DE3016126C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Membranscheiben-Stellmotor gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Derartige Stellmotoren werden insbesondere in der Raumfahrt für Satelliten oder dergleichen eingesetzt, bei denen bei­ spielsweise eine Antenne um sehr kleine Winkel mit hoher Winkelauflösung verstellbar sein soll. Die Anzahl der für jeden Verstellvorgang nacheinander zu erregenden Elektro­ magnetenpaare richtet sich nach der Größe des jeweiligen ge­ wünschten Stellschritts. Um eine bestimmte Verstellgröße zu erreichen, weist die Steuerung der Elektromagneten ei­ nen Speicher auf, in welchem jeweils nach Ausschaltung der Elektromagneten eingespeichert bleibt, welches der Elektro­ magnetpaare für den nächsten Stellvorgang zuerst erregt werden muß, damit der Anfang des neuen Stellweges mit dem Ende des vorangegangenen Stellweges übereinstimmt.

Bei einem bekannten Membranscheiben-Stellmotor (DE-OS 25 25 036) sind die den Rotor bildende, als Kreisscheibe ausgebildete Membran an der den Elektromagneten zuge­ wedeten Seite ihres Umfangsrandes und die ringförmige Abwälzbahn des Stators mit Axialverzahnungen versehen, die sich in ihren Zähnezahlen um eine gerade Anzahl von Zähnen unterscheiden, so daß die Membran durch gleich­ zeitige Erregung zweier diametral gegenüberliegender Elektromagnete axial ausgelenkt und mit ihrer Verzahnung in Eingriff mit der Verzahnung der Abwälzbahn gelangt. Durch schrittweise erfolgende Erregung der jeweils nächst folgenden Elektromagneten wandern die Eingriffsstellen der Verzahnungen im Kreis, so daß sich aufgrund der unterschied­ lichen Zähnezahlen eine Relativdrehung des Rotors gegenüber dem Stator ergibt. Da aber der Zahneingriff nur bei Erregung der Elektromagneten zustande kommt, ist für den Rotor bei nicht erregten Elektromagneten ein Haltemoment nicht vor­ handen, so daß z. B. aufgrund von Vibrationen oder Beschleu­ nigungskräften beim Raketenstart eine ungewollte, durch den Speicher der Steuerung der Elektromagneten nicht registrierte Verstellung des Rotors auftritt und daher beim Einschalten des Motors Stellfehler auftreten.

Bei einem anderen Membranscheiben-Stellmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art (DE-AS 25 17 974) hingegen wird durch den Eingriff der Haltever­ zahnung der Membran in den Haltezahnkranz auch bei nicht erregten Elektromagneten ein Haltemoment erzeugt, durch welches eine ungewollte Verstellung des Rotors bei abge­ schaltetem Motor vermieden werden soll. Bei diesem be­ kannten Stellmotor ist die Membran durch die Lage des Haltezahnkranzes unter elastischer Vorspannung zu einem Kegelmantel verformt gehalten. An der Abwälzbahn des Stattor hingegen wird die Membran mit der ihrer Haltever­ zahnung abgewendeten Seite ihres Umfangsrandes reib­ schlüssig abgewälzt. Durch dieses Abwälzen des Umfangs­ randes der Membran an der Abwälzbahn entsprechend den aufeinanderfolgenden Erregungen der Elektromagnetpaare sollen die Eingriffsstellen zwischen der Halteverzahnung der Membran und dem Haltezahnkranz jeweils um 90° zu den diametral gegenüberliegenden Angriffsstellen des Umfangs­ randes der Membran an der Abwälzbahn versetzt mit diesen Angriffsstellen wellenartig umlaufen. Die hierzu erforder­ lichen elastischen Formänderungen des Umfangsrandes der Membran an den Eingriffsstellen ihrer Halteverzahnung mit dem Haltezahnkranz müssen auf diese Eingriffsstellen durch die elastische Auslenkung des Umfangsrandes der Membran an um 90° zu diesen Eingriffsstellen versetzten Umfangsstellen herbeigeführt werden. Um dies bei der kegeligen Gestalt der Membran zu erreichen, muß dieser Umfangsrand der Membran verhältnismäßig steif sein, damit die in der Membran infolge der kegeligen Vordeformation in hohem Maße vorhandenen Ring­ spannungen durch die Auslenkung des Umfangsrandes der Mem­ bran nicht soweit verstärkt werden, daß sie zum Beulen der Membran und damit zu Stellfehlern führen. Eine hohe Stei­ figkeit des Umfangsrandes bedingt jedoch verhältnismäßig starke und daher schwere Elektromagneten, damit der Umfangs­ rand der Membran durch die Magnetkraft örtlich ausgelenkt werden kann.

Andererseits ist das Betriebsmoment dieses bekannten Motors prinzipiell von der Steifigkeit bzw. Vorspannkraft der Mem­ bran bestimmt, da die Vorspannkraft der Membran über den Flankenwinkel der Zahnflanken der Halteverzahnungen in Um­ fangsrichtung wirkt und so daß Haltemoment und auch das Be­ triebsmoment erzeugt. Das Moment, welches durch das reib­ schlüssige Abwälzen der Membran auf der Abwälzbahn ent­ steht, muß klein gehalten werden, da andernfalls selbst bei optimalen Anpassungen der Vortriebsbewegungen auf bei­ den Seiten der Membran wegen unvermeidlicher Toleranzen Schlupf entstehen wüde, der dann zu Schrittfehlern führt. Das Betriebsmoment dieses Motors kann daher nicht durch erhöhten Leistungsaufwand vergrößert werden.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, einen elek­ tromagnetischen Membranscheiben-Stellmotor zu schaffen, der bei großem Haltemoment bei nicht erregten Elektromagne­ ten eine hohe Schrittauflösung bei großem Antriebsmoment und hoher Schrittfrequenz erlaubt.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verformung der Membran zu einer Zylinderfläche gelingt eine wesentliche Versteifung der Membran bei vergleichsweise geringer Membran­ stärke und Steifigkeit im unverformten Zustand. Entsprechend gering wird der Widerstand gegen die für den Umlauf der Membran erforderlichen Verformungen an den jeweiligen Ein­ griffsstellen der Halteverzahnungen, was hohe Schrittfre­ quenzen erlaubt und zu hoher Winkelauflösung führt. Außer­ dem reichen dadurch vergleichsweise schwache und daher leichte Magneten für die Weiterschaltung der Membran aus.

Durch Verformung einer ebenen Kreisscheibe zu einer Zy­ linderfläche durch Kräfte, die symmetrisch zu der Verbin­ dungslinie der Eingriffsstellen der Halteverzahnungen senk­ recht zur Membranebene auf die Membran einwirken, ent­ stehen außerdem an diesen Eingriffsstellen der Haltever­ zahnungen aufgrund der Membranspannungen Kräfte, durch welche die Halteverzahnung der Membran in die Haltever­ zahnung des Haltezahnkranzes hineingedrückt wird. Dies ist bereits bei den geringen Verformungen der Fall, die bei nicht erregten Elektromagneten vorhanden sind durch das im Abstand von den Eingriffsstellen der Halteverzahnungen auf­ grund deren unterschiedlichen Zähnezahlen erfolgende Auf­ reiten der Zahnköpfe etwa an denjenigen Umfangsstellen, welcher beidseitig der Eingriffsstellen um 45° gegen diese versezt sind. Da die elastische Verformung der Membran zu einer Zylinderfläche wenn auch mit geringerer Krümmung als im Betriebszustand auch bei nicht erregten Elektro­ magneten vorhanden ist, entsteht somit auch bei einer Mem­ bran hoher Flexibilität ein vergleichsweise großes Halte­ moment für den Rotor.

Bei Weiterschalten der Membran durch die der Reihe nach im Kreis erfolgenden Erregungen der Elektromagnetpaare trägt außerdem durch die Zylinderflächenform der Membran nicht nur deren Umfangsrand, sondern im wesentlichen das gesamte Membranmaterial bis zum Zentrum der Membran zur Übertragung der Verformungsspannung von den Eingriffs­ stellen der Antriebsverzahnungen auf die demgegenüber um 90° versetzten Eingriffsstellen der Halteverzahnungen bei, so daß diese Eingriffsstellen der Halteverzahnungen sauber und synchron mit den Eingriffsstellen der Antriebs­ verzahnungen umlaufen können. Durch diesen Zahneingriff der Membran mit zwei zueinander identischen Zahnkränzen an insgesamt vier Zahneingriffsstellen ist die mögliche Schrittgenauigkeit bei gleichwohl hoher Schrittauflösung für extrem kleine Winkelverstellungen und möglicher hoher Schrittfrequenz erhöht. Dabei wird das Antriebs­ moment nicht nur durch das Abwälzen der Antriebsverzah­ nungen, sondern im wesentlichen im gleichen Maße auch durch das Abwälzen der Halteverzahnungen bestimmt, so daß zusätzlich auch ein hohes Antriebsmoment erzielbar ist.

Durch den beidseitigen Zahneingriff der Membran und deren Verformung als Zylinderfläche ist außerdem das Antriebsmo­ ment im wesentlichen von der Größe der einwirkenden Magnet­ kräfte bestimmt, so daß für die Größe des Antriebsmomentes eine Abhängigkeit von der Höhe der den Elektromagneten zu­ geführten elektrischen Leistung besteht. Somit ist durch die Erfindung der zusätzliche Vorteil gegeben, in Notfällen, in welchen der Rotor oder das mit dessen Abtriebswelle ge­ kuppelte Gerät aus irgendeinem Grund festsitzt, durch impulsartige Erregung der Elektromagneten mit hoher elek­ trischer Leistung ein hohes, den Festsitz losbrechendes Moment zu erzeugen, so daß der Stellvorgang gleichwohl durchgeführt werden kann. Durch die Versteifung des Rotors aufgrund seiner Verformung als Zylinderfläche lassen sich verhältnismäßig hohe Drehmomente jedenfalls kurzzeitig erzeugen.

Überdies ist ein Durchrutschen der Membran auch bei Über­ lastungen weitgehend verhindert. Durch die Verformung der Membran als Zylinderfläche sowohl bei nicht erregten Ma­ gneten als auch bei eingeschaltetem Motor kann es allen­ falls zu einer Abwälzbewegung entsprechend der Verzah­ nungsgeometrie kommen, so daß eine Zerstörung der Verzah­ nung auch bei Einwirkung von beispielsweise das Haltemo­ ment übersteigenden Stößen und Erschütterungen verhindert ist.

Vorzugsweise sind die Halteverzahnungen und die Antriebsver­ zahnung der Membran gegeneinander in Umfangsrichtung um bis zur Hälfte ihrer Zahnteilung versetzt ausgebildet, sofern dies aufgrund der Verzahnungsgeometrie und der unterschiedlichen Zähnezahlen durch die bevorzugte Ver­ setzung der Eingriffsstellen der Halteverzahnungen einer­ seits und der Eingriffsstellen der Antriebsverzahnungen andererseits um jeweils 90° sich nicht ohnehin von selbst ergibt. Durch die gegenseitige Versetzung der Haltever­ zahnung und der Antriebsverzahnung der Membran trifft ein Zahn der Verzahnung an der einen Seite des Umfangsrandes der Membran mit einer Zahnlücke der Verzahnung an der anderen Seite des Umfangsrandes zusammen, so daß die Mem­ bran auch im Bereich ihrer Verzahnungen entlang ihres Um­ fangsrandes eine gewünschte hohe und dabei gleichmäßige Flexibilität aufweist. Außerdem ist es dadurch gegebenen­ falls möglich, die beidseitige Verzahnung der Membran in einem Preßvorgang durch mäanderartige oder zickzackartige Verformung des Umfangsrandes der Membran herzustellen.

Ferner ist vorzugsweise der Zahnkopfabstand zwischen den Zahnköpfen des Antriebskranzes und des Haltezahnkranzes kleiner als der Zahnkopfabstand zwischen den Zahnköpfen der Antriebsverzahnung und der Halteverzahnung der Membran. Dadurch ist bei abgeschaltetem Motor nicht nur der volle Zahneingriff der Halteverzahnungen an deren beiden diame­ tral am Scheitel der Zylinderfläche gegenüberliegenden Eingriffsstellen vorhanden, so daß das gewünschte Halte­ moment vorhanden ist, welches im wesentlichen bestimmt ist durch den Verformungswiderstand der Membran am Scheitel der von ihr gebildeten Zylinderfläche gegen eine Verlagerung des Scheitels am Membranumfang, sondern es stehen auch die Antriebsverzahnungen an um 90° gegen diese Eingriffsstellen der Halteverzahnungen versetzten Eingriffsstellen wenn auch mit gegenseitigem Spiel in Zahneingriff miteinander. Selbst wenn daher bei starken Erschütterungen und dergleichen Ge­ fahr besteht, daß sich die Eingriffstiefe der Haltever­ zahnungen an ihren Eingriffsstellen am Scheitel der Zy­ linderfläche verringert, kann dies nicht dazu führen, daß die Membran mit ihrer Halteverzahnung völlig aus dem Zahn­ eingriff mit dem Haltezahnkranz herausspringt und es zu ei­ nem Durchrutschen der Membran kommt, denn dies wird durch den gleichzeitigen Zahneingriff auch der Antriebsverzah­ nungen verhindert. Vielmehr kann es in solchen Fällen allenfalls zu einem Abwälzen der Verzahnungen kommen, so daß diese nicht beschädigt werden können. Außerdem können durch den gleichzeitigen Zahneingriff der Halteverzahnungen und der Antriebsverzahnungen im Haltezustand Abweichungen der Membranform von einer exakten Zylinderfläche insbe­ sondere bei für eine hohe Schrittauflösung sehr feiner Verzahnungen kompensiert werden. Solche Abweichungen könnten andernfalls zu Schluftbedingungen beim Auftreten von Vibrationen führen.

Die Antriebsverzahnungen und die Halteverzahnungen sind vorzugsweise als Geradverzahnungen ausgebildet, deren Flankenwinkel im Bereich von 15 bis 20° liegt. Es hat sich gezeigt, daß dadurch im Vergleich mit größeren Flankenwinkeln eine wesentliche Vergrößerung des Halte­ momentes wie auch des Antriebsmomentes erzielbar sind.

Der Haltezahnkranz und der Antriebszahnkranz sind iden­ tisch zueinander ausgebildet, jedoch derart gegeneinander verdreht angeordnet, daß die Stellen des vollen Zahnein­ griffs der Halteverzahnung der Membran an den am Scheitel der Zylinderfläche diametral gegenüberliegenden Stellen ihres Umfangsrandes mit dem Haltezahnkranz möglichst ge­ nau um 90° versetzt sind zu den Stellen des vollen Zahn­ eingriffs der Antriebsverzahnung der Membran mit dem An­ triebszahnkranz, so daß eine geometrisch möglichst ge­ naue Zylinderfläche und daher eine möglichst symmetrische Abwälzbewegung an allen vier Zahneingriffsstellen der Membran erzielt wird. Bevorzugt sind daher der Haltezahn­ kranz und der Antriebszahnkranz in ihrer relativen Dreh­ lage justierbar, so daß der Motor auf die optimalen Be­ triebsbedingungen einstellbar ist.

Bevorzugt ist rings des Antriebszahnkranzes eine stator­ feste ringförmige Anlagefläche für die jeweils magnetisch ausgelenkten Teile des Umfangsrandes der Membran vorhanden, so daß die Eingriffstiefe, mit welcher die Antriebsverzah­ nung der Membran in die Verzahnung des Antriebszahnkranzes eingreift, derart begrenzt wird, daß ein kleines Spiel ver­ bleibt. Andernfalls besteht beim Fehlen von Schmiermöglich­ keiten z. B. unter Weltraumbedingungen die Gefahr, daß sich diese Verzahnungen insbesondere bei sehr kleinen Flanken­ winkeln ihrer Zähne unter der von den Magneten erzeugten Kraft, mit der die Antriebsverzahnung der Membran bei je­ dem Schritt in die Antriebsverzahnung des Antriebszahn­ kranzes hineingezogen wird, ineinander verkeilen.

Die Erfindung wird anhand beispielhafter Ausführungsformen erläutert, die aus der Zeichnung wenigstens schematisch er­ sichtlich sind. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Durchmesserschnitt eines Membranscheiben- Stellmotors gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Motor aus Fig. 1 gemäß der dort angegebenen Linie A-B, wobei in der oberen Hälfte der Haltezahnkranz und die Membran weggelassen sind,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Funktionsprin­ zips des Motors aus Fig. 1 und

Fig. 4 eine Teilansicht der Verzahnungen des Rotors und der Statorzahnkränze beim Motor aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Der Membranscheiben-Stellmotor aus Fig. 1 weist einen Stator 1 mit einem topfförmigen Statorgehäuse 2 auf, in welchem eine gerade Mehrzahl von Elektromagneten 3 im Kreis ange­ ordnet sind (vgl. Fig. 2), so daß jedem Elektromagneten 3 ein diametral zum Stator gegenüberliegender Elektromagnet zugeordnet ist, mit dem er gleichzeitig erregt wird. Auf der koaxial zum Stator in diesem gelagerten Abtriebswelle 19 ist ein Rotor 4 in Form einer scheibenförmigen Membran 5 aus magnetisch leitendem Material aufgekeilt. Die Mem­ bran 5 ist von ihrer Einspannstelle an der Antriebswelle 19 bis einschließlich ihres Umfangsrandes 6 federela­ stisch verformbar. An der den Elektromagneten zugewende­ ten Seite des Umfangsrandes 6 weist die Membran 5 eine Antriebsverzahnung 12, und an der den Elektromagneten 3 angewendeten Seite ihres Umfangsrandes 6 eine Halteverzah­ nung 8 auf. An dem der Membran zugewendeten Stirnrand des Statorgehäuses 2 ist ein der Antriebsverzahnung 12 der Mem­ bran zugeordneter Antriebszahnkranz 7 derart angeordnet, daß bei nicht erregten Elektromagneten zwischen der Antriebsver­ zahnung 12 der Membran 5 und der Antriebsverzahnung 11 des Antriebszahnkranzes 7 ein Axialspalt vorhanden ist. An der den Elektromagneten 3 abgewendeten Seite der Membran 5 ist am Statorgehäuse 2 ein ringförmiger Deckel 22 festgelegt, an dessen Innenseite ein Haltezahnkranz 10 ausgebildet ist, dessen Abmessungen denen des Antriebszahnkranzes 7 entsprechen. Der Halteverzahnung 9 (Fig. 3) des Haltezahn­ kranzes 10 ist die Halteverzahnung 8 der Membran zuge­ ordnet. Die Abmessungen der Antriebsverzahnung 12 und der Halteverzahnung 8 der Membran sind identisch. Ihre Zähne­ zahl unterscheidet sich von derjenigen des Haltezahn­ kranzes 10 und des Antriebszahnkranzes 7 um eine gerade Anzahl von Zähnen, so daß die Halteverzahnung 8 der Mem­ bran wie auch ihre Antriebsverzahnung 12 mit dem jeweils zugeordneten Zahnkranz 10, 7 an diametral einander gegen­ überliegenden Eingriffsstellen in vollem Zahneingriff stehen kann. Die relative Drehlage der Zahnkränze 7 und 10 ist jedoch derart, daß (Fig. 3) die Eingriffsstellen 15, 16 der Antriebsverzahnung 11 des Antriebszahnkranzes 7 und der Antriebsverzahnung 12 der Membran gegenüber den Ein­ griffsstellen 13, 14 der Halteverzahnung 9 des Haltezahn­ kranzes 10 und der Halteverzahnung 8 der Membran in jeder Drehlage des Rotors um 90° versetzt sind, so daß die Ver­ bindungslinien 17 der Eingriffsstellen 13, 14 der Haltever­ zahnungen 8, 9 senkrecht zu der Verbindungslinie 18 der Ein­ griffsstellen 15, 16 der Antriebsverzahnungen 11, 12 ver­ läuft.

Die axiale Lage des Rotors 4 auf der Abtriebswelle 19 ist derart gewählt, daß die Membran 5 mit ihrer Halteverzah­ nung 8 unter axialer Vorspannung gegen die Halteverzahnung 9 des Haltezahnkranzes 10 gedrückt ist, so daß die Halte­ verzahnung 8 der Membran an den beiden diametral einander gegenüberliegenden Eingriffsstellen 13, 14 in vollem Zahn­ eingriff mit der Halteverzahnung 9 des Haltezahnkranzes 10 steht, während aufgrund der unterschiedlichen Zähnezahlen die Halteverzahnungen 8, 9 im Abstand von diesen Ein­ griffsstellen 13, 14 mit ihren Zahnköpfen aneinanderlie­ gen, so daß die Membran 5 zu einer schwach gekrümmten Zy­ linderfläche verformt gehalten ist, die zur Verbindungs­ linie 17 dieser beiden Eingriffsstellen 13, 14 symme­ trisch verläuft und deren Scheitel sich entlang dieser Verbindungslinie 17 erstreckt. Wenn im Betrieb dieje­ nigen beiden einander diametral gegenüberliegenden Elek­ tromagneten 3 erregt werden, die um 90° gegen die Ein­ griffsstellen 13, 14 der Halteverzahnungen 8, 9 versetzt sind, wird die aus magnetisch leitendem Material be­ stehende Membran 5 von diesen Elektromagneten magnetisch angezogen, bis ihre Antriebsverzahnung 12 mit der An­ triebsverzahnung 11 des Antriebszahnkranzes 7 an den ent­ sprechend zu den Eingriffsstellen 13, 14 der Halteverzah­ nungen 8, 9 um 90° versetzten Angriffsstellen 15, 16 in den vollen Zahneingriff gelangt. Dadurch wird die Membran entsprechend Fig. 3 zu einer stärker gekrümmten Zylinder­ fläche verformt, deren Scheitellinie mit der Verbindungs­ linie 17 der Eingriffsstellen 13, 14 der Halteverzahnungen 8, 9 übereinstimmt.

Die Elektromagneten 3 weisen jeweils zwei Polschenkel 20, 21 auf, von denen der eine Polschenkel 21 als Spulenkern von der Magnetspule umgeben ist, während der andere Pol­ schenkel 20 als plattenförmiges Zylindermantelsegment aus­ gebildet ist, welches am Außenumfang der Elektromagnetan­ ordnung radial innerhalb des Antriebszahnkranzes 7 ange­ ordnet ist. Gegebenenfalls kann der Antriebszahnkranz 7 unmittelbar von den dann entsprechend stirnseitig ver­ zahnten Polschenkeln 20 gebildet sein. Die der Membran zugewendete Stirnfläche der Elektromagneten ist entspre­ chend Fig. 1 zum Antriebszahnkranz 7 hin abfallend abge­ schrägt, so daß die Stirnflächen aller Elektromagneten 3 des Stators 1 einen Kegelstumpfmantel bilden, an den sich die Membran 5 entsprechend der jeweiligen Erregung der Elektromagnetpaare anlegen kann. Die Stirnfläche der Pol­ schenkel 20, 21 des jeweiligen Magneten sollen möglichst ohne verbleibenden Luftspalt in unmittelbaren Berührungs­ kontakt mit der Membran gelangen, damit die Magnetkraft möglichst optimal ausgenutzt wird. Die Stirnfläche der Polschenkel 20 kann außerdem als derartige Anlageflächen 24 für die Membran ausgenutzt werden, daß beim Aneinander­ liegen der Zähne der Antriebsverzahnungen 11, 12 an ihrem einen Zahnflankenpaar zwischen den Flanken ihres anderen Zahnflankenpaares ein feines Spiel verbleibt. Da­ durch ist ein Ineinanderkeilen der Antriebsverzahnungen auch bei hohen Magnetkräften verhindert und ein problemloses Arbeiten des Motors ist ohne Schmierung der Zahnpaarungen möglich.

Wenn im Betrieb die Elektromagnetpaare aus jeweils diametral einander gegenüberliegenden Elektromagneten 3 schrittweise im Kreis nacheinander erregt werden, wälzt sich die Membran 5 mit ihrer Antriebsverzahnung 12 entsprechend an der An­ triebsverzahnung 11 des Antriebszahnkranzes 7 ab und wird entsprechend schrittweise zu neuen Zylinderflächen verformt, deren Scheitellinie entsprechend Fig. 3 jeweils senkrecht zur Verbindungslinie 18 der aktuellen Eingriffsstellen 15, 16 der Antriebsverzahnungen 11, 12 verläuft, so daß durch die Membranspanungen die Eingriffsstellen 13, 14 der Halteverzahnungen 8, 9 entsprechend den Eingriffsstellen 15, 16 der Antriebsverzahnungen 11, 12 um die Rotorachse 23 umlaufen und sich aufgrund der Zähnezahldifferenzen ei­ ne Winkelverstellung des Rotors 4 und damit der Abtriebs­ welle 19 gegenüber dem Stator 1 ergibt. Durch die Membran­ spannungen, die durch die jeweilige Verformung der Membran zu Zylinderflächen entstehen, wandern die Umfangsstellen der Membran an der jeweiligen Scheitellinie der Zylinder­ flächen etwas zu deren Krümmungsaußenseiten hin radial zur Zylinderfläche aus, so daß entsprechend die Halteverzah­ nungen 8, 9, an ihren Eingriffsstellen 13, 14 ineinander­ gedrückt werden, wohingegen die Antriebsverzahnungen 11, 12 an ihren jeweiligen Eingriffsstellen 15, 16 magnetisch ineinandergezogen werden. Entsprechend wird auf den Rotor 4 sowohl an den beiden Eingriffsstellen 13, 14 der Halte­ verzahnungen 8, 9 wie auch an den beiden Eingriffsstellen 15, 16 der Antriebsverzahnungen 11, 12 und somit an vier um 90° am Umfang des Rotors versetzten Stellen seines Um­ fangsrandes 6 ein verhältnismäßig großes Antriebsmoment übertragen, welches sich mit der Magnetkraft ändert, so daß durch eine Leistungssteuerung der Elektromagneten eine Steuerung des Antriebsmomentes des Rotors 4 möglich ist.

Im Haltezustand bei nicht erregten Magneten nimmt die Mem­ bran 5 ebenfalls die Gestalt einer Zylinderfläche wenngleich geringerer Krümmung als im Betriebszustand ein, so daß auch im Haltezustand die Membran aufgrund der Membranspannungen mit ihrer Halteverzahnung 8 an entlang der Scheitellinie der Zylinderfläche diametral zum Rotor einander gegenüber­ liegenden Eingriffsstellen 13, 14 in die Halteverzahnung 9 des Haltezahnkranzes 10 hineingedrückt wird. Dadurch ist bei nicht erregten Magneten für den Rotor 4 ein Haltemoment vorhanden, welches im wesentlichen dem Verformungswiderstand der Membran gegen eine Änderung der Lage der von ihr gebilde­ ten Zylinderfläche entspricht. Wenn dieses Haltemoment auf­ grund äußerer auf den Rotor in Umfangsrichtung wirkender Kräfte überschritten wird, kommt es nicht zu einem Durch­ rutschen des Rotors 4 gegnüber dem Haltezahnkranz 10, son­ dern zu einem sauberen Abwälzen der Halteverzahnung 8 der Membran an der Halteverzahnung 9 des Haltezahnkranzes 10, so daß eine Beschädigungsgefahr der Verzahnungen vermieden ist.

Eine solche saubere Abwälzbewegung des Umfangsrandes 6 der Membran 5 an der Halteverzahnung 9 des Haltezahnkranzes 10 unter entsprechender Umverformung der Membran 5 zu neuen gleichartigen Zylinderflächen auch bei zusätzlicher Einwir­ kung von axial auf die Membran einwirkenden Vibrationen oder Beschleunigungskräfte wird erzwungen, wenn gemäß Fig. 4 der Zahnkopfabstand L zwischen den Zahnköpfen der Antriebsverzahnung 11 und der Halteverzahnung 9 der Zahn­ kränze kleiner als der Zahnkopfabstand B der Zahnköpfe der Halteverzahnung 8 und der Antriebsverzahnung 12 der Membran ist, so daß die Membran mit ihrer Antriebsverzahnung 12 auch im Haltezustand in wenn auch nicht vollem Zahneingriff mit dem Antriebszahnkranz 7 an weiterhin gegen die Eingriffs­ stellen 13, 14 der Halteverzahnungen 8, 9 um 90° versetzten Stellen steht. Gemäß Fig. 4 können die Verzahnungen als Ge­ radverzahnungen ausgebildet werden, deren Flankenwinkel α vorzugsweise im Bereich von 15 bis 20° liegt. Durch die aus Fig. 4 ersichtliche gegenseitige Versetzung der Zähne der Antriebsverzahnung 12 gegenüber den Zähnen der Halte­ verzahnung 8 der Membran ist auch für deren Umfangsrand trotz Vorhandensein der Verzahnungen eine verhältnis­ mäßig hohe Flexibilität gegeben, so daß die Verzahnung der angestrebten Verformung der Membran als Zylinder­ fläche nicht im Wege steht.

Claims (6)

1. Elektromagnetischer Membranscheiben-Stellmotor, mit einem Stator aus einer geraden Mehrzahl von in ei­ nem Statorgehäuse im Kreis angeordneten Elektromagne­ ten, und einem Rotor aus einer axial vor den Elektro­ magneten im Abstand von diesen angeordneten, ela­ stisch verformbaren, aus magnetisierbarem Material ausgebildeten Membran, welche mit ihrem kreisförmigen Umfangsrand axial auslenkbar und örtlich gegen eine ringförmige Abwälzbahn des Stators anlegbar und durch der Reihe nach aufeinanderfolgende Erregungen der Elektromagnetpaare an der Abwälzbahn abwälzbar ist und welche an ihrer der Abwälzbahn abgewendeten Sei­ te ihres Umfangsrandes eine axiale Halteverzahnung aufweist, die in eine axiale Halteverzahnung eines statorfesten Haltezahnkranzes mit einer Zähnezahl, die sich um eine gerade Anzahl von derjenigen der Halte­ verzahnung der Membran unterscheidet, an zwei diametral gegenüberliegenden Eingriffsstellen eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwälzbahn als Antriebszahnkranz (7) mit einer axialen Antriebsverzahnung (11) ausge­ bildet ist, welcher eine axiale Antriebsverzahnung (12) der Membran an deren ihrer Halteverzahnung (8) abge­ wendeten Seite ihres Umfangsrandes (6) zugeordnet ist, daß die Antriebsverzahnungen (11, 12) der Membran (5) und des Antriebszahnkranzes (7) den Halteverzahnungen (8, 9) der Membran (5) und des Haltezahnkranzes (10) entsprechen, jedoch mit ihren einander diametral ge­ genüberliegenden Eingriffsstellen (15, 16) gegen die Eingriffsstellen (13, 14) der Halteverzahnungen (8, 9) um 90° versetzt sind, und daß die Membran (5) ausgehend von einer im wesentlichen ebenen Kreisscheibe durch den Eingriff der Halteverzahnungen (8, 9) wie auch den Eingriff der Antriebsverzahnungen (11, 12) jeweils in einer Mantelfläche eines Zylinders hinein, mit einem an der jeweiligen Verbindungslinie (17) der Eingriffsstellen (13, 14) der Halteverzahnungen (8, 9) liegendem Scheitel, elastisch verformbar ist.

2. Membranscheiben-Stellmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Halteverzahnung (8) und die An­ triebsverzahnung (12) der Membran (5) gegeneinander in Umfangsrichtung um bis zu der Hälfte ihrer Zahn­ teilung (t) versetzt ausgebildet sind.

3. Membranscheiben-Stellmotor nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zahnkopfabstand (L) zwi­ schen den Zahnköpfen des Antriebszahnkranzes (7) und des Haltezahnkranzes (10) kleiner als der Zahnkopfab­ stand (B) zwischen den Zahnköpfen der Antriebsverzah­ nung (12) und der Halteverzahnung (8) der Membran (5) ist.

4. Membranscheiben-Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel (α) der Verzahnungen (8, 9, 11, 12) im Bereich von 15 bis 20° liegt.

5. Membranscheiben-Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltezahnkranz (10) und/oder der Antriebszahnkranz (7) in Umfangs­ richtung einstellbar ist (sind).

6. Membranscheiben-Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß rings des An­ triebszahnkranzes (7) eine mit der Membran (5) als Anschlag zusammenwirkende, die gegenseitige Eingriffs­ tiefe der Antriebsverzahnungen (11, 12) begrenzende ringförmige Anlagefläche (24) ausgebildet ist.