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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Trockenrasierapparat mit einer beweglichen Schneideinheit,
die durch einen linearen Permanentmagnet-Motor so angetrieben wird,
daß sie
sich hin- und herbewegt.
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STAND DER
TECHNIK
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In der europäischen Patentveröffentlichung
EP 349077 ist ein Trockenrasierapparat
offenbart, der einen linearen Motor aufweist, um eine bewegliche
Schneideinheit in Scherwirkung mit einer stationären Schneideinheit hin- und
herzubewegen. Der Motor enthält
einen Elektromagneten als Ständer und
einen Permanentmagneten als Bewegungseinheit, die eine bewegliche
Schneideinheit trägt.
Der Elektromagnet wird durch einen Strom mit einer festen Frequenz
erregt, um die Bewegungseinheit und die bewegliche Schneideinheit
anzutreiben. Wenn auf die bewegliche Schneideinheit während des
Rasierens eine starke Belastung einwirkt, bewegt sich die bewegliche
Schneideinheit nur mit einem kleinen Hub, wodurch eine Schwingungsamplitude
mit einer damit verbundenen Verringerung der Geschwindigkeit der
beweglichen Schneideinheit verkleinert wird, wodurch die Schnittschärfe verringert
wird und es sogar mißlingt,
die Haare zu schneiden, Im Stand der Technik sind auch Rasierapparate
mit einer Rückkopplungsregelung
eines Motors bekannt, die in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift
5-38387, der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungschrift 62-23569 und der
japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift 61-167174 offenbart
sind. Die in diesen Vorveröffentlichungen
offenbarten Rasierapparate weisen einen Drehmotor und eine Bewegungseinheit
auf, die eine bewegliche Schneideinheit trägt. Die Bewegungseinheit ist über einen
Mechanismus, der eine Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung
umwandelt, mit dem Drehmotor gekoppelt, so daß sie durch den Motor so angetrieben wird,
daß sie
sich hin- und herbewegt. Eine Überwachungseinheit
ist in den Rasierapparaten vorgesehen, um den Motorstrom, die Motorgeschwindigkeit, oder
die Geschwindigkeit der Bewegungseinheit zu erfassen, um ein entsprechendes
Ausgangssignal zu liefern, daß in
rückgekoppelter
Weise verarbeitet wird, um die Motor-Ausgangsleistung in dem Versuch zu ändern, eine
konstante Schwingungsamplitude aufrechtzuerhalten. Wegen der Aufnahme
des Mechanismus, der eine Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung
umwandelt und bei dem stets ein Energieverlust vorhanden ist, gibt
es jedoch immer eine Reaktionsverzögerung bei der Rückkopplungsregelung.
Wegen der Schwierigkeit, eine schnelle Regelung vorzunehmen, kann
die bewegliche Schneideinheit beim Antreffen einer starken Belastung
während des
Rasierens jedoch nur mit einer gewissen Verzögerung so angetrieben werden,
daß sie
sich mit einer stärkeren
Kraft bewegt als vorher, wodurch kein sofortiger scharfer Schnitt
erreicht werden kann.
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In der Patentveröffentlichung US-4 583 027 ist
eine Steuerschaltung für
einen linearen schwingenden Elektromotor offenbart. Der Motor enthält einen
Ständer
und eine darin eingebettete Induktionsspule. Ein linearer Anker,
der ein Paar von Permanentmagneten trägt, ist auf dem Ständer befestigt und
wird durch den Betrieb des Motors linear bewegt. Ein Signal, das
eine Frequenz und eine Amplitude aufweist, die zu denen des beweglichen
Ankers proportional sind, wird durch einen Sensor erzeugt. Eine Steuerung
regelt auf der Grundlage des Signals von diesem Sensor die Phase
und die Frequenz des Ankers als Funktion der sich ändernden
Belastung.
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US-A-4 460 854 offenbart einen Schwingmotor
zum Antrieb eines Schwingankers beispielsweise in einem Trockenrasierer.
Der Anker ist elastisch zwischen Federn aufgehängt, die mit einem Drucksensor
zur Abgabe einer Spannung versehen sind, die etwa proportional zur
Schwingamplitude des Ankers ist. Der Motor ist mit einer Steuerschaltung
versehen, um einem Rückgang
der Amplitude bei zunehmender Last entgegenzuwirken. Das Dokument
erwähnt
außerdem
eine Messung der Geschwindigkeit des Ankers.
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JP-A-5-49760, von der der Oberbegriff
des Anspruchs 1 ausgeht, offenbart einen hin- und hergehenden Trockenrasierer
mit einem linearen Permanentmagnetmotor. Der Motor weist einen Hall-Sensor auf,
um die Geschwindigkeit der beweglichen Schneideinheit des Rasierers
zu erfassen. Das erfaßte
Ergebnis wird von der Steuerschaltung verwendet, um zu verhindern,
daß die
Antriebsgeschwindigkeit bei einer Belastung der Schneideinheit abfällt.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen hin- und
hergehenden Trockenrasierer zu schaffen, der auch dann genau schneiden
kann, wenn auf die bewegliche Schneideinheit beim Rasieren eine
starke Belastung einwirkt.
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Diese Aufgabe wird von einem Trockenrasierer
nach Anspruch 1 gelöst.
Die Unteransprüche
betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung sieht einen
Trockenrasierapparat vor, der unabhängig von der auf eine bewegliche
Schneideinheit einwirkenden Belastung eine konstante Schwingungsamplitude
halten kann. Der Trockenrasierapparat enthält eine stationäre Schneideinheit,
eine bewegliche Schneideinheit sowie einen linearen Permanentmagnet-Motor
mit einem Ständer
und einer Bewegungseinheit, die durch einen elektrischen Strom so
angetrieben wird, daß sie
sich bezüglich
des Ständers
hin- und herbewegt. Die Bewegungseinheit trägt die bewegliche Schneideinheit
derart, daß sich
diese durch die Hin- und Herbewegung in Scherwirkung mit der stationären Schneideinheit
befindet. Eine Leistungsstufe ist aufgenommen, um dem Motor elektrische
Leistung zu liefern. Der Rasierapparat enthält eine Überwachungseinheit, die eine
Geschwindigkeit der beweglichen Schneideinheit erfaßt und ein
Ausgangssignal liefert, das die erfaßte Geschwindigkeit der beweglichen
Schneideinheit anzeigt. Weiterhin ist im Rasierapparat eine Steuerung
enthalten, die die dem Motor zugeführte elektrische Leistung in
rückgekoppelter Weise
auf der Grundlage des Ausgangssignals der Geschwindigkeits-Überwachungseinheit ändert, um die
Schwingungsamplitude der beweglichen Schneideinheit konstant zu
halten. Auf diese Weise kann sich die bewegliche Schneideinheit
selbst dann hin- und herbewegen, ohne zu blockieren, wenn während des
Rasierens eine starke Belastung auf sie einwirkt, wodurch eine unerwünschte Geschwindigkeitsverringerung
der beweglichen Schneideinheit vermieden wird, die zu einer Verringerung
der Wirksamkeit des Schneidens führen
würde.
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Die Überwachungseinheit ist vorzugsweise so
ausgelegt, daß sie
das Ausgangssignal in jeder halben Schwingungsperiode der sich hin-
und herbewegenden beweglichen Schneideinheit liefert, so daß die Steuerung
auf das Ausgangssignal reagiert, um die dem Motor in jeder halben
Periode zugeführte elektrische
Leistung zu ändern.
Daher kann eine genaue und schnelle Regelung vorgenommen werden, um
eine unbeabsichtigte Geschwindigkeitsverringerung in jeder halben
Schwingungsperiode der Hin- und Herbewegung der beweglichen Schneideinheit zu
verhindern.
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Diese und weitere Aufgaben und vorteilhafte Merkmale
werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen
zusammen mit der begleitenden Zeichnung verständlicher werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine vordere Schnittansicht zur Darstellung eines wesentlichen Abschnitts
eines Trockenrasierapparats gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine seitliche Schnittansicht des erwähnten Rasierapparats;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines im erwähnten Rasierapparat verwendeten
Schneidblocks mit einem Motor;
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4 ist
eine Draufsicht des Schneidblocks, wobei die beweglichen Schneideinheiten
entfernt wurden;
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5 ist
eine perspektivische Einzelteildarstellung des Schneidblocks;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung der Bewegung
der im erwähnten Rasierapparat
verwendeten Bewegungseinheiten;
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7 ist
ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise einer Steuerung
im Rasierapparat;
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Die 8 und 9 sind jeweilige Wellenformdarstellungen
zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Steuerung;
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10 ist
eine Wellenformdarstellung zur Veranschaulichung eines Schemas zum Ändern einer
dem Motor zugeführten
elektrischen Energie;
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11 ist
eine Wellenformdarstellung zur Veranschaulichung eines anderen Schemas
zum Ändern
der dem Motor zugeführten
elektrischen Energie;
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12 ist
ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise einer im
Rasierapparat verwendeten modifizierten Steuerung;
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13 ist
eine vordere Schnittansicht eines Rasierapparats gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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14 ist
eine seitliche Schnittansicht des Rasierapparats aus 13;
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15 ist
eine perspektivische Einzelteildarstellung eines im Rasierapparat
aus 13 verwendeten Schneidblocks;
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16 ist
eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Anordnung von
Magneten eines im erwähnten
Rasierapparat verwendeten Motors;
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17 ist
eine perspektivische Ansicht eines in einem Trockenrasierapparat
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendeten Schneidblocks;
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18 ist
eine Draufsicht des Schneidblocks aus 17 wobei
die beweglichen Schneideinheiten von diesem entfernt wurden;
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19 ist
eine perspektivische Ansicht eines in einem Trockenrasierapparat
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendeten Schneidblocks;
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20 ist
eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung des in einem Rasierapparatgehäuse angebrachten
Schneidblocks aus 19;
und
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21 ist
eine perspektivische Ansicht eines in einem Trockenrasierapparat
gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendeten Schneidblocks.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform < 1 bis 12 >
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In den 1 bis 5 ist ein Trockenrasierapparat
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Rasierapparat hat ein
Gehäuse 1 mit
einem Rasierkopf 10, der mit zwei äußeren Schneidköpfen 20 und
einem mittleren Schneidkopf 30, der sich horizontal parallel
zu den äußeren Schneidköpfen 20 erstreckt,
versehen ist. Der äußere Schneidkopf 20 enthält eine
stationäre Schneideinheit 21 in
Form einer Scherfolie mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnitt sowie eine bewegliche
Schneideinheit 22, die so angesteuert ist, daß sie sich
durch eine Hin- und Herbewegung in Scherwirkung mit der stationären Schneideinheit 21 befindet.
Die stationäre
Schneideinheit 21 ist an einem Kopfrahmen 11 angebracht,
der abnehmbar am Gehäuse 1 angebracht
ist, während
die bewegliche Schneideinheit 22 an einem innerhalb des
Gehäuses 1 angeordneten
Schneidblock 40 angebracht ist. Der mittlere Schneidkopf 30 enthält eine
schmale, mit Zähnen
versehene Schneideinheit 31 mit einer im allgemeinen U-förmigen Anordnung
sowie ein bewegliches Blatt 32, das so angesteuert ist,
daß es
sich durch die Hin- und Herbewegung in Scherwirkung mit der Schneideinheit 31 befindet.
Die Schneideinheit 31 ist am Kopfrahmen 11 angebracht,
während
das Blatt 32 so am Schneidblock 40 angebracht
ist, daß es
sich zusammen mit einer der beweglichen Schneideinheiten 22 bewegt.
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Wie in den 3 und 5 dargestellt
ist, enthält der
Schneidblock 40 ein Rahmengestell 41, das einen
linearen Permanentmagnet-Motor 50 trägt. Der Motor 50 enthält einen
einzigen Elektromagneten 51 als Ständer sowie ein Paar von Bewegungseinheiten 61 und 62,
die jeweils einen Satz von Permanentmagneten 54 und 55 aufweisen.
Der Elektromagnet 51 enthält einen E-förmigen Kern 52 sowie
eine Wicklung 53, die durch einen Wechselstrom erregt wird, um
drei Polenden des Kerns so zu magnetisieren, daß sie entgegengesetzte Polarität aufweisen.
Der Strom wird über
eine Steuerung 100 in einem im Gehäuse 1 untergebrachten
Steuerkasten 5 von einer Batterie 2 zugeführt. Die
Permanentmagneten 54 und 55 sind zusammen mit
einem Joch 56 Seite an Seite im mittleren unteren Teil
einer jeden der Bewegungseinheiten 61 und 62 eingebettet
und senkrecht zur Längsrichtung
der Bewegungseinheit magnetisiert, so daß sie an den unteren Enden
der Magneten 54 und 55 entgegengesetzte Pole aufweisen.
Der Elektromagnet 51 ist durch Schrauben 42 am
unteren Ende des Rahmengestells 41 befestigt, wobei die drei
Polenden nach oben zeigen. Die Bewegungseinheiten 61 und 62 sind
durch Blattfedern 71 und 72 am Rahmengestell 41 aufgehängt, so
daß sie
bezüglich des Rahmengestells 41 und
des Elektromagneten 51 beweglich sind. Die Blattfedern 71 und 72 sind
an ihren oberen Enden integriert ausgebildet, wo sie durch Schrauben 43 am
Rahmengestell 41 befestigt sind. Die unteren Enden der
Blattfedern 71 und 72 sind jeweils durch Schrauben 44 am
unteren Ende der gegenüberliegenden
Seitenschenkel 63 befestigt, die von in Längsrichtung
entgegengesetzten Enden der Bewegungseinheiten 61, 62 herabhängen. Auf
diese Weise können
sich die Bewegungseinheiten 61 und 62 nur in ihrer
Längsrichtung
bezüglich
des Elektromagneten 51 bewegen, wie in 6 dargestellt ist, während zwischen den Permanentmagneten 54 und 55 und
den Polenden des Elektromagneten 51 ein im wesentlichen
konstanter Zwischenraum bleibt. Der untere Teil der Bewegungseinheiten,
in die die Permanentmagneten 54 und 55 eingebettet
sind, ist für ein
reibungsloses Antreiben der Bewegungseinheiten bei einem minimalen
Energieverlust so angeordnet, daß er die Polenden des Elektromagneten 51 nicht
berührt.
Die Permanentmagneten 54 und 55 in der einen Bewegungseinheit 61 sind
entgegengesetzt zu denen in der anderen Bewegungseinheit 62 angeordnet,
so daß die
Bewegungseinheiten 61 und 62 so angetrieben sind,
daß sie
sich in entgegengesetzten Richtungen hin- und herbewegen, um ein
dynamisches Ausgleichen der Hin- und Herbewegung zu erreichen. Es
sei an dieser Stelle bemerkt, daß die Bewegungseinheiten 61 und 62 an
ihren unteren Enden der Schenkel 63 in einer geringeren
Höhe als
die oberen Polenden des Elektromagneten 51 an den Blattfedern 71 und 72 befestigt
sind, wobei sie den oberen Teil des Elektromagneten zur Verringerung der
Höhenabmessung
des Schneidblocks 40 in einer zwischen den Schenkeln 63 gebildeten
Ausnehmung aufnehmen.
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Aus den Mitten in Längsrichtung
der Bewegungseinheiten 61 und 62 stehen jeweilige
Verbindungsstücke 64 zur
Herstellung einer Verbindung zu den beweglichen Schneideinheiten 22 des äußeren Schneidkopfes 20 hervor.
Wie in 2 dargestellt
ist, ist im Verbindungsstück 64 eine
Feder 65 untergebracht, die die bewegliche Schneideinheit 22 gegen die
stationäre
Schneideinheit 21 des äußeren Schneidkopfes 20 drückt. Das
Verbindungsstück 64 der
Bewegungseinheit 61 ist zusätzlich mit einem Teil 66 versehen,
das so angeschlossen ist, daß es
das bewegliche Blatt 32 des mittleren Schneidkopfes 30 antreibt.
Die Bewegungseinheit 61 ist mit einem Paar von Endstäben 67 versehen,
die aus den in Längsrichtung
entgegengesetzten Enden der Bewegungseinheit 61 zur benachbarten
Bewegungseinheit 62 hin vorstehen, während die Bewegungseinheit 62 mit einem
Mittelstab 68 versehen ist, der zur benachbarten Bewegungseinheit 61 hin
vorsteht. Zwischen dem Mittelstab 68 und den Endstäben 67 sind Schraubenfedern 73 angeordnet,
die mit den entsprechenden Blattfedern 71, 72 und
einer Horizontalkomponente der magnetischen Nachgiebigkeit des Motors
zusammenwirken, um Schwingungssysteme für die Bewegungseinheiten 61 und 62 mit
der Eigenfrequenz zu bilden. Das heißt, daß die Schraubenfedern 73 so
mit den entsprechenden Blattfedern 71 und 72 sowie
der Horizontalkomponente der magnetischen Nachgiebigkeit zusammenwirken,
daß die einzelnen
Schwingungssysteme der Bewegungseinheiten 61 und 62 mit
jeweiligen Massen M1 und M2 Kraftkonstanten K1 und K2 aufweisen.
In dieser Ausführungsform
hat das Schwingungssystem der Bewegungseinheit 61 die Kraftkonstante
K1, die durch die folgende Gleichung bestimmt ist: K1 = Kb1 + Km1 + 4 Kcwobei
Kb1 die Federkonstante
der Blattfeder 71 ist;
Km1 die Horizontalkomponente
der Federkonstante des Motors ist; und
Kc die Federkonstante
der einzigen Schraubenfeder 73 ist.
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Gleichermaßen hat das Schwingungssystem der
Bewegungseinheit 62 eine Federkonstante K2, die durch die
folgende Gleichung bestimmt ist. K2 =
Kb2 + Km2 + 4 Kcwobei
Kb2
eine Federkonstante der Blattfeder 72 ist;
Km2 eine
Horizontalkomponente einer Federkonstante des Motors ist und
Kc
eine Federkonstante der einzigen Schraubenfeder 73 ist.
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In dieser Ausführungsform ist das Verhältnis K1/M1
so festgelegt, daß es
in etwa K2/M2 entspricht, wobei M1 und M2 die Massen der einzelnen Schwingungssysteme
darstellen, wobei also M1 die Gesamtmasse der Bewegungseinheit 61,
des Verbindungsstücks 64,
des Teils 66, der beweglichen Schneideinheit 22 und
des beweglichen Blattes 32 ist und wobei M2 die Gesamtmasse
der Bewegungseinheit 62, des Verbindungsstücks 64 und
der beweglichen Schneideinheit 22 ist. Wegen der Beziehung K1/M1
= K2/M2 haben die beiden Schwingungssysteme im wesentlichen die
gleiche Eigenfrequenz f = 1/2π·√K/M, wodurch
auf den Rasierkopf einwirkende unausgeglichene Schwingungen verringert
sind.
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Wenn auf eine der Bewegungseinheiten 61 und 62 eine
starke Belastung einwirkt, durch die ihre Geschwindigkeit verringert
wird, kann die andere Bewegungseinheit, auf die keine solche starke
Belastung einwirkt, ihre kinetische Energie über die Federn 73 zur
anderen Bewegungseinheit übertragen,
so daß die
andere Bewegungseinheit mit einer konstanten Schwingungsamplitude
versehen werden kann, wodurch ermöglicht wird, daß die beiden
Bewegungseinheiten eine ausgeglichene Schwingung vollführen, da
die beiden Bewegungseinheiten durch die Federn 73 gekoppelt
sind. In dieser Ausführungsform sind
die Schraubenfedern 73 in Breitenrichtung in der Mitte
des Schneidblocks 40 und des Rasierapparats angeordnet
und auf einer Längsachse
ausgerichtet, die sich in einer die Mitte in Breitenrichtung enthaltenden
Ebene Z-Z erstreckt, wie in 2 dargestellt
ist. Dadurch wird eine um die Mitte des Schneidblocks 40 auftretende
Kopplung verringert, wodurch unerwünschte Schwingungen vermindert
werden. Weiterhin sind die Schraubenfedern 73 auf einer
Höhe Y-Y angeordnet,
wo sich der Schwerpunkt des Schneidblocks 40 befindet,
wodurch eine Kopplung verringert wird, die um eine Längsachse
herum auftritt, die in einer horizontalen Ebene verläuft, welche
den Schwerpunkt des Schneidblocks 40 enthält.
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In der Mitte in Längsrichtung einer jeden der Bewegungseinheiten 61 und 62 ist
ein Satz von Permanentmagneten 81 und 82 eingebettet,
die angrenzend an einen in das Rahmengestell 41 eingepaßten Spulensensor 83 in
Längsrichtung
der Bewegungseinheit angeordnet sind. Die Magneten 81 und 82 sind
senkrecht zur Längsrichtung
der Bewegungseinheiten magnetisiert und so angeordnet, daß sie entgegengesetzte
Pole aufweisen, die im Außenbereich der
Bewegungseinheit auftreten. Wenn sich die Bewegungseinheiten 61, 62 hin-
und herbewegen, bewegen sich die Permanentmagneten 81 und 82 zum Spulensensor 83 hin
und von diesem weg, wodurch am Spulensensor 83 eine sinusförmige Spannung
induziert wird, die proportional zur Geschwindigkeit der Bewegungseinheit
ist und auch die Bewegungsrichtung der Bewegungseinheit anzeigt.
Da der Spulensensor 83 in die Wand des Rahmengestells 41 eingepaßt ist,
kann der Sensor hinzugefügt
werden, ohne daß eine
erhöhte
Breite des Rasierkopfs erforderlich ist.
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In 7 ist
eine Schaltung der Steuerung 100 dargestellt, die eine
Mittelungsschaltung 101 enthält, die die Ausgangssignale
der beiden Spulensensoren 83 entgegennimmt und ein Bemitteltes Ausgangssignal
liefert, das die mittlere Geschwindigkeit der Bewegungseinheiten 61 und 62,
also der beweglichen Schneideinheiten 22 anzeigt. Das Bemittelte
Ausgangssignal wird einem Geschwindigkeitsanalysator 102 zugeführt, wo
es so verarbeitet wird, daß ein
Geschwindigkeitssignal geliefert wird, das die mittlere Geschwindigkeit
zu einer bestimmten Zeit angibt, wie später erörtert wird. Das Signal vom Geschwindigkeitsanalysator 102 wird
einem Stromdiskriminator 103 zugeführt, der zum Ändern der
der Wicklung 53 des Motors zugeführten Leistung ein Stromsignal
an einen Stromregler 104 ausgibt. In der Steuerung 100 ist
weiterhin ein Richtungsdetektor 105 enthalten, der ein Richtungssignal
vom Geschwindigkeitsanalysator 102 ableitet, daß die Richtung
anzeigt, in der sich die Bewegungseinheit 61 oder 62 bewegt.
Auf der Grundlage des Richtungssignals liefert ein Polaritätdiskriminator 106 ein
Signal, daß bewirkt,
daß der
Stromregler 104 den Strom mit einer solchen Polarität zuführt, daß eine Antriebskraft für das Schwingungssystem
erzeugt wird, durch die die Bewegung der Bewegungseinheit beibehalten oder
beschleunigt wird.
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Wie in 8 dargestellt
ist, ist die Ausgangsspannung V des Spulensensors 83 eine
Sinuswelle, deren Phase um 90° gegenüber der
Auslenkung D der Bewegungseinheit verschoben ist. Der der Wicklung 53 zugeführte Strom
hat die Form eines wechselnden Pulses Ip, der während eines Zeitraums auftritt,
in der die Bewegungseinheit ihre maximale Geschwindigkeit erreicht,
um die Antriebskraft zum Aufrechterhalten der Schwingung zu erzeugen.
Wenn die erfaßte
Geschwindigkeit kleiner wird als ein vorgegebener Wert, da auf die
bewegliche Schneideinheit 22 und/oder das bewegliche Blatt 32 während des
Rasierens eine starke Belastung einwirkt, reagiert die Steuerung 100 damit,
die Stärke
des gelieferten Stromes zu erhöhen
und daher die Geschwindigkeit der Bewegungseinheit zu erhöhen, um
eine konstante Schwingungsamplitude der Bewegungseinheit aufrechtzuerhalten
und dadurch den gewünschten
scharfen Schnitt zu erhalten. In dieser Ausführungsform wird die Geschwindigkeitserfassung
zu einem Zeitpunkt T0 kurz nachdem die Geschwindigkeit der Bewegungseinheit
von Null an angestiegen ist, jedoch bevor sie ihr Maximum erreicht hat,
vorgenommen, wie in 9 dargestellt
ist, wobei sich eine erfaßte
Spannung von V0 ergibt. Die Geschwindigkeitsspannungen V1 und V2
der beiden Bewegungseinheiten werden in der Mittelungsschaltung 101 der
Steuerung 100 verarbeitet, wobei sich durch Umkehren der
einen Geschwindigkeitsspannung (V2 → V2') in einer in der Figur dargestellten
Art eine mittlere Geschwindigkeitsspannung Va ergibt. In diesem
Fall wird daher die Spannung V0 zur Zeit T0 verwendet, mit dem vorgegeben Wert
zu vergleichen. Die Stärke
des Stromes ist so geregelt, daß sie
sich mit einer Pulsbreite oder einer Periode ändert, in der der Strom dem
Motor zugeführt
wird. Wie in 10 dargestellt
ist, beginnt der Puls Ip zu einer kurz nach T0 liegenden festen
Zeit T1 und endet zu einer veränderlichen
Zeit T2. Es sei bemerkt, daß die
Zeiten T1 und T2 so gewählt
sind, daß die
Pulsbreite eine Zeit T3 einschließt, zu der die Bewegungseinheit
ihre Maximalgeschwindigkeit erreicht. Bei diesem Schema, bei dem
die Antriebskraft dann ausgeübt
wird, wenn die Bewegungseinheit etwa ihre Maximalgeschwindigkeit
erreicht hat, ist nur eine minimale externe Energie erforderlich,
damit das Schwingungssystem die Hin- und Herbewegung der Bewegungseinheit
aufrechterhält,
wodurch der Wirkungsgrad der Energieübertragung erhöht wird.
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Stattdessen kann die Regelung zum
Aufrechterhalten der konstanten Schwingungsamplitude der Bewegungseinheit
durch Ändern
des Stromwerts während
des festen Zeitraums (T1–T2)
geschehen, wie in 11 dargestellt
ist. Wenn auf diese Weise zur Zeit T0 erkannt wird, daß die Geschwindigkeitsspannung
V0 niedriger ist als der vorgegebene Wert, wird eine Regelung vorgenommen,
um den Wert des Pulsstroms während
des festen Zeitraums (T1–T2) zu
erhöhen.
Es sei in diesem Zusammenhang die Schemata aus den 10 und 11 betrachtend
bemerkt, daß die
Geschwindigkeitserfassung in jedem Halbzyklus der Schwingung der
Bewegungseinheit vorgenommen wird, um die dem Motor zugeführte Leistung
im nachfolgenden Halbzyklus zu regeln. Hierdurch wird eine Regelung
so vorgenommen, daß die
Geschwindigkeit der Bewegungseinheit sofort derart erhöht wird,
daß sich
die bewegliche Schneideinheit selbst dann über eine durch die Schwingungsamplitude
bestimmte volle Strecke bewegen kann, wenn auf die bewegliche Schneideinheit
während
des Rasierens eine starke Belastung einwirkt, wodurch der gewünschte scharfe
Schnitt erhalten bleibt. Wenngleich die Geschwindigkeit in dieser
Ausführungsform
als die Schwingungsamplitude wiedergebend erfaßt wird, kann die Amplitude
oder die Auslenkung der Bewegungseinheit direkt erfaßt und für die Rückkopplungsregelung
verarbeitet werden.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform sind
der Spulensensor 83 und die zugehörigen Magneten 81 und 82 dafür vorgesehen,
die einzelnen Geschwindigkeiten der beiden Bewegungseinheiten 61 und 62 zu
erfassen, und die erfaßten
Geschwindigkeiten werden gemittelt, um eine mittlere Geschwindigkeit
als Grundlage für
die Regelung zum Aufrechterhalten der konstanten Schwingungsamplitude
zu erzielen. Es ist jedoch auch möglich, einen einzigen Spulensensor 83 zur
Erfassung der einen Bewegungseinheit zu verwenden und die Regelung
auf der Grundlage der für
die eine Bewegungseinheit erfaßten
Geschwindigkeit vorzunehmen, wie in 12 dargestellt
ist. Es ist weiterhin möglich,
die Bewegungseinheiten 61 und 62 durch Anordnen
der Permanentmagneten 54 und 55 mit der gleichen
Polaritätsordnung
für beide
Bewegungseinheiten 61 und 62 in gleicher Richtung
anzutreiben.
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Wenngleich der Spulensensors in der
oben beschriebenen Ausführungsform
verwendet wird, die Geschwindigkeit der Bewegungseinheit, also der
beweglichen Schneideinheit, zu erfassen, können auch andere Sensortypen,
wie Hall-Effekt-Vorrichtungen, verwendet
werden. Die Hall-Effekt-Vorrichtung wirkt mit dem Permanentmagneten
an der Bewegungseinheit zusammen, um eine die Geschwindigkeit der
Bewegungseinheit anzeigende Spannung zu erzeugen. Weiterhin kann
eine Auslenkung der Bewegungseinheit selbst zur Rückkopplungsregelung
der veränderlichen,
dem Motor zugeführten
elektrischen Leistung erfaßt
werden, statt die Geschwindigkeit der Bewegungseinheit zu erfassen.
Zu diesem Zweck kann ein Abstandssensor in der Art eines Photosensors
verwendet werden, um das von der Bewegungseinheit reflektierte Licht
zur Erfassung der Auslenkung der Bewegungseinheit zu überwachen.
Die erfaßte
Auslenkung kann direkt zur Rückkopp lungsregelung
verwendet oder differenziert werden, um die Geschwindigkeit der
Bewegungseinheit anzugeben, die in der in den 7 oder 12 dargestellten
Art verarbeitet wird. Weiterhin kann ein Beschleunigungssensor verwendet
werden, um die Beschleunigung der Bewegungseinheit zu liefern, die
integriert wird, um die Geschwindigkeit der Bewegungseinheit zu
erhalten. Für keinen
der obengenannten Sensoren ist eine mechanische Verbindung zwischen
der Bewegungseinheit und dem Rahmengestell oder einem ähnlichen
Teil erforderlich, das den Sensor trägt.
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Zweite Ausführungsform < 13 bis 16 >
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In den 13 bis 16 ist ein Trockenrasierapparat
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt, der abgesehen davon, daß unterschiedlich
geformte Bewegungseinheiten 61A und 62A verwendet
werden, der ersten Ausführungsform ähnelt. Gleiche
Teile sind durch gleiche Bezugszahlen mit einem nachgestellten Buchstaben "A" bezeichnet, und es wird hier keine erneute
Beschreibung vorgenommen. Die Bewegungseinheit 62A hat
die Form eines rechtwinkligen Rahmens und enthält zwei durch Endstreben 161 verbundene
parallele Elemente 162, während die Bewegungseinheit 61A ein
einziges zwischen den Elementen 162 angeordnetes längliches
Element aufweist. Aus einem Element 162 der Bewegungseinheit 62A steht
ein Verbindungsstück 64A zum
Anbringen der beweglichen Schneideinheit 22A des entsprechenden äußeren Schneidkopfes 20A hervor.
Die andere Bewegungseinheit 61A hat ein Verbindungsstück 64A,
das an einem Mittelstab 68A zum Herstellen einer Kopplung
mit der beweglichen Schneideinheit 22A des übrigen äußeren Schneidkopfes 20A vorsteht.
Das Verbindungsstück 64A an
der Bewegungseinheit 61A ist zusätzlich mit einem Teil 66A zum
Herstellen einer Kopplung mit dem beweglichen Blatt 32A des
mittleren Schneidkopfes 30A versehen. Jedes der Elemente 162 und
die Bewegungseinheit 61A sind mit Permanentmagneten 54A und 55A versehen,
die in den mittleren unteren Teil des Elements und der Bewegungseinheit 61A eingebettet
sind. Die Magneten 54A und 55A sind senkrecht zur
Längsrichtung
der Elemente und der Bewegungseinheit und entgegengesetzt zueinander
magnetisiert, so daß sie
entgegengesetzte Pole aufweisen, die am unteren Ende jedes der Elemente 162 und
der Bewegungseinheit 61A auftreten. Die Magneten 54A und 55A der
Bewegungseinheiten 61A und 62A sind über Joche 56A aus
einem magnetischem Material gekoppelt und auch jeweils in die Bewegungseinheiten
eingebettet. Wie in 16 dargestellt
ist, sind die Pole S und N der Magneten 54A und 55A der
mittleren Bewegungseinheit 61A zu den beiden benachbarten
Sätze der
Magneten 54A und 55A der Elemente 162 der
Bewegungseinheiten 62A entgegengesetzt angeordnet, um die
Bewegungseinheiten 61A und 62A in entgegengesetzter
Richtung hin- und herzubewegen. Bei dieser Anordnung der Magneten
können
sich die von den in einem seitlichen Abstand angeordneten Magneten
auf die mittlere Bewegungseinheit 61A in senkrechter Richtung
zu dessen Schwingungsbewegung ausgeübten magnetischen Anziehungskräfte aufheben,
um eine reibungslose Bewegung der Bewegungseinheiten zu gewährleisten.
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Die Bewegungseinheiten 61A und 62A sind durch
Blattfedern 71A und 72A am Rahmengestell 41A aufgehängt, so
daß sie
in Längsrichtung
des Elements bezüglich
des Elektromagneten 51A beweglich sind, während zwischen
dem unteren Teil der Bewegungseinheiten und den oberen Polenden
des Elektromagneten 51A ein im wesentlichen konstanter
Zwischenraum gebildet. ist. Weiterhin hängen in dieser Ausführungsform
Schenkel 63A von den in Längsrichtung entgegengesetzten
Enden des Elements 162 und der Bewegungseinheit 61A herab
und sind jeweils durch Schrauben 44A in einer geringeren Höhe als das
obere Polende des Elektromagneten 51A an den unteren Enden
der Blattfedern 72A und 71A befestigt, so daß der obere
Abschnitt des Elektromagneten 51A in einer Ausnehmung zwischen
den Schenkeln 63A aufgenommen ist. Schraubenfedern 73A sind zwischen
dem Mittelstab 68A der Bewegungseinheit 61A und
den Endstreben 161 der Bewegungseinheit 62A angeordnet,
um die entsprechende Federkonstante zu liefern, die sich zur Federkonstante
der Blattfedern 71A und 72A sowie zu derjenigen
des Motors addiert, wodurch die Kraftkonstanten K1 und K2 für die einzelnen
Schwingungssysteme mit den Massen M1 und M2 festgelegt werden, wobei K1 = Kb1 +
Km1 + 4 Kc und K2 =
2 Kb2 + 2 Km2 +
4 Kcist und
Kb1 eine Federkonstante der Blattfeder 71A ist;
Km1
eine Horizontalkomponente einer Federkonstante des Motors ist;
Kc
eine Federkonstante der einzigen Schraubenfeder 73A ist;
Kb2
eine Federkonstante der Blattfeder 72A ist;
Km2 eine
Horizontalkomponente der Federkonstante des Motors ist;
Kc
eine Federkonstante der einzigen Schraubenfeder 73A ist;
M1
die Gesamtmasse der Bewegungseinheit 61A, des Verbindungsstücks 64A,
des Teils 66A, der beweglichen Schneideinheit 22A und
des beweglichen Blattes 32A ist, und M2 die Gesamtmasse
der Bewegungseinheit 62A, des Verbindungsstücks 64A und der
beweglichen Schneideinheit 22A ist.
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An der Bewegungseinheit 61A ist
eine vom oberen Ende des Mittelstabs 68A herabhängende Klappe 163 gebildet,
die ein Paar von Permanentmagneten 81A und 82A trägt, die
in Längsrichtung
der Bewegungseinheit an einen in das Rahmengestells 41A eingepaßten Spulensensor 83A angrenzend ausgerichtet
sind. Die Magneten 81A und 82A sind senkrecht
zur Längsrichtung
der Bewegungseinheiten magnetisiert und so angeordnet, daß sie entgegengesetzte
Pole aufweisen, die im Außenbereich der
Bewegungseinheit auftreten. Der gleiche Satz von Magneten 81A und 82A ist
in ein Element 162 der Bewegungseinheit 62A angrenzend
an den in das Gehäuse 41A eingepaßten gleichen
Spulensensor 83A eingebettet. Die Klappe
163 ist
in einer Höhlung 164 in
einem Element 162 der Bewegungseinheit 62A aufgenommen.
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Die Rückkopplungsregelung des Motors
wird ebenso vorgenommen wie in der ersten Ausführungsform. Auch in dieser
Ausführungsform
ist die Beziehung K1/M1 = K2/M2 erfüllt, um den beiden Schwingungssystemen
die gleiche Eigenfrequenz zu geben. Um die obengenannte Beziehung
zu erfüllen, werden
die vom Elektromagneten auf die jeweiligen Bewegungseinheiten wirkenden
magnetischen Stärken
unterschiedlich gemacht. Ein Beispiel besteht darin, die Stärken der
Permanentmagneten unterschiedlich zu machen, beispielsweise durch
Verwenden von Magneten mit unterschiedlichen magnetischen Flußdichten
oder von Magneten mit unterschiedlichem Volumen. Stattdessen kann
die magnetische Stärke
unterschiedlich gemacht werden, indem Joche 56A mit einer
unterschiedlichen Permeabilität
oder mit unterschiedlichen Abmessungen verwendet werden. Es ist
weiterhin möglich,
die Zwischenräume
der Bewegungseinheiten 61A und 62A unterschiedlich
zu machen. Es ist weiterhin wirkungsvoll, die Massen M1 und M2 für die beiden Schwingungssysteme
gleich zu machen, um die obengenannte Beziehung K1/M1 = K2/M2 zu
erfüllen.
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Die Bewegungseinheit 61A ist
in der vorliegenden Ausführungsform
in Breitenrichtung in der Mitte des Schneidblocks 40A und
des Rasierkopfs 10A angeordnet, so daß sie sich in einer durch die Mitte
in Breitenrichtung verlaufenden vertikalen Ebene hin- und herbewegt,
und die Schraubenfedern 73A sind entgegengesetzt zum Mittelstab 68A der Bewegungseinheit 61A in
derselben vertikalen Ebene ausgerichtet. Dadurch wird eine um die
Bewegungseinheit 61A auftretende Kopplung verringert, wodurch
unerwünschte
Schwingungen vermindert werden. Weiterhin sind die Schraubenfedern 73A auf einer
Höhe angeordnet,
wo sich der Schwerpunkt des Schneidblocks 40A befindet,
wodurch eine Kopplung verringert wird, die um eine Längsachse herum
auftritt, die in einer horizontalen Ebene verläuft, welche den Schwerpunkt
des Schneidblocks 40A enthält.
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Dritte Ausführungsform < 17 und 18 >
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In 17 ist
ein in einem Trockenrasierapparat gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendeter Schneidblock 40B dargestellt.
Der Schneidblock 40B ist abgesehen davon, daß eine einzige
Schraubenfeder 73B für
die beiden Schwingungssysteme der Bewegungseinheiten 61B und 62B gemeinsam
verwendet wird, mit dem Schneidkopf 40 in der ersten Ausführungsform. identisch.
Gleiche Teile sind durch gleiche Bezugszahlen mit einem nachgestellten
Buchstaben "B" bezeichnet. In dieser
Ausführungsform
sind die Bewegungseinheiten 61B und 62B jeweils
mit nach innen vorstehenden Endstäben 67B versehen,
zwischen denen die Schraubenfeder 73B eingepaßt ist,
wie in 18 dargestellt
ist. Die Schraubenfeder 73B weist eine Federkonstante auf,
die sich zu derjenigen der Blattfedern 71B und 72B sowie
zur Horizontalkomponente des Motors hinzuaddiert, wodurch Kraftkonstanten
K1 und K2 für
die beiden Schwingungssysteme gebildet werden.
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Vierte Ausführungsform < 19 und 20 >
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In den 19 und 20 ist ein in einem Trockenrasierapparat
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendeter Schneidblock 40C dargestellt.
Der Schneidblock 40C ist abgesehen davon, daß ein Rahmengestell 41C eine
Sockelplatte 45 aufweist, an der ein gleicher Elektromagnet 51C angebracht
ist, mit dem ersten Ausführungsform
identisch. Der Schneidblock 40C ist durch Einfügen von
Federn 46 zwischen der Sockelplatte 45 und einem
Bodenteil 3 im Kopfabschnitt des Gehäuses 1C derart schwebend
befestigt, daß die
Federn 46 eine Vorspannung liefern, durch die die bewegliche
Schneideinheit 22C gegen die stationäre Schneideinheit (nicht dargestellt)
des Schneidkopfes gedrückt
wird.
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Im Gehäuse 1C sind Führungen 4 vorgesehen,
um es dem Schneidblock 40C zu ermöglichen, sich vertikal reibungslos
zu bewegen. Bei dieser Anordnung brauchen die Verbindungsstücke 64C keine Federn
zum Vorspannen der beweglichen Schneideinheiten 22C aufzuweisen.
Gleiche Teile sind durch gleiche Bezugszahlen mit einem nachgestellten
Buchstaben "C" bezeichnet.
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Fünfte Ausführungsform < 21 >
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In 21 ist
ein in einem Trockenrasierapparat gemäß einer fünften Ausführungsform verwendeter Schneidblock 40D dargestellt,
der abgesehen davon mit dem der ersten Ausführungsform identisch ist, daß ein Rahmengestells 40D eine
Sockelplatte 45D aufweist, an der ein gleicher Elektromagnet 51D angebracht
ist, und daß sich
Blattfedern 71D und 72D horizontal erstrecken,
um Bewegungseinheiten 61D und 62D an der Sockelplatte 45D zu
halten. Die Sockelplatte 45D ist mit vier Ansätzen 47 versehen, die
in einem seitlichen Abstand zu den Längsenden der jeweiligen Bewegungseinheiten 61D und 62D nach
oben vorstehen. Die Blattfedern 71D und 72D erstrecken
sich horizontal von den oberen Enden der Ansätze 47 zu den Längsenden
der Bewegungseinheiten 61D und 62D, so daß sich die
Bewegungseinheiten durch Anspannen der Federn genau in einer horizontalen
Ebene bewegen können,
wobei zwischen den gleichen Permanentmagneten 54D und 55D im
unteren Teil der Bewegungseinheiten und den entgegengesetzten Endpolen
des Elektromagneten 51D ein konstanter Zwischenraum genau
eingehalten wird. Gleiche Teile sind durch gleiche Bezugszahlen
mit einem nachgestellten Buchstaben "D" bezeichnet.
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Wenngleich in der obigen Ausführungsform ein
Motor mit einem einzigen Ständer,
also ein Elektromagnet und mehrere Bewegungseinheiten, verwendet
wird, können
auch mehrere gleiche Motoren verwendet werden, die jeweils einen
gleichen Ständer,
also einen Elektromagneten und eine Bewegungseinheit mit einem Satz
gleicher Permanentmagneten, enthalten. Jede der Bewegungseinheiten trägt jede
der gleichen beweglichen Schneideinheiten, so daß jede bewegliche Schneideinheit
durch jeden der entsprechenden Motoren angetrieben wird. In diesem
Fall ist eine entsprechende Anzahl der Überwachungseinheiten vorgesehen,
um einzelne Ausgangssignale zu liefern, die die Geschwindigkeit der
einzelnen beweglichen Schneideinheiten anzeigen. Auf der Grundlage
dieser getrennten Ausgangssignale von den Überwachungseinheiten regelt
eine Steuerung die den einzelnen Motoren zugeführten einzelnen elektrischen
Leistungen, um die Schwingungsamplitude der beweglichen Schneideinheiten konstant
zu halten.