist ohne Schmierung der Zahnpaarungen möglich.

Wenn im Betrieb die Elektromagnetpaare aus jeweils diametral einander gegenüberliegenden Elektromagneten 3 schrittweise im Kreis nacheinander erregt werden, wälzt sich die Membran 5 mit ihrer Antriebsverzahnung 12 entsprechend an der Antriebsverzahnung 11 des Antriebszahnkranzes 7 ab Und wird entsprechend schrittweise zu neuen Zylinderflächen verformt, deren Scheitellinie entsprechend Fig. 3 jeweils senkrecht zur Verbindungslinie 18 der aktuellen Eingriffsstellen 15, 16 der Antriebsverzahnungen 11, 12 verläuft, so daß durch die Membranspannungen die Eingriffsstellen 13, 14 der Halteverzahnungen 8, 9 entsprechend den Eingriffsstellen 15, 16 der Antriebsverzahnungen 11, 12 um die Rotorachse 2 3 umlaufen und sich aufgrund der Zähnezahldifferenzen eine Winkelverstellung des Rotors 4 und damit der Abtriebswelle 19 gegenüber dem Stator 1 ergibt. Durch die Membranspannungen, die durch die jeweilige Verformung der Membran zu Zylinderflächen entstehen, wandern die Umfangsstellen der Membran an der jeweiligen Scheitellinie der Zylinderflächen etwas zu deren Krümmungsaußenseite hin radial zur Zylinderfläche aus, so daß entsprechend die Halteverzahnungen 8, 9, an ihren Eingriffsstellen 13, 14 ineinandergedrückt werden, wohingegen die Antriebsverzahnungen 11, 12 an ihren jeweiligen Eingriffsstellen Ί5, 16 magnetisch ineinandergezogen werden. Entsprechend wird auf den Rotor 4 sowohl an den beiden Eingriffsstellen 13, 14 der Halteverzahnungen 8, 9 wie auch an den beiden Eingriffsstellen 15, 16 der Antriebsverzahnungen 11, 12 und somit an vier um 90° am Umfang des Rotors versetzten Stellen seines Umfangsrandes 6 ein verhältnismäßig großes Antriebsmoment

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übertragen, welches sich mit der Magnetkraft ändert, so daß durch eine Leistungssteuerung der Elektromagneten eine Steuerung des Antriebsmomentes des Rotors 4 möglich ist.

Im Haltezustand bei nicht erregten Magneten nimmt die Membran 5 ebenfalls die Gestalt einer Zylinderfläche wenngleich geringerer Krümmung als im Betriebszustand ein, so daß auch im Haltezustand die Membran aufgrund der Membranspannungen mit ihrer Halteverzahnung 8 an entlang der Scheitellinie der Zylinderfläche diametral zum Rotor einander gegenüberliegenden Eingriffsstellen 13, 14 in die Halteverzahnung 9 des Haltezahnkranzes 10 hineingedrückt wird. Dadurch ist bei nicht erregten Magneten für den Rotor 4 ein Haltemoment vorhanden, welches im wesentlichen dem Verformungswiderstand der Membran gegen eine Änderung der Lage der von ihr gebildeten Zylinderfläche entspricht. Wenn dieses Haltemoment aufgrund äußerer auf den Rotor in Umfangsrichtung wirkender Kräfte überschritten wird, kommt es nicht zu einem Durchrutschen des Rotors 4 gegenüber dem Haltezahnkranz 10, sondern zu einem sauberen Abwälzen der Halteverzahnung 8 der Membran an der Halteverzahnung 9 des Haltezahnkranzes 10, so daß eine Beschädigungsgefahr der Verzahnungen vermieden ist.

Eine solche saubere Abwälzbewegung des Umfangsrandes 6 der Membran 5 an der Halteverzahnung 9 des Haltezahnkranzes 10 unter entsprechender Umverformung der Membran 5 zu neuen gleichartigen Zylinderflächen auch bei zusätzlicher Einwirkung von axial auf die Membran einwirkenden Vibrationen oder Beschleunigungskräften wird erzwungen, wenn gemäß Fig.4 der Zahnkopfabstand L zwischen den Zahnköpfen der Antriebsverzahnung 11 und der Halteverzahnung 9 der Zahnkränze kleiner als der Zahnkopfabstand B der Zahnköpfe der

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Halteverzahnung 8 und der Antriebsverζahnung 12 der Membran ist, so daß die Membran mit ihrer Antriebsverζahnung 12 auch im Haltezustand in wenn auch nicht vollem Zahneingriff mit dem Antriebszahnkranz 7 an weiterhin gegen die Eingriffssteilen 13, 14 der Halteverzahnungen 8, 9 um 90° versetzten Stellen steht. Gemäß Fig. 4 können die Verzahnungen als Geradverzahnungen ausgebildet werden, deren Flankenwinkel et vorzugsweise im Bereich von 15 bis 20° liegt. Durch die aus Fig. 4 ersichtliche gegenseitige Versetzung der Zähne der Antriebsverzahnung 12 gegenüber den Zähnen der Halteverzahnung 8 der Membran ist auch für deren Umfangsrand trotz Vorhandensein der Verzahnungen eine verhältnismäßig hohe Flexibilität gegeben, so daß die Verzahnung der angestrebten Verformung der Membran als Zylinderflache nicht im Wege steht.

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Leerseite

Claims

ANSPRÜCHE

Elektromagnetischer Membranscheiben-Stellmotor, mit einem Stator aus einer geraden Mehrzahl von in einem Statorgehäuse im Kreis angeordneten Elektromagneten, und einem Rotor aus einer axial vor den Elektromagneten im Abstand von diesen angeordneten, elastisch verformbaren, aus magnetisierbarem Material ausgebildeten Membran, welche mit ihrem kreisförmigen Umfangsrand axial auslenkbar und örtlich gegen eine ringförmige Abwälzbahn des Stators anlegbar und durch der Reihe nach aufeinander folgende Erregungen der Elektromagnetpaare an der Abwälzbahn abwälzbar ist und welche an ihrer der Abwälzbahn abgewendeten Seite ihres Umfangsrandes eine axiale Halteverzahnung

StolnsdorfsUaße 6 D-8000 München 22 I. ι Mil. (0 89) 29 34 13 III Ü9) 29 34 14

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Telex: 5 212 306 Jopa d Telegramm: Stelnpat München Telekopleror: (0 89} 222 066 (Siemens CCITT Norm Gruppe 2)

Postscheck München 3087 26-801 Bayerische Vereinsbank München 567 695 Railfolsonbank München 032 18 18 Deutsche Bank München 2 711 687

ORIGINAL INSPECTED

aufweist, die in eine axiale Halteverzahnung eines ortsfesten (statorfesten) Haltezahnkranzes einer Zähnezahl, die sich um eine gerade Anzahl von derjenigen der Halteverzahnung der Membran unterscheidet, an zwei diametral gegenüberliegenden Eingriffsstellen eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwälzbahn als Antriebszahnkranz (7) mit einer axialen Antriebsverzahnung (11) ausgebildet ist, welcher eine axiale Antriebsverzahnung (12) der Membran an deren ihrer Halteverzahnung (8) abgewendeten Seite ihres ümfangsrandes (6) zugeordnet ist, daß die Antriebsverzahnungen (11, 12) der Membran (5) und des AntriebsZahnkranzes (7) den Halteverzahnungen (8, 9) der Membran (5) und des Haltezahnkranzes (10) entsprechen, jedoch mit ihren einander diametral gegenüberliegenden Eingriffsstellen (15, 16) gegen die Eingriffsstellen (13, 14) der Halteverzahnungen (8, 9) um 90° versetzt sind, und daß die Membran (5) aus einer im wesentlichen ebenen Kreisscheibe ausgebildet ist, welche durch den Eingriff der Halteverzahnungen (8, 9) wie auch den Eingriff der Antriebsverzahnungen (11, 12) jeweils zu einer Zylinderfläche mit an der jeweiligen Verbindungslinie (17) der Eingriffsstellen (13, 14) der Halteverzahnungen (8, 9) liegendem Scheitel elastisch verformbar ist.
2. Membranscheiben-Stellmotor nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Halteverzahnung (8) und die Antriebsverzahnung (12) der Membran (5) gegeneinander in Umfangsrichtung um bis zu der Hälfte ihrer Zahnteilung (t) versetzt ausgebildet sind.

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3. Membranscheiben-Stellmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkopfabstand (L) zwischen den Zahnköpfen des Antriebszahnkranzes (7) und des Haltezahnkranzes (10) kleiner als der Zahnkopfabstand (B) zwischen den Zahnköpfen der Antriebsverzahnung (12) und der Halteverzahnung (8) der Membran (5) ist.
4. Membranscheiben-Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel ((A) der Verzahnungen (8, 9, 11, 12) im Bereich von 15 bis 20° liegt.
5. Membranscheiben-Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltezahnkranz (10) und/oder der Antriebszahnkranz (7) in Umfangsrichtung einstellbar ist (sind).
6. Membranscheiben-Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß rings des Antriebszahnkranzes (7) eine mit der Membran (5) als Anschlag zusammenwirkende, die gegenseitige Eingriffstiefe der Antriebsverzahnungen (11, 12) begrenzende ringförmige Anlagefläche (24) ausgebildet ist.

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