DE1488749C - Spannungswellengetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannungswellengetriebe mit zwei formschlüssig durch Zähne oder kraftschlüssig durch Reibung miteinander im Eingriff stehenden Ringgliedern, von denen eines starr und das andere radial auskippbar ist, und elektromagnetischen Mitteln zum radialen Ausbiegen des ausbiegbaren Gliedes in einer sich um den Umfang desselben fortsetzenden Spannungswelle zum Treiben des ausbiegbaren Gliedes nach Patent 1 228 486.

Gegenstand des Hauptpatents 1 228 486 ist ein hochempfindlicher Stufenschaltmotor mit niedrigem Beharrungsvermögen, dessen Antrieb ein Spannungswellengetriebe ist, in dem ein Stator mit einer gewöhnlichen Wicklung auf einen radial ausbiegbaren Anker ein radial wirkendes Magnetfeld wirken läßt. Auf diese Weise wird die auf die Stromstöße ansprechende radiale Kraft des magnetischen Feldes in eine Umdrehungsbewegung umgewandelt. Diese Umdrehung pflanzt sich mit verminderter Geschwindigkeit und erhöhtem Drehmoment in kleinen Schritten von größter Genauigkeit fort. Obwohl derartige Vorrichtungen zufriedenstellend arbeiten, besteht ein Bedarf an einer einfacheren und billigeren Vorrichtung mit anderen und besser wirkenden Magnetfeldkraftlinien.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten hochempfindlichen Drehantrieb mit einer billigen Statorwicklung zu schaffen, die ein stufenweises Schalten in winklig genauen Schritten ermöglicht. Ferner soll für einen einen radial ausbiegbaren Anker verwendenden Stufenschaltmotor ein wirtschaftlicher Stator geschaffen werden, dessen Kraftlinien eine wirksamere Arbeitsweise bei einer Stufenschaltgeschwindigkeit von 0 bis etwa 1200 in der Sekunde gewährleisten.

Bei einem Spannungswellengetriebe der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch den Gegenstand der Erfindung dadurch gelöst, daß zum Treiben des ausbiegbaren Gliedes, wie an sich bekannt, im Umfan« nacheinander erregte Paare im Kreis neheneinanderliegender Magnetspulen cntgegcgnesetzter Polarität angeordnet sind, die zusammen mit jeweils einem diametrisch gegenüberliegenden Paar in kreisförmig fortschreitender Bewegung erregt werden.

Eine derartige Statoranordnung ist zwar an sich bekannt (deutsche Patentschrift 250 672), jedoch auf einem anderen Gebiet, so daß dadurch die vorteilhafte Weiterbildung des Gegenstands des Hauptpatents nicht nahegelegt werden konnte.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig.! in perspektivischer Sicht einen hochempfindlichen Umdrehungsantrieb mit einer erfindungsgemäßen Statorwicklung, teilweise im Schnitt, um den inneren Aufbau einschließlich des ausbiegbaren Rotors darzulegen,

Fig.2 einen Querschnitt der in Fig. 1 dargestellten Statorwicklung Init einem ausbiegbaren Reibradrotor an Stelle des in Fi g. 1 gezeigten Zahnradrotors mit einem diametrisch gegenüberliegend wirkenden Kraftlinienpaar,

Fig. 3 eine der Fig.2 ähnliche Sicht, in der die Kraftlinien auf das nächste Paar der Statorpole geschaltet sind,

Fig. 4 eine den Fig. 2 und 3 ähnliche Sicht, in der der Rotor zu einem mit Zähnen versehenen Spannrad, das mit Zähnen an den Statorpolen kämmt, ausgebildet ist,

Fig. 5 ein elektrisches Schema der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Statorwicklung,

Fig. 6 ein Schema der Strompulsverteilung des dargestellten 16poligen Stators,

Fig.7 eine der Fig.2 entsprechende Sicht mit einem nicht ausbiegbaren Rotor,

Fig. 8 eine Draufsicht im Schnitt des in Fig. 7 dargestellten Rotors, und

Fig. 9 eine der Fig. 7 entsprechende Sicht mit einer anderen Rotorausbildung.

Zunächst wird der in Fig. 1,4,5 und 6 dargestellte Motorentyp erläutert. In Lagern 12 und 14 in Gehäusedeckeln 16 und 18 lagert eine Kraftabgabcwelle 10. Die Gehäusedeckel klemmen zwischen Abstandsplatten 19 mit Bolzen 20 einen aus Lamellen gebildeten Stator 22 ein. In der in Fig. I dargestellten Ausführungsform ist in dem Stator 22 ein mit der Kraftabgabewelle 10 gleichachsiges, an seiner Innenseite gezähntes Ringrad 24 verankert. Gemäß der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform kann aber von dem Ringrad 24 als solches abgesehen werden, indem die Zähne unmittelbar an den Oberflächen der Statorpole angebracht sind. Das Ringrad 24 kämmt mit einem gleichachsigen Rotor oder Anker. In diesem Fall besteht der Rotor aus einem rohrförmigen, radial ausbiegbaren Spannrad 26, dessen geschlossenes Ende 28 durchbohrt ist. In der Bohrung ruht die Kraftabgabewelle 10, die an dem Ende 28 mit einem Kragen 30 befestigt ist. Wie bei Spannungswcllengetrieben üblich, ist die Zahl der Zähne an dem inneren Glied, in diesem Fall also an dem Spannrad 26, um zwei oder ein Mehrfaches davon geringer als die Zahl der Zähne an dem äußeren nicht ausbiegbaren Glied, in diesem Fall dem Ringrad 24, wenn die Ausbiegung ellipsenförmig sein soll. Ein in einer Rille in der Antriebswelle 10 sitzender Klemmring 32 liegt gegen das Lager 12 an, um ein längsweises Verlagern der Welle 10 in eine Richtung zu verhindern, während ein Flansch 34 des Lagers 14 eine längsweise Verlagerung der Welle in die andere Richtung unterbindet.

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Der Stator 22 soll nicht nur das Spannrad 26 zu wirken auch auf die Teile des Rotors, die unter den einer Ellipse radial ausbiegen, sondern auch die auf- nunmehr abgeschalteten Spulen, die aus Leitung 1 getretende radiale Spannungswelle um den Umfang des speist werden, liegen.

Spannrades fortpflanzen, um die Stellen, an denen die Der ausbiegbare Anker ist in einem synchronisier-Ringrad- mit den Spannradzähnen kämmen, weiterzu- 5 ten Antrieb mit einer eng gewickelten Feder aus mabewegen. Der Stator 22 besteht aus einer Anzahl ne- gnetischem Bandmaterial versehen, die einer Uhrfebeneinanderliegender Lamellen, die durch einen der ähnlich ist. Gegen das Innere des gezähnten Überzug isoliert sind. Die Lamellen sind gleichförmig Spannrades 26 oder des ausbiegbaren Rohres 44 liegt und bilden an ihrer Innenseite in gleichem Abstand eine Spiralfeder 46 aus magnetischem Bandmaterial voneinander und diametrisch zueinander stehende io an. Durch diese Ausführungsform behält der Anker Kerne 36 mit konkav gebogenen Polflächen. Die An- seine radiale Ausbiegbarkeit bei, und nachteilig wirzahl der Kernpole ist von der Strompulsreihenfolge kender mechanischer Widerstand wird herabgesetzt, abhängig. Im allgemeinen ist die Anzahl der Pole ein Um zu verhindern, daß sich die Spirale 46 abwickelt Vierfaches der Pulssequenz. Wenn also die Strom- oder mitdreht, ist sie an gegenüberliegenden Seiten stoße in vier Pulsen zugeführt werden, wie in F i g. 6 15 des ausbiegbaren Rohres oder Rades befestigt,
dargestellt, beträgt die Anzahl der Spulen 16 (s. Es ist festgestellt worden, daß ein unter Belastung F i g. 5). In gewöhnlichen Feldspulen teilen sich die arbeitender elliptischer Rotor 26 oder 44 seine elliptidurch die Spulen fließenden Kraftlinien, wenn sie an sehe Form mitunter verliert. Es wird angenommen, den Hauptteil der Statorlamellen und den Anker an- daß diese Formveränderung auf geringfügige Ungefallen. In der im Hauptpatent beschriebenen Vorrich- 20 nauigkeiten in der Herstellung oder auf Beansprutung verlaufen die Kraftlinien axial in voneinander ge- chung des Werkstoffes zurückzuführen ist. Dieser trennten Magnetfeldern durch die Ankerlamellen. Im Übergang in eine nichtsymmetrische Fom muß verGegensatz dazu werden durch den Stator kurze, in mieden werden, da bei gezähnten Spannrädern deren Umfangsrichtung ausgerichtete Kraftlinien örtlich an Zähne ratschen würden. Wenn der elliptische Rotor diametrisch gegenüberliegenden Paaren nebcneinan- 25 unsymmetrisch wird, vermindert sich dessen Belastderliegender Spulen und den daran anliegenedn Ro- barkeit, gleichgültig ob Zahn- oder Reibräder verwentorteilen erregt. Zu diesem Zweck ist jedes Paar ne- det werden. Um das zu vermeiden, ist eine runde beneinanderliegender Spulen 36 in Serie gewickelt. Scheibe 48 (Fig. 1), die das Ausbiegen beschränkt, um abwechselnd Nord- und Südpole zu bilden, wie in vorgesehen, deren Peripherie mit dem Innern des Fig.2, 3 und5 dargestellt ist. So ist eine Leitung 1 30 Spannrohres oder Spannrades in Eingriff tritt, wobei (F i g. 2, 3 und 5) in einer Richtung um einen Kern 36 der innere Mindestdurchmesser des Spannrohres oder gewickelt und setzt sich in entgegengesetzt laufender -rades bei einem elliptisch ausgebogenen Rotor nur Wicklung an dem nächst anliegenden Kern fort und ist sehr gering größer sein soll als der Durchmesser der dann mit den übrigen Leitungen an eine gemeinsame Scheibe. Die Scheibe 48, die aus Nylon bestehen kann, Erdungsleitung 40 (Fig. 2, 3 und 5) angeschlossen. 35 wird durch Ringe 49 auf der Welle 10 gegen eine Seite Wie in F i g. 5 dargestellt, in der die Spulen fortlau- der Feder 46 gehalten.

fend von 1 bis 16 nummeriert sind, wird der Strom aus Wie schon erwähnt wurde und in F i g. 2 und 3 darder Leitung 1 eines Strompulsverteilungsnetzcs (ring- gestellt ist. können die Ringzähne völlig entfallen, förmiger Stromabnehmer 42) gleichzeitig der Wick- oder sie können in die Oberflächen der Spulenpole, lungl und ihrer diametrisch gegenüberliegenden Wick- 40 wie in F i g. 4 gezeigt, eingefräst sein,
lung 9 zugeführt. Der Strom aus einer Leitung 2 wird Die nacheinanderfolgenden Strompulse aus dem darauf den gegenüberliegenden Wicklungen 3 und 11 ringförmigen Stromabnehmer 42 werden nacheinanzugeführt. Somit pulsieren die vier Zuleitungen aus der den Leitungen 1,2,3 und 4 zum Erregen der sich dem Strompulsverteilungsnetz (s. F i g. 6), um in auf- diametrisch gegenüberliegenden Paare nebeneinaneinanderfolgenden Stromstößen die gegenüberliegen- 45 derliegender Magnetspulen 36 zugeführt. Jedes unter den Spulenpaare zu erregen. Strom stehende Spulenpaar bildet ein Hauptmagnet-Beispielsweiseist aus Fig. 2 ersichtlich, daß, wenn feld, dessen Kraftlinien kreisläufig durch den anliedie Leitung 1 unter Strom gesetzt wird, diametrisch genden Peripherieteil des ausbiegbaren Rotors 26 laugegenüberliegende, örtliche in Umfangsrichtung des fen, und unter dem Einfluß der Magnetkraft wird die Stators ausgerichtete Magnetfelder erregt werden, de- 50 Länge der Kraftlinien verkürzt, so daß sich der Rotor ren Kraftlinien durch die anliegenden Spulenpaare näher an die erregten Spulenpole anlegt. Wenn der und die davorstehenden Teile des Rotors 44, der in Strom in diesen Magnetspulen abgeschaltet wird und diesem Fall ein zahnloses ausbiegbares Rohr ist, flie- die nächsten beiden Spulenpaare erregt werden, wird ßen. Nachdem der Strom in der Leitung 1 abgeschaltet die Hauptachse des elliptischen Rotors weitergedreht, ist, erhält die Leitung 2 aus dem ringförmigen Strom- 55 Das Pulsieren der Stromstöße wird mit bekannten Unabnehmer 42 einen Stromstoß, wodurch die in terbrechern. beispielsweise dem ringförmigen Strom-Fig. 2 dargestellten Kraftlinien der Magnetfelder in abnehmer 42, erreicht. Daher rufen nicht nur die in die in Fig. 3 dargestellte Lage gerückt werden. Im Fig. 2 und3 dargestellten und in Rotordrehrichtung Gegensatz zu den aus dem Hauptpatent bekannten ausgerichteten Hauptkraftlinien die sich umfangmä-Magnetfeldern. die sich auch diametrisch gegenüber- 60 ßig fortpflanzende Spannungswelle oder radiale Ausliegen, deren Kraftlinien aber axial ausgerichtet und biegung des Rotors hervor, sondern auch weniger quasi abgesondert sind, sind die diametrisch gegen- starke und beiläufig auftretende Kraftlinien in den erüberliegenden Hauptkraftlinien nunmehr geschlossen regten Wicklungen tragen dazu bei, den Rotor weiterund dem Umfang des Stators entlang ausgerichtet; zubewegen, ohne daß dieser seine ausgebogene Form außerdem bestehen örtliche Nebenkraftlinien, die 65 verliert. Die Vorrichtung kann je nach der Strompulsüber die Hauptkraftlinien hinaus eine magnetische reihenfolge in beide Richtungen bewegt werden. Da Kraft entwickeln: z.B. die auf den Umfang einwirken- die Spulen einander gleich sind, wird der Zusammenden Masnetkräfte der von Leitung 2 erregten Spulen bau der Vorrichtung erleichtert.

An Stelle der elliptischen Rotorformen können im Prinzip auch drei- oder mehrstellig ausgebogene Rotoren zur Anwendung kommen.

In F i g. 7 und 8 ist das neue Getriebe an Hand eines Servomotors mit einem nicht ausbiegbaren Rotor 50 beschrieben. In diesem ist der Stator 52 im wesentlichen von gleichem Aufbau wie der oben beschriebene Stator. Der Rotor 50 ist in diesem Fall nicht rohrförmig, sondern starr und besteht aus gegenüberliegenden Gliedern 54 aus nichtmagnetischem leichten Werkstoff, beispielsweise Kunststoff oder Aluminium. Die Glieder 54 sind an einer mit dem Stator gleichachsigen Welle 56 befestigt und tragen an ihren äußeren Enden Blöcke 58 aus weichem Eisen. Die äußeren Flächen dieser Blöcke sind konvex gebogen und liegen nahe an den konkav gebogenen Statorpoloberflächen 60. Die Länge der bogenförmigen Oberfläche der Glieder 54 ist im wesentlichen gleich oder etwas geringer als der Bogen zweier nebeneinanderliegender Polflächen 60.

Im Arbeitsgang werden jeweils zwei nebeneinanderliegende Spulen des Stators 52 unter Strom gesetzt, wodurch ein sich durch den anliegenden Eisenblock 58 erstreckendes Magnetfeld entsteht. Wenn der Stromstoß in zwei sich diametrisch gegenüberliegenden Spulenpaaren aus dem ringförmigen Stromabnehmer 42 beendet und auf die danebenliegenden Spulenpaare übertragen wird, wird auf den Rotor 50 durch das nunmehr unter Strom stehende Spulenpaar eine Kraft ausgeübt, die ihn kreisförmig weiterbewegt. Das verhältnismäßig geringe Gewicht des Rotors und die in die Umfangsrichtung des Stators ausgerichteten Magnetfelder, die durch die anliegenden Blöcke 58 beständig ihre Kraftlinien verkürzen, ermöglichen schnelles Ansprechen, genaues Stufenschalten und die nötige Kraft, den Rotor 50 in einer gewünschten winkligen Lage zu halten.

Der in Fig. 9 dargestellte Motor entspricht dem der F i g. 7 und 8, hat aber an Stelle des mit zwei Blökken versehenen Rotors 50 einen nichtverformbaren Rotor 62 mit sechs Blöcken 64, der ein noch schnelleres Ansprechen und Umkehren der Umdrehung ermöglicht. Auch in diesem Falle schaffen die acht Paare im gleichen Abstand voneinander stehender Spulenpole 36 kreisförmige, örtliche und nacheinander erregte Magnetfelder, die durch die anliegenden Blöcke 64 verlaufen, wobei sie mehr als zwei gegenüberliegende Blöcke mit zwei sich gegenüberliegenden Spulenpaaren gleichzeitig abfluchten. Somit sprechen, wenn ein Paar sich diametrisch gegenüberliegender Blöcke 64 kurzzeitig vor erregten Spulen zum Halten kommt, die beiden anderen Blockpaare 64 auf den auf sie einwirkenden unausgeglichenen und ungleichen Drehmoment unterschiedlich an. Da aber auch Teile eines der beiden anderen Blockpaare den Magnetfeldern der erregten Spulen ausgesetzt sind, dreht sich der Rotor augenblicklich weiter. Also wird durch zwei sich diametrisch gegenüberliegende Paare erregter Spulen auf wenigstens zwei und auf Teile der nächsten zwei Blöcke 64 eine Kraft ausgeübt.

In den Antriebsvorrichtungen kann an Stelle der zwei- und sechsgliedrigen Rotoren, den Betriebsbedingungen entsprechend die Zahl der Rotorglieder und der Spulenpaare variiert werden. Dementsprechend sind durch Abändern der Strompulsreihenfolge andere Antriebseffekte möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. Spannungswellengetriebe mit zwei formschlüssig durch Zähne oder kraftschlüssig durch Reibung miteinander im Eingriff stehenden Ringgliedern, von denen eines starr und das andere radial auskippbar ist, und elektromagnetischen Mitteln zum radialen Ausbiegen des ausbiegbarcn Gliedes in einer sich um den Umfang desselben fortsetzenden Spannungswelle zum Treiben des ausbiegbaren Gliedes nach Patent 1 228486, dadurch gekennzeichnet, daß zum Treiben des ausbiegbaren Gliedes (26, 44), wie an sich bekannt, im Umfang nacheinander erregte Paare im Kreis nebeneinanderliegender Magnetspulen (36) entgegengesetzter Polarität angeordnet sind, die zusammen mit jeweils einem diametrisch gegenüberliegenden Paar in kreisförmig fortschreitender Bewegung erregt werden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Strompulsverteilernetz zum Erregen der elektromagnetischen Mittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Spulen (36) viermal größer als die Strompulssequenz ist.