DE1803328C3 - Vorrichtung zur Dämpfung der Eigenschwingungen des Rotors eines Schrittmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Dämpfung der Eigenschwingungen des Rotors eines durch elektrische Impulse gleicher oder wechselnder - Polarität und nahezu beliebigen Tastverhältnisses ansteuerbaren Schrittmotors mittels einer auf der MotorweHe angeordneten Trägheitsmasse und einer Feder. Eine derartige Vorrichtung ist aus der USA.-Patentschrift 2 982 872 bekannt.

Bekanntlich neigen die Rotoren von Schrittmotoren zu .Eigenschwingungen, die im wesentlichen durch die nach Vollendung des Schaltschrittes vorhandene s» Schwungmasse des Rotors hervorgerufen und durch die magnetische Fesselung des Rotors an die einzelnen Schrittlagen nur verhältnismäßig gering gedämpft wer den. Es ist bereits bekannt die bei manchen Anwendungsfällen störenden Eigenschwingungen des Rotors dun.π u..; Verwendung von Richtgesperren zu dämpfen, die zwischen Stator und Rotor eingeschaltet werden und den Rotor bei der Maximalamplitude der ersten Eigenschwingungshalbwelle abfangen. Diese Richtgesperre haben jedoch den Nachteil, daß sie relativ laut sind und daher in vielen Fällen wegen der Gcräiischbildung nicht Verwendet werden können. Da zudem die Maximalamplitude der ersten Eigenschwingungshalbwelle bei jedem Schaltschritt unterschiedlich groß ausfällen kann, können sich unterschiedlich große Schakschritte ergeben; wodurch die Schaltgenauigkeit eines solchen Schrittmotors erheblich vermindert wird. Die ebenfalls bereits bekannte Verwendung eines weiter* ist eine Dämpfungsvorrichtung bekannt (USA.-Hatentscbrift 3 197 659). bei der aaf der Motorwelle eü\g Trägheitsmasse fliegend gelagert und diese über eine federbelastet Reibscheibe mit dem Rotor verbunden ist Eine solche Dämpfungsvorrichtung erfoniert jedoch zum einen eine genaue Justierung und zum anderen tritt bereits unmittelbar zu Beginn des Schafes&mtesein dem Drehmoment des Rotors entgegenwirkendes Drehmoment auf, so daß derartige Dämpfungsvorrichtungen nur bei relativ leistungsstarken, für kleine SchaJtfrequenzen ausgelegten Schrittmoloren verwendbar sind. Schließlich ist nach einer gewissen Laufzeit «es Schrittmotors eine Nachjustierung der Dämpfungsvorrichtung wegen der Abnutzung der Reibfläche erforderlich.

Eine weitere bekannte Dämpfungsvorrichtung (OL-Patentschrift 260 355) besteht aus einer scheibenförmi gen Trägheitsmasse, die mit klemmender Passung auf dem Außenring eines Kugellagers befestigt ist. dessen Innenring auf einer Buchse mit einer konischen Boh rung sit/t. die in Wirkverbindung mit -mem konischen Teil der Rotorwelle steht Die Welie ist mit einem Gewinde versehen, auf das eine die Buchse längsaxial ver schiebende Stellmutter aufgeschraubt ist. Durch die Verschiebung der Buchse läßt sich der Durchmesset des Kugellagerinnenrings verändern, wodurch sich dei Reibungswiderstand zwischen Trägheitsmasse und Welle einstellen läßt. Diese Dämpfungsvorrichtung ist zwar gegenüber der zuvor beschriebenen verschleißarmcr. jedoch besitzt sie einen relativ bauteilaufwendigen und fertigungsungünstigen Aufbau. Hinzu kommt, daß die genaue Einstellung des gewünschten Reibung:. Widerstandes nach der Montage der Vorrichtung und während der Laufzeit des Motors ohne zusätzliche Werkzeuge und Lehren, deren Anwendung geschultes Persona¹ verlangt nicht möglich und zeitraubend ist. Auch diese Dämpfungsvorrichtung ist bereits zu Be ginn eines Schaltschrittes wirksam.

Schließlich ist eine Dämpfungsvorrichtung bekannt (USA.-Patentschrift 2 982 872). die aus zwei konzentrischen Ringen mit einer dazwischen angeordneten elastischen Schicht besteht und von denen der innere Ring auf der Rotorwelle befestigt ist. Da die Elastizität der Schicht nicht beliebig groß gemacht werden kann, ist auch bei dieser Dämpfungsvorrichtung bereits zu Beginn eines Schaltschrittes ein dem Rotordrehmoment entgegenwirkendes Drehmoment wirksam, so daß sie nicht für Schrittmotor mit einem kleinen Anlaufdrthmoment geeignet ist. Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß sie eine relativ große radiale Ausdehnung besitzt, was eine unerwünschte Vergrößerung des Motorbauvolumens nach sich zieht. Schließlich muß sie im Hinblick auf eine möglichst gleichbleibende Elastizität der Schicht vor Einwirkungen von ölen und Fetten sowie erhöhten Umgebungstemperaturen geschützt werden.

Aufgäbe der Erfindung ist es, eine Dämpfungsvorrichtung zu schaffen, die einen möglichst bauteÜarmen und fertigungs- und montagegönstigen Aufbau besitzt, weder nach der Montage noch während der gesamten Laufzeit des Motors justiert zu werden braucht und sich insbesondere für Schriitmotöre mit einem kleinen Anlaufdrehmoment eignet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der Därrtpfungs-

smrrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgero.äß dadurch gelöst, daß die Trägheitsmasse unmittelbvf auf der Motorwelle befestigt und der auf der Motorwelle fliegend gelagerte Rotor über die Feder mit der Trägheitsmasse verbunden ist

Eine derartige Dämpfungsvorrichtung besteht nicht nur lediglich aus zwei Einzelteilen, deren Herstellung zudem sehr einfach ist sondern gestattet auch eine unkomplizierte, für eine Massenanfertigung vorzüg'ich geeignete Montage. Weder nach der Montage noch während der gesamten Betriebszeit der Vorrichtung ist eine Justierung derselben erforderlich. Sie eignet sich in gleicher Weise vorzüglich sowohl für relativ leistungsschwache, für hthe Schaltfrequenzen ausgelegte Schrittmotore, als auch für leistungsstarke, für kleine Schaltfrequenzen dimensionierte Schrittmotore. Letzteres ist darauf zurückzuführen, daß ein dem Drehmoment des Rotors entgegenwirkendes und von der Dämpfungsvorrichtung herrührendes Drehmoment bedingt durch die Feder nicht unmittelbar zu Beginn eines Schaltschrittes sondern etwas später voll zur Wirkung kommt zu einem Zeitpunkt also, bei dem das Rotordrehmoment bereits eine gewisse Größe besitzt. Von besonderem Vorteil ist, daß die Dämpfungsvorrichtung ein äußerst geringes Bauvolumen besitzt und, wie noch zu zeigen sein wird, so in den Motor eingebaut werden kann, daß sich die Gesamtabmessungen des Motors nicht oder nur geringfügig ändern.

Die Feder kann als Biegefeder — gerade oder U-förmig gebogene Blattfeder, Spiralfeder od. dgl. — oder als Drehungsfeder — Schraubenfeder, Torsionsblattfeder usw. — ausgebildet sein. Eine besonders günstige Dämpfungswirkung erhält man, wenn die Feder eine progressive Kennlinie aufweist. Eine solche Kennlinie kann durch Reihen- oder Parallelschaltung von Biegefedern und/oder Drehungsfedern unterschiedlicher Federkonstanten erzeugt werden. Fertigungstechnisch wesentlich vorteilhafter kann jedoch eine derartige Kennlinie dadurch realisiert werden, daß die als Blattoder Schraubenfeder ausgebildete Feder, die an ihrem einen Ende auf dem Rotor befestigt und an ihrem anderen Ende auf der Trägheitsmasse angelenkt ist zwis». cn diesen beiden Punkten in einer sich von dem auf dem Rotor befindlichen Befestigungspunk 1 hin trichterförmig in Drehrichtung öffnenden Führung angeordnet ist. Eine solche Ausführungsform hat darüber hinaus den Vorteil, daß der gewünschte progressive Verlauf der Kennlinie in einfacher Weise durch entsprechende Gestaltung der Krümmung der Führungskanten eingestellt werden kann.

Die Trägheitsmasse und der Rotor können in Tandem hintereinander auf der Motorwelle angeordnet sein. Bei einem topfförmig ausgebildeten Rotor erfolgt jedoch mit Vorteil die Anordnung der Trägheitsmasse und der Feder im Inneren des lopfförmigen Rotors, wodurch ein besonders raumsparender Aufbau erzielt wird. Am zweckmäßigsten bildet dann die trichterförmige Führung für die Feder mit dem Boden des topfförmigen Rotors eine Einheit.

Weitere Einzelheiten und Vorteile seien an Hand der Zeichnung, die in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele beinhaltet, näher erläutert. Im Einzelnen zeigt

F i g. 1 eine Aufsicht auf eine Dämpfungsvorrichtung mit einem topfförmigen Rotor und in seinem Inneren andeordneter Trägheitsmasse,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Dämpfungsvorrichtung der Fi g. 1,

F i g. 3 eine Aufsicht auf eine. Dämpfungsvorrichtung mit einem topfförmigen Rotor und in seinem Inneren angeordneter Feder und Trägheitsmasse,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch die Dämpfungsvorrichtung der F i g. 3,

F ι g, 5 eine Aufsicht auf eine Dämpfungsvorrichtung mit Rotor und Trägheitsmasse in Tandem hintereinander und

F i g. 6 eine Seitenansicht der Dämpfungsvorrichtung der F i g. 5.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Dämpfungsvorrichtung mit einem auf der Motorwelle 1 fliegend gelagerten Rotor 2, der im vorliegenden Fall topfförmig ausgebildet ist und einer Trägheitsmasse 3. die auf der Motorwelle 1 befestigt und mit ihrem wesentlichen Teil im Inneren des topfförmigen Rotors 2 angeordnet ist Der Rotor 2 besteht aus einem Ring 4 aus permanentmagnetischem Werkstoff, beispielsweise aus gesintertem Bariumferrit der so polarisiert ist, daß gleichmäßig auf seinem Umfang verteilt mehrere Polpaare alternierender Polarität vorhanden sind, und einer Buchse 5. vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, zur Zentrierung des Ringes 4 auf der Motorwelle 1. Der Stator des Schrittmotors ist der Übersichtlichkeit hai ber weggelassen. Die beispielsweise aus Messing bestehende Trägheitsmasse 3 ist mit dem Rotor 2 über eine Schraubenfeder 6 mit einer linearen oder progressiven Kennlinie verbunden, wobei das eine Ende der Schraubenfeder in einem auf der Trägheitsmasse 3 befindlichem Stift 7 und das andere Ende in einem auf dem Rotor 2 vorhandenen Stift 8 eingehängt ist.

In den F i g. 3 und 4 ist eine Dämpfungsvorrichtung dargestellt, bei der im Inneren des topfförmigen Rotors 2 sowohl die Trägheitsmasse 3 als auch die als Schraubenfeder 6 mit linearer Kennlinie ausgebildete Feder angeordnet sind. Das eine Ende der Schraubenfeder 6 ist im Punkt 9 im Boden 10 des topfförmigen Rotors 2 befestigt, während das andere Ende der Schraubenfeder 6 auf der Trägheitsmasse 3 im Punkt 11 angelenkt ist. Zwischen den beiden Punkten 9 und 11 verläuft die Schraubenfeder 6 in einer sich von dem auf dem Rotor 2 befindlichen Befestigungspunkt 9 aus trichterförmig in Drehrichtung öffnenden Führung 12. wodurch sich eine progressive Federkennlinie ergibt. Die trichterförmige Führung 12 bildet mit dem Boden 10 des topfförmigen Rotors 2 eine Einheit. Die Wirkungsweise dieser Dämpfungsvorrichtung ist folgende: bei Eintreffen eines Impulses wird der Rotor 2 in Richtung des Pfeiles A gedreht; dadurch wandert der Anschlag 13 zum Befestigungspunkt 11 der noch stillstehenden Trägheitsmasse 3. Nach Erreichen des Befestigungspunkies durch den Anschlag 13 beginnt sich die Trägheitsmasse mit dem Rotor 2 mitzudrehen, bis der Rotor 2 seinen Schaltschritt beendet hat. Die Trägheitsmasse 3 dreht sich nunmehr weiter in Richtung des Pfeiles A, während der Rotor 2 entgegen der Pfeilrichtung A zurückschwingt. Dadurch wandert der Befestigungspunkt zum Anschlag 14, wobei die Schraubenfeder 6 gespannt wird und sich an die Kante 15 der Führung 12 anlegt. Die Federkraft wächst hierdurch progressiv in Abhängigkeit von der Auslenkung an, so daß die Trägheitsmasse 3 abgebremst wird. Man erkennt, daß durch die Anordnung der Anschläge 13 und 14 sowie durch geeignete Wahl der Schraubenfeder die Dämpfungscharakteristik der Vorrichtung in weiten Grenzen den Er-

fordernissen angepaßt werden kann.

Die F i g. 5 und 6 zeigen schließlich eine Dämpfungsvorrichtung, bei der der Rotor 2 und die Trägheitsmas-

se 3 in Tandem hintereinander auf der Motorwelle 1 angeordnet sind. Arn Rotor ist eine U-förmig gebogene Blattferde 16 befestigt, die mit ihren Enden einen auf der Trägheitsmasse 3 befindlichen Stift 17 umgreift. Die Blattfeder 16 ist in einer sich von dem auf dem Rotor 2 befindlichen Befestigungspunkt 18 aus trichterförmig in Drehrichtüng öffnenden Führung 19 angeordnet. Um zu vermeiden, daß bereits unmittelbar zu Beginn eines Schaltschrittes ein dem Drehmoment des Rotors entgegenwirkendes, von der Trägheitsmasse 3 herrührende; Drehmoment wirksam wird und zum anderen die Trag heitsmasse nicht zu spät von dem Rotor 2 mitgenom men wird, ist die Führung 19, wie im übrigen auch di< Führung 12 der in den Fig.3 und 4 dargestelllei Dämpfungsvorrichtung, asymmetrisch ausgebildet. Di< Wirkungsweise dieser Dämpfungsvorrichtung ent spricht der der F i g. 3 und 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   V I. Vorrichtung zur Dämpfung der Eigenschwmgungen des Rotors eines durch elektrische Impulse ■»!gleicher oder wechselnder Polarität und nahezu be-"üiebigen Tastverhäjtnisses ansteuerbaren Schrittmotors mittels einer auf der Motorwelle angeordneten -,Trägheitsmasse und einer Feder, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheitsmasse (3) un- iniaelbar^aujsder Motprwelje (1) befestigt, und der auf der M4thfwell^(i| fliegt ad gelagerte Rotor (2) ober die Feder"(6; Ϊ6)~ mit der Trägheitsmasse (3) verbunden ist :'■.■'■■
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (6, !6) eine progressive Kennlinie besitzt
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Feder eine Blatt- (16) oder eine Schraubenfeder (6) ist die an ihrem einen Ende auf dem Rotor (t) befestigt ist und an ihrem anderen Ende auf der Trägheitsmasse (3) angelenkt ist und zwischen diesen beiden Punkten in einer sich von dem auf dem Rotor befindlichen Befestigungspunkt aus trichterförmig in Drehrichtung öffnenden Führung (12.19) angeordnet ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem topfförmig ausgebildeten Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Rotors (2) die Trägheitsmasse (3) und die Feder (6) angeordnet sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet daß die trichterförmige Führung (12) für die Feder (6) mit dem Boden (10) des topfförmigen Rotors (2) eine Einheit bildet. 3s

   Fcderktenmgeifteia-es umgeht diese Nachteile, jedoch iv die Montage «jnes derartigen Klemmgesperres luHnpiiziert und für eine Massenfertigung wenig geeig