DE4117227A1 - Haushaltsvibrationsgeraet mit einem vibrationsteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Haushaltsvibrationsgerät mit einem Vibrationsteil, insbesondere Trockenrasier- oder Haarschneidegerät, bei dem Schwingbewegungen eines Schwingelementes um eine Ruhelage um eine Schwingachse in einer Statoranordnung, in der ein Speisestrom mit einer Speisefrequenz Statorspulen erregt, über eine Hebelanordnung in einem Vibrationswerkzeug eine Vibrationsbewegung um eine Mittelpunktslage, die in Ruhestellung des Schwingelementes eingenommen wird, erzeugen, deren Frequenz gleich der Speisefrequenz ist, wobei das Schwingelement durch rückstellende mechanische Federkräfte bei stromlosen Statorspulen in einer Ruhestellung gehalten wird, wobei die rückstellenden mechanischen Federkräfte bei einer Erregung der Statorspulen mit einem wechselnden Strom die Schwingbewegung des Schwingelementes begrenzen.

Aus der DE-OS 38 22 332 (PHD 88-124) ist ein Haushaltsvibrationsgerät bekannt, bei dem Bewegungen eines zweipoligen Permanentmagneten in einer durch Spulen erregten Statoranordnung eine Vibrationsbewegung eines Vibrationswerkzeuges erzeugen, und zwar über einen in einem Drehlager gelagerten doppelarmigen Hebel, der an die Bewegungen eines um eine Schwingachse schwingenden Permanentmagneten gekoppelt ist, wobei auf den doppelarmigen Hebel eine rückstellende Federkraft einwirkt, wobei der erste Hebelarm des doppelarmigen Hebels und der als Rotor ausgebildete Permanentmagnet mechanisch gekoppelt sind. Der erste Hebelarm des doppelarmigen Hebels ist als Schlitzumformer ausgebildet und greift mit einem Längsschlitz in einen Exzenterzapfen des Rotors ein.

Die auf das System einwirkende Federkraft spannt den aus Hebelgetriebe und Rotor bestehenden Antrieb so vor, daß der Rotor bei Erregung der Spulen Pendelbewegungen um eine Ruhelage ausführt und daß die Ruhelage des Rotors bei abgeschalteten Statorspulen zusammenfällt mit der labilen Gleichgewichtslage, die der Rotor allein unter dem Einfluß des Klebemomentes einnimmt und in welcher die mittlere Magnetisierungsrichtung des Rotors näherungsweise senkrecht auf der mittleren Magnetfeldrichtung der Statoranordnung steht. Der zweite Hebelarm wirkt über Klauen auf ein Arbeitswerkzeug, beispielsweise das Untermesser eines Rasiererscherkopfes ein.

Liegen die Rotorschwingachse, der Exzenterzapfen und das Drehlager des doppelarmigen Hebels in der definierten Ruhelage des Rotors auf einer Linie, so hat die Schwingbewegung des Vibrationsteiles hierbei die Schwingfrequenz des permanentmagnetischen Schwingelementes, die wiederum gleich der vorgegebenen Frequenz der an die Motorspulen angelegten Betriebsspannung ist. Die Federkräfte werden mittels zweier Druckfedern aufgebracht, die auf den ersten Schwinghebel einwirken und das permanentmagnetische Schwingelement einmal in der beschriebenen Position senkrecht zum Statorfeld halten, wenn die Spulen unerregt sind, und die zum anderen mit den Massen des Gesamtsystems, insbesondere mit der Massenträgheit des permanentmagnetischen Rotors ein mechanisches Schwingsystem bilden.

Die beschriebene Anordnung, bei der das permanentmagnetische Schwingelement und das Arbeitswerkzeug dieselbe Schwingfrequenz haben, ist insbesondere für einen Betrieb mit einer speisenden, die Betriebsfrequenz bestimmenden, elektronischen Schaltung geeignet und dabei insbesondere für den Betrieb an Batterien. Bei Rasiergeräten ist die Speisefrequenz auf etwa 100 Hz bzw. 120 Hz eingestellt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art derart zu verbessern, daß der Wirkungsgrad vergrößert und damit der Stromverbrauch erniedrigt wird.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• - der Schwingwinkel α des Schwingelementes größer als 35° ist,
• - die Eigenfrequenz des aus trägen Massen und Federelementen bestehenden mechanischen Schwingsystems größer ist als die Speisefrequenz,
• - die auf das Schwingelement einwirkenden Federmomente bei zunehmendem Schwingwinkel α zunehmend größer werden, wobei die Federelemente im Ruhezustand des Schwingelementes radial auf die Drehachse des Schwingelementes wirken.

Mit dieser Anordnung läßt sich erreichen, daß der Speisestrom bei großen Schwingwinkeln deutlich niedriger wird. Allgemein ist bei Anordnungen mit Schwingelementen, seien es elektrisch erregte, permanentmagnetische, weichmagnetische oder daraus kombiniert ausgebildete Ausführungen, der Wirkungsgrad abhängig von der Schwingamplitude und damit von der Schwinggeschwindigkeit, die zudem noch von der Speisefrequenz abhängt. Der Wirkungsgrad wird mit steigenden Schwingamplituden und Schwinggeschwindigkeiten größer. Bei permanentmagnetischen Schwingelementen steigt der erreichbare Wirkungsgrad mit der Güte des Magnetmaterials. Bei weichmagnetischen Schwingelementen sollte eine große, von der Stellung des Schwingelementes abhängige Induktivitätsänderung angestrebt werden. Festzuhalten bleibt, daß bei gegebenen Materialien und Abmessungen ein großer Schwingwinkel für einen großen Wirkungsgrad entscheidend ist.

Es zeigt sich, daß bei der beschriebenen Anordnung entsprechend dem Stand der Technik bei kleinen Strömen nur kleine Schwingwinkel von etwa 20° bis 30° möglich sind. Bei größeren Schwingwinkeln steigt der Strom sprunghaft an. Dies führt dazu, daß mit den beschriebenen Anordnungen keine hohen Wirkungsgrade und damit kein niedriger Stromverbrauch erreichbar sind. Die Erklärung dieses Phänomens beruht auf der überraschenden Einsicht, daß bei den beschriebenen Anordnungen bei größer werdenden Schwingwinkeln das System überresonant wird.

Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Federmoment wiederum überraschend bei den beschriebenen Anordnungen zwar zunächst mit dem Schwingwinkel ansteigt, dann aber bei größer werdenden Schwingwinkeln wieder abfällt. Bei der Federanordnung nach der Erfindung steigt das Federmoment bei größer werdendem Schwingwinkel bis zu etwa 90° ständig an.

In diesem Fall ist auch bei großen Schwingwinkeln ein unterresonanter Betrieb bei kleinen Strömen und damit hohem Wirkungsgrad möglich.

Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der in einem Drehlager gelagerte Übertragungshebel doppelarmig ausgebildet ist mit einem ersten und einem zweiten Hebelarm, wobei der erste Hebelarm mittels einer Schlitzführung mit einem ersten Exzenterzapfen eines permanentmagnetischen Schwingelementes zusammenwirkt und der zweite Hebelarm das Vibrationswerkzeug beaufschlagt, daß die auf das permanentmagnetische Schwingelement ausgeübten rückstellenden Federkräfte an Angriffsstellen des Schwingelementes angreifen, die auf einer die Schwingelementachse schneidenden Radialen beiderseits der Schwingelementachse angeordnet sind, und die Federkräfte in Ruhestellung des Schwingelementes in Richtung dieser Radialen wirken, und daß die Magnetisierungsrichtung des dauermagnetischen Rotormaterials in der Ruhelage bei unerregten Statorspulen senkrecht zur Statorfeldrichtung ist.

Mit dieser Anordnung ist es möglich, im unterresonanten Betrieb Schwingwinkel α von über 70° zu erreichen, wobei der Wirkungsgrad des Systems bei kleinen Strömen auf einen für den Batteriebetrieb erforderlichen niedrigen Wert gebracht werden kann, auch bei Verwendung von Ferrit- Magnetmaterialien.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich die Radialen senkrecht zu einer Mittellinie erstrecken, um die der Übertragungshebel schwingt und die mit dessen Mittellinie in der Ruhelage zusammenfällt. Dies ist eine geometrisch günstige Ausführung.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die rückstellenden Federkräfte mittels einer Kurbelstange auf das Schwingelement einwirken, die am Schwingelement an einem zweiten Exzenterzapfen angreifen, der sich auf einer durch die Schwingelementachse verlaufenden Radialen befindet, deren Fortsetzung auch den Exzenterzapfen des ersten Hebelarmes schneidet. In Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Kurbelstange an ihrem vom Schwingelement abliegenden Ende gleitend geführt ist in einer Führung, deren Mittellinie die Schwingelementachse schneidet.

In beiden Ausführungsformen ist ein unterresonanter Betrieb mit hohen Schwingwinkeln möglich, womit ein hoher Wirkungsgrad erhalten wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Schwingelement der permanentmagnetische Rotor eines Einphasensynchronmotors ist, der zur Ausführung von Schwingbewegungen ausgelegt ist und der die Exzenterzapfen trägt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Antrieb eines Haushaltsvibrationsgerätes, beispielsweise eines Trockenrasier- oder Haarschneidegerätes, bei dem rückstellende Federkräfte, die radial durch die Achse eines Schwingelementes wirken, auf dieses Rückstellkräfte ausüben.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, wobei die rückstellenden Federkräfte längs einer Radialen angreifen, die in Ruhestellung durch die Drehachse eines doppelarmigen Bewegungsumformers und den Angriffspunkt dieses Bewegungsumformers an dem Schwingelement verläuft.

Fig. 1 zeigt einen Einphasensynchronmotor 1 mit einem U- förmigen Statoreisen 3, dessen Schenkel 5a, 5b von Erregerspulen 7 umschlossen sind. An den freien Schenkelenden befinden sich Statorpole 9a, 9b, die ein Statorfeld 11 einschließen, in dem ein permanentmagnetischer Rotor 13 um eine Achse 15 drehbar gelagert ist. Der Einphasensynchronmotor 1 ist an einer Grundplatte 2 des Gerätes befestigt.

Es ist ein Übertragungshebel 17 vorgesehen, der aus einem doppelarmigen Hebel mit einem ersten Hebelarm 17a und einem zweiten Hebelarm 17b besteht. Der Hebelarm 17a ist mit einem Schlitz 19 versehen, in den ein erster Zapfen 21 des als Schwingelement wirkenden Rotors 13 eingreift. Der Hebelarm 17b wirkt über Klauen 23 auf ein Arbeitswerkzeug 25, beispielweise das Untermesser eines Rasiererscherkopfes ein.

Es sind Zugfedern 27a, 27b vorgesehen, die im Bereich von Angriffsstellen 29a, 29b am Rotor angreifen. Die Federn sind abgespannt über Abspannstellen 31a, 31b an der Grundplatte 2. Die Angriffsstellen 29a, 29b und die Abspannstellen 31a, 31b liegen im Ruhezustand des Systems auf Radialen 33a, 33b durch die Rotorachse 15. Die Magnetisierungsrichtung des Rotors ist durch einen Pfeil 35 angegeben und fluchtet mit einer Radialen 27 durch die Rotorachse 15 und den Exzenterzapfen 21. Im Ruhezustand des Systems fluchtet diese Magnetisierungsradiale mit der Mittellinie 38 des Übertragungshebels und schneidet die Übertragungshebelachse 37 in ihrer Verlängerung.

Das Federmoment auf den Rotor 13 nimmt bei dieser Anordnung stetig etwa linear mit dem Verdrehungswinkel des Rotors 13 zu. Die differentielle Federkonstante der Momentenzunahme ist somit in etwa konstant. Zusammen mit den schwingenden trägen Massen, insbesondere dem Massenträgheitsmoment des Rotors 13, bestimmt die Federkonstante die Eigenfrequenz des Systems. Bei der Dimensionierung der Anordnung kann die Eigenfrequenz so gewählt werden, daß sie größer ist als die Frequenz der treibenden Spannung, und zwar derart, daß sich der Strom in etwa in einem Minimum befindet. Bei kleineren Werten der Eigenfrequenz, und zwar wenn die treibende Frequenz größer oder etwa gleich der Eigenfrequenz ist, nimmt der Strom sprunghaft zu. Im Resonanzfall wird auch die Schwingamplitude maximal, aber bei großen Stromwerten und schlechtem Wirkungsgrad. Bei der beschriebenen Anordnung sinkt die Eigenfrequenz mit wachsendem Schwingwinkel nicht ab, weil das Federmoment auch bei großen Schwingwinkeln weiter etwa linear zunimmt. Der einmal eingestellte unterresonante Betrieb, bei dem die Eigenfrequenz größer ist als die anregende Frequenz, bleibt auch bei großen Schwingwinkeln erhalten.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 entsprechen der Rotor 13, der erste Exzenterzapfen 21 und der Antrieb mit dem Übertragungshebel 17 der Bauweise nach Fig. 1. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ein zweiter Exzenterzapfen 41 vorgesehen, an dem eine Kurbelstange 43 angreift. Die Kurbelstange 43 ist an ihrem vom Rotor 13 abliegenden Ende 45 in einer Führung 47 geführt, deren Mittellinie 49 durch die Rotorachse 15 verläuft. An dem Ende 45 der Kurbelstange 43 ist in einen Lagerzapfen 51 eine Zugfeder 53 eingehängt. Die Zugfeder 53 ist mit ihrem von der Kurbelstange 43 abliegenden Ende in einer gehäusefesten Lagerung 55 abgespannt.

Auch bei dieser Federanordnung verläuft die Federwirkungslinie im Ruhezustand radial auf der durch die Linie durch die Punkte 37, 21, 15, 41, 51 angegebenen Verbindung. Das Federmoment nimmt etwa linear mit dem Schwingwinkel des Rotors 13 zu. Auch hier ist bei großen Schwingwinkeln ein unterresonanter Betrieb bei kleinen Stromwerten und hohen Wirkungsgraden möglich.

Claims (6)

1. Haushaltsvibrationsgerät mit einem Vibrationsteil, insbesondere Trockenrasier- oder Haarschneidegerät, bei dem Schwingbewegungen eines Schwingelementes um eine Ruhelage um eine Schwingachse in einer Statoranordnung, in der ein Speisestrom mit einer Speisefrequenz Statorspulen erregt, über eine Hebelanordnung in einem Vibrationswerkzeug (25) eine Vibrationsbewegung um eine Mittelpunktslage, die in Ruhestellung des Schwingelementes eingenommen wird, erzeugen, deren Frequenz gleich der Speisefrequenz ist, wobei das Schwingelement durch rückstellende mechanische Federkräfte bei stromlosen Statorspulen in einer Ruhestellung gehalten wird, wobei die rückstellenden mechanischen Federkräfte bei einer Erregung der Statorspulen mit einem wechselnden Strom die Schwingbewegung des Schwingelementes begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Schwingwinkel α des Schwingelementes größer als 35° ist,
• - die Eigenfrequenz des aus trägen Massen und Federelementen bestehenden mechanischen Schwingsystems größer ist als die Speisefrequenz,
• - die auf das Schwingelement einwirkenden Federmomente bei zunehmendem Schwingwinkel α zunehmend größer werden, wobei die Federelemente im Ruhezustand des Schwingelementes radial auf die Drehachse des Schwingelementes wirken.

2. Haushaltvibrationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem Drehlager gelagerte Übertragungshebel doppelarmig ausgebildet ist mit einem ersten (17a) und einem zweiten (17b) Hebelarm, wobei der erste Hebelarm (17a) mittels einer Schlitzführung (19) mit einem ersten Exzenterzapfen (21) eines permanentmagnetischen Schwingelementes (13) zusammenwirkt und der zweite Hebelarm (17b) das Vibrationswerkzeug (25) beaufschlagt, daß die auf das permanentmagnetische Schwingelement (13) ausgeübten rückstellenden Federkräfte an Angriffsstellen (29a, 29b) des Schwingelementes (13) angreifen, die auf die Schwingelementachse (15) schneidenden Radialen (33a, 33b) beiderseits der Schwingelementachse (15) angeordnet sind, und die Federkräfte in Ruhestellung des Schwingelementes in Richtung dieser Radialen wirken, daß die Magnetisierungsrichtung des dauermagnetischen Rotormaterials in der Ruhelage bei unerregten Statorspulen senkrecht zur Statorfeldrichtung ist.

3. Haushaltsvibrationsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Radialen (33a, 33b) senkrecht zu einer Mittellinie erstrecken, um die der Übertragungshebel (17) schwingt und die mit dessen Mittellinie (38) in der Ruhelage zusammenfällt.

4. Haushaltsvibrationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstellenden Federkräfte mittels einer Kurbelstange (43) auf das Schwingelement (13) einwirken, die am Schwingelement (13) an einem zweiten Exzenterzapfen (41) angreift, der sich im Ruhezustand auf einer durch die Schwingelementachse (15) verlaufenden Radialen befindet, deren Fortsetzung auch den Exzenterzapfen (21) des ersten Hebelarmes schneidet.

5. Haushaltsvibrationsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelstange (43) an ihrem vom Schwingelement (13) abliegenden Ende gleitend geführt ist in einer Führung (47), deren Mittellinie (49) die Schwingelementachse (15) schneidet.

6. Haushaltsvibrationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingelement der permanentmagnetische Rotor eines Einphasensynchronmotors ist, der zur Ausführung von Schwingbewegungen ausgelegt ist und der die Exzenterzapfen (21, 41) trägt.