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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Schrittmotor und betrifft insbesondere einen Schrittmotor
der Hybridbauart, der zum Beispiel zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker
oder einem Scanner geeignet ist.
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Ein Beispiel eines bekannten Hybrid-Schrittmotors
geht aus JP 10-304694 hervor und ist in 7 gezeigt. Der Schrittmotor 1 umfaßt einen
Dreiphasen-Sechspol-Ständer 6,
ein Paar Lagerböcke 7a und 7b,
die jeweils an eine entsprechende der beiden axialen Stirnflächen des
Ständers 6 angepaßt sind
und dadurch mit einer äußeren Umfangsfläche einer
der Stirnflächen
in Eingriff stehen, sowie einen Läufer 9, der im Innern
des ringförmigen
Ständers 6 angeordnet
und von dem Lagerbockpaar 7a und 7b in Lagern 8a und 8b drehbar
gelagert ist.
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Der Läufer 9 weist eine
Drehwelle 10, einen auf der Drehwelle 10 befestigten,
scheibenförmigen
Permanentmagneten 11 und zahnradartige Läuferkerne 12a und 12b auf,
auf deren Umfangsfläche
jeweils zahnartige Pole ausgebildet sind. Die Polteilung des Läuferkerns 12a ist
die gleiche wie die des Läuferkerns 12b. Jeder
der Läuferkerne 12a, 12b ist
an einer entsprechenden der beiden axialen Stirnflächen des
Permanentmagneten 11 befestigt.
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Der Läuferkern 12a ist gegenüber dem
Läuferkern 12b um
eine halbe Polteilung im Winkel versetzt, so daß bei Betrachtung in axialer
Richtung jeder (nicht gezeigte) Pol des Läuferkerns 12b mit
dem Raum zwischen zwei benachbarten Polen (nicht gezeigt) des Läuferkerns 12a fluchtet.
In 7 ist mit dem Bezugszeichen 15 ein
Schraubbolzen zum Befestigen des Lagerbockpaares 7a und 7b am
Ständer 6 bezeichnet.
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Es ist allgemein bekannt, daß Hybrid-Schrittmotoren
einen hohen Rauschpegel haben und beträchtlich schwingen. Und trotzdem
ist bisher noch keine Lösung
angeboten worden, die eine wirksame Verringerung des Geräusches und
der Vibrationen ermöglichte.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Schrittmotor bereitzustellen, bei dem die Erzeugung akustischer
Geräusche
und mechanischer Vibrationen im Vergleich zu bekannten Schrittmotoren
zuverlässig und
wirksam reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem Schrittmotor
gemäß Anspruch
1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfinder haben festgestellt,
daß in
einem normalen Hybrid-Schrittmotor mit einem Luftspalt von 50 μm bei einer
Tangentialkraft von 1 an dem ein Drehmoment erzeugenden Läufer die
radiale Anziehungs/Abstoßungskraft
(die Vibrationskraft) zwischen dem Ständer 6 und dem Läufer 9 über 10 betrug,
während
die axiale Kraft (die magnetische Abstoßungskraft zwischen den Stahlplatten,
aus denen der Ständerkern
besteht) etwa 0,1 betrug (alte Werte auf der gleichen willkürlichen
Basis normalisiert). Durch Unterdrücken der durch die radiale
Vibrationskraft verursachten radialen Schwingung des Ständers kann
das Geräusch
wirksam verringert werden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Schwingungen des Ständers in radialer Richtung wesentlich
dadurch unterdrückt,
daß die
radiale Bewegung sowohl von radial innen als auch von radial außen des
Ständers
begrenzt wird.
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Die Anordnung der Lagerböcke gegenüber der äußeren Umfangsfläche des
Ständers
und die Anordnung der Stützglieder
gegenüber
der inneren Umfangsfläche
des Ständers
sind voneinander unabhängig. Deshalb
kann der Ständer
mit großer
Genauigkeit schichtartig zwischen den Stützgliedern und den Lagerböcken angeordnet
und dadurch zuverlässig
in radialer Richtung des Ständers
sowohl von der inneren Umfangsfläche
als auch von der äußeren Umfangsfläche desselben
festgeklemmt werden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Hybrid-Schrittmotors
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2 eine
Schnittansicht des Hybrid-Schrittmotors,
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3 eine
Draufsicht auf einen Ständerkern,
in axialer Richtung desselben gesehen,
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4 eine
Draufsicht auf eine Abwandlung des Ständerkerns, in axialer Richtung
desselben gesehen,
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5 eine
Draufsicht auf eine Abwandlung des Lagerbockpaares,
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6 eine
Draufsicht auf eine weitere Abwandlung des Lagerbockpaares, und
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7 eine
Schnittansicht eines herkömmlichen
Hybrid-Schrittmotors.
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Ein Ausführungsbeispiel des Hybrid-Schrittmotors
gemäß der vorliegenden
Erfindung soll nun unter Hinweis auf die 1 bis 3 beschrieben
werden. Der Hybrid-Schrittmotor 100 umfaßt einen
Dreiphasen-Sechspol-Ständer 101,
ein Paar Stützglieder 103a und 103b,
die je an einer entsprechenden der beiden entgegengesetzten axialen
Stirnteile des Ständers 101 angebracht
sind, einen radial im Inneren des Ständers 101 angeordneten
und von diesem umgebenen Läufer 105,
der in Lagern 104a und 104b drehbar gelagert ist, die
von den Stützgliedern 103a und 103b gehalten
sind, sowie ein Paar Lagerböcke 106a und 106b,
die jeweils an einem entsprechenden der beiden axialen Stirnbereiche
des Ständers 101 angebracht
sind.
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Der Ständer 101 umfaßt einen
Ständerkern 107 von
im wesentlichen zylindrischer Gestalt mit einem im Querschnitt im
wesentlichen viereckigen Umriß.
Auf der inneren Umfangsfläche
des Ständerkerns 107 sind in
gleichmäßigen Winkelabständen in
Umfangsrichtung sechs Magnetpole A1, B1, C1, A2, B2 und C2 ausgebildet.
Jeder dieser Magnetpole hat im wesentlichen eine T- förmige Gestalt mit einem sich
radial erstreckenden Steg 108 und einem sich in Umfangsrichtung
erstreckenden Zahnabschnitt 109. Der Steg 108 verbindet
den Zahnabschnitt 109 mit der inneren Umfangsfläche des
Ständerkerns 107 und
ist mit dem mittleren Teil des Zahnabschnitts 109, in Umfangsrichtung
desselben gesehen, verbunden. An seiner der radialen Mitte des Ständerkerns 107 zugewandten
Seite weist jeder Zahnabschnitt 109 eine Vielzahl kleiner
Zähne 109a auf.
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Die vier Ecken der äußeren Umfangsfläche des
Ständerkerns 107 sind
jeweils abgefast und bilden bogenförmig abgeschrägte Kanten 107a.
In der Nähe
dieser abgeschrägten
Kanten 107a sind jeweils Bolzeneinsetzlöcher 107b ausgebildet,
die sich in axialer Richtung des Ständers 101 erstrecken.
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Die Stützglieder 103a und 103b sind
zylindrische Glieder, deren äußere Umfangsfläche einen
Abschnitt 111 mit großem
Durchmesser, wo der Durchmesser etwas größer ist als der Innendurchmesser
des Ständers 101,
und einen Abschnitt 102 mit kleinem Durchmesser umfaßt, wo der
Durchmesser etwa gleich groß ist
wie der Innendurchmesser des Ständers 101.
Wenn die Abschnitte 102 mit kleinem Durchmesser in die
jeweiligen Endbereiche des Ständers 101 in
axialer Richtung desselben eingepaßt werden, um mit inneren Umfangsflächenteilen
des Ständerkerns 107 in
Eingriff zu treten, werden die Abschnitte 102 mit kleinem Durchmesser
koaxial mit dem Ständerkern 107 ausgerichtet.
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Die die Drehwelle 112 des
Läufers 105 drehbar
abstützenden
Lager 104a und 104b sind zum Beispiel in entsprechende
Bohrungen oder Ausnehmungen in den Stützgliedern 103a bzw. 103b mit
Preßsitz
eingefügt.
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Der Läufer 105 weist die
Drehwelle 112 auf, sowie einen auf der Drehwelle 112 befestigten,
scheibenförmigen
Permanentmagneten 113 und zahnradartige Läuferkerne 114a und 114b,
auf deren Umfangsfläche zahnartige
Pole ausgebildet sind. Die Polteilung des Läuferkerns 114a ist
die gleiche wie die des Läuferkerns 114b.
Jeder der Läuferkerne 114a und 114b ist
an einer entsprechenden der beiden axialen Stirnflächen des Permanentmagneten 113 befestigt.
Der Permanentmagnet 113 und die Läuferkerne 114a und 114b sind
zwischen den Stützgliedern 103a und 103b und
im Innern des Ständerkerns 107 angeordnet.
So sind die Läuferkerne
und der Permanentmagnet vom Ständer 101 umgeben
und dabei durch einen sehr kleinen Luftspalt von etwa 50 μm bis 100 μm von einer
zylindrischen Oberfläche
im Abstand gehalten, die von den radial inneren Enden der Zähne 109a bestimmt
ist.
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Der Läuferkern 114a ist
um eine halbe Polteilung gegenüber
dem Läuferkern 114b im
Winkel versetzt, so daß bei
Betrachtung in axialer Richtung jeder (nicht gezeigte) Pol des Läuferkerns 114b mit
dem Raum zwischen zwei (nicht gezeigten) benachbarten Polen des
Läuferkerns 114a fluchtet.
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Die Lagerböcke 106a und 106b haben
jeweils einen Boden und eine viereckige zylindrische Außengestalt,
die praktisch die gleiche ist wie die Gestalt des Ständerkerns 107.
Im mittleren Teil des Bodens jedes der Lagerböcke 106a und 106b ist
ein Loch 115 ausgebildet, durch das sich die Drehwelle 112 durch
die Lagerböcke
hindurcherstrecken kann. Die vier Ecken der äußeren Umfangsfläche jedes
der Lagerböcke 106a und 106b sind
abgefast und bilden abgeschrägte Kanten 106a entsprechend
zugeordneten abgeschrägten Kanten 107a des
Ständers 101.
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An den abgeschrägten Kanten 116a der
Lagerböcke 106a und 106b sind
Vorsprünge 117 vorgesehen, die
sich in axialer Richtung des Ständers 101 und
auf die entsprechenden abgeschrägten
Kanten 107a des Ständers 101 erstrecken,
wie am besten in 1 und
im unteren Teil von 2 zu
sehen ist. Damit ist der Ständerkern 107 in
radialer Richtung zwischen den Vorsprüngen 117 einerseits
und den Abschnitten 102 der Stützglieder 103a und 103b andererseits
schichtartig gehalten.
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An den vier Ecken der Unterseite
des Lagerbocks 106a sind koaxial mit den jeweiligen Bolzeneinsetzlöchern 107b im
Ständerkern 107 Gewindelöcher 118 ausgebildet.
An den vier Ecken der Unterseite des Lagerbocks 106b sind
Bolzeneinsetzlöcher 119 koaxial
mit den jeweiligen Bolzeneinsetzlöchern 107b gebildet. Durch
Einsetzen von Sicherungsbolzen 120 in die Löcher 119 und 107b und
Einschrauben in die jeweiligen Gewindelöcher 118 werden die
Lagerböcke 106a und 106b am
Ständer 101 festgemacht.
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Wenn die Lagerböcke 106a und 106b am
Ständer 101 befestigt
sind, steht eine Stirnfläche
des Abschnitts 111 mit großem Durchmesser jedes der Stützglieder 103a und 103b mit
einer jeweiligen Stirnfläche des
Ständerkerns 107 in
Berührung,
und ein Umfangsrandbereich einer Stirnfläche jedes der Stützglieder 103a und 103b,
der vom Ständer 101 weg
weist, steht mit dem Boden eines jeweiligen Lagerbocks 106a und 106b in
Berührung.
Auf die einander berührenden
Oberflächen
des Stützgliedes 103a und
des Lagerbocks 106a sowie auf die einander berührenden
Oberflächen
des Stützgliedes 103b und
des Lagerbocks 106b ist ein Fluorkunststoffüberzug 121 oder
dergleichen aufgetragen, um die Reibung zwischen diesen Bauteilen
zu verringern.
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Anhand der vorstehenden Beschreibung
wird klar, daß bei
dem Ausführungsbeispiel
aufgrund der Tatsache, daß die
Vorsprünge 117 der
Lagerböcke 106a und 106b und
die Abschnitte 102 mit kleinem Durchmesser der Stützglieder 103a und 103b so
vorgesehen sind, daß sie
den Ständerkern 107 in
dessen radialer Richtung schichtartig aufnehmen, die Vibration des
Ständers 101 in
radialer Richtung, verursacht durch eine Vibrationskraft in radialer
Richtung, die etwa 100 mal so groß ist wie die Vibrationskraft
in axialer Richtung, sowohl von radial innen als auch von radial
außen
des Ständerkerns 107 unterdrückt werden
kann. Infolgedessen können
Geräusche
und Vibrationen wirksam verringert werden.
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Es wurde ein Vergleichsversuch mit
einem Schrittmotor gemäß dem Ausführungsbeispiel
und dem herkömmlichen
Schrittmotor gemäß 7 durchgeführt. Der
Schrittmotor des Ausführungsbeispiels
und der herkömmliche
Schrittmotor gemäß 7 wurden mit einer Geschwindigkeit
von 1020 U/min in Umdrehung versetzt und der von diesen Schrittmotoren
erzeugte Geräuschpegel
in einem Abstand von 10 cm von den Schrittmotoren gemessen. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Es sei darauf hingewiesen,
daß zwei Muster
gemäß der Erfindung
mit gleichem Aufbau geprüft
wurden. Wie Tabelle 1 zeigt, kann bei Verwendung des Aufbaus des
Schrittmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Geräuschpegel
signifikant reduziert werden, gleichgültig ob der Schrittmotor allein
benutzt wird oder in einem Drucker zur Zufuhr von Bögen angebracht
ist.
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Die Lagerböcke 106 und 106b und
die Stützglieder 103a und 103b sind
getrennt ausgebildet, so daß die
Lagerböcke 106a und 106b in
radialer Richtung frei gegenüber
den Stützgliedern 103a bzw. 103b in
ihre Lage gebracht werden können.
Die Anbringung der Lagerböcke 106a und 106b gegenüber der
Außenseite des
Ständerkerns 107 und
die Anbringung der Stützglieder 103a und 103b gegenüber der
Innenseite des Ständerkerns 107 kann
also getrennt durchgeführt
werden. Infolgedessen kann der Ständerkern 107 mit großer Genauigkeit
präzise
zwischen die Stützglieder 103a und 103b sowie
die Lagerböcke 106a bzw. 106b geschichtet
werden, was es ermöglicht,
den Ständer 101 in
dessen radialer Richtung sowohl von seiner inneren Umfangsfläche als
auch von seiner äußeren Umfangsfläche zuverlässig schichtartig
zu halten.
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Wie schon erwähnt, ist auf die Oberflächen der
Stützglieder 103a und
der Lagerböcke 106a, 106b,
die miteinander in Berührung
stehen, ein Fluorkunststoffüberzug 121 oder
dergleichen aufgetragen, um die Reibung zwischen diesen Bauteilen
zu verringern. Dadurch können
die Lagerböcke 106a und 106b,
wenn sie angebracht werden, gegenüber den jeweiligen Stützgliedern 103a bzw. 103b gleiten.
Infolgedessen kann verhindert werden, daß die Stützglieder 103a und 103b die
Freiheit begrenzen, mit der die Lagerböcke 106a und 106b in
ihre Lage gebracht werden können.
Das ermöglicht
eine Vereinfachung des Zusammenbaus der Lagerböcke 106a und 106b und
ein getrenntes Anbringen und Positionieren des Ständers 101 von
seiner Innenseite und von seiner Außenseite.
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Die die Drehwelle 112 des
Läufers 105 stützenden
Lager 104a und 104b sind unmittelbar von den Stützgliedern 103a und 103b abgestützt, die
an der Innenseite des Ständerkerns 107 angebracht
sind. Im Vergleich mit dem Fall, bei dem die Lager 104a und 104b von
den Lagerböcken 106a und 106b abgestützt sind, ist
es deshalb leichter, den Ständer 101 und
die Drehwelle 112 des Läufers 105 konzentrisch
zu positionieren. Infolgedessen kann ein gleichmäßiger Luftspalt zwischen dem
Läufer 105 und
dem Ständer 101 erhalten
werden.
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Zwar wurde bei dem oben beschriebenen
Ausführungsbeispiel
ein Fluorkunststoffüberzug 121 als
Mittel zum Verringern der Reibung zwischen den miteinander in Berührung stehenden
Oberflächen
der Stützglieder 103a, 103b und
der Lagerböcke 106a, 106b benutzt,
aber die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Um die Reibung zu verringern,
können
die einander berührenden
Oberflächen
gemäß einer
Alternative einer Oberflächenbehandlung
unterzogen werden, um die Berührungsfläche der
einander berührenden
Oberflächen
zu verkleinern.
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Anstelle von die Reibung verringernden
Mitteln oder zusätzlich
dazu können
auch nicht gezeigte, Schwingungen absorbierende Glieder, beispielsweise
federnd nachgiebige Glieder oder Gummis mit geringer federnder Nachgiebigkeit
zwischen den einander berührenden
Oberflächen
des Stützgliedes 103a und
des Lagerbocks 106a sowie den einander berührenden
Oberflächen
des Stützgliedes 103b und
des Lagerbocks 106b vorgesehen werden.
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Wenn das geschieht, kann verhindert
werden, daß eine
Vibration auf Seiten der Stützglieder 103a und 103b und
eine Vibration auf Seiten der Lagerböcke 106a und 106b einander
beeinflussen. Deshalb kann Geräusch/Schwingung
wirksamer verringert werden, und aufgrund der federnden Nachgiebigkeit
der Schwingungen absorbierenden Glieder kann verhindert werden,
daß die
Sicherungsbolzen 120 locker werden.
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Auch wenn bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel
ein Hybrid-Schrittmotor mit einem Dreiphasen-Sechspol-Ständer 101 benutzt
wurde, liegt auf der Hand, daß die
vorliegende Erfindung auch beispielsweise bei einem Hybrid-Schrittmotor
mit einem Zweiphasen-Achtpol-Ständer
benutzt werden kann, wie in 4 gezeigt,
oder bei anderen Typen von allgemein benutzten Hybrid-Schrittmotoren, gleichgültig mit
welcher Anzahl von Phasen und welcher Anzahl von Polen.
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Bei dem in 4 gezeigten Ständerkern 200 des Ständers sind
Einsetzlöcher 107b für die Sicherungsbolzen 120 auf
jeweiligen radialen Linien angeordnet, die sich durch die Stege 108 der
Magnetpole B1, B2, B3 und B4 erstrecken. Damit kann die von den
Stegen 108 in deren radialer Richtung übertragene Schwingung an der
Stelle unterdrückt
werden, an der die Sicherungsbolzen 120 festgemacht sind.
Folglich ist eine noch wirksamere Verminderung von Geräuschen/Schwingungen
möglich.
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Wenn, wie 5 zeigt, die an den vier Ecken der Lagerböcke 106a und 106b ausgebildeten
Vorsprünge 117 durch
jeweilige Rippen 201 ähnlich
diagonalen Linien miteinander verbunden werden, erhöht sich
die Steifheit jedes der Vorsprünge 117.
Das gleiche gilt, wenn diese Vorsprünge 117, wie in 6 gezeigt, durch jeweilige
Rippen 202 ähnlich
diagonalen Linien und durch Rippen 203 miteinander verbunden
sind, die sich im wesentlichen parallel zu den Umfangsflächen des
Ständerkerns 200 erstrecken.
Das erlaubt ein zuverlässigeres
Einschichten des Ständers 101 in
radialer Richtung zwischen diese Vorsprünge 117 und die Abschnitte 102 mit
kleinem Durchmesser der Stützteile 103a und 103b.
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Aus der vorstehenden Beschreibung
geht klar hervor, daß gemäß der Erfindung
durch das Unterdrücken
der Vibration des Ständers
in seiner radialen Richtung, hervorgerufen durch eine radiale Vibrationskraft zwischen
dem Ständer
und dem Läufer,
ein Schrittmotor geschaffen werden kann, der es ermöglicht,
Geräusche
und Vibrationen zuverlässig
und wirksam zu verringern.
