DE3524842A1

DE3524842A1 - Daempfungseinrichtung fuer einen umlauf-schrittschaltmotor

Info

Publication number: DE3524842A1
Application number: DE19853524842
Authority: DE
Inventors: Heinz Joseph West Hartford Conn. Gerber
Original assignee: Gerber Scientific Inc
Current assignee: Gerber Scientific Inc
Priority date: 1984-07-10
Filing date: 1985-07-09
Publication date: 1986-01-23
Also published as: US4563605A; GB2161577A; GB8505966D0; GB2161577B; JPS6126448A; FR2567603A1; JPH0620359B2; DE3524842C2; FR2567603B1

Description

PATENTANWÄLTE

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100O BERLIN-DAHLEM 33 · PO DBIELSKIALLEE 8000 MÜNCHEN 22 · Wl D E N M AYE R STRAS S E 49

GERBER SCIENTIFIC, INC.

BERLIN: DIPU.-INS. R. MÜLLER-BORN ER

MÜNCHEN: DIPL.-ING. HANS-HEINRICH WEY

Berlin, den 09. Juli 1985

"Dämpfungseinrichtung für einen UmIauf-Schrittschaltmotor"

(Priorität: USA, Nr. 629 280 vom 10. Juli 1984)

12 Seiten Beschreibung mit 12 Patentansprüchen,

1 Seite Zusammenfassung mit Fig. 2 und

2 Blatt Zeichnung

MB/Ma - 29 099

BERLIN: TELEFON (030)8312088 KABELiPROPINDUS-TELEX: 184057 MÜNCHEN: TELEFON (089) 225585 KABEL: PROPINDUS · TELEX: 524244

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Dännfungc·--: prichtungen der zum Beruhigen der Leistung von Schrittschal tmotoren verwendeten Art und behandelt insbesondere eine solche Einrichtung, die billig und z".r Verwendung mit Umlauf-Leistungsschrittschaltmotoren geeignet ist.

Da Schrittschaltmotoren, im wesentlichen digitaler Natur sind, finden sie in computergesteuerten Systemen zum Antreiben von Teilen in Situationen, in denen eine genaue Verschiebungssteuerung erforderlich ist, weite Verwendung. So werden z. B. Schrittschaltmotoren oft zum Antreiben des X- und des Y-Schlittens eines X-Y-Plotters verwendet, um einen Aufzeichnungsschreiber oder ein anderes Instrument relativ zu einer Aufzeichnungsfläche genau zu positionieren. Ein Nachteil von Schrittschaltmotoren liegt jedoch darin, daß wegen ihrer schrittweisen Erregung der Mote¹"anker am Ende jedes Schritts um einen bestimmten Betrag schwingt. Der Grad dieser Schwingung ist zwar bei den meisten Ex'regerfrequenzen oft annehmbar, aber wenn die Erregerfrequenz sich der Resonanzfrequenz des Motors nähert und diese erreicht, kann die Schwingung übermäßig werden.

Zur Lösung dieses Problems sind in der Vergangenheit verschiedene Schwingungsdämpfungseinrichtungen zur Verwendung mit Schrittschaltmotoren vorgeschlagen worden. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise in der US-PS 3 656 014 ge- zeigt, wo für einen linearen Schrittschaltmotor eine inerte Masse mit dem Anker des Motors über exn viskoelastisches Teil verbunden ist.

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Es ist Aufgabe dieser Erfindung, eine Dämpfungseinrichtung zu schaffen, die ein wenig das gleiche Dämpfungsprinzip wie das der US-PS 3 656 014 anwendet, obwohl sie nicht notwendigerweise ein elastizitätsschaffendes Teil einschließt, die zur Verwendung mit einem Umlauf-Schrittschaltmotor geeignet ist und die unter Verwendung leicht erhältlicher Standard-Bauteile billig herstellbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Patentanspruch 1 angegebenen Mittel.

Die Erfindung ist also in einer Dämpfungseinrichtung zur .Verwendung mit einem Umlauf-Schrittschaltmotor zu sehen, die aus einer einfachen, im Handel erhältlichen Rollelement-Lagereinheit, vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, eine Nadellagereinheit, hergestellt ist, welche einen inneren Laufring, der an der Welle des Motors angebracht werden kann, und einen äußeren, eine inerte Masse tragenden Laufring hat. Statt mit einem Schmiermittel der Art, wie sie normalerweise bei dem Lager für herkömmliche Anwendungen desselben Verwendung finden würde, ist die Lagereinheit mit einem Material wie z. B. einer Silikonverbindung gefüllt, das eine verhältnismäßig hohe Viskosität hat, die über einen weiten Betriebstemperaturbereich im wesentlichen konstant bleibt. Während des Betriebes des Motors schafft die Wechselwirkung zwischen dem Füllmaterial und den Rollelementen des Lagers sowie dem inneren und dem äußeren Laufring des Lagers einen viskosen Kupplungseffekt, der, verbunden mit dem Trägheitseffekt der inerten Masse, einen wünschenswerten Dämpfungseffekt auf den Motoranker hat.

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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Schrittschaltmotors mit einer die Erfindung verkörpernden Dämpfungseinrichtung'

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Dämpfungseinrichtung in Fig. 1, teilweise weggeschnitten;

Fig. 3 eine Teilschnittansicht durch die Dämpfungseinrichtung in Fig. 1 auf einer diametralen Ebene τ

Fig. 4 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Lagereinheit der Dämpfungseinrichtung auf der Linie 4-4 in Fig. 3.

Ein mit 10 bezeichneter, herkömmlicher Umlauf-Schrittschaltmotor hat ein im allgemeinen zylindrisches Gehäuse 12, und eine Kraftabgabewelle 14, die, wie durch den Pfeil 18 veranschaulicht, relativ zum Gehäuse um eine Mittelachse 16 drehbar ist. Die Kraftabgabewelle ist an dem im Inneren des Gehäuses 12 liegenden Anker oder Rotor des Motors befestigt, der mit einem ebenfalls im Inneren des Gehäuses 12 liegenden Stator zusammenwirkt, welcher Wicklungen trägt, die durch Ströme erregt werden, welche ihnen über einen Satz von Leitern 20 schrittweise zugeführt werden. Im darge-

stellten Fall erstreckt sich die Kraftabgabewelle 14 von beiden Enden des Gehäuses 12 aus, wobei am unteren Ende der Welle ein Kraftabgabezahnrad 22 befestigt ist, das eine zugeordnete Last antreibt, die vom Zahnrad 24 dargestellt ist, und wobei das obere Ende der Welle 14 eine allgemein mit 26 bezeichnete, die vorliegende Erfindung verkörpernde Dämpfungseinrichtung trägt. Obwohl nicht darcpistellt, versteht es sich von selbst, daß das Gehäuse des Motors stationär ist und von irgendeiner Haltekonstruktion der Vorrichtung, mit der er verwendet wird, gehalten wird und an dieser befestigt ist.

Die Dampfungseinrichtung 26 dient zum Dämpfen oder Verringern der Größe unerwünschter Schwingungen der Kraftabgabewelle 14, die der schrittweisen Erregung des Motors innewohnen. Im Prinzip besteht diese aus einer inerten Masse, die mit der Kraftabgabewelle über eine viskose Kupplung verbunden ist, und gemäß der Erfindung ist ihre Konstruktion derart, daß sie aus im Handel erhältlichen billigen Standard-Elementen hergestellt werden kann, während sie nichtsdestoweniger sehr gute Schwingungsdämpfungseigen— schäften offenbart.

Wie aus Fig. 2 bis 4 hervorgeht, besteht der Schwingungsdämpfer 26 aus einer inerten Masse 28 in Form einer Metallscheibe mit einer konzentrisch zur Achse 16 liegenden mittleren Öffnung 30. Von der mittleren Öffnung 30 wird eine mit einem viskosen Material gefüllte Rollelement-Lagereinheit aufgenommen, so daß die mechanischen Elemente der Lagereinheit zusammen mit ihrer viskosen Materialfüllung eine viskose Kupplung zwischen der Welle 14 und der inerten Masse 28 schaffen.

Die Form der bei der Herstellung des Schwingungsdämpfers Verwendung findenden Rollelement-Lagereinheit kann in weitem Umfang variieren, wobei eine solche Einheit beispielsweise eine Kugellagereinheit mit einer oder mehreren ringförmigen Reihen von Kugeln oder ein Walzenlager mit einer oder mehreren Reihen von Walzen ist. Vorzugsweise, und im dargestellten Fall, ist die Lagereinheit jedoch eine Nadellagereinheit 32, bei der die Rollelemente langgestreckte ^fadelwalzen 34, 34 sind. So kann als spezifisches Beispiel die ι Lagereinheit 32 ein Camrol-versiegeltes Nadellagereinh4it-Modell Nr. CYR-I 1/4-S sein.

Zusätzlich zu den Nadelwalzen 34, 34 schließt die Lagereinheit 32 einen äußeren Laufring 36, der in die Öffnung des inerten Gewichts preß-eingepaßt oder anderweitig an einem solchen Gewicht befestigt ist, einen inneren Laufring 38, der auf die Welle 14 preß-aufgepaßt oder anderweitig an dieser befestigt ist, zwei ringförmige Endteile 40, 40, die· {jeweils auf ein Ende des inneren Lauf rings 38 preßaufgepaßt sind, und zwei ringförmige elastische Dichtungen 42, 42 ein. Die beiden Endteile 40, 40 halten zusammen die Nadelfilzen 34, 34 zwischen den Endteilen 40, 40 seitlich zwangsläufig an brt und Stelle. Die ringförmigen elastischen Dichtungen 42, 42 werden von Ringnuten des äußeren Laufrings 36 aufgenommen, 'und jede wirkt mit einer zugeordneten Umfangsoberfläche des zugeordneten ringförmigen Endteils zusammen, um eine Umlaufdichtung zu schaffen, die ein Austreten !von Füllmaterial aus dem Innenraum der Lagereinheit ' verhindert.

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BAD

Statt daß die Räume, die zwischen dem inneren Laufring 36 und dem äußeren Laufring 38 sowie zwischen den einzelnen Nadelwalzen 34 bestehen, mit einem herkömmlichen Schmierfett oder einem anderen Schmiermittel der Art gefüllt sind, wie sie normalerweise bei der Lagereinheit für herkömmliche Anwendungen derselben verwendet wird, sind diese Räume, wie am besten in Fig. 4 zu sehen ist, mit einem Füllmaterial 44 verhältnismäßig hoher Viskosität wie einer wenigstens so großen wie der von Melasse bei Zimmertemperatur oder einer Viskosität von mindestens 1 χ 10 Centipoise gefüllt, wobei diese Viskosität über einen weiten Betriebstemperaturbereich wie einen Temperaturbereich von wenigstens 10 C bis 90 C beibehalten wird. Es können verschiedene Materialien hoher Viskosität für das Material 44 Verwendung finden, aber vorzugsweise ist es ein Material auf Silikonbasis. Ein vorliegend bevorzugtes spezifisches Material ist die klebrige, dielektrische Silikonverbindungsart G661 von General Electric.

Ein Grund, daß eine mit viskosem Material gefüllte Walzenlagereinheit gemäß der Erfindung gut als Schwingungsdämpfer arbeitet, liegt darin, daß die Oberflächen der Walzen sich zwischen benachbarten Walzen in entgegengesetzte Richtungen bewegen und dabei die Relativbewegung zwischen den beiden Oberflächen zweimal so schnell wie die Geschwindigkeit jeder Oberfläche machen, und da die Viskositätskraft proportional der Geschwindigkeit ist, ist dies wichtig, wenn in kleinen Räumen große Viskositätskräfte erzeugt werden sollen. Auch wegen der vielen Walzen wird in einem kleinen Raum ein großer Oberflächenbereich hergestellt, was ebenfalls zur Erzeugung großer Viskositätskräfte beiträgt. Weiterhin können, da große Viskositätskräfte in einem kleinen Raum erzeugt

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werden können, die Walzen nahe an der Welle des Motors liegen, wodurch die Trägheit des an der Welle angebrachten Teils des Dämpfers verringert wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Dämpfungseinrichtung mit einer inerten Masse für einen
Umlauf-Schrittschaltmotor, d a el u ;: c h ge k e τ; η -zeichnet , daß die inerte Masse (28) eine Mittelachse (16) und eine konzentrisch zu dieser Achse liegende öffnung (30), eine von der Öffnung der inerten Masse aufgenommene Rollelement-Lagereinheit (32), wobei die Lagereinheit einen äußeren, an der inerten Masse befestigten
Laufring (36), einen inneren Laufring (38) mit einer zur
Mittelachse (16) der inerten Masse konzentrischen Öffnung, mit deren Hilfe der Laufring (38) an der Kraftabgabewelle (14) eines Schrittschaltmotors (12) angebracht werden kann, und eine Vielzahl von Rollelementen
(34) aufweist, die zwischen dem inneren und dem äußeren
Laufring positioniert sind, und eine Masse viskosen Materials (44) hat, die von den Räumen aufgenommen wird, die
zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring sowie
zwischen den einzelnen der Vie.1 zahl von Rollelementen bestehen.

BERLIN: TELEFON (03O) 8312Ο88 KABEL: PROPINDUS · TELEX: 1 84Ο57

MÜNCHEN: TELEFON (089) 22558B KABEL: PROPINDUS ■ TELEX: 524244

2. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagereinheit (32) eine Nadellagereinheit ist, bei der die Rollelemente Nadelwalzen (34) sind.

3. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das viskose Material (44) ein Silikonmaterial ist.

4. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das viskose Material (44) ein Material mit einer Viskosität von wenig-

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stens 1,0 χ 10 Centipoise über einen Temperaturbereich von 10⁰C bis 90⁰C ist.

5. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die inerte Masse (28) eine Metallscheibe ist.

6. Dämpfungseinrichtung zur Verwendung mit einem Umlauf-Schrittschaltmotor, die eine inerte Masse einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die inerte Masse (28) eine Mittelachse (16) und eine konzentrisch zu dieser Achse liegende Öffnung (30), eine von dieser Öffnung aufgenommene Rollelement-Lagereinheit (32), die einen äußeren, an der inerten Masse befestigten Laufring (36), einen inneren Laufring (38) mit einer Öffnung, die zur Mittelachse der inerten Masse konzentrisch liegt und mit deren Hilfe ein Anbringen an die Kraftabgabewelle eines Schrittschaltmotors vorgenommen werden kann, und eine Vielzahl von Rollele-

menten (34) einschließt, die zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring positioniert sind, und eine Silikonmaterialmenge (44) hat, die von den Räumen aufgenommen wird, die zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring sowie zwischen den einzelnen der Rollelemente der Rollelement-Lagereinheit bestehen.

7. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 6, dar u r c h gekennzeichnet , daß die Rollelement-Lagereinheit (32) eine Nadellagereinheit ist.

8. Anordnung, bestehend aus einem Umlauf-Schrittschaltmotor mit einer Kraftabgabewelle und einer Dämpfungseinrichtung mit einer inerten, an der Kraftabgabewelle angebrachten Masse; einer inerten Masse (28) mit einer Mittelachse (16) und einer konzentrisch zur Achse liegenden Öffnung (30); einer von der Öffnung der inerten Masse aufgenommenen Rollelement-Lagereinheit (32), die einen äußeren, an der inerten Masse befestigten Laufring (36), einen inneren Laufring (38) mit einer Öffnung, die konzentrisch zur Mittelachse der inerten Masse liegt und die Kraftabgabewelle (14) des Schrittschaltmotors (12) ortsfest aufnimmt, und eine Vielzahl von Rollelementen (34) einschließt, die zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring positioniert sind, und einer viskosen Materialmenge (44), die von den Räumen aufgenommen wird, die zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring sowie zwischen den einzelnen der Vielzahl von Roilagerelementen bestehen.

9. Anordnung nach. Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagereinheit (32) eine Nadellagereinheit ist, bei der die Rollelemente Nadelwalzen sind.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das viskose Material (44) ein Silikonmaterial ist.

11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die inerte Masse (28) eine Metallscheibe ist.

12. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das viskose Material

(44) ein Material mit einer Viskosität von wenigstens

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1,0 χ 10 Centipoise über einen Temperaturbereich von 10° bis 90⁰C ist.

MB/Ma - 29 099