DE3404298C2 - Verfahren zum Herstellen der Kontur eines Nockens für den Antrieb eines Vibrationsteils, insbesondere in einem Trockenrasier- oder Massagegerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung in einem elektrisch angetriebenen Vibrationsgerät, insbesondere Trockenrasier- oder Massagegerät, mit einem Rotationsmotor (3), der über eine umlaufende Nockeneinrichtung (7) auf einen Schwenkarm (17) einwirkt, der die umlaufende Bewegung in eine oszillierende Bewegung umwandelt, wobei eine Nockenkontur (51) vorgesehen ist, die von wenigstens einer Rolle (13) des Schwenkarmes (15) abgetastet wird und deren Abstand von der Nockenachse (46) zwischen den Bewegungsumkehrpunkten eines angetriebenen Vibrationsteiles (8) zwischen einem Maximum und einem Minimum schwankt. Die Nockenkontur (51) ist so ausgebildet, daß das zu einem bestimmten Zeitpunkt (t) gewünschte Maß der Auslenkung (Gi(t)) der oszillierenden Bewegung zu diesem Zeitpunkt die Nockenkontur (51) bestimmt, indem das gewünschte Maß der Auslenkung auf dem Nocken (7) um einen Korrekturwinkel Δα versetzt vorgesehen ist, dessen Wert sich ergibt aus der Nockenstellung bei fehlenden Schwankungen der Motorgeschwindigkeit und/oder Verzerrungen und der Nockenstellung bei vorhandenen Störungen.

Description

», die Kreisfrequenz des Netzes,

ω, ■ ρ die Amplitude der Motorwinkelgeschwindigkeitsschwankung

ist, die zu einem bestimmten Zeitpunkt t gewünschte Auslenkung G₁U) und gleichzeitig der zu diesem Zeit- • 15 punkt vorliegende gestörte Wert des Nockenverdrehungswinkels α bestimmt werden, der von dem unter idealen Bedingungen bei konstanter Motorgeschwindigkeit vorliegende Wert von α abweicht, wobei diesem gestörten Wert die gewünschte Auslenkung G₁U) zugeordnet wird, und daß um die Mittellinie der Nockenachse bei Mittenstellung der Anordnung ein Kreis geschlagen wird, der durch die Mittellinie der $ Rollenachse verläuft, daß, von diesem Kreis ausgehend, in radialer Richtung die zu den jeweiligen ge-

störten er-Werten gewünschten idealen Auslenkungswerte χ = G₁U) aufgetragen werden, daß Endpunkte der Auslenkungswerte zu einer Auslenkungskurve verbunden werden, daß um die Auslenkungskurve in dichter Folge Kreise mit dem Rollenradius geschlagen werden, wobei die Innentangenten an diese Kreise die gewünschte Kontur ergeben.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen der Kontur eines Nockens für den Antrieb eines Vibrationsteils, insbesondere an einem Trockenrasier- oder Massagegerät, mit einem Rotationsmotor.

Aus der EP-OS 45 107 ist es für Vibrationstrockenrasierer bekannt, diese mit Hilfe von Rotationsmoioren anzutreiben. Auf der Rotorwelle sind dabei senkrecht zueinander zwei Nockenscheiben angeordnet, die jede von einer Rolle abgetastet wei-'.en und die über ein Hebelgelenksystem das Untermesser des Trockenrasierers antreiben. Die Kontur d".s Nockens hat dabei einen Abstand von der Nockenachse, der bei der Bewegung des angetriebenen Vibrationstei' ;s zwischen den Bewegungsumkehrpunkten zwischen einem Maximum und einem Minimum schwankt und damit in etwa die Form eines abgeflachten Kreises oder einer Ellipse hat. Diese Gestalt der Nockenkontur soil dabei iedigiich eine oszillierende Bewegung des üniermessers herbeiführen; sie beachtet nicht Geschwindigkeitsschwankungen längs des Bewegungsweges, die durch Schwankungen der Motorumdrehungsgeschwindigkeit verursacht werden. Infolge dieser einfachen Nockengestaltung bzw. der Ausformung der Nockenkontur können die Schneideigenschaften des Scherkopfes über den Bewegungsweg zwischen den Umkehrpunkten durch die genannten Schwankungen ungünstig beeinflußt werden. Aus der EP-OS 45 107 und der DE-OS 18 13 265 ist es darüber hinaus bekannt, Hin- und Herbewegungen mittels eines Gleichdicks zu erzeugen. Das Gleichdick nach der DE-OS 18 13 265 ist dabei durch eine Veränderung der Abwälzbögen so gestaltet, daß sich das Gleichdick von den von ihm berührten Führungsschienen während der Bewegung nicht abhebt.

Ein günstiges Zeitwegverhalten läßt sich ausdrücken durch den Ausdruck χ = G₁(O- Ein Beispiel ist eine sinusförmig von der Zeit abhängige Schwingung. Es ergibt sich dabei der Ausdruck χ = α sin η m_et, wobei je die Auslenkung des oszillierenden Teiles, α die Schwingungsamplitude, G₁U) die gewünschte Zeitfunktion, η eine ganze Zahl, <a, die Kreisfrequenz des Netzes und / die Zeit ist.

Setzt man eine feste Kopplung von Rotorposition Θ und Nockenstellung, dessen Drehkoordinate durch den Winkel α gekennzeichnet sein soll, voraus, wobei Θ und α sich durch einen festen Verdrehungswinkel ö unterscheiden in der Art

a = Θ + δ,

so kann man durch geeignete mechanische Umsetzmittel in erster Näherung zu erreichen suchen, daß die Position χ des oszillierenden Teiles in gewünschter Weise von der Position α des rotierenden Nockens und damit von der Rotorposition Θ abhängt. Dieser ideale Zusammenhang sei mit G,{a) bezeichnet

χ = G,(a).
60

Treten im Übertragungsweg keine von dieser Annahme abweichenden Verzerrungen auf und ist die Umdrehungsgeschwindigkeit Θ des Motors konstant gleich <y_f, so wird die Auslenkung χ den gewünschten Zeitverlauf GM haben. Ist z. B.

Θ = ω,

χ = a sin η α

a = θ + δ = (u_ct + δ,
so erhält man für die Auslenkung wie gewünscht:

χ = GiU) = α sin η (<u_rr + δ), 5

also eine sinusförmig von der Zeit abhängige Funktion mit einer um den Faktor η vervielfachten Frequenz und einer Phasenverschiebung gegenüber der Rotorposition Θ.

In Wirklichkeit ist aber die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors nicht immer konstant, sondern kann periodischen Schwankungen unterworfen sein, wie dies z.B. bei einem Einphasensynchronmotor der Fall ist. io Ferner können auch durch pulsierende Belastungen periodische Schwankungen der Motorgeschwindigkeit verursacht werden.

Des weiteren kann die Übertragungsfunktion der mechanischen Umsetzungsmittel zwischen Nocken und Vibrationsteil im Betrieb von der gewünschten Form abweichen. Beide Effekte können die gewünschte Zeitabhängigkeit der Auslenkung in ungewünschter Weise verzerren in der Art, daß 15

x= G₁U)
wobei SU) eine periodische Störfunktion sein soll. Hat z.B. die Motorwinkelgeschwindigkeit die Form

20 θ = ω, +fU),

wobei fU) eine periodische Funktion sein soll, so erhält man für den Motordrehwinkel

f ²⁵

Θ = ü>_ei + J fU) d/

und für den Winkel ar:

a = ω,t + δ + j /(/) df.
ο

Der bei schwankender Motorgeschwindigkeit auftretende Wert des Nockenverdrehungswinkels α weicht 35 von dem Wert, der bei konstanter Geschwindigkeit vorliegen würde, um einen Störwert A α ab. In gleicher Weise rühren mechanische Verzerrungen im Übertragungsweg, die von der idealen Übertragungsfunktion C, (ar) abweichen, zu Winkelabweichungen A α gegenüber den Werten, bei denen die gewünschte Auslenkung G₍₁₎ im idealeT ungestörten Zustand auftreten würden.

Für den Fall 40

/(/) = ρ ■ ω, cos 2 <u_ct,
wobei ρ · ω, die Amplitude der Geschwindigkeitsschwankung ist, ergibt sich:

a = <u,/ + δ + pll sin 2 m_et.
Ist beispielsweise die mechanische Übertragungsfunktion:

G (a) = α sin 2 a, 50

so erhält man für die Auslenkung

χ = α sin 2 (<y_f/ + δ + p/2 sin 2 m_ct)
= α sin 2 (<y,r + δ) + SU), 55

mit den entsprechenden Verzerrungen 5(0 gegenüber dem bei einer konstanten Motorgeschwindigkeit vorliegenden Verlauf G₁U)-

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Kontur eines Nockens der eingangs erwähnten Art geschaffen werden kann, um so die durch Schwankungen der Motorgeschwindigkeit bedingten 60 Abweichungen in der Bewegung des oszillierend angetriebenen Geräteteiles von der gewünschten gleichmäßigen Bewegijing G₁U) durch konstruktive Maßnahmen im Übertragungsweg aufzuheben. Bei dem so hergestellten Nocken erhält der Weg der Vibrationsteilauslenkung zwischen den Umkehrpunkten eine Zeitabhängigkeit, wie siti bei konstanter Motorgeschwindigkeit auftreten würde.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer nicht-konstanten Motorgeschwin- 65 digkeit deriForm

Θ ~ bi\. + o)_r ■ ρ cos 2 ü)_ct.

ω, die Kieisfrequenz des Netzes,

ω, · ρ die Amplitude der Motorwinkelgeschwindigkeitsschwankung
5

ist, die zu einem bestimmten Zeitpunkt / gewünschte Auslenkung G₁U) und gleichzeitig der zu diesem Zeitpunkt vorliegende gestörte Wert des Nockenverdrehungswinkels α bestimmt werden, der von dem unter idealen Bedingungen bei konstanter Motorgeschwindigkeit vorliegenden Wert von α abweicht, wobei diesem gestörten Wert die gewünschte Auslenkung G₁U) zugeordnet wird, und daß um die Mittellinie der Nockenachse bei Mittenstellung der Anordnung ein Kreis geschlagen wird, der durch die Mittellinie der Rollenachse verläuft, daß, von diesem Kreis ausgehend, in radialer Richtung die zu den jeweiligen gestörten «-Werten gewünschten idealen Auslenkungswerte χ = G₁U) aufgetragen werden, daß Endpunkte der Auslenkungswerte zu einer Auslenkungskurve verbunden werden, daß um die Auslenkungskurve in dichter Folge Kreise mit dem Rollenradius geschlagen werden, wobei die Innentangenten an diese Kreise die gewünschte Kontur ergeben.
Mit einem so hergestellten Nocken werden die Schwankungen der Motorgeschwindigkeit bei der Ausbildung der Nockenkontur berücksichtigt, so daß der Verlauf der Vibrationsteilauslenkung zwischen den Umkehrpunkten sinusförmig von der Zeit abhängig ist.

Durrh die Finfiihning der gezielt ermittelten Nockenkontur läßt sich erreichen, daß zwischen den Punkten der Bewegungsumkehr der Weg des Vibrationsteiles die gewünschte Zeitabhängigkeit aufweist und Störungen der Bewegung ausgeschaltet werden. Dadurch ergibt sich über den gesamten Bewegungsweg des Vibrationsteiles hinweg eine günstige Arbeitsbelastung.

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

Fig. 1 das Funktionsprinzip eines Vibrationstrockenrasierapparates, der von einem Einphasensynchronmotor angetrieben wird und seine Drehbewegungen über einen Hebelarm in eine Vibrationsbewegung an einem Untermesser umwandelt,

Fig. 2a und 2b einen Nocken mit korrigierter Nockenkonti?¹:

Fig. 1 zeigt einen doppelarmigen Hebelantrieb für ein Vibrationstrockenrasiergerät mit einer einen Nocken abtastenden Kontaktrolle. An einer Montagewand 1 des Trockenrasierapparates ist ein Einphasensynchronmotor 3 mit seinem dauermagnetischen Rotor 4 befestigt. Die Antriebswelle 5 des Svnchronmotors 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 51 aufweist, daß ein Untermesser 8 bei Drehung des Nockens 7 eine periodisch 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 um eine Rollenachse 19 drehbar gelagert ist. Der doppelarmige Hebel 15 weist zwei Hebelarme 16 und 17 auf, die um ein gemeinsames Schwenklager 18 zwischen beiden Hebelarmen 16 und iv verschwenkbar sind. Die Andrucksrolle 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 ■»o Schwenklager 18 schließen einen Winkel ε von ca. 140° miteinander ein.

Gegen den Hebelarm 16 drückt eine Andruckfeder 21, deren Vorspannung mit 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 verschiebüch. Die Andrückrolle 13 wird mit ihrer Oberfläche 32 gegen die Kontur 51 des Nockens 7 gedrückt. Die Andruckkraft ist dabei so bemessen, daß einerseits die Andruckrolle 13 zu keiner Zeit von dem Nocken 7 abheben kann, daß andererseits die Andruckkraft aber nicht so groß wird, daß die Umlaufbewegung des Rotors beeinträchtigt wird.

so Die Drehkoordinate des Rotors 4 wird angegeben durch einen Winkel Θ. Dieser soll gleich Null sein, · enn vom Staiorfeld kein Moment auf den Rotor 4 ausgeübt wird. In der Zeichnung soll die θ = O°-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 das Untermesser 8 antreibenden Hebiiarms 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 Statorspulen ein magnetisches Reluktanzmoment, im folgenden Klebemoment genannt. Durch geeignete Formgebung der Polbögen des Stators läßt sich in bekannter Weise erreichen, da£ das Klebemoment den Rotor in positiver Drehrichtung, also in der Zeichnung im Uhrzeigersinn, aus der Parallelstellung bei θ = 0° (Linie 38, Statorhauptfeldrichtung) zu drehen versucht und tatsächlieh verdreht bis zu einem positiven Winkel θ = y, also in die durch die Linie 45 angegebene Position, in der das Klebemoment gleich Null wird. Der Asymmetriewinkel y ist abhängig von der Ausgestaltung der Polbögen und dem Luftspalt 39 zwischen Stator 40 und Rotor 4 sowie von den geometrischen und magnetischen Rotordaten und wird schließlich auch noch von den übrigen Statorgegebenheiten beeinflußt; er sollte größer sein als etwas 5°, kann aber auch wesentlich größer sein, bis zu 45°. Vorzugsweise wird ein Wert um 22° gewählt. Nur wenn die Reibungswerte, die auf den Rotor wirken, sehr klein sind oder wenn man zusätzliche mechanische, magnetische oder e!ektrische Starthilfen vorsieht, könnte der Winkel y klein oder sogar gleich Null sein. Bei dem als ein Einphasensynchronmotor mit dauermagnetischem Läufer ausgebildeten Antriebsmotor 3 soll die Rotorwinkelgeschwindigkeit folgende Zeitabhängigkeit haben:

Θ = ω, + 0.3 ω, cos 2 m_ei.

Diese Zeitabhängigkeit ist aber im übrigen abhängig von der Dimensionierung des Motors, seiner Drehrichtung, der Belastung und der angelegten Spannung. <y,. ist wieder die Netzkreisfrequenz.

Der auf der Rotorwelle 5 angeordnete Nocken 7, der mit Hilfe der Andruckrolle 13 abgetastet wird, soll dem Hebelarm 17 eine sinusförmige, von der Nockenposition abhängige Auslenkung χ der Form:

χ - α sin 2 α,

die auf das Untermesser übertragen wird, aufzwingen. Störungen im Übertragungsweg werden dadurch ausgeschlossen. Zwischen d';r Rotorposition Θ u;;d der Nockenposition α soll die Beziehung bestehen:

a = Θ + δ.

Es soll nun eine Nockenkontur geschaffen werden, bei der die Auslenkung χ auch sinusförmig abhängig von der Zeit ist unter Ausschaltung von Störeinflüssen durch Motordrehgeschwindigkeitsschwankungen. Zur Konturermittlung werden zunächst der Rollenradius r, die Schwingungsamplitude des Hebelarmes 16 und der mittlere Abstand c von Nockenachsenmittelpunkt 46 und Rollenachsenmittelpunkt 47 ermittelt. Dann wird um den Nockenminelpunkt 46 ein Kreis geschlagen, der durch die Rollenachse geht.

In herkömmlicher Weise wurden auf diesem Kreis in radialer Richtung die zu den jeweiligen a-Werten gehörenden Auslenkungswerte χ [a) = α sin 2 α aufgetragen. Um die sich auf diese Weise ergebende Kurve würden nun in dichter Folge Kreise mit dem Radius der Rolle 13 geschlagen. Die Innentangenten an diese Kreise ergeben die gewünschte Nockenkontur 50 in Fig. 2, wenn die idealen a-Werte richtig sind.

Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit des Motors

θ = ω_Γ

wäre dies der Fall, und die Auslenkung wäre dann in gewünschter Weise ebenfalls sinusförmig abhängig von der Zeit

χ = G₁-O) = a sin 2 (ω,ΐ + δ).

Aufgrund der nicht konstanten Geschwindigkeit des Einphasensynchronmotors weicht die Auslenkung χ jedoch von der gewünschten Zeitabhängigkeit ab, weil die tatsächliche Nockenposition zur Zeit t

a = <y_f/ + δ + 0.15 sin 2 o>,.t
von der idealen Nockenposition
a, = <u_et + δ

um den Wert A α gleich 0.15 sin 2 ω_ει abweicht.

Die richtige Kontur 9 unter Berücksichtigung der gestörten α-Werte ergibt sich dann, wenn die zu bestimmten Zeitpunkten t tatsächlich vorliegenden Nockenpositionen bestimmt und diesen Werten die zu diesen Zeitpunkten gehörenden gewünschten Auslenkungen χ = G,-(/) zugeordnet werden. Dies ergibt den in der beigefügten Tabelle dargestellten Zusammenhang für δ = +49°. Die Konstruktion der korrigierten Nockenkontur erfolgt dann dergestalt, daß die zugehörigen Auslenkungswerte und Winkelwerte kombiniert werden und um die sich so ergebende Kurve wiederum Kreise mit dem Rollenradius geschlagen werden. Aufgrund der Lastrückwirkung muß der Vorgang evtl. mehrmals wiederholt werden. Es ergibt sich dann abhängig von den geometrischen Daten eine Nockenkontur51 wie in Fig. 2a oder 2b.

Auf dieselbe Weise lassen sich Verzerrungen im Übei .ragungsweg, solange sie periodischer Natur sind, durch eine Korrektur der Nockenkontur ausgleichen.

Tabelle

Ideale Nockenposition

a = <u_f/ + δ δ = +49°

Gewünschte Auslenkung/α	Tatsächliche Nockenposition
G1U)Ia = sin 2(aet + ö)	a = a>et + δ + 0.15
	sin 2 0et
0	- 8.51°
.1736	- 3.59
.3420	+ 1.59
.5	+ 7.03
.6428	+ 12.71
.7660	+ 18.61

0° 5 10 15 20 25

Fortsetzung

Ideale Nockenposition

m_rt + δ +49°

Gewünschte Ailslenkung/α	. i ·	, Tatsächliche No(jkei
G1U)Ia = sin 2(üiet + δ)		a = ω,Ι + ΰ + U. 15
		sin 2 ω,,Ι
.8660		+ 24.71°
.9397		+ 30.97
.9848		+ 37.34
1.		+ 43.80
.9848		+ 50.3
.9397		+ 56.79
.866		+ 63.22
.766		+ 69.55
6Ί28		+ 7S.75
.5		+ 81.77
.3420		+ 87.59
.1736		+ 93.17
0		+ 98.51
-.1736		+ 103.59
-.3420		+ 108.41
-.05		+ 112.97
-.6428		+ 117.29
-.766		+ 121.39
-.866		+ 125.29
-.9397		+ 129.03
-.9848		+ 132.66
-1.		+ 136.20
-.9848		+ 139.7
-.9397		+ 143.21
-.866		+ 146.78
-.766		+ 150.45
-.6428		+ 154.25
-.5		+158.23
-.3420		+ 162.41
-.1736		+166.83
0		+ 171.49
.1736		+176.41
.3420		+ 181.59
.5		+187.03
.6420		+ 192.71
.7660		+ 198.61
.8660		+ 204.71
.9397		+ 210.97
.9848		+ 217.34
1.		+ 223.80
.9848		+ 230.3
.9397		+ 236.79
.866		+ 243.22
.766		+ 249.55
.6428		+ 255.75
.5		+ 261.77
.3420		+ 267.59
.1736		+ 273.17

30°

ηη 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265

Fortsetzung

Ideale Nuckenposition

a = ω,, ι + δ δ = +49°

Gewünschte Auslenkung/a	Tatsächliche Nockenpoiiition
Gi(t)lc = sin 2(t,,ct + ή)	a = <üet + δ + 0.15
	sin 2 ωΓ/
0	+ 278.51°
-.1736	+ 283.59
-.3420	+ 288.41
-.0.5	+ 292.97
-.6428	+ 297.29
-.766	+ 301.39
-.866	+ 305.29
-.9397	+ 309.03
-.9848	+ 312.66
-1.	+ 316.20
-.9848	+ 319.7
-.9397	+ 323.21
-.866	+ 326.78
-.766	+ 330.45
-.6428	+ 334.25
-.5	+ 338.23
-.3420	+ 342.41
-.1736	+ 346.83
0	+ 351.49
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. >^Ei Patentanspruch:

   ^h Verfahren zum Herstellen der Kontur eines Nockens für den Antrieb eines Vibrationsteils, insbesondere

   an einem Trockenrasier- oder Massagegerät, mit einem Rotationsmotor, dadurch gekennzeichnet, ^ 5 daß bei einer nicht-konstanten Motorgeschwindigkeit der Form

   θ = o)_e + m_r ■ ρ cos 2 <a_e t,
   wobei