DE9218701U1 - Stepper motor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a stepper motor according to the preamble of claim 1.
Derartige Schrittmotoren haben in letzter Zeit eine weite Verbreitung gefunden, so z. B. zum Antrieb der Zeiger einer quarzgesteuerten Analoguhr. Im großen Umfang werden sie zunehmend ·für den Antrieb von Zeigerinstrumenten aller Art eingesetzt.Such stepper motors have recently become widely used, for example to drive the hands of a quartz-controlled analog clock. They are increasingly being used on a large scale to drive pointer instruments of all kinds.
Aus DE 30 26 004 C2 ist ein hierfür geeigneter Schrittmotor bekannt. Er besitzt zwei getrennte Statorspulen, die über aus dem Gehäuse des Schrittmotors herausgeführte Anschlußstifte mit einer Steuereinheit, welche die erforderlichen Impulse für die Drehbewegung des Schrittmotors liefert, elektrisch verbindbar sind.A suitable stepper motor is known from DE 30 26 004 C2. It has two separate stator coils that can be electrically connected via connecting pins leading out of the housing of the stepper motor to a control unit that supplies the necessary impulses for the rotary movement of the stepper motor.
Üblicherweise sind diese Anschlußstifte lediglich so weit aus dem Gehäuse des Schrittmotors herausgeführt, daß sie in einer Leiterplatte verlötet werden können.Usually, these connection pins are only extended far enough out of the stepper motor housing so that they can be soldered into a circuit board.
Bei der Montage besteht häufig die Gefahr, daß die Kontaktstifte verbogen werden und somit nicht mehr exakt ausgerich-During assembly, there is often a risk that the contact pins will be bent and thus no longer be precisely aligned.
Postgiroamt: Karlsruhe 76979;?S4 .^anl^opto.jDaiJtsiheSariK AG Villingen (BLZ 69470039) 146332Postgiro office: Karlsruhe 76979;?S4 .^anl^opto.jDaiJtsiheSariK AG Villingen (bank code 69470039) 146332
tet sind. Die Folge ist, daß beim Aufsetzen des Schrittmotors auf die Leiterplatte die Anschlußstifte nicht mehr exakt auf die zu deren Aufnahme vorgesehenen Bohrungen auftreffen, so daß der Fertigungsvorgang unterbrochen werden muß.The result is that when the stepper motor is placed on the circuit board, the connection pins no longer exactly line up with the holes intended to accommodate them, so that the production process has to be interrupted.
Ein weiterer Nachteil dieser Schrittmotoren besteht darin, daß im Falle eines erforderlichen Austausches zunächst sämtliche Lötverbindungen gelöst und anschließend wieder neu hergestellt werden müssen. Speziell bei Schrittmotoren mit zwei voneinander unabhängigen Statorwicklungen ist der Aufwand hierfür beträchtlich.Another disadvantage of these stepper motors is that if they need to be replaced, all soldered connections must first be removed and then re-established. This is particularly time-consuming for stepper motors with two independent stator windings.
Auch sind derartige Schrittmotoren wegen der geschilderten Problematik für den Einsatz in der Großserienfertigung weniger geeignet. Beispielsweise ist es bei der Bestückung eines Instrumententrägers für ein Kraftfahrzeug wünschenswert, eine Vielzahl derartiger Schrittmotoren auf einfache Weise zu montieren und elektrisch anzuschließen.Due to the problems described, such stepper motors are also less suitable for use in mass production. For example, when equipping an instrument panel for a motor vehicle, it is desirable to be able to easily mount and electrically connect a large number of such stepper motors.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, einen Schrittmotor der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß er die geschilderten Nachteile nicht mehr aufweist.The present invention is therefore based on the problem of designing a stepper motor of the type described above in such a way that it no longer has the disadvantages described.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This problem is solved according to the invention with the features specified in the characterizing part of claim 1. Further preferred embodiments of the invention emerge from the subclaims.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Gehäuse selbst mit integrierten Steckerelementen auszurüsten, welche in entsprechende Elemente eines Kupplungsteils eingreifen. So kann der Schrittmotor auf einfache Weise vom KupplungsteilThe invention is based on the idea of equipping the housing itself with integrated plug elements, which engage in corresponding elements of a coupling part. This allows the stepper motor to be easily disconnected from the coupling part
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getrennt und nach Art eines Steckers an diesem wieder angebracht werden. Die elektrische Verbindung mit der Steuereinheit wird durch das Zusammenfügen von Gehäuse und Kupplungsteil automatisch hergestellt. Das Steuerteil wird nicht unmittelbar mit den aus dem Gehäuseboden herausragenden Stiften der Statorspulen sondern mit den am Boden des Kupplungsteil angeordneten Lötstiften verlötet.separated and reattached to it like a plug. The electrical connection to the control unit is automatically established by joining the housing and coupling part. The control part is not soldered directly to the pins of the stator coils protruding from the housing base, but to the soldering pins arranged on the base of the coupling part.
Folglich bleibt das Kupplungsteil fest mit der Steuereinheit verdrahtet, wohingegen der Schrittmotor auf einfache Weise lösbar mit dem Kupplungsteil verbunden ist.Consequently, the coupling part remains permanently wired to the control unit, whereas the stepper motor is easily detachably connected to the coupling part.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen in perspektivischer Ansicht:The invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the figures. They show in perspective view:
Fig. 1 den erfindungsgemäßen Schrittmotor mit dem zugehörigen Kupplungsteil in getrenntem Zustand undFig. 1 the stepper motor according to the invention with the associated coupling part in a separated state and
Fig. 2 ein Detail des Schrittmotorgehäuses in vergrößerter Darstellung.Fig. 2 shows a detail of the stepper motor housing in an enlarged view.
Fig. 1 zeigt die beiden Hauptkomponenten, nämlich das Gehäuse 1 und das Kupplungsteil 2.Fig. 1 shows the two main components, namely the housing 1 and the coupling part 2.
Im Gehäuse 1 befinden sich in hier nicht dargestellter Weise der Rotor, zwei koaxial übereinander angeordnete Statoren sowie ein Untersetzungsgetriebe. Jeder der beiden Statoren weist zwei Anschlußstifte 41 auf, die in axialer Richtung den Gehäuseboden 12 durchdringen und über ihn hinausragen. Die Anschlußstifte 41 sind in nicht näher dargestellter Weise im Inneren des Gehäuses mit den jeweiligen Statorwicklungen verbunden. Jeder Anschlußstift 41 ist fast voll-The housing 1 contains the rotor, two stators arranged coaxially one above the other, and a reduction gear (not shown here). Each of the two stators has two connecting pins 41 that penetrate the housing base 12 in the axial direction and protrude beyond it. The connecting pins 41 are connected to the respective stator windings inside the housing in a manner not shown in detail. Each connecting pin 41 is almost completely
ständig von einem Anschlußzapfen 42 umgeben, der sich ebenfalls in axialer Richtung aus dem Gehäuseboden 12 erhebt. Seine axiale Erstreckung ist mindestens so groß wie diejenige des Anschlußstiftes 41. Die Breite des Anschlußzapfens 42 in Umfangsrichtung ist so bemessen, daß lediglich ein schmaler Bereich des Anschlußstiftes 41 in Form der Kontaktflache 411 seitlich über die Seitenfläche 421 des Anschlußzapfens 42 hinausragt. Durch diese fast vollständige Einbettung des Anschlußstifts 41 im Anschlußzapfen 42 gelingt eine allseitig feste Abstützung des Anschlußstifts 41. Deformationen aufgrund von Biege- oder Druckkräften oder kombinierten Beanspruchungen, insbesondere beim Transport und beim Einbau, sind praktisch ausgeschlossen. Lediglich ein kleines Segment des Anschlußstifts 41, das zum Herstellen eines elektrisch leitenden Kontakts erforderlich ist, wird nicht vom Anschlußzapfen 42 umfaßt.constantly surrounded by a connection pin 42, which also rises in the axial direction from the housing base 12. Its axial extension is at least as large as that of the connection pin 41. The width of the connection pin 42 in the circumferential direction is dimensioned such that only a narrow area of the connection pin 41 in the form of the contact surface 411 protrudes laterally beyond the side surface 421 of the connection pin 42. This almost complete embedding of the connection pin 41 in the connection pin 42 enables the connection pin 41 to be firmly supported on all sides. Deformations due to bending or compressive forces or combined stresses, particularly during transport and installation, are practically impossible. Only a small segment of the connection pin 41, which is required to produce an electrically conductive contact, is not covered by the connection pin 42.
Die Ausbildung des Anschlußzapfens 42 in der Grundform eines Quaders dient lediglich der Veranschaulichung des Konstruktionsprinzips. Ebenso ist es möglich, je nach Anforderung andere Grundformen zu realisieren. So sind neben rechteckigen Grundquerschnitten auch Querschnitte in Dreiecks- oder Trapezform möglich. Entscheidend ist nur, daß der Anschlußstift 41 ausreichend fest umschlossen ist, so daß er den oben genannten Beanspruchungen standthält. Gleichzeitig muß ein ausreichender Abschnitt des Anschlußstiftes 41 in Form einer Kontaktfläche 411 freibleiben.The design of the connection pin 42 in the basic shape of a cuboid serves only to illustrate the design principle. It is also possible to create other basic shapes depending on requirements. In addition to rectangular basic cross-sections, cross-sections in triangular or trapezoidal shapes are also possible. The only decisive factor is that the connection pin 41 is enclosed sufficiently tightly so that it can withstand the above-mentioned stresses. At the same time, a sufficient section of the connection pin 41 must remain free in the form of a contact surface 411.
Ebenso kann der Anschlußstift 41 auch in einer anderen als der in der Figur dargestellten kreisförmigen Querschnittsform ausgeführt sein. So sind Querschnitte in Form von Ellipsen oder auch Rechtecken möglich.Likewise, the connecting pin 41 can also be designed in a cross-sectional shape other than the circular one shown in the figure. Cross-sections in the form of ellipses or rectangles are possible.
Für den Fall, daß eine einzelne Kontaktfläche 411 zur Her-In the event that a single contact surface 411 is used to produce
Stellung des elektrisch leitenden Kontakts ausreichend isr, braucht der Anschlußstift 41 nicht zwangsläufig symmetrisch zur Symmetrieachse des Anschlußzapfens 42 angeordnet sein. Er kann demnach einseitig aus der Seitenfläche 421 des Anschiußzapfens 42 hinausragen. Auch ist es denkbar, die Kontaktfläche 411 an einer der anderen Seitenflächen herausragen zu lassen.Position of the electrically conductive contact is sufficient, the connection pin 41 does not necessarily have to be arranged symmetrically to the axis of symmetry of the connection pin 42. It can therefore protrude on one side from the side surface 421 of the connection pin 42. It is also conceivable to let the contact surface 411 protrude on one of the other side surfaces.
Zur Verbesserung der Stabilität sowie zur Erleichterung des Steckvorgangs kann der Anschlußzapfen 42 von einem Führungsprofil 43 umgeben sein. Dessen Gestaltung richtet sich im wesentlichen nach der gewählten Grundform des Anschlußzapfens 42. Damit die Wanddicke der korrespondierenden Steckerbuchse &dgr; an allen Seiten etwa gleich ausfallen kann, muß auch der Abstand vom Anschlußzapfen 42 zur Innenseite des Führungsprofils 43 im wesentlichen überall gleich sein. In der Ausführungsform gemäß der Darstellung in den Figuren ergibt sich eine in etwa U-förmige Ouerschnittsform des Führungsprofils 43. Je nach radialer Lage des Anschlußzapfens 42 kann auch ein rechteckiges, geschlossenes Führungsprofil· 43 reaiisiert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel· wurde eine Zwischenform gewählt, nämlich die Form eines U mit endseitig an beiden Schenkeln des U angesetzten Führungsstegen 431. Die Außenseite der Führungsstege 431 geht in ihrer axialen Verlängerung bündig in die Mantelfläche 11 des Gehäuses 1 über.To improve stability and to facilitate the plugging process, the connecting pin 42 can be surrounded by a guide profile 43. Its design depends essentially on the selected basic shape of the connecting pin 42. So that the wall thickness of the corresponding plug socket δ can be approximately the same on all sides, the distance from the connecting pin 42 to the inside of the guide profile 43 must also be essentially the same everywhere. In the embodiment shown in the figures, the cross-section of the guide profile 43 is approximately U-shaped. Depending on the radial position of the connecting pin 42, a rectangular, closed guide profile 43 can also be realized. In the illustrated embodiment, an intermediate shape was chosen, namely the shape of a U with guide webs 431 attached to the ends of both legs of the U. The outside of the guide webs 431 merges flush into the outer surface 11 of the housing 1 in its axial extension.
Zur Verringerung der Biegebeanspruchung der Anschlußzapfen 42 beim Aufstecken des Kupplungsteils 2 ist es vorteilhaft, die Höhe des Führungsprofils 43 größer zu wählen als die Höhe des Anschlußzapfens 42. Hierdurch wird erreicht, daß beim Zusammenführen von Gehäuse 1 und Kupplungsteil 2 die Steckerbuchsen &dgr; jeweils zunächst in Kontakt mit dem Führungsprofil 43 kommen und auf diese Weise eine Vorposi-In order to reduce the bending stress on the connecting pins 42 when plugging on the coupling part 2, it is advantageous to select the height of the guide profile 43 to be greater than the height of the connecting pin 42. This ensures that when the housing 1 and the coupling part 2 are brought together, the plug sockets &dgr; initially come into contact with the guide profile 43 and in this way pre-position
tionierung bezüglich der Winkellage stattfindet. Erst beim weiteren Einführen der Steckerbuchsen &dgr; in die Führungsprofile 43 kommen diese in Kontakt mit den Anschlußzapfen 42 und damit mit dem Anschlußstift 41. Die Positionierung wird somit durch die Führungsprofile 43 größtenteils übernommen, so daß die verbleibenden Krafteinwirkungen auf den Anschlußzapfen 42 erheblich reduziert werden.tion with regard to the angular position. Only when the plug sockets &dgr; are further inserted into the guide profiles 43 do they come into contact with the connection pins 42 and thus with the connection pin 41. The positioning is thus largely taken over by the guide profiles 43, so that the remaining forces on the connection pins 42 are significantly reduced.
Eine optimale Führung wird dann erreicht, wenn jeweils die Steckerbuchsen 6 des Kupplungsteils 2 so ausgeformt sind, daß sie mit geringem Spiel in den Zwischenraum zwischen dem Anschlußzapfen 42 und dem Führungsprofil 43 einführbar sind. Ein Verkanten der Steckerbuchse 6 im Steckerblock 4 tritt nicht mehr ein.Optimum guidance is achieved when the plug sockets 6 of the coupling part 2 are shaped in such a way that they can be inserted into the space between the connection pin 42 and the guide profile 43 with little play. The plug socket 6 no longer becomes jammed in the plug block 4.
Nicht näher dargestellt ist das Innere 61 der Steckerbuchse 6. Das Innere 61 muß so gestaltet sein, daß es einerseits den Anschlußzapfen 42 einschließlich der Kontaktflächen 411 des Anschlußstifts 41 mit ausreichendem Spiel umfaßt und andererseits Kontaktelemente aufnehmen kann, die mit den Kontaktflächen 411 der Anschlußstifte 41 in Berührung zu bringen sind. Vorzugsweise sind federnde Kontaktelemente vorgesehen, die in den entsprechenden Aussparungen des Inneren 61 angebracht sind.The interior 61 of the plug socket 6 is not shown in detail. The interior 61 must be designed in such a way that, on the one hand, it encompasses the connection pin 42 including the contact surfaces 411 of the connection pin 41 with sufficient play and, on the other hand, can accommodate contact elements that are to be brought into contact with the contact surfaces 411 of the connection pins 41. Preferably, resilient contact elements are provided that are mounted in the corresponding recesses of the interior 61.
Die Kontaktelemente ihrerseits sind elektrisch leitend mit Lötstiften 8 verbunden, die am Boden 21 des Kupplungsteils 2 angeordnet sind. Die Lötstifte 8 werden in nicht näher dargestellter Weise mit der Steuereinheit elektrisch verbunden. Somit ist eine elektrische Verbindung von der Steuereinheit über die Lötstifte 8, die im Inneren 61 der Steckerbuchsen 6 vorhandenen Kontaktelemente und die Kontaktflächen 411 des Anschlußstifts 41 mit der Spulenwicklung des Stators gegeben.The contact elements in turn are electrically connected to solder pins 8, which are arranged on the base 21 of the coupling part 2. The solder pins 8 are electrically connected to the control unit in a manner not shown in detail. This provides an electrical connection from the control unit via the solder pins 8, the contact elements present in the interior 61 of the plug sockets 6 and the contact surfaces 411 of the connection pin 41 to the coil winding of the stator.
Beim Zusammenfügen von Gehäuse 1 und Kupplungsteil 2 ist ferner dafür Sorge zu tragen, daß eine ausreichend feste mechanische Verbindung zwischen beiden Teilen hergestellt wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß am Gehäuse 1 wenigstens zwei Rastelemente 3 vorgesehen sind, die mit entsprechenden Rastelementen des Kupplungsteils 2, &zgr;. B. in Form eines Bügels 5, zusammenwirken. Die jeweiligen Rastelemente sind dabei so aufeinander abzustimmen, da|3 die Verbindung lösbar ist.When assembling the housing 1 and the coupling part 2, it must also be ensured that a sufficiently strong mechanical connection is established between the two parts. This can be done, for example, by providing at least two locking elements 3 on the housing 1, which interact with corresponding locking elements on the coupling part 2, e.g. in the form of a bracket 5. The respective locking elements must be coordinated with one another in such a way that the connection can be released.
Bevorzugt weisen die im Gehäuse 1 am Gehäuseboden 12 angeordneten Rastelemente 3 jeweils eine Nase 31 auf, die über die Mantelfläche 11 des Gehäuses 1 hinausragt. Diese greift in einen Absatzsteg 51 des Bügels 5 ein, welcher außenseits mit der Umfangslinie des Kupplungsteils bündig ist. Beim Aufschieben des Gehäuses 1 auf das Kupplungsteil 2 wird das gehäuseseitige Rastelement 3 nach innen und das kupplungsteilseitige Rastelement 5 nach außen gedrückt, bis schließlich die Nase 31 in den Absatzsteg 51 eingreift.Preferably, the locking elements 3 arranged in the housing 1 on the housing base 12 each have a nose 31 that protrudes beyond the outer surface 11 of the housing 1. This engages in a shoulder 51 of the bracket 5, which is flush on the outside with the circumferential line of the coupling part. When the housing 1 is pushed onto the coupling part 2, the locking element 3 on the housing side is pressed inwards and the locking element 5 on the coupling part side is pressed outwards until the nose 31 finally engages in the shoulder 51.
Zum Lösen der mechanischen Verbindung sind die beiden Bügel 5 am Kupplungsteil 2 so weit aufzuspreizen, bis der Absatzsteg 51 außer Eingriff mit der Nase 31 des Rastelements 3 kommt. Danach kann das Gehäuse 1 axial vom Kupplungsteil 2 abgezogen werden.To release the mechanical connection, the two brackets 5 on the coupling part 2 must be spread apart until the shoulder 51 disengages from the nose 31 of the locking element 3. The housing 1 can then be pulled axially away from the coupling part 2.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kupplungsteil 2 integraler Bestandteil einer Leiterplatte, auf welcher eine Schaltung aufgebracht ist. Beispielsweise kann die gesamte Anzeigentafel eines Kraftfahrzeug-Instrumententrägers gleichzeitig eine Reihe derartiger Kupplungsteile aufweisen, auf die die Gehäuse in Mehrfachanordnung angebracht sind.In an advantageous embodiment, the coupling part 2 is an integral component of a printed circuit board on which a circuit is mounted. For example, the entire display panel of a motor vehicle instrument panel can simultaneously have a series of such coupling parts, to which the housings are mounted in multiple arrangements.
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