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Elektromagnetische Vorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine
elektromagnetische Vorrichtung mit einem Gehäuse, das einen wenigstens einen Pol
aufweisenden Stator umschließt, in welchem eine Welle drehbar gelagert ist, auf
der ein koaxial umgebender Rotor mit wenigstens einem Pol drehbar gelagert ist,
wobei die Pole auf Grund des Magnetfeldes zwischen ihnen wechselweise in Umfangsrichtung
angezogen werden und ein Verriegelungsmechanismus eine unerwünschte Drehung der
Welle verhindert.
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Bei derartigen bekannten Vorrichtungen ist für eine Verriegelung eines
in zwei Richtungen beweglichen Rades eine federbelastete Kugel, die zwischen symmetrisch
ausgeführte Zähne gedrückt wird, oder eine Rolle vorgesehen, die ebenfalls durch
Federkraft zwischen Zähne gezogen wird. Dadurch fehlen diesen bekannten Einrichtungen
starre Verriegelungsmittel, denn die Kugel oder die Rolle sind verhältnismäßig leicht
aus dem jeweiligen Zahneingriff herauszudrücken.
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Das erfolgt im übrigen regelmäßig bei einer schrittweisen Weiterschaltung.
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Es ist ferner bekannt, für Klinken als überschleuderungssicherung
starre Anschläge vorzusehen. Bei dieser Ausführungsform arbeiten die Klinken aber
jeweils nur mit einem in einer Richtung drehbaren Klinkenrad zusammen, und es ist
bekannt, die Wellen der Klinkenräder mit einem Differentialgetriebe zu verbinden.
Ferner ist es bei Verwendung solcher Anschläge bekannt, die jeweilige Klinke beim
Rückhub automatisch aus dem Eingriff zu heben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen,
welche mit einer geringstmöglichen Anzahl von Teilen auskommt, einen kleinstmöglichen
Raum einnimmt und eine zwangläufige Verriegelung aufweist. Diese Aufgabe wird dadurch
gelöst, daß der Mechanismus eine beweglich an dem Gehäuse gelagerte Hammereinrichtung
besitzt, an welche angrenzend ein beweglich gelagertes Klinkenglied angeordnet ist,
das mit einem auf der Welle angeordneten Klinkenaufnehmer in Eingriff kommen kann,
und daß auf dem Rotor angeordnete Betätigungsmittel vorgesehen sind und in jeder
Extremstellung des Bewegungsweges des Rotors mit der Hammereinrichtung in Eingriff
kommen, um das Klinkenglied in verriegelnden Eingriff mit dem Klinkenaufnehmer zu
treiben und die Welle zwangläufig gegen Drehung in jeder Richtung zu verriegeln.
Nur durch die Kombination der Gesamtheit dieser Merkmale ist eine Lösung der vorgegebenen
Aufgabe möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Klinkenaufnehmer
eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Endes des Klinkengliedes auf, das unter Vorspannung
federnd in diese Ausnehmung gedrückt ist, so daß die Welle, wenn die Betätigungsmittel
nicht mehr mit der Hammereinrichtung im Eingriff stehen, infolge dem entgegen der
Vorspannung erfolgenden Austritt des Klinkengliedes aus der Ausnehmung verdrehbar
ist.
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Ferner sieht die Erfindung in einer besonderen Ausgestaltung vor,
daß die Hammereinrichtung einen schwenkbar auf dem Gehäuse gelagerten, einen Hammerteil
und einen nach unten ragenden Ansatz aufweisenden Hebel besitzt, an den Hebel angrenzend
das schwenkbar gelagerte Klinkenglied angeordnet ist, und daß die auf dem Rotor
gelagerten Betätigungsmittel mit dem nach unten ragenden Ansatz in Eingriff kommen
und den Hammerteil mit dem Klinkenglied in Eingriff bringen, um den Verriegelungseingriff
mit dem Klinkenaufnehmer zu bewirken.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigt Fig.1 eine Ansicht einer
erfindungsgemäßen elektromagnetischen Vorrichtung im Längsschnitt, Fig. 2 eine Ansicht
im Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1,
Fig. 3 eine der Fig. 2
ähnliche Ansicht, welche jedoch die Vorrichtung in einer anderen Betriebsstellung
zeigt, Fig. 4 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 5, Fig.5 eine
Endansicht der erfindungsgemäßen Sperreinrichtung, Fig. 6 eine der Fig. 1 ähnliche
Schnittansicht, jedoch mit einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sperreinrichtung,
Fig. 7 eine der Fig. 2 ähnliche Schnittansicht, jedoch mit der Sperreinrichtung
nach Fig. 6, und Fig. 8 eine der Fig. 4 ähnliche Schnittansicht, jedoch mit der
abgeänderten Sperreinrichtung nach Fig. 6 und 7.
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Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße, elektromagnetische Vorrichtung
1 weist einen Stator auf, der aus einem Gehäuse 2 besteht, welches vorzugsweise
aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist. Das Gehäuse 2 ist ein an seinen
Enden offener Zylinder, in den die Teile der Vorrichtung von beiden Enden aus eingebaut
werden können.
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Das Gehäuse 2 ist an seinem einen Ende durch eine Endplatte oder Glocke
4 und an seinem anderen Ende durch eine weitere Endplatte oder Glocke 6 abgeschlossen,
die beide aus einem unmagnetischen Material bestehen. In den Endplatten ist durch
Lager 8 und 10 eine Welle 12 gelagert, die vorzugsweise aus einem unmagnetischen
Material besteht und die sich durch die Endplatten 4 und 6 erstreckt. Am Mittelteil
der Welle ist gleichachsig zu dieser eine Rotoranordnung, welche aus den Rotoren
14 und 16 besteht, gelagert. Die Rohre 14 und 16 können sich; ausgenommen, wenn
sie mit der Welle gekuppelt sind, wie nachstehend näher beschrieben, frei in bezug
auf die Welle 12 drehen.
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Die beiden Rotoren sind im wesentlichen gleichartig ausgebildet, so
daß nachfolgend nur der Rotor 16 näher beschrieben wird. Wie sich aus Fig. 2 ergibt,
ist der Rotor 16 mit drei Polen 18, 20 und 22 versehen, die sich vom Körper des
Rotors radial nach außen erstrecken und mit diesem vorzugsweise aus einem Stück
bestehen. Mit diesen Rotorpolen wirken drei Statorpole 24, 26 und 28 zusammen, die
von einem Statorfeldring 30 nach innen abstehen und vorzugsweise aus einem Stück
mit diesem bestehen. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, sind ein Statorfeldring 30 und
ein zweiter Statorfeldring 32 je auf einer Seite des Gehäuses 2 angeordnet. Diese
Statorringe brauchen nicht aus einem ferromagnetischen ; Material hergestellt zu
sein. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Pole am Stator und am Rotor hinsichtlich
ihrer Stellung in Längsrichtung der Achse der Welle 12 in Ausfluchtung zueinander
angeordnet, d. h., sie nehmen eine gemeinsame, zur Welle 12 ; senkrechte Ebene ein.
Der Außenhalbmesser der Fläche der Rotorpole ist geringfügig kleiner als der Halbmesser
der gekrümmten Innenfläche der Statorpole, so daß, wenn sich der Rotor 16 im Uhrzeigersinn,
gesehen in Fig. 2, dreht, nur ein kleiner Luft- t spalt zwischen den einander gegenüberliegenden
Polflächen besteht. Dieser Luftspalt ist in Fig. 2 mit 34 bezeichnet.
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In dem Raum zwischen den Rotoren 14 und 16 ist, wie in Fig. 1 gezeigt,
eine geeignete Wicklung 40 t angeordnet, so daß, wenn diese einen Magnetfluß
erzeugt, der die Pole 18 und 24 überbrückt, die Pole angezogen werden, so daß der
Rotor 16, gesehen in Fig. 2, im Uhrzeigersinn verdreht wird, bis ein Anschlag 42
an der Seite eines Hebels 46 der nachstehend näher beschriebenen Sperreinrichtung
zur Anlage kommt.
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Der Rotor steht unter der Wirkung einer Torsionsfeder 15 (s. Fig.
1), die vorzugsweise unmagnetisch und zweckmäßig an ihrem einen Ende an der Endplatte
4 und an ihrem anderen Ende am Rotor 14 befestigt ist. In der nicht betätigten Stellung
des Rotors ist dieser so belastet, daß ein Anschlag 44 gegen einen Hebel 48 der
Halte- oder Sperreinrichtung anliegt. Die beiden Anschläge 42 und
44 bestehen aus Stiften, die in einem der Rotorpole 20 eingebettet und in
geeigneter Weise an diesem befestigt sind. Gleichachsig zu den Rotoren 14 und 16
und diese umgebend, ist eine Wicklung in Form einer elektrischen Wicklung 40 angeordnet,
die sich auf einer vorzugsweise aus einem unmagnetischen Material hergestellten
Spule 41 befindet. Gegebenenfalls kann die Wicklung in Kunststoff eingekapselt sein.
Die Wicklung kann in das Gehäuse 2 von jeder Richtung eingebracht werden, worauf
die Befestigungsringe 32 und 30 eingesetzt werden, um die Wicklung in ihrer Lage
zu halten. Stifte 17 halten die beiden Rotoren 14 und 16 als Einheit zusammen. Jedesmal"
wenn die Wicklung 40 über geeignete Zuleitungen enta regt wird, wird in den Rotoren
14 und 16 und irrt Gehäuse 2 ein axialer Magnetfluß erzeugt, wobei
der, Kraftlinienweg zwischen den in Umfangsrichtung voneinander in Abstand befindlichen
Rotor- und Statorpolen verläuft. Dieser Kraftlinienfluß. zieht die Pole zueinander,
wodurch der Rotor, gesehen in Fig. 2, im Uhrzeigersinn gedreht wird. Ferner sind
Mittel vorgesehen, durch die der Rotor mit der Abtriebswelle 12 so gekuppelt werden
kann, daß die letztere intermittierend oder schrittweise gedreht wird. Diese Mittel
für das intermittierende Kuppeln des Rotors mit der Welle 12 umfassen einen Zapfen
50, der auf dem Rotortei116 angeordnet ist und von diesem in der der Wicklung
40 entgegengesetzten Richtung nach außen absteht. Auf diesem Zapfen 50 ist
eine Klinke 52 angeordnet, welche die Form eines Winkelhebels hat. Die Klinke 52
ist, gesehen in Fig. 2, im Uhrzeigersinn durch eine Feder 54 belastet, die an ihrem
einen Ende an einem Stift 56 befestigt ist, welcher seinerseits am Rotorteil16 angebracht
ist, während das andere Ende der Feder 54 an einem Stift 58 befestigt ist, der einen
Teil des Winkelhebels 52 bildet. Der Winkelhebel 52 weist eine Fläche 60 auf, die
mit der Verzahnung 62 eines Sperrades 64 in Eingriff gebracht werden kann, das auf
der Welle 12 verstiftet oder in anderer Weise befestigt ist. Wenn sich der Rotor
im Uhrzeigersinn dreht, wird durch die federbelastete Klinke 52, welche sich mit
der Verzahnung 62 des Sperrades 28 im Eingriff befindet, die Welle 1.2 gedreht,
bis der Anschlagstift 42 gegen den Sperrhebel 46 zur Anlage kommt. Zu diesem Zeitpunkt
wird der Strom von der Wicklung 40 abgeschaltet, so daß die Feder 15 den Rotor zur
Ausgangsstellung zurückbringt, wobei die federbelastete Klinke 52 über das Sperrad
64 gleitet, bis sie wieder ihre frühere Stellung auf einem Zahn 62 einnimmt.
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Um die Abtriebswelle 12 sowohl im Betrieb der Vorrichtung als auch
im Ruhezustand ständig gegen eine unerwünschte Drehung zu halten, ist eine Sperrvorrichtung
70 (s. Fig. 4 und 5) vorgesehen. Die Sperrvorrichtung besteht aus zwei dünnen Teilplatten
72 und 74, die in geeigneter Weise aneinander befestigt
sind und
durch eine Reihe von Abstandsstücken 76 voneinander in Abstand gehalten werden,
und für den Klinkenhebel und den diesem zugeordneten Mechanismus ein Gehäuse bilden.
Wie sich am besten aus Fig. 4 ergibt, bestehen die Sperrelemente aus zwei Hebeln
46 und 48, welche auf der dünnen Platte 72 durch Zapfen 78 und 80 schwenkbar gelagert
sind. Widerlager 86 und 88 wirken mit den Stiften 42 und 44, die auf einem der Rotorpole
angeordnet sind, zusammen. Ferner ist auf der dünnen Platte 72 ein Sperr- oder Klinkenelement
92 gelagert, das die Form eines Winkelhebels hat. Der Winkelhebel 92 ist auf einem
Zapfen 90 gelagert und, gesehen in Fig. 4, in Richtung nach unten durch eine Feder
94 belastet, die an ihrem einen Ende an einem in der Platte 72 eingebetteten Stift
96 befestigt ist und an ihrem anderen Ende an einer am Hebel 92 vorgesehenen Nase
98. Der Hebel 92 weist einen oberen Amboßteil 100 auf, auf den die Hammerhebel 46
und 48 aufschlagen können, um den Hebel 92 nach unten zu treiben. Der Zahnteil 102
des Hebels 92 kann zur Sperrung mit der Verzahnung 62 des Sperrades 64 in Eingriff
gebracht werden.
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Im Betrieb wird im erregten Zustand der Vorrichtung die Welle 12 an
einer Bewegung in der einen 3er in der anderen Richtung sowohl durch die chaltklinke
52 als auch durch die Sperrvorrichtung gehindert. Die Feder 15 ist vorgespannt,
so daß sie m Ruhezustand der Vorrichtung immer noch eine beträchtliche Kraft ausübt,
die das Bestreben hat, den Rotor, gesehen in Fig.2, im Gegenzeigersinn zu drehen
und den Anschlagstift 44 gegen den nach unten gerichteten Arm des Hebels 48 zu treiben.
Da der Hebel 48 um den Zapfen 78 schwenkbar ist, beaufschlagt der Hammerteil 82
den Amboß 100 des Hebels 92 und treibt diesen nach unten in die Sperrstellung auf
dem Sperrad 64. Auf diese Weise wird jede Drehung des Sperrades und damit der Welle
12 in der einen oder in der anderen Richtung verhindert. Zusätzlich wird eine weitere
Sperrwirkung durch die Schaltklinke 52 ausgeübt, welche durch die Feder 54 nach
unten in Eingriff mit der Verzahnung 62 des Sperrades 64 gedrückt wird. Die Feder
94 übt, wie erwähnt, auf die Feder 92 eine ähnliche Wirkung aus. Hieraus ergibt
sich, daß in der Ruhestellung die Welle 12 sich weder in der einen noch in der anderen
Richtung drehen kann. Wenn die Wicklung 40 erregt wird und sich der Rotor zu drehen
beginnt, kommt der Anschlagstift 44 außer Anlage am Hebel 48, wodurch der Hebel
92 unter der Wirkung der Antriebskraft angehoben wird, so daß das Sperrad
durch die Antriebsklinke 52 mitgenommen wird, um die Welle 12 in der gewünschten
Weise zu drehen. Wenn die Antriebsklinke 52 den Endpunkt ihrer Bewegung erreicht
hat, wie in Fig. 3 gezeigt, hat sich der Anschlagstift 42 in eine Stellung bewegt,
in der er gegen den Arm 86 des Hebels 46 anliegt und den Hammerteil 84 auf den Amboß
100 treibt, wodurch wiederum der Hebel 92 in Eingriff mit dem Sperrad 64 bewegt
wird, so daß jede weitere Vorwärtsbewegung des Rotors und damit der Antrieb der
Abtriebswelle 12 verhindert wird. Auf diese Weise wird jede Übersteuerung des Mechanismus
verhindert, daß am Ende ihres Hubes die Welle 12 wiederum gegen Drehung in jeder
Richtung gesperrt wird. Nach dem Abschalten des Stroms für die Wicklung 40 wird
durch die Rückstellfeder 50 der Rotor in die in Fig. 2 gezeigte Stellung zurückgeführt,
wobei die Sperrvorrichtung und die Antriebsklinke 52 eine zu weit gehende Bewegung
über die Rückführstellung hinaus verhindern und die Welle 12 in der einen oder der
anderen Richtung zwangläufig bis zum nächsten Schaltschritt sperren.
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Eine weitere Ausführungsform der zwangläufig arbeitenden Sperrvorrichtung
ist in Fig. 6, 7 und 8 gezeigt, in welchen eine Platte 110 dargestellt ist, die
auf der Endplatte 6 eines Schrittschaltwerks angeordnet ist, das mit Ausnahme der
Sperrvorrichtung in allen Teilen dem in Fig. 1 gezeigten ähnlich ist. Diese Sperrvorrichtung
besteht ebenfalls aus zwei Hebeln 146 und 148, die auf Zapfen 180 und 178 angeordnet
sind. Die Zapfen 178 und 180 sind auf einer teilweisen Scheibe 110 angeordnet oder
bestehen mit dieser aus einem Stück. Die Hebel 146 und 148 sind den in Fig. 4 gezeigten
Hebeln 46 und 48 ähnlich und mit Hammerteilen 184 und 182 sowie mit nach unten gerichteten
Nasenteilen 188 und 186 versehen. Der Klinkenhebel 192 ist auf einem Zapfen
190
schwenkbar angeordnet, der auf der Scheibe 110 befestigt und, gesehen
in Fig. 8, in Richtung nach unten durch eine Feder 194 belastet ist, die an ihrem
einen Ende an einem auf der Scheibe 110 angeordneten Stift 196 befestigt
ist und an ihrem anderen Ende an einer am Hebel 192 vorgesehenen Nase 198. Der äußere
Teil 206 des Hebels 192 bildet den Zahn oder Klinkenteil, der für den Eingriff mit
der Verzahnung des Sperrades 64 bestimmt ist. Der Hebel 192 wird durch einen Hammerbolzen
202 nach unten getrieben, der einen Amboßtei1200, gegenüberliegend den Hammerteilen
182, 184 der Hebel 148 und 146, aufweist. Der Bolzen 202 ist in einer Bohrung
gleitbar, die in einem auf der Scheibe 110 angeordneten Ansatz 204 vorgesehen
ist.
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Die Wirkungsweise dieser Verklinkungsvorrichtung ist der in Verbindung
mit Fig. 2 und 3 beschriebenen ähnlich. Wie ersichtlich, wird, wenn der Anschlagstift
44 an der Nase 188 des Hebels 148 zur Anlage kommt, der Hammerteil 182 auf
den Amboß 200 des Bolzens 202 getrieben, wodurch dieser nach unten gedrückt
wird, um den Hebel 192 zwangläufig mit der Verzahnung des Sperrades 64 im Eingriff
zu halten. Am anderen Ende der Bewegung des Rotors übt der Anschlagstift 42 eine
ähnliche Wirkung auf die Nase 186 des Hebels 146 aus, so daß der Hammer 184 auf
den Amboß 200 getrieben wird und in ähnlicher Weise der Hebel 192 mit der Verzahnung
des Sperrades 64 in Eingriff gebracht wird.
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Wie sich aus dem Vorangehenden ergibt, wurde durch die Erfindung ein
Schrittschaltwerk geschaffen, bei dem das erstrebte Ziel erreicht ist, eine unerwünschte
Bewegung der Abtriebswelle zwangläufig zu verhindern und diese gegen jede Bewegung
während derjenigen Zeiträume im Arbeitszyklus zu sperren, während welchen selbst
eine geringfügige Verlagerung sich summierend auswirken und die Genauigkeit des
Gerätes für einen längeren Zeitraum beeinträchtigen würde.