DE3890062C2 - Elektromagnetische Schlingfederkupplung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Schlingfederkupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige elektromagnetische Schlingfederkupplung ist in der nachveröffentlichten DE 37 27 534 A1 mit älterer Priorität offenbart. Bei dieser elektromagnetischen Schlingfederkupplung weist der Anker keine vorbestimmte Lage auf.

Aus der US 3 684 068 ist eine elektromagnetische Schlingfederkupplung bekannt, die einen Feldkern mit eingebauter elektromagnetischer Spule, einen Anker in der elektromagnetischen Spule und eine Spiralfeder aufweist, die eine Hauptantriebsachse und eine angetriebene Achse innerhalb des Ankers überbrückt und umfängt. Der Anker ist durch Kraftmittel in Richtung von der elektromagnetischen Spule weg vorgespannt, die Spiralfeder steht in Eingriff mit dem Anker, wenn der Anker weg von der elektromagnetischen Spule vorgespannt ist, wobei der Eingriff gelöst wird, wenn der Anker von der elektromagnetischen Spule angezogen wird. Dabei ist jedoch das Spulengehäuse, das die elektromagnetische Spule aufnimmt, als Drehteil hergestellt. Ein derartiges Spulengehäuse ist sehr aufwendig und kostspielig in der Herstellung.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetische Schlingfederkupplung vorzusehen, die einfach herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektromagnetische Schlingfederkupplung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die elektromagnetische Schlingfederkupplung der vorliegenden Erfindung schafft einen Rotationsmechanismus, welcher keine Fehleransammlung erzeugt und welcher billiger ist als ähnliche Mechanismen mit einem Schrittmotor. Der Mechanismus kann eine zuverlässige Arbeitsweise auch bei kontinuierlicher Drehung ausführen.

Fig. 1 zeigt in einer Explosionszeichnung die elektromagnetische Schlingfederkupplung nach einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 zeigt perspektivische Ansichten eines Spulenkernes und eines Ankers;

Fig. 3 zeigt Schnittansichten der elektromagnetischen Schlingfederkupplung, und zwar (a), wenn kein elektrischer Strom fließt und (b) beim Durchfluß von elektrischem Strom; und

Fig. 4-6 zeigen Schnittbilder anderer Ausführungsformen.

Als erstes wird ein erstes Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 erläutert.

Ein Feldkern besteht aus einem Kernteil 10 und einem Joch 12. Der Kernteil 10 ist eine in U-Form gebogene rechteckige magnetisierbare Platte. Am offenen Ende des Kernteiles 10 wird das Joch 12 befestigt, welches ebenfalls aus magnetisierbarem Material hergestellt ist. Ein Bodenteil 14 des Kernteils 10 und das Jochteil 12 weisen koaxiale Durchgangsbohrungen 16 und 18 auf. Eine elektromagnetische Spule 20 wird durch Aufwickeln eines Kupferdrahtes auf einen Spulenkern 22 hergestellt. Der Spulenkern 22 ist in Fig. 2 dargestellt. Um eine Drehung des später zu beschreibenden Ankers zu vermeiden, sind an der inneren Oberfläche des zylindrischen Teils 24 des Spulenkernes 22 Vorsprünge 26a und 26b vorgesehen.

Ein aus Eisen bestehendes ölfreies Lager 28 paßt in die Durchgangsbohrung 16 des Kernteils 10, um die angetriebene Achse zu lagern, wie später noch beschrieben wird.

Auf einer Seite einer Hauptantriebsachse 30 ist ein Antriebszahnrad 32 vorgesehen, auf welches eine externe Kraft zum Antrieb der Hauptantriebsachse 30 einwirkt.

Eine angetriebene Antriebsachse 34 rotiert dann, wenn die auf das Antriebszahnrad 32 wirkende externe Kraft übertragen wird.

Eine Spiralfeder 36 auf der Hauptantriebsachse 30 weist an einem Ende einen radial abstehenden Haken 38 auf. Wenn keine Kraft auf den Haken 38 einwirkt, sind die Achsen 30 und 34 durch die verbindende Kraft der Spiralfeder 36 verbunden.

Ein Anker 40 überdeckt die Spiralfeder 36. Der Anker 40 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Wandung des Ankers 40 weist Nuten 42a und 42b auf. Die Nuten 42a und 42b greifen in die Vorsprünge 26a, 26b des Spulenkernes 22 ein, um eine Drehung des Ankers 40 bzw. ein Verlassen des Spulenkernes 22 zu vermeiden. Am Anker 40 sind Eingriffsteile 44a und 44b vorgesehen, die mit dem Haken 38 der Spiralfeder 36 zusammenarbeiten.

Eine Feder 46 als Kraftspeicher spannt den Anker 40 immer in Richtung der Hauptantriebsachse 30 vor.

Sprengringe 48 und 50 legen die Postionen aller Teile auf der angetriebenen Achse 34 fest.

Ein Anschlag 52 ragt über den Kernteil 10 des Feldkerns hinaus. Er greift in ein entsprechendes Teil ein, um eine Drehung der elektromagnetischen Federkupplung zu vermeiden, wenn diese montiert wird.

Als nächstes wird die Funktion der elektromagnetischen Federkupplung beschrieben.

Der Zustand, wenn kein Strom durch die elektromagnetische Spule 20 fließt, ist in Fig. 3(a) dargestellt. Die Hauptantriebsachse 30 und die angetriebene Achse 34 sind durch die Anzugskraft der Spiralfeder 36 wie ein Teil verbunden, so daß beide Achsen durch eine externe Kraft (Drehmoment), die auf das Antriebszahnrad 32 einwirkt, gedreht werden. Wenn beide Achsen 30 und 34 um den vorgeschriebenen Winkel (beispielsweise 180° bei diesem Beispiel) gedreht sind, kommt der Haken 38 der Spiralfeder 36 in Anschlag mit den Eingriffsteilen 44a des Ankers 40, welcher durch die Feder 46 nach außen vorgespannt ist. In diesem Moment sind die Nuten 42a und 42b des Ankers 40 und die vorspringenden Teile 26a und 26b im Eingriff, so daß sich der Anker 40 nicht drehen kann. Deshalb wirkt eine Gegenkraft, deren Richtung entgegengesetzt der Rotation der Spiralfeder 36 ist, auf den Haken 38 der Spiralfeder 36, wodurch der innere Durchmesser der Spiralfeder 36 beginnend auf der Seite der Antriebsachse 30 stetig vergrößert wird, so daß die Verbindung zwischen der Hauptantriebsachse 30 und der angetriebenen Achse 34 gelöst wird und die angetriebene Achse 34 nicht mehr rotiert. Von diesem Zeitpunkt an rotiert nur noch die Hauptantriebsachse 30 entsprechend der auf das Antriebszahnrad 32 ausgeübten externen Kraft.

Um die Antriebsachse 34 erneut anzutreiben, wird Strom durch die elektromagnetische Spule 20 geschickt. Bei Stromfluß schließt sich der magnetische Kreis, wie in Fig. 3(b) durch die gestrichelte Linie A angedeutet, und der Anker 40 wird in Richtung des Lagers 28 gegen die Kraft der Feder 46 angezogen. Zu diesem Zeitpunkt werden die Eingriffsteile 44a, welche in Eingriff mit dem Haken 38 der Spiralfeder 36 stehen, ebenfalls in Richtung des Lagers 28 bewegt, und die Gegenkraft, welche auf den Haken 38 der Spiralfeder 36 wirkt, verschwindet. Dadurch verringert sich der vorher vergrößerte Durchmesser der Spiralfeder 36, und diese wickelt sich eng um die Hauptantriebsachse 30 und die Antriebsachse 34, um diese wie einen Körper zu verbinden, so daß beide Achsen 30 und 34 zusammen durch die am Antriebszahnrad 32 angreifende externe Kraft gedreht werden.

Wenn beide Achsen 30 und 34 zusammen rotieren, fließt der elektrische Strom durch die elektromagnetische Spule 20. Dann wird der Anker 40 durch die Vorspannkraft der Feder 46 in die vorherige Position bewegt, so daß der Haken 38 der Spiralfeder 36 mit dem Eingriffsteil 44b in Verbindung kommen kann. Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Eingriffsteile 44a und 44b unter einem Winkel von 180° zueinander angeordnet, so daß die Antriebsachse 34 immer nach 180° angetrieben werden kann. Entsprechend der Anzahl und der Position der Eingriffsteile kann die angetriebene Achse 34 unter einem beliebigen Winkel (eingeschlossen Winkel von mehr als 360°) angetrieben werden.

Als nächstes wird das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel beschrieben.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Eingriffsteile 104a und 104b, die mit einem Haken 102 einer Spiralfeder 100 in Eingriff kommen, an einer inneren Fläche eines Ankers 106 vorgesehen. Eine Rotation des Ankers 106 wird durch Nuten 108a und 108b vermieden, welche darin angebracht sind und welche mit Vorsprüngen 114a und 114b, welche von einer inneren Fläche eines Spulenkernes 112 einer elektromagnetischen Spule 110 hervorgerufen, in Eingriff stehen. Ein Stift 116 ragt über die innere Endfläche des Spulenkernes 112 hervor, welcher in eine Bohrung in der Grundfläche eines Kernteils 118 eingreifen kann, wenn die elektromagnetische Spule 110 mit dem Kernteil 118 des Feldkerns verbunden wird. Mit dieser Passung des Stiftes 116 in einer Stiftbohrung 120 kann die elektromagnetische Spule 110 richtig positioniert werden, ebenfalls können die Eingriffsteile 104a und 104b des Ankers 106 in die richtige Lage gebracht werden, so daß der Drehwinkel einer angetriebenen Achse 122 richtig definiert wird.

Bei der elektromagnetischen Federkupplung dieses Ausführungsbeispieles sind eine Hauptantriebsachse 124 und die angetriebene Achse 122 von der Spiralfeder 100 umgeben, um zusammen zu rotieren. Wenn der Haken 102 der Spiralfeder 100 in Eingriff mit dem Eingriffsteil 104a gelangt, wird die Spiralfeder 100 gelöst, und die angetriebene Achse 122 beendet ihre Drehung. Wenn Strom durch die elektromagnetische Spule 110 geschickt wird, wird der Anker 106 in Richtung eines Lagers 124′ angezogen, und das Eingriffsteil 104a wird zurückgezogen, so daß der Eingriff von Haken 102 und Eingriffsteil 104a gelöst wird und die Spiralfeder 100 beide Achsen 122 und 124 wieder umfängt, so daß diese zusammen rotieren.

Als nächstes wird das in Fig. 5 dargetellte weitere Ausführungbeispiel beschrieben.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Jochteil 200 eines Feldkerns an der äußeren Fläche eines Ankers 202 vorgesehen. Wenn Strom durch eine elektromagnetische Spule 204 fließt, schließt das Jochteil 200 eine Öffnung eines Kernteils 206 durch Annäherung des Ankers 202. Eine Drehung des Ankers 202 wird durch die Nuten 208a und 208b vermieden, welche im Anker 202 vorgesehen sind, und welche mit Vorsprüngen 210a und 210b, welche von der inneren Fläche eines Spulenkernes 206 hervorstehen, zusammenwirken. Das Jochteil 200 ist beispielsweise mit dem Anker 202 verbunden. Ein Haken 214 einer Spiralfeder 212 kann mit Eingriffsteilen 218a und 218b in Eingriff gelangen, welche vom Rand des Ankers 202 auf der Seite einer Hauptantriebsachse 216 hervorragen.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird der innere Durchmesser der Spiralfeder 212 gelöst, wenn der Haken 214 der Spiralfeder 212, welche die Hauptantriebsachse 216 und eine angetriebene Achse 220 verbindet, mit dem Eingriffsteil 218a in Verbindung kommt, so daß die Umdrehung der angetriebenen Achse 220 endet. Wenn Strom durch die elektromagnetische Spule 204 fließt, wird der Anker 202 in Richtung eines Lagers 222 angezogen, und das Eingriffsteil 218a wird ebenfalls zurückgezogen, so daß der Haken 214 und das Eingriffsteil 218a außer Eingriff kommen. Bei dieser Lösung verringert sich der innere Durchmesser der Spiralfeder 212, um sich um die Hauptantriebsachse 216 und die angetriebene Achse 220 zu legen, so daß beide Achsen 216 und 220 zusammen rotieren.

Als nächstes wird das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 beschrieben.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Feder 300 als Kraftspeichermittel vorgesehen, um die äußere Oberfläche eines Ankers 302 zu umgeben. Die Feder ist außerhalb einer elektromagnetischen Spule 304 angeordnet. Beide Enden der Feder liegen an einem Spulenkern 306 und an einem Flansch 308 an, welcher an der äußeren Oberfläche des Ankers 302 gebildet ist, so daß der Anker in Richtung einer Hauptantriebsachse 310 vorgespannt ist. Eine Rotation des Ankers 302 wird durch Nuten 312a und 312b, welche im Anker 302 vorgesehen sind, in Verbindung mit Vorsprüngen 314a und 314b, welche aus der inneren Fläche des Spulenkernes 306 hervorragen, verhindert. Eine Spiralfeder 316 umfängt eine Hauptantriebsachse 310 und eine angetriebene Achse 320, um zusammen zu rotieren, und ein Haken 318 der Spiralfeder 316 gelangt in Eingriff mit einem Eingriffsteil 322a, welcher auf der Seite der Hauptantriebsachse 310 vom Rand des Ankers 302 hervorragt, so daß der innere Durchmesser der Spiralfeder 316 vergrößert wird, um die Rotation der angetriebenen Achse 320 zu beenden. Wenn elektrischer Strom durch die elektromagnetische Spule 304 geschickt wird, wird der Anker 302 in Richtung des Lagers 324 gezogen, und der Eingriffsteil 322a wird zurückgezogen, so daß der Eingriff von Haken 318 der Spiralfeder 316 und Eingriffsteil 322a gelöst wird, wodurch die Spiralfeder 316 ihren inneren Durchmesser verringert und beide Achsen 310 und 320 umfängt, so daß beide zusammen rotieren.

Claims (6)

1. Elektromagnetische Schlingfederkupplung, mit
einem Spulengehäuse (10) aus einem U-förmig geformten Teil (10), das aus einer flachen Platte gebogen wurde und das von einem flachen, rechteckigen Joch (12) geschlossen wird, mit einer eingebauten elektromagnetischen Spule (20);
einem Anker (40) in der elektromagnetischen Spule (20), welcher sich in axialer Richtung der Spule (20), bewegen kann;
einer koaxial zum Anker (40) angeordnete Hauptantriebsachse (30);
einer koaxial zur Hauptantriebsachse (30) angeordnete angetriebene Achse (34); und
einer Spiralfeder (36), welche die Hauptantriebsachse (30) und die angetriebene Achse (34) innerhalb des Ankers (40) überbrückt und umfängt,
wobei ein Ende der Spiralfeder (36) mit dem Anker (40) in Eingriff gelangen kann, wodurch sich die Spiralfeder (36) in Richtung der Drehung der Hauptantriebsachse (30) schließt und wobei der Anker (40) beweglich in axialer Richtung der elektromagnetischen Spule (20), aber nicht drehbar angeordnet ist, und der Eingriff mit einem Ende der Spiralfeder (36) gelöst wird, wenn Strom durch die elektromagnetische Spule (20) fließt und der Anker (40) in Richtung der elektromagnetischen Spule (20) gegen die Vorspannkraft der Kraftmittel (46) angezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (40) durch Kraftmittel (46) in Richtung von der elektromagnetischen Spule (20) weg vorgespannt ist und in Eingriff mit einem Ende der Spiralfeder (36) gelangt, wenn er in Richtung von der elektromagnetischen Spule (20) weg vorgespannt ist.

2. Schlingfederkupplung nach Anspruch 1, wobei ein Ende der Spiralfeder (36) als Haken (38) ausgebildet und in radialer Richtung abgebogen ist, wobei sich ein Eingriffsteil (44a oder 44b) in axialer Richtung von der Endfläche des Ankers (40) erstreckt, wobei der Haken (38) in Eingriff mit dem Eingriffsteil (44a oder 44b) gelangen kann, wenn der Anker (40) in Richtung von der elektromagnetischen Spule (20) weg durch die Kraftmittel (46) vorgespannt ist.

3. Schlingfederkupplung nach Anspruch 1, wobei die Drehung des Ankers (40) durch Eingriffsnuten (42a, 42b) oder Vorsprünge an der Außenseite des Ankers in Verbindung mit Vorsprüngen (26a, 26b) oder Nuten, die an der inneren Fläche der Spule (22) der elektromagnetischen Spule (20) vorgesehen sind, verhindert wird.

4. Schlingfederkupplung nach Anspruch 1, wobei eine Trennung des Ankers (40) von der elektromagnetischen Spule (20) durch Eingriffsnuten (42a oder 42b) oder Vorsprünge an der Außenseite des Ankers in Verbindung mit einer Nut (26a oder 26b) oder Vorsprüngen, die an der inneren Fläche der Spule (22) der elektromagnetischen Spule (20) vorgesehen sind, verhindert wird.

5. Schlingfederkupplung nach Anspruch 1, wobei die Kraftmittel durch eine in der elektromangetischen Spule (20) vorgesehene Spiralfeder (46) gebildet sind.

6. Schlingfederkupplung nach Anspruch 1, wobei das Kraftmittel eine einzige Spiralfeder (300) ist, welche zwischen einem Flansch (308), der auf der Außenseite und in der Nähe eines Endes des Ankers (302) ausgebildet ist, und der genannten elektromagnetischen Spule (304) oder dem Feldkern angeordnet ist.