DE3404297C2

DE3404297C2 - Vorrichtung zum Antreiben eines Vibrationsteiles, insbesondere eines kleinen Haushaltsgerätes

Info

Publication number: DE3404297C2
Application number: DE3404297A
Authority: DE
Inventors: Ir. Frans von Hoogeveen Beukering; Romuald Leander Klagenfurt Bukoschek; Gerhard 5100 Aachen Diefenbach; Hugo Dr. Schaesberg Schemmann
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1984-02-08
Filing date: 1984-02-08
Publication date: 1986-04-17
Also published as: EP0152144A3; CA1246845A; DE3570204D1; US4868435A; EP0152144A2; DE3404297A1; EP0152144B1; JPS60185581A; ATE43093T1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für ein Vibrationsgerät, insbesondere für ein kleines Haushaltsgerät, wie einen Trockenrasierapparat, das mittels eines Einphasensynchronmotors (3) angetrieben wird, dessen Welle (5) wenigstens einen Nocken (7) trägt, auf den federnd Andruckmittel (21) einwirken. An einem ersten Hebelarm (16) eines wenigstens doppelarmigen, zwischen den Armen um ein Schwenklager (18) schwenkbaren Hebels ist eine Andruckrolle (13) gelagert. Der zweite Hebelarm (17) versetzt ein anzutreibendes Vibrationsteil (8) in Vibration. Erster und zweiter Hebelarm schließen miteinander einen Winkel ε ein. Eine Andruckfeder (21) drückt die Andruckrolle in Richtung auf den Nocken (7). Die Vorrichtung kann auch mit einem Hebel arbeiten.

Description

Die Andruckfeder verdreht den Rotor im entregten Motorzustand aus der Parallelstandsstellung, in der Rotorfeld und Statorfeld parallel sind, in positiver Drehrichtung, also im Uhrzeigersinn. Im Falle der Frequenzverdoppelung ist die Schwingfrequenz des Messers doppelt so groß wie die Umdrehungsfrequenz des Motors. Der Nocken weist hierbei eine 180° Symmetrie auf, und die Schwingamplitude hängt ab von der halben Differenz der Länge der längeren Nockenachse und der kürzeren Nockenachse.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist vorgesehen, daß bei Verwenden eines Einphasensynchronmotors der Winkel ε zwischen den beiden Hebelarmen des doppelarmigen Hebels ca. 90° beträgt daß die Bewegungsrichtung des Vibrationsteils und die Hauptfeldrichtung des Statorfeldes senkrecht zueinander stehen. Die Vorteile der ersten Ausführungsform gelten hierbei in gleicher Weise.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung mit einem doppe'armigen Hebel,

F i g. 2 eine Vorrichtung mit einem einarmigen Hebel.

F i g. 1 zeigt einen doppelarmigen Hebelantrieb für ein Vibrationsgerät mit einer einen Nocken abtastenden Kontaktrolle. An einer Montagewand 1 eines Trockenrasierapparates ist ein Synchronmotor 3 mit seinem dauermagnetischen Rotor 4 befestigt. Die Antriebswelle 5 des Synchronmotors steht senkrecht aus ihm hervor und weist nach oben aus der Zeichenebene heraus. Auf der Antriebswelle 5 ist ein Nocken 7 angeordnet, der eine derartige Kontur 9 aufweist, daß ein Untermesser 8 des Vibrationsgerätes bei Drehung des Nockens 7 eine sinusförmig, vom Verdrehungswinkel des Nockens abhängige Auslenkung erfährt. Die längere Mittellinie des Nockens 7 ist mit 41 bezeichnet.

Gegen den Nocken 7 drückt eine Kontaktrolle 13, die in einem doppelarmigen Hebel 15 in einem Rollenlager 19 gelagert i't Der doppeiarmige Hebel 15 weist zwei Hebelarme 16 und 17 auf, die um ein gemeinsames Schwenklager 18 zwischen beiden Hebelarmen 16 und 17 verschwenkbar sind. Die Andruckrolle 13 ist mittels einer Rollenachse 19 in dem Hebelarm 16 gelagert. Die Hebelarme 16 und 17 sind starr miteinander verbunden, und die Mittellinie 37 und die Verbindungslinie 36 zwischen Rollenlager 19 und Schwenklager 18 schließen einen Winkel von ca. 140° miteinander ein.

Gegen den Hebelarm 16 drückt eine Andruckfeder 21, deren Vorspannung nv'. Hilfe einer Stellschraube 23 einstellbar ist. Die Mittellinie 35 der Andruckfeder 21 verläuft bei Mittenstellung des Hebels 15 durch die Motorwelle 5 hindurch und senkrecht zur Verbindungslinie 36 von Schwenklager 18 und Rollenachse 19.

Der Hebelarm 17 ist mit einem Mitnehmer 25 versehen, der von Greifern 27 eines Untermessers 8 umfaßt wird. Das Untermesser 8 ist mit Hilfe von angedeuteten Lagern 31 in Richtung eines Doppelpfeiles 33 verschieblich. Die Andruckrolle 13 wird mit ihrer Oberfläche 32 gegen die Oberfläche 9 des Nockens 7 gedrückt. Die Andruckkraft ist dabei so bemessen, daß einerseits die i^ndruckrdileJS zu keiner Zeit von dem Nocken 7 abheben kaiin, daß andererseits die Äridruckkräftfäber nicht so groß wird, daß die Umlaufbewegung des Rotors beeinträchtigt wird.

Die Drehkoordinate des Rotors 4 wird angegeben durch einen Winkel Θ. Dipser soll gleich Null sein, wenn vom Statorfeld kein Moment auf den Rotors 4 ausgeübt wird. In der Zeichnung soll der die Θ=0°-Richtung gegeben sein durch die Linie 38. Sie hängt ab von der Anordnung des Stators im Gerät und schließt im dargestellten Fall einen Winkel von etwa 90° mit der Mittellinie 37 des Vibrationsteils antreibenden Hebelarms 17 ein, wenn sich dieser Hebelarm und damit das Vibrationsteil in Mittelstellung befindet wie es in der Abbildung angenommen ist.
Auf den Rotor 4 wirkt auch bei stromlosen Statorspu-Ien ein magnetisches Reluktanzmoment im folgenden Klebemoment genannt. Durch geeignete Formgebung der Polbögen des Stators läßt sich in bekannter Weise erreichen, daß das Klebemomenl den Rotor in positiver Drehrichtung, also in der Zeichnung im Uhrzeigersinn, aus der Parallelstellung bei 0=0° (Linie 38, Statorhauptfeldrichtung) zu drehen versucht und tatsächlich verdreht bis zu einem positiven Winkel Θ=γ, also in die durch die Linie 45 angegebene Position, in der das Klebemoment gleich Null wird. Der Asymmetriewinkel /ist abhängig von der Ausgestaltung der Polbögen und dem Luftspalt 39 zwischen Stator 40 und ^T;. .-tor 4 sowie von den geometrischen und magnetischen Rrr.ordaten und wird schließlich auch noch von den übrigen Statorgegebenheiten beeinflußt; er sollte größer sein als etwa 5°, kann aber auch wesentlich größer sein, bis zu 45°. Zumeist wi-d ein Wert um 22° gewählt. Nur wenn die Reibungswerte, die auf den Rotor wirken sehr klein sind oder wenn man zusätzlich mechanische, magnetische oder elektrische Starthilfen vorsieht könnte der Winkel /klein oder sogar gleich Null sein.

Das auf die Motorwelle 5 wirkende Reibungsmoment hat bei derartigen Bewegungsumformern ein Minimum in dem Augenblick, in dem die Bewegung des Messers umkehrt, also im maximal ausgelenkten Zustand des Untermessers 8, ganz gleich ob die Auslenkung positiv oder negativ ist. Bei dem als Nocken-Rollen-Umformer zu betrachtenden Antrieb fällt im Augenblick der Bewegungsumkehr die Nockenlängsachse 41, sieht man von der geringen Schwenkbewegung der Fedei wirku,ngslinie beim Schwenken des Hebels 15 aus der Mittenstellung ab. mit der Federwirkungslinie 35 zusammen oder steht senkrecht dazu. In diesen Positionen ist das von der Andruckfeder 21 auf den Nocken 7 ausgeübte Drehmoment jedoch gleich Null. Für eine Anlaufunterstützung ist es also erforderlich, daß ein die Nockenposition kennzeichnender Winkel tx bei Parallelstand des Rotors (0=0°) von diesen Stellungen abweicht, in denen das Drehmoment gleich Null ist. Diese Abweichung läßt sich durch Verdrehung des Nockens 7 auf dem Magnetrotor 4 erreichen.

Als besonders günstig hat sich ein Stand erwiesen, bei dem das Untermesser 8 gerade den Endstand und damit das Reibungsminimum durchlaufen hat, die Reibung aber i.och klein ist, wenn der Rotor in positiver Richtung drehend in den Parallelstand kommt K.lebemoment und Federmornent drehen dann in der Psralielstellung zusammen den Rotor in positiver Richtung aus dem Parallelstand heraus. Zur Festlegung des Winkels/? zwischen der Magnetisierungsrichtung a des Rotors 4 und der längeren Nockenmittellinie 41 wird davon ausgegangen, dap .die Unterrnesserpositbn ;ym₄usförmig 'abhängig' vbn;,cjem doppelten^Nockenwink<|ljSäaMst, nämlich *

x=a ' sin 2 ά.

Aus der in F i g. 1 gezeichneten Nullstellung heraus bewegt sich das Untermesser bei positiver Örehrich-

tung des Rotors 4 nach rechts. Entsprechend ist die oc—0°-Richtung, Linie b festgelegt. Sie ist gegen den Uhrzeigersinn um 45° gegenüber der Position verschoben, in der die längere Nockenmittellinie 41 in Richtung der Federwirkungslinie 35 verläuft. Zwischen der 0=O°-Richtung 38 und der <*=O^C-Richtung b wird ein Winkel κ gebildet. Im dargestellten Fall ist dieser negativ. Für den Fall, daß die Linie 37 und 38 senkrecht aufeinander stehen, gilt die Beziehung

Für eine gute Anlaufunterstützung ist es von Bedeutung, daß das Federhilfsmoment den Rotor 4 im gesamten Bereich von O= 0° bis Θ=y in positiver Richtung zu drehen versucht und damit das Klebemoment unterstützt. Hierzu muß der Winkel β zwischen den folgenden Grenzen liegen

Innerhalb dieser Grenzen sollte der Winkel /?so klein wie möglich sein. Reicht das Klebemoment bei kleinen Reibungswerten für den Anlauf aus, so sollte

/9=45°+*

Die maximale Startunterstützung bei 0=0° ergibt sich für

Aus Symmetriegründen sollte β nicht größer sein als wegen der Reibungswerte erforderlich. Anzustreben ist ein Wert von

Bei nicht zu großer Unsymmetrie gegenüber der θ=0°-Richtung ist hier noch eine fühlbare Startunterstützung gewährleistet.

Fig.2 zeigt einen einarmigen Hebelantrieb für ein Vibrationsgerät mit einer einen Nocken abtastenden Kontaktrolle. An einem Montageteii 101 eines Trockenrasierapparates ist ein Synchronmotor 103 mit seinem dauermagnetischen Rotor 104 befestigt Auf der Antriebswelle 105 ist ein Nocken 107 angeordnet, der eine derartige Kontur 109 aufweist, daß das Untermesser 108 des Vibrationsgerätes bei Drehung des N-ockens 107 eine sinusförmige, vom Verdrehungswinkel des Nokkens 107 abhängige Auslenkung erfährt. Die längere Mittellinie des Nockens 107 ist mit 141 bezeichnet.

Gegen den Nocken 107 drückt eine Kontaktrolle 113, die in einem doppelarmigen Hebel 115 in einem Rollenlager 119 gelagert ist. Der doppelarmige Hebel 115 ist um ein Schwenklager 118 verschwenkbar.

Gegen den Hebel 115 drückt eine Andruckfeder 121, deren Vorspannung mit Hilfe einer Stellschraube 123 einstellbar ist. Die Mittellinie 135 der Andruckfeder 121 verläuft bei der Mittenstellung des Hebels 115 senkrecht zur Mittenlinie 137 des Hebels 115.

Ein Mitnehmer 125 des Hebels 115 wird von Greifern 127 des Untermessers 108 umfaßt. Das Untermesser 108 ist mit Hilfe von angedeuteten Lagern 131 in Richtung eines Doppelpfeiles 133 verschiebiich. Die Andrückrolle 113 wird mit ihrer Oberfläche 132 gegen die Oberfläche 109 des Nockens 107 gedrückt. Die Andrückkraft ist dabei so bemessen, daß einerseits die Andruckrolle 113 zu keiner Zeit von dem Nocken 107 abheben kann, daß andererseits aber die Andruckkraft nicht so groß wird, daß die Umlaufbewegung des Rotors 104 beeinträchtigt wird.

Die Drehkoordinate des Rotors 105 wird angegeben durch einen Winkel Θ. Dieser soll gleich Null sein, wenn vom Statorfeld kein Moment auf den Rotor 104 ausgeübt wird. In der Zeichnung soll die 0=0°-Richtung gegeben sein durch die Linie 138. Sie hängt ab von der Anordnung des Stators 140 im Gerät und liegt in diesem Fall parallel zu der Mittellinie 137 des Hebels 115.

Auf den Rotor 104 wirkt auch bei stromlosen Statorspulen wieder ein magnetisches Reluktanzmoment.

Durch geeignete Formgebung der Polbögen des Stators läßt sich wieder in bekannter Weise erreichen, daß das Klebemoment des Rotors in positiver Drehrichtung, also in der Zeichnung im Uhrzeigersinn, aus der Parallelstellung bei 0=0° (Linie 138, Statorhauptfeldrichtung) zu drehen versucht und tatsächlich verdreht bis zu einem positiven Winkel Θ=γ, also in die durch die Linie 145 angegebene Position, in der das Klebemoment gleich Null wird. Der Asymmetriewinkel γ ist auch in diesem Fall wieder abhängig von der Ausgestaltung der Polbögen und dem Luftspalt 139 zwischen dem Stator 140 und dem Rotor 104; er sollte, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, größer sein als etwa 5°, wobei aber Variationen entsprechend den Parametern des Winkels γ nach F i g. 1 möglich sind.

Das auf die Motorwelle 105 wirkende Reibungsmoment hat auch in diesem Fall ein Minimum in dem Augenblick, in dem die Bewegung des Messers umkehrt, also im maximal ausgelenkten Zustand des Untermessers 108, ganz gleich, ob die Auslenkung positiv oder negativ ist. Bei dem Antrieb nach F i g. 2 steht die Federwirklinie 135, wenn man von geringen Schwenkbewegungen der Federwirklinie beim Schwenken des Hebels 115 aus der Mittensteiiung absieht, senkrecht auf der Hebelmittellinie 137.

Als besonders günstig hat sich ein Stand erwiesen, bei dem das Untermesser 108 gerade den Endstand und damit das Reibungsminimum durchlaufen hat, die Reibung aber noch klein ist, wenn der Rotor in positiver Richtung drehend in den Parallelstand kommt. Klebemoment und Federmoment drehen dann in der Parallelschaltung zusammen den Rotor in positiver Richtung aus dem Parallelstand heraus.

Aufgrund der Drehung der Hebelanordnung gegenüber der Nullrichtung 138 des Statorhauptfeldes ergibt sich für den Winkel β zwischen der Magnetisierungsrichtung a des Rotors 104 und der längeren Noc^enmittellinie 141 des Nockens 107 ein von Fig. 1 abweichender Wert.
Stehen die Bewegungsrichtung 133 des Untermessers 108 und die Hauptstatorfeldrichtung 38, wie in F i g. 2 dargestellt, senkrecht aufeinander, so sollte der Winkel β hier bei dem vorliegenden Winkel den Ä-Wert —45° betragen. Im übrigen gelten die Grenzen, verdreht um —90", analog zu den Winkelbeziehungen gemäß Fig. 1.

Für den Fall, daß nicht eine Frequenzverdoppelung, sondern eine Vervielfachung um einen größeren, ganzen Faktor vorgenommen werden soll, erhält man Nokkenkonturen, die nicht mehr eine 180°-Symmetrie aufweisen, sondern deren Symmetrie durch den Vervielfältigungsfaktor bestimmt wird. Bei der Bestimmung der Winkel, insbesondere des Nockenverdrehungswinkels/? gegenüber der Magnetisierungsrichtung des Rotors,

muß dann analog zum oben gesagten anstelle der hier nicht mehr wie oben definierten Nockenlängsachse eine Halbachse gewählt werden, deren Länge maximal ist und die dementsprechend das Messer in eine extreme Auslenkung bringt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Antreiben eines Vibrationsteiles, insbesondere eines kleinen Haushaltsgeräts, wie Trockenrasierapparat, dessen Antriebswelle wenigstens einen Nocken trägt, auf den federnd Andruckmittel einwirken, wobei an einem ersten Hebelarm eines doppelarmigen Hebels, der an einem Schwenklager gelagert ist ist, dessen Zentrum mit dem Knickpunkt des doppelarmigen Hebels zusammenfällt, eine Andruckrolle vorgesehen ist, die die Kontur des Nockens abtastet, wobei gegen den Hebelarm mit der Andrückrolle eine Andruckfeder wirkt die die Andruckrolle in Richtung auf den Nokken drückt, wobei ferner ein zweiter Hebelarm des doppelarmigen Hebels einen Winkel ε mit dem ersten Hebelarm einschließt, der das anzutreibende Vibrationsteil in Vibration versetzt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwenden eines Einphasensynchionmotors (3) der Winkel ε zwischen den beiden Hebelarmen (16,17) des doppelarmigen Hebels (15) ca. 140° beträgt, daß die Bewegungsrichtung des Vibrationsteils (8) parallel zur Hauptfeldrichtung des Statorfeldes steht und daß bei einer die Motorfrequenz verdoppelnden Anordnung der Winkel/? zwischen Magnetisierungaachse (a) des Rotors (4) und der längeren Nockenmittellinie (41) des spiegelbildlich ausgebildeten Nockens etwa 40° bis 55°, vorzugsweise 45°, beträgt (F ig. 1).

2. Vorrichfjng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungslinie (Linie 35) der Andruckfeder {21) bei Mlctenste ^ung des Hebels (15) durch die Welle (5) des Einphasensynchronmotors hindurch verläuft (F ig. 1).

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsrichtung (35) der Andruckfeder (21) senkrecht auf der Verbindungslinie (36) von Andruckrollenachse (19) und Schwenklager (18) steht (F i g. 1).

4. Vorrichtung zum Antreiben eines Vibrationsteiles, insbesondere eines kleinen Haushaltsgeräts, wie Trockenrasierapparat, dessen Antriebswelle wenigstens einen Nocken trägt, auf den federnd Andruckmittel einwirken, wobei an einem ersten Hebelarm eines doppelarmigen Hebels, der an einem Schwenklager gelagert ist, eine Andruckrolle vorgesehen ist, die die Kontur des Nockens abtastet, wobei gegen den Hebelarm mit der Andruckrolle eine Andruckfeder wirkt, die die Andruckrolle in Richtung auf den Nocken drückt, wobei ferner ein zweiter Hebelarm des doppelarmigen Hebels einen Winkel ε mit dem ersten Hebelarm einschließt, der das anzutreibende Vibrationsteil in Vibration versetzt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwenden eines Einphasensynchronmotors (3) der Winkel ε zwischen den beiden Hebelarmen des doppelarmigen Hebels (115) ca. 90° beträgt, daß die Bewegungsrichtung (133) des Vibrationsteiles (108) und die Hauptfeldrichtung (138) des Statorfeldes senkrecht zueinander stehen(Fig. 2).

5. Vorrichtung nach einem der/Ansprüche libis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel * zwischen der Hauptfeldrichtung (38) des Stators und der <*=0°-Richtung (b), in der das Vibrationsteil in der Mittelstellung steht, ca. —5° beträgt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach aem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung, allerdings nicht zum Gebrauch bei kleinen Haushaltsgeräten, wie Trockenrasierapparaten, ist aus der FR-PS 15 58 228 bekannt Dabei sind auf einer Antriebswelle auf Abstand zwei Nokken angeordnet Jeder dieser Nocken arbeitet mit einem doppe'.armigen, im Schwenklager geknickten Hebel zusammen. Ein Arm des doppelarmigen Hebels wird mittels einer Feder gegen den jeweiligen Nocken geurückt Der andere Arm wirkt auf einen Stempel ein, der ein Formstück bearbeitet Die hin und her gehende Bewegung des doppelarmigen Hebels kommt dadurch zustande, daß der eine Hebelarm des doppelarmigen Hebels die Kontur des umlaufenden Nockens abtastet

Es ist bekannt, Vibrationsgeräte, beispielsweise Vibrationstrockenrasierer, mit Hilfe von Rotationsmotoren anzutreiben (EP-OS 45 107). Auf der Rotorwelle sind dabei zwei Nockenscheiben angeordnet, die über ein Hebelgelenksystem das Untermesser des Trockenrasierers antreiben. Dieses Hebelgelenksystem ist anfällig, weil es mit Fiimgeienken zwischen den einzelnen Gelenkteilen versehen ist oder bei der Ausbildung als Kurbeltrieb störende Geräusche verursacht

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mittels der auf sehr stabile und geräuscharme Weise die Uradrehung eines schwierig selbstanlaufenden Einphasensynchronmotors mit einer bestimmten Frequenz in eine Vibrationsbewegung eines Vibrationsteiles mit doppelter oder mehrfacher Frequenz übersetzt wird und mit der auch bei größeren Reibungsbelastungen ein Anlauf möglich ist.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung dadurch gelöst, daß bei Verwenden eines Einphasensynchronmotors der Winkel ε zwischen den beiden Hebelarmen des doppelarmigen Hebels ca. 140° beträgt, daß die Bewegungsrichtung des Vibrationsteils parallel zur Hauptfeldrichtung des Statorfeldes steht und daß bei einer die Motorfrequenz verdoppelnden Anordnung der Win^r! β zwischen Magnetisierungsachse des Rotors und der längeren Nokkenmittellinie des spiegelbildlich ausgebildeten Nokkens etwa 40° bis 55°, vorzugsweise 45°, beträgt.
Eine solche Übertragungsvorrichtung ist einfach erstellbar und betriebssicher. Der Aufbau führt zu einem ruhigen Lauf und erbringt etwa gleiche Laufgeräusche in beiden Drehrichtungen. Das Gerät läuft zuverlässig an.

Ein weiterer Vorfeil besteht darin, daß die Andruckfe-

;-■} der den Anlauf bei größeren Reibungswerten unterstützt, weil Klebemoment und Federmoment im Parallelstand in gleicher Richtung zusammenwirken.

In vorteilhafter Weise ist dabei vorgesehen, daß die Federwirklinie senkrecht auf der Verbindungslinie von Kontaktrollenachse und Schwenklager steht. Beim Schwingen wird die Feder dann nach beiden Seiten gleich gekrümmt, und die Belastung ist symmetrisch. Die Federkonstante wird damit linearisiert und weniger abhängig von der Federstellung.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wirkungsrichtung der Andruckfe-

Si iSlejibeii Mittenstellung desgHebels durch die Wellendes

' *Eiriphasehsynchronmoto1-s'hiridürch verläuft, wobei^rdiese dann gleichzeitig senkrecht auf der Verbindungslinie von Andruckrollenachse und Schwenklager steht. Der Aufbau führ! zu einem flachen, schmalen und nicht zu langen Gerät. Das Gerät ist einfach und damit wirtschaftlich herstellbar.