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Federtriebwerk, insbesondere für Fahrspielzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf Federtriebwerke, die z.B.
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in den deutschen Patentschriften 2 o19 o85, 2 o39 265 bzw. der deutschen
Offenlegungsschrift 2 105 734 dargestellt und beschrieben sind.
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Diese Federtriebwerke eignen sich insbesondere zum Antrieb miniaturisierter
Fahrspielzeuge, z.B. Spielzeugautos. Zum Antrieb besitzen diese Fahrspielzeuge eine
Triebfeder, vorzugsweise eine SpiralfedeN deren inneres Ende mit der Federkernwelle
verbunden ist, die gleichzeitig als Abtriebs- und evtl. auch Aufzugswelle dienen
kann bzw. mit dem Ablauf oder Aufzugsgetriebe getrieblich verbunden ist. Damit das
federgetriebene Fahrspielzeug nach Ablauf der Feder noch einen Freilauf besitzt,
muß die Verbindung zwischen Feder und Abtriebswelle lösbar sein.
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Bei dem in Fig. 5a der DT-OS 2 105 704 dargestellten Federtriebwerk
ist das dadurch erreicht, daß das innere hakenförmig ausgebildete Ende der Triebfeder
hinter eine Nase der Federkernwelle greift. Ist die Feder entspannt, gestattet diese
Ausbildung, daß die Federkernwelle weiter umläuft, da das nunmehr stehende oder
langsamer umlaufende innere Ende der Feder die weitere Drehbewegung der Federkernwelle
nicht hindert.
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Zur Vermeidung eines Federbruches, insbesondere beim übermässigen
Aufziehen der Feder, ist es zweckmäßig, auch das äußere Ende der Feder lösbar mit
dem Federhaus zu verbinden. Hierfür eignet sich z.B. ein Rutschzaum, der unter Federdruck
an der inneren Mantelfläche der Federhauströmmel anliegt, wie das z.B. in Fig. 3
der deutschen Patentschrift 2 019 o85 dargestellt ist.
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Trotz dieser Vorsichtsmaßnahme kam es insbesondere bei schwächer dimensionierten
Federn, wie sie zum Antrieb miniaturisierter Spielzeugautos verwendet werden können,
schon nach einer relativ geringen Anzahl von Federaufzügen zu Federbrüchen.
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Vorzugsweise stellten sich diese Brüche nach der ersten Federwindung
am inneren Federende ein.
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Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Triebfeder
so auszubilden, daß diese Federbrüche weitgehend vermieden werden, wobei Feder,
Federkernwelle und Federhaus
zur Erzielung einer rationellen Fertigung
möglichst einfach aufgebaut sein sollen.
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Diese Aufgabe wird gem. vorliegender Erfindung dadurch gelöst, daß
das innere Federende wenigstens eine gegenüber der Federbreite verjüngte Zunge aufweist,
deren Abwickinuslänge kleiner als der äußere Umfang der Federkernwelle und deren
Ende zum Federhaken umgebogen ist, wobei die zylindrische Federkernwelle einen an
sich bekannten Einschnitt zur Aufnahme des Federhakens besitzt, an den sich eine
in Federaufzugsrichtung auslaufende Ringnut anschließt, deren Breite der Zungenbreite
und deren Tiefe im Bereich des Einschnittes der Federhakenlänge entsprechen.
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Diese Gestaltung von Federende und Federkern bewirkt, daß die Feder
stets exakt zylindrisch gewickelt wird.
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Bei der bisher üblichen Gestaltung der Federkernwelle, die de geschnittenen
Flächen in den Figuren 3b und 4a vorliegender Anmeldung entspricht, wurde die Feder,
bedingt durch die vorspringende Nase zum Einhängen des hakenförmig abgebogenen inneren
Federendes in ovaler Form aufgewickelt, wobei außerdem die Nase eine scharfe Biegekante
für die Feder bildete. Diese Federverformung sowie die Nase waren, wie die Untersuchungen
des Erfinders zeigten, Ursache für die Federbrüche. Bei einer Gestaltung der Federkernwelle
entsprechend dem Schnitt in Fig. 3a bzw. Fig. 4b hätte diese Bruchgefahr gleichfalls
vermieden werden können. Diese Ausgestaltung war
jedoch nicht möglich,
da sich der Federhaken nach Entspannen der Feder beim sogenannten Freilauf von der
Federkernwelle lösen muß.
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Um einerseits für die Triebfeder einen zylindrischen Wickeldorn zu
bilden und andererseits den soganannten Freilauf zu ermöglichen, bei welchem sich
der Federhaken von der Federkernwelle lösen muß, wurde die Breite des inneren Federendes
gegenüber der übrigen Federbreite vermindert, d.h. in Form einer Zunge ausgebildet,
welcher eine in der Federkernwelle eingeschnittene Ringnut zugeordnet ist.
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Diese Ringnut gestattet, daß sich inneres Federende und Federkernwelle
zwangslos voneinander lösen können.
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Die der Ringnut benachbarten Segmente der Federkernwelle bilden zusammen
mit den übrigen Segmenten einen zylindrischen Wickelkörper auf welchen die breite
als das innere Federende ausgebildete Triebfeder aufliegt.
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Das erfindungsgemäße Lösungsprinzip kann nach einem ersten Vorschlag
dadurch verwirklicht werden, daß die Feder an ihrem inneren Ende zungenförmig ausgebildet
ist, wobei der Federkernwelle eine Nut mit einer der Zungenbreite entsprechenden
Breite vorgesehen ist.
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Ferner ist es möglich, zwei Zungen am inneren Federende gabelförmig
vorzusehen und die Federkernwelle entsprechend mit zwei parallel zueinander verlaufenden
Nuten auszustatten, wobei die zwischen und neben diesen Nuten verbleibenden Teile
der Federkernwelle den zylindrischen Wickelkörper bilden.
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Die übrigen Abmessungen der Nut richten sich nach den Dimensionen
des am inneren Federende vorgesehenen Federhakens. So muß die Tiefe im Bereich des
Einschnittes der Federhakenlänge entsprechen.
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Zweckmäßigenveise geht diese Nut kontinuierlich in die Federkernwelle
über, d.h. ihr Radius, der anfänglich dem Abstand des Einschnittbodens von der Federker.nachse
entspricht, nimmt kontinuierlich bis zum Radius der Federkernwelle zu.
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Recht gute Übergänge ergeben sich, wenn die. in Umfangsrichtung gemessene
Länge dieser Nut bzw. Nuten in der Größenordnung von 1/4 bis 3/4 des Umfanges der
Federkernwelle liegt.
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Um jeglichen Biegeknick beim Aufwickeln der Feder zu vermeiden, wird
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, eine weitere sich entgegen
der Federaufzugsrichtung erstreckende Ringnut anschließend an den Einschnitt zur
Aufnahme des inneres Federhakens vorzusehen, welcher bei aufgewickelter Feder die
Federzunge(n) aufnimmt bzw. aufnehmen.
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Die Abmessungen der Ringnut müssen also den Abmessungen der am inneren
Federende vorgesehenen Federzunge(n) entsprechen. Auch diese Nut geht zweckmäßigerweiser
stetig in die Umfangsfläche der Federkernwelle über.
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Die in Umfangsrichtung gemessene Länge der zweiten Nut liegt sinngemäß
in der Größenordnung von 1/4 bis 3/4 des Federkernwellenumfanges.
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Die erfindungsgemäßen Maßnahmengestatten die Herstellung eines Federtriebwerkes
kleinsten Aufbaus und von relativ hoher Dauerstandsfestigkeit mit einfachen Mitteln.
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Eine weitere Vereinfachung der Herstellung besteht nach der vorliegenden
Erfindung darin, daß der Rutschzaum am äußeren Federende unmittelbar an di.e Feder
angeformt ist. Schon mit der deutschen Patentschrift 2 o19 o85 (vgl. Fig. 3) wurde
vorgeschlagen, das äußere Ende der Spiralfeder zur Bildung des Rutschzaumes umzubiegen,
unter dieses umgebogene Ende eine stärker bemessene Schleppfeder einzulegen, wobei
Spiral - und Schleppfederende nach außen abgekröpft sind.
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Auf die zusatzlich eingelegte Schleppfeder kann verzichtet werden,
wenn, wie mit vorliegender Erfindung weiterhin vorgeschlagen wird, der zurückgebogene
Endabschnitt des äußeren Federendes länger ist als der innere Umfang der Federhaustrommel.
Bei dieser Anordnung wird das abgekröpfte. äußere Federende unter der Wirkung des
zurückgebogenen Endabschnittes sowie der anliegenden Federwindungen radial nach
außen gedrängt. Zweckmäßigerweise ist bei einer derartigen Anordnung die innere
Mantel fläche der Federhaustrommel mit in Abständen angeordneten, achsparallelen
Nuten versehen, deren Abmessungen denjenigen der
Abkröpfung entsprechen.
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Weitere, mit den Unteransprüche gekennzeichnete Merkmale sind anhand
der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert.
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In diesen zeigen: Fig. 1 - Axialschnitt des erfindungsgemäßen Federtriebwerkes
nach einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 - Radialschnitt längs der Linie II-II
in Fig. 1, Fig. 3 - Axialschnitt der Federkernwelle mit angespritzem Federzahnrad
aus dem Ausführungsbeispiels gem. Fig. 1 und 2 Fig. 3a - Radialschnitt längs der
Linie IIIa- IIIainFig.3 Fig. 3b - Radialschnitt längs der Linie IIIb - IIIb in Fig.
3 Fig. 3c - Radialschnitt längs der Linie IIIc-IIIc in Fig. 38 Fig. 4 - ein der
Darstellung in Fig. 3 entsprechender Axialschnitt einer Federkernwelle mit angespritzem
Federzahnrad1
Fig. 4a - Radialschnitte längs der Linie IVa-IVa in
Fig. 4; Fig. 4b - Radialschnitte längs der Linie IVb-IVb in Fig. 4 Fig. 4c - Radialschnitt
längs der Linie IVc-IVc in Fig. 4, Fig. 5 - vergrößerte Aufsicht des Federendes
der bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 -3 verwendeten Feder1 Fig. 6 - Seitenansicht
des Federende gem. Fig. 5 Fig. 7 - vergrößerte Aufsicht eines für die Federkernwelle
gem. Fig. 4 bestimmten Federendes und Fig. 8 - Seitenansicht des Federendes gem.
Fig. 7 Die erfindungsgemäß gestaltete Ausbildung und Anordnung von Triebfeder, Federhaus
und Federkernwelle ist in den Figuren 1 und 2 der Zeichnungen schematisch dargestellt.
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Auf die Darstellung des verbleibenden Räderwerkes ist aus Gründen
der Übersichtlichkeit verzichtet. Beispielsweise ist eine derartige Anordnung für
Federtriebwerke nach den deutschen Patentschriften 2 019 o85, 2 o39 265 bzw. der
deutschen Offenlegungsschrift 2 105 734 geeignet.
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Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, besteht das Federhaus aus einer Federhaustrommel
1 mit angespritzem Federzahnrad 1a und das Innere der Federhaustrommel verschließendem
Federhausdeckel 2. Der Federhausdeckel ist mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden,
kragenförmigen Rand 2a versehen, der in eine entsprechend ausgebildete Ringnut in
Nachbarschaft der offenen Seite der Federhaustrommel 1 eingreift. Während es bisher
üblich war, den Deckel mit einem von innen in die Federhaustrommel eingreifenden
Rand zu versehen, wurde bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Rand so
angeordnet, daß er die Federhaustrommel von außen umfaßt. Diese Anordnung ist insbesondere
dann wichtig, wenn die Federhaustrommel relativ dünnwandig ist und aus Kunststoff
besteht, so daß Gefahr besteht, daß sie unter Wirkung der Triebfeder 5 radial nach
außen verformt wird. Bei den herkömmlichen Anordnungen, bei welchen der Rand des
Federhausdeckels an der inneren Mantelfläche der Federhaustrommel anliegt, führte
das dazu, daß sich der Deckel selbsttätig löste. Um außerdem in axialer Richtung
auf den Deckel wirkende Kräfte aufnehmen zu können, ist der Rand mit einer radial
nach innen vorspringenden Nase oder Wulst versehen, die in eine entsprechende Einschnürung
der an der Federhaustrommel vorgesehenen Nut eingreift. Zweckmäßigerweise entspricht
der Durchmesser des Federhausdeckels 2 mit Rand 2a dem äußeren Durchmesser der Federhaustrommel
1, so daß Federhaustrommel mit aufgesetztem Deckel eine geschlossene zylindrische
Scheibe bilden.
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Zentral im Innern der Federhaustrommel gelegen ist die Federkernwelle
3, die vorzugsweise gleichfalls aus Kunststoff
besteht und an
welche das zweite Federzahnrad 3d direkt angespritzt ist. Die Federkernwelle mit
dem Federzahnrad 3d ist auf einer vorzugsweise aus Stahl bestehenden Achse 4 angeordnet,
welche z.B. mit dem Federhaus 1 oder aber den Platinen 6 und 7, zwischen welchen
sie gelagert ist, fest verbunden sein kann. Die Platinen 6 und 7 sind in an sich
bekannter Weise mit Pfeilern, z.B. 8 und 9, verbunden.
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Zwischen Federhaustrommel 1 und Federkernwelle 3 ist die spiralig
ausgebildete Triebfeder 5 gelegen.
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Wie vor allem Fig. 2 erkennen läßt, ist ihr inneres Ende zu einem
Haken 5a umgebogen, welcher in einen Einschnitt 3a der Federkernwelle 3 eingehängt
ist. Der Einschnitt 3a mündet an dem vorderen freien Ende der Federkernwelle 3,
so daß der Haken in einfacher Weise durch axiales Zusammenführen von Feder und Federkernwelle
eingehängt werden kann.
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Weitere Einzelheiten sind anhand der Figuren 3 - 7 nachstehend noch
erläutert.
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Das äußere Federende, das federnd an der inneren Mantelfläche lc der
Federhaustrommel 1 anliegt, ist als Rutschzaum ausgebildet. Zu diesem Zeck ist es,
wie an sich bekannt, mit radial nach außen gerichteten Abkröpfungen 5c und 5d versehen,
die zur Erhöhung des Widerstandsmomentes in entsprechende, auf der Trommelinnenseite
1c
vorgesehene Nuten 1b eingreifen. Der innen gelegene Abschnitt
5d der Abkröpfung geht in eine weitere Federwindung 5e über, die, wie vor allem
Fig. 2 zeigt, länger als der Umfang der inneren Trommelfläche lc ist. Somit erzeugt
der Abschnitt 5e zusammen mit etwaig anliegenden Federwindungen eine radial nach
außen gerichtete Kraft, mit welcher das abgekröpfte Ende 5c, 5d in die Ausnehmungen
gedrückt wird. Aufgrund diesereinfachen Maßnahme kann auf die bisher übliche Schleppfeder
verzichtet werden, die sonst am äußeren Federende eingelegt oder an dieses angenietet
werden mußte.
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Entscheidend für die Erhöhung der Lebensdauer der Feder sind aber
die Ausbildung des inneren Federendes sowie der Federkernwelle.
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Nach dem wichtigsten Merkmal vorliegenden Erfindung läuft das innere
Federende 5 bzw. 5' zungenförmig aus, wobei entweder eine Zunge 5b (vgl. Fig. 5)
bzw. mehrere, vorzugsweise 2 Zungen 5b' (vgl. Fig. 7) nebeneinander angeordnet sind.
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An den Enden dieser Zungen 5b bzw. 5b' sind die Federhaken 5a bzw.
5a' angeordnet.
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Diesen Zungen sind die Nuten 3b und 3c bzw. 3b' und 3c' in der Federkernwelle
3 bzw. 3' zugeordnet. In die Nuten 3b bzw. 3b' schieben sich die Federhaken 5a bzw.
5a', wenn nach Ablauf der Feder das Federende stillsteht und die Federkernwelle
3 bzw. 3' im Freilauf weiter umläuft.
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Die allmähliche Zunahme des Nutenradius bis auf den Radius der Kernwelle
bewirkt, daß sich der Federhaken ohne erhebliches Widersundsmoment von der Federkernwelle
löst.
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Andererseits bilden die zwischen den Nuten gelegenen, aus den Figuren
3a und 3c bzw. 4b ersichtlichen Stege zusammen mit der Federkernwelle 3 bzw. 3'
einen zylindrischen Wickeldorn, auf welchen sich die Feder beim Federaufzug in Form
einer exakten Spirale aufwickelt.
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Bei herkömm licher Ausbildung der Federkernwelle, welche den Schnitten
gem. Fig. 3b bzw. 4a entsprach, wurde dagegen die Feder in ovaler Form aufgewickelt,
was wegen der ungleichmäßigen Beanspruchung sehr rasch zu Federbrüchen führte.
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Dem gleichen Zweck dient die Nut 3c, die sich - nach der Zeichnung
- an den Einschnitt 3a im Uhrzeigersinn anschließt. In diese Nut 3c, deren maximale
Tiefe der Federstätke entspricht und die gleichfalls allmählich in der Kernwellenoberfläche
ausläuft, legt sich bei Federaufzug das innere Federende ein, so daß in diesem Bereich
ein Wickelkörper von zylindrischer Form bildet, auf den sich die Federwindungen
mit geringstmöglicher Beanspruchung aufwickeln. Auch durch diese Maßnahme
wird
die Lebensdauer der Feder erheblich erhöht.
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Bei Verwendung einer Feder mit dem Federende gem. Fig. 7 sind sinngemäß
zwei Nuten 3c' vorzusehen, wie dies anhand der Figuren 4 veranschaulicht ist.
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-Patentansprüche -