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Die Erfindung betrifft einen elektromagnetisch gesteuerten
Federkupplungsmechanismus, bei dem ein sich drehendes
Antriebsteil und ein sich drehendes Abtriebsteil miteinander
gekoppelt werden, wenn eine elektromagnetische Wicklung
angeregt wird, wobei bei einer Aberregung der
elektromagnetischen Wicklung die Kopplung des sich drehenden
Antriebsteils und des sich drehenden Abtriebsteils aufgehoben wird.
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Die EP-A-0 242 982 beschreibt einen elektromagnetisch
gesteuerten Federkupplungsmechanismus, bei dem das
Antriebsteil mit dem Abtriebsteil durch eine Schraubenfeder
gekoppelt ist, wenn die elektromagnetische Spule angeregt ist.
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Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 236980/1986
beschreibt ebenso einen elektromagnetisch gesteuerten
Federkupplungsmechanismus der vorbesagten Art. Dieser
elektromagnetisch gesteuerte Federkupplungsmechanismus weise ein
sich drehendes Abtriebsteil mit einem Abtriebsansatz und
einem Rotor auf. Weiterhin ist ein sich drehendes
Antriebsteil mit einem Antriebsansatz vorgesehen, welcher nahe dem
Abtriebsansatz vorgesehen ist. Weiterhin enthält ein
Ankeraufbau ein Stützteil und einen Anker, die miteinander über
ein Federteil verbunden sind. Ein elektromagnetischer
Spulenaufbau enthält eine elektromagnetische Wicklung, wobei
eine Spulenfeder den Abtriebsansatz und den Antriebsansatz
rittlings aufnimmt. Ein Ende der Spulenfeder ist an dem
Antriebsteil befestigt und das andere Ende an dem
Ankeraufbau. Die elektromagnetische Wicklung, der Rotor und der
Ankeraufbau sind nacheinander in axialer Richtung in dieser
Reihenfolge angeordnet. Der Anker des Ankeraufbaus ist
gegenüberliegend zu der elektromagnetischen Wicklung über
den Rotor hinweg angeordnet. Der Anker ist aus magnetischem
Material gebildet. Wenn die elektromagnetische Wicklung
angeregt wird, wird der an einer vorbestimmten Position
festgelegte Rotor nicht angezogen, der Anker wird jedoch
magnetisch zu der elektromagnetischen Wicklung gezogen. Das
Federteil dem Ankeraufbaus wird elastisch verformt und der
Anker wird zu dem Rotor gezogen. In diesem Zustand wird die
Schraubenfeder durch die auf die Schraubenfeder von dem
Antriebsansatz des in Drehung versetzten Antriebsteils
ausgeübte Kraft zusammengezogen. Dadurch wird der Antriebsansatz
und der Abtriebsansatz durch die Schraubenfeder verbunden
und damit das Antriebsteil mit dem Abtriebsteil. Wenn die
elektromagnetische Wicklung aberregt wird, nimmt das
Federteil des Ankeraufbaus elastisch seine Ursprungsform an und
der Anker wird von dem Rotor getrennt. Dadurch wird die
Kontraktion der Schraubenfeder aufgehoben und die
Verbindung des Antriebsansatzes und des Abtriebsansatzes wird
aufgehoben. Folglich wird die Verbindung des Antriebsteils
mit dem Abtriebsteil aufgehoben.
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Der elektromagnetisch gesteuerte Federkupplungsmechanismus
nach dem Stand der Technik weist die folgenden zu lösenden
Probleme auf.
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Zuerst ist keine vollständige Kompaktheit gegeben, da die
elektromagnetische Wicklung, der Rotor und der Anker
nacheinander in axialer Richtung in dieser Reihenfolge
angeordnet sind.
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Zweitens sind die elektromagnetische Wicklung, der Rotor,
der Ankeraufbau und die Schraubenfeder freistehend
angeordnet, so daß diese Teile Staub ansammeln können, so daß ihre
Leistungsfähigkeit vermindert wird.
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Eine erste Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine
ausreichende Kompaktheit eines elektromagnetisch gesteuerten
Federkupplungsmechanismus zu realisieren, welcher wie oben
dargestellt aufgebaut ist, und zwar durch die Änderung der
Anordnungsabfolge der elektromagnetischen Wicklung, des
Rotors und des Ankeraufbaus in axialer Richtung, ohne eine
damit einhergehende Verminderung der benötigten
Betriebsleistung.
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Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, einen
elektromagnetisch gesteuerten Federkupplungsmechanismus zu
realisieren, der wie oben geschildert aufgebaut ist und keinen
Staub an der elektromagnetischen Wicklung, dem Rotor, dem
Ankeraufbau und der Schraubenfeder ansammelt und sicher
eine Leistungsverminderung verhindert, welche sich aus dem
Anhaften von Staub ergeben würde.
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Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß erstens durch die
Anordnung eines Rotors, eines Ankeraufbaus und einem
elektromagnetischen Spulenaufbau in dieser Reihenfolge in
axialer Richtung erzielt und weiterhin durch das Anordnen des
Ankers nahe dem Rotor und der elektromagnetischen Wicklung
radial außerhalb der Schraubenfeder. Zweitens wird diese
Aufgabe weiterhin dadurch erreicht, daß ein Gehäuse mit
einer zylindrischen Wand aus einem magnetischen Material
vorgesehen ist, die sich nahe der äußeren Umfangsfläche der
elektromagnetischen Wicklung und der äußeren Umfangsfläche
des Rotors erstreckt, und eine Abschirmwand aus einem
nichtmagnetischen Material vorgesehen ist, die zwischen der
elektromagnetischen Wicklung und dem Ankeraufbau angeordnet
ist. Drittens ist zumindest ein Abschnitt eines
Abtriebsteils mit dem Rotor und zumindest ein Abschnitt eines
Antriebsteils aus einem magnetischen Material gebildet.
Viertens verläuft ein Magnetpfad durch das Gehäuse an zumindest
einem Abschnitt des Abtriebsteils mit dem Rotor und an
zumindest einem Teil des Antriebsteils, wenn die
elektromagnetische Wicklung angeregt wird, wodurch dem
Anker magnetisch zu dem Rotor gezogen wird.
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Um die zweite Aufgabe zu erzielen, weist das Gehäuse bes
elektromagnetischen Spulenaufbaus eine zylindrische Wand
und Endwände auf, welche an beiden Enden der zylindrischen
Wand angeordnet sind, wobei der Rotor, der Ankeraufbau, die
elektromagnetische Wicklung und die Spulenfeder durch
dieses Gehäuse umschlossen sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektromagnetisch
gesteuerter Federkupplungsmechanismus mit einem sich
drehenden Abtriebsteil mit einem Abtriebsansatz und einem
Rotor vorgesehen, weiterhin mit einem sich drehenden
Antriebsteil mit einem Antriebsansatz nahe dem
Abtriebsansatz, einem Ankeraufbau mit einem Stützteil und einem
Anker, die miteinander über ein Federteil gekoppelt sind,
einem elektromagnetischen Spulenaufbau mit
elektromagnetischen Wicklung und einer Spulenfeder, die rittlings den
Abtriebsansatz und den Antriebsansatz aufnimmt, wobei ein
Ende der Spulenfeder an dem Antriebsteil und das andere
Ende der Feder an dem Ankeraufbau verankert sind, wobei der
Federkupplungsmechanismus derart aufgebaut ist, daß wann
die elektromagnetische Wicklung angeregt wird, der Anker
magnetisch angezogen wird, das Federteil sich elastisch
deformiert und der Anker zum Rotor gezogen wird, wobei durch
das Zusammenziehen der Spulenfeder der Antriebsansatz und
der Abtriebsansatz zum Antrieb miteinander gekoppelt sind,
und wobei, wenn die elektromagnetische Wicklung aberregt
wird, sich das Federteil elastisch entspannt und der Anker
von dem Rotor isoliert wird. Der Rotor, der Ankeraufbau und
der elektromagnetische Spulenaufbau sind nacheinander in
dieser Reihenfolge in axialer Richtung angeordnet, wobei
der Anker nahe dem Rotor angeordnet ist und die
elektromagnetische Wicklung radial außerhalb der Schraubenfeder. Der
elektromagnetische Spulenaufbau enthält ein Gehäuse sowie
eine Abschirmwand aus nichtmagnetischem Material,
angeordnet zwischen der elektromagnetischen Wicklung und dem
Spulenaufbau. Das Gehäuse weist eine zylindrische Wand als
einein magnetischen Material auf, die sich nahe der äußeren
Umfangsfläche der elektromagnetischen Wicklung erstreckt
und weiterhin zu der äußeren Umfangsfläche des Rotors.
Zumindest ein Abschnitt des den Rotor enthaltenden
Abtriebsteils und zumindest ein Abschnitt des Antriebsteils sind
aus magnetischem Material hergestellt, wobei bei einer
Anregung der elektromagnetischen Wicklung ein durch das
Gehäuse, zumindest einem den Rotor enthaltenden Abschnitt
des Abtriebsteils und zumindest einen Abschnitt des
Antriebsteils verlaufender magnetischer Pfad erzeugt wird,
welcher verursacht, daß der Anker magnetisch zu dem Rotor
gezogen wird.
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In vorteilhafter Weise enthält der elektromagnetische
Spulenaufbau ein Gehäuse mit einer zylindrischen Wand und
Endwänden, die an beiden Enden der zylindrischen Wand
vorhanden sind, wobei der Rotor, der Ankeraufbau, die
elektromagnetische Wicklung und die Schraubenf eder durch das Gehäuse
bedeckt sind.
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In einem elektromagnetisch gesteuerten
Federkupplungsmechanismus gemäß der Erfindung sind der Rotor, der Ankeraufbau
und die elektromagnetische Wicklung in dieser Abfolge in
axialer Richtung angeordnet, und eine elektromagnetische
Wicklung kann dadurch aufgenommen werden, daß der
umfangsseitig der Schraubenfeder existierende Raum verwendet wird,
wobei die Feder rittlings den Abtriebsansatz des sich
drehenden Antriebsteils und den Abtriebsansatz des sich
drehenden Abtriebsteils aufnimmt. Folglich kann eine
ausreichende Kompaktheit realisiert werden. Andererseits wird der
Anker magnetisch zu dem Rotor gezogen. Dies erfolgt durch
die magnetische Anziehungskraft, welche auf den Anker
wirkt, ausgehend von dem Rotor, der nahe dem Anker
angeordnet ist. Dies erfolgt dann, wenn die elektromagnetische
Wicklung angeregt wird. Folglich kann die
Anziehungsgeschwindigkeit des Ankers entsprechend der magnetischen
Anziehungsfähigkeit der elektromagnetischen Wicklung auf
einem ausreichend hohen Niveau gehalten werden und die
Reaktionsgeschwindigkeit beim Koppeln wird nicht
vermindert.
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In Ausführungsformen, in denen das Gehäuse des
elektromagnetischen Spulenaufbaus nicht nur die elektromagnetische
Wicklung bedeckt sondern auch den Rotor, den Spulenaufbau
und die Schraubenfeder, wird zuverlässig verhindert, daß
diese einzelnen Elemente Staub ansammeln und die
Leistungsfähigkeit aufgrund von Staubansammlungen verschlechtert
wird.
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Die Erfindung wird ferner im folgenden beispielhaft anhand
der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Explosivansicht einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform des elektromagnetisch gesteuerten
Federkupplungsmechanismus,
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Fig. 2 eine Schnittansicht des in Fig. 1
dargestellten elektromagnetisch gesteuerten
Federkupplungsmechanismus,
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Fig. 3 eine teilweise Explosivansicht des
elektromagnetischen Spulenaufbaus des elektromagnetisch
gestauerten Federkupplungsmechanismus aus Fig. 1, gesehen aus einer
Richtung, die der von Fig. 1 gegenüberliegend ist,
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Fig. 4 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht
eines Teils des elektromagnetisch gesteuerten
Federkupplungsmechanismus in einem Zustand, in dem die
elektromagnetische Wicklung aberregt ist, und
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Fig. 5 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht
eines Teils des elektromagnetisch gesteuerten
Federkupplungsmechanismus in einem Zustand, in dem die
elektromagnetische Wicklung angeregt ist.
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Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen elektromagnetisch gesteuerten
Federkupplungsmechanismus detailliert unter Bezug auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 weist der dargestellte
elektromagnetisch gesteuerte Federkupplungsmechanismus ein
sich drehendes Abtriebsteil 2, ein sich drehendes
Antriebsteil 4, einen Ankeraufbau 6, ein Schraubenfederteil 8 und
einen elektromagnetischen Spulenaufbau 10 auf.
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Das sich drehende Abtriebsteil, auf das im allgemeinen mit
der Bezugsziffer 2 Bezug genommen wird, weist einen
Wellenabschnitt 12 auf, der aus einem schlanken zylindrischen
Teil gebildet ist, welches sich in Axialrichtung erstreckt.
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Der Wellenabschnitt 12 weist annähernd mittig in axialer
Richtung einen Abtriebsansatz 14 mit einem größeren
Durchmesser als die anderen Abschnitte auf. Nahe dem
Abtriebsansatz 14 weist der Wellenabschnitt 12 einen
Montierabschnitt 16 mit einem etwas kleineren Durchmesser als der
Abtriebsansatz 14 auf. Ein ringförmiges Teil bildet den
Rotor 18 und ist an den Montierabschnitt 16 durch ein
geeignetes Verfahren montiert, wie ein Aufpressen unter
Druck. Drei relativ große bogenförmige Öffnungen 20 sind in
dem ringförmigen Teil, welches den Rotor 18 bildet,
ausgeformt. Eine sich radial erstreckende Gewindebohrung 22 ist
an einem Endabschnitt (der linke Endabschnitt in Fig. 2)
des den Rotor 18 bildenden ringförmigen Teils ausgebildet.
Das schlanke zylindrische Teil, welches den Wellenabschnitt
12 bildet, ist aus einem magnetischen Material geformt, wie
aus Freischnittkohlenstoffstahl (SUM). Das den Rotor 18
bildende ringförmige Teil ist aus einem magnetischen
Material geformt, wie einem kaltgerollten Stahl (SPCC).
Folglich ist das Abtriebsteil 2 vollständig aus magnetischem
Material gebildet.
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Das sich drehende Antriebsteil, auf welches im allgemeinen
mit der Bezugsziffer 4 Bezug genommen wird, enthält eine
Laufbuchse 26, die aus einem im allgemeinen zylindrischen
Teil gebildet ist. Ein ringförmiger Ankerring 28 ist in
mittiger Stellung in axialer Richtung der Laufbuchse 26
durch ein geeignetes Verfahren festgelegt, wie ein
Einpressen durch Druck. Der Abschnitt der Laufbuchse 26, welcher
links des Ankerrings 28 in Fig. 2 liegt, enthält einem
Antriebsansatz 30, der nahe dem Abtriebsansatz 14 des
Abtriebsteils 2 angeordnet ist. Eine sich radial erstreckende
Ankerbohrung 32 ist in dem Antriebsansatz 30 ausgeformt. An
der rechten Seite der Laufbuchse 26 in Fig. 2 sind zwei
bogenförmige Vorstehungen 34 ausgebildet, welche axial an in
Umfangsrichtung beabstandeten Stellen vorstehen. Das
Antriebsteil 4 enthält ein Zahnrad 36. Eine Öffnung 38 ist
mittig im Zahnrad 36 ausgebildet. Die Öffnung 38 weist zwei
bogenförmig erweiterte Abschnitte 40 auf, welche den
bogenförmigen Vorstehungen 34 entsprechen. Wie in Fig. 2 klar
dargestellt, ist die Laufbuchse 26 drehbar an dem
Wellenabschnitt 12 des Abtriebsteils 2 montiert, und zwar durch ein
Inanschlagbringen des linken Endes der Laufbuchse 26 oder
des vorderen Endes des Antriebsansatzes 30 mit dem rechten
Ende des Abtriebsansatzes 14. Zur Vereinfachung wird der
Außendurchmesser des Antriebsansatzes 30 etwas größer
dimensioniert als der äußere Durchmesser des Abtriebsansatzes
14, so daß, wie im folgenden dargestellt, die
Schraubenfeder 8 rittlings den Antriebsansatz 30 und den
Abtriebsansatz 14 aufnimmt, wobei die Schraubenfeder 8 über der
äußeren Oberfläche des Abtriebsansatzes 14 relativ weich
engeordnet ist, die Schraubenfeder 8 ist jedoch fest über der
äußeren Oberfläche des Antriebsansatzes 30 angeordnet. Das
Zahnrad 36 ist auf dem rechten Endabschnitt der Laufbuchse
26 montiert. Während dieses Montiervorgangs werden die
beiden bogenförmigen Vorstehungen 34 der Laufbuchse 26 in die
beiden bogenförmigen vergrößerten Abschnitte 40 der Öffnung
38 des Zahnrads 36 eingesetzt. Dadurch wird die
Relativdrehung der Laufbuchse 26 und des Zahnrads 36 behindert, wobei
sich die Laufbuchse 26 und das Zahnrad 36 als eine Einheit
drehen. Nachdem der Wellenabschnitt 12 des Abtriebsteils 2
und das Zahnrad 36 auf der Laufbuchse 26 montiert sind,
wird der Ankerring 42 an dem rechten Endabschnitt des
Wellenabschnitts 12 durch ein geeignetes Verfahren befestigt,
wie ein Aufpressen under Druck. Dadurch wird verhindert,
daß sich die Laufbuchse 26 von dem Wellenabschnitt 12 löst
und daß sich das Zahnrad 36 von der Laufbuchse 26 löst (wie
später beschrieben wird, werden, nachdem die Laufbuchse 26
auf den Wellenabschnitt 12 montiert ist und bevor das
Zahnrad 36 auf der Laufbuchse 26 montiert ist, verschiedene
einzelne Elemente auf den Wellenabschnitt 12 und das
Abtriebsteil 2 und auf die Laufbuchse 26 montiert). Die
Laufbuchse 26 des Antriebsteils 4 ist aus einem geeigneten
magnetischen Material gebildet, wie ein eisenhaltiges
Sintermaterial. Andererseits kann das Zahnrad 36 aus einem
nichtmagnetischen Material gebildet sein, welches ein
synthetischer Harz wie Polyacetal, sein kann.
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Der Ankeraufbau, auf den im allgemeinen mit der
Bezugsziffer 6 Bezug genommen wird, enthält einen Anker 44, ein
Federteil 46 und ein Stützteil 48. Der Anker 44 ist
ringförmig und weist drei Verbindungsbohrungen auf, die durch
den Anker in Axialrichtung und in Umfangsrichtung mit
gleichen Abständen beabstandet verlaufen. An der inneren
Umfangskante des Ankers 44 sind drei im wesentlichen
kreisförmige Kerben 52 ausgebildet, welche zwischen den
Verbindungsbohrungen 50 angeordnet sind. Der Anker 44 ist aus
einem magnetischen Material gebildet, wie ein kaltgerollter
mit Zink plattierter Stahl (SECC). Das Federteil 46 weist
eine im wesentlichen ringförmige Plattenfeder auf und ist
mit drei Verbindungsbohrungen 54 versehen, welche sich in
axialer Richtung durch das Federteil 46 erstrecken und
gleich beabstandet in Umfangsrichtung sind. An der inneren
Umfangskante des Federteils 46 sind drei im wesentlichen
ringförmige Vorstehungsabschnitte 56 gebildet, welche
radial nach innen zwischen den Verbindungsbohrungen 54
vorstehen. Eine Verbindungsbohrung 48 ist ebenso in jedem
der Vorstehungsabschnitte 56 ausgeformt, wobei sich die
Verbindungsbohrungen 58 axial durch die
Vorstehungsabschnitte 56 erstrecken. Das Federteil 46 kann aus einem
geeigneten Federeigenschaften aufweisenden Material geformt
sein, wie Federstahl. Das Stützteil 48 weist einen
ringförmigen
Hauptabschnitt 60 und eine zylindrische Vorsbehung
62 auf, die ausgehend von dem inneren Umfangskreis des
Hauptabschnitts 60 in Richtung einer Seite der
Axialrichtung vorsteht (die linke Seite in Fig. 2). Der
Hauptabschnitt 60 weist drei Verbindungsbohrungen 64 auf, die sich
durch denselben in der Axialrichtung erstrecken und in
Umfangsrichtung gleich beabstandet sind. An der äußeren
Umfangskante des Hauptabschnitts 60 sind drei annähernd
kreisförmige Kerben 66 zwischen den Verbindungsbohrungen 64
angeordnet. Ferner weist das Stützteil 48 einen sich radial
von seiner inneren Umfangskante erstreckenden
Eingriffsausschnitt 68 auf, der sich weiter bis in die Nähe der äußeren
Umfangskante des Hauptabschnitts 60 erstreckt. Das
Stützteil 48 ist aus einem nichtmagnetischen Material gebildet,
welches aus einem synthetischen Harz, wie Polyacetal,
gebildet sein kann. Der Anker 44 und das Federteil 46 sind
miteinander durch das Einsetzen einer Niet 69 (Fig. 4)
verbunden, wobei die Niet 69 durch die Verbindungsbohrungen 40
des Ankers 44 und die Verbindungsbohrungen 54 des
Federteils 46 verläuft und wobei das Federteil 46 und der Anker
44 durch einen Nietvorgang befestigt werden. Das Stützteil
48 und das Federteil 46 können miteinander durch das
Einsetzen eines Niets (nicht gezeigt) in Verbindungsbohrungen
50 des Stützteils 48 und in Verbindungsbohrungen 48 das
Federteils 46 verbunden werden, wobei die Verbindung durch
einen Nietvorgang erfolgt. Demgemäß weist das Federteil 46
mehrere in Umfangsrichtung zueinander beabstandete
Verbindungsstellen auf und ist mit dem Stützteil 48 an jeder
anderen Verbindungsstelle dieser Verbindungsstellen
verbunden, wobei es mit dem Anker 44 an den verbleibenden
Verbindungsstellen verbunden ist. Daher sind der Anker 44 und das
Stützteil 48 zueinander über das Federteil 46 verbunden.
Wenn der Anker 44 und das Stützteil 48 wie benötigt
verbunden sind, und zwar über das Federteil 46, wie klar in der
Fig. 2 dargestellt, verläuft die zylindrische Vorstehung 62
durch das Federteil 46 und den Anker 44 und erstreckt sich
nach links in der Fig. 2 hinter den Anker 44. Der Kopfteil
des Niets 69 (Fig. 4), der den Anker 44 und das Federteil
46 verbindet, ist an der Kerbe 66 angeordnet, welche an der
äußeren Umfangskante des Hauptabschnitts 60 des Stützteils
48 ausgebildet ist. Der Kopfteil des Niets (nicht gezeigt),
der das Stützteil 48 und das Federteil 46 verbindet, ist an
der Kerbe 42 angeordnet, die in der inneren Umfangskante
des Ankers 44 ausgebildet ist. Demgemäß befinden sich der
Anker 44, das Federteil 46 und das Stützteil 48 in engem
Kontakt miteinander in Axialrichtung, wie in Fig. 2
gezeigt, ohne durch den KoPfteil der Nieten behindert zu
werden. Wie in der Fig. 2 gezeigt, ist der Ankeraufbau 6 aus
dem Anker 44, dem Federteil 46 und dem Stützteil 48
gebildet und an dem Abtriebsansatz 14 montiert, welcher in dem
Wellenabschnitt 12 des Abtriebsteils 2 ausgeformt ist. Das
vordere Ende der zylindrischen Vorstehung 62 des Stützteils
48, welches sich nach links hinter den Anker 44 erstreckt,
steht an einer Oberfläche des Rotors 18 in dem Abtriebsteil
2 an. In diesem Zustand besteht zwischen dem Anker 44 und
dem Rotor 18 ein gewisser Spalt.
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Die Schraubenfeder 8 ist durch das Verschrauben eines
Federdrahtmaterials mit einem geeigneten Querschnitt
gebildet, wie z.B. einem rechtwinkligen Querschnitt, so daß sie
in eine Richtung gewunden ist, in welcher sie nach links
verläuft, wenn sie in Uhrzeigerrichtung betrachtet von der
rechten Seite der Fig. 2 verschwenkt ist. Der innere
durchmesser der Schraubenfeder 8 entspricht dem äußeren
Durchmesser des Abtriebsansatzes 14 des Abtriebsteils 2 und der
Außenseite des Antriebsansatzes 30 des Antriebsteils 4. Ein
Ankervorstehungsstück 70 steht radial nach innen vor und
ist an der rechten Endseite der Schraubenfeder 8
ausgeformt,
wobei an der linken Endseite ein
Ankervorstehungsstück 72 radial nach außen vorsteht. Diese Schraubenfeder 8
kann aus einem Federdrahtmaterial gebildet sein, mit wahren
Federcharakteristika, wie Federstahldraht. Die
Schraubenfeder 8, die in Fig. 2 klar dargestellt ist, ist rittlings
zu dem Abtriebsansatz 14 des Abtriebsteils 2 und dem
Antriebsansatz 30 des Antriebsteils 4 nahe dem Abtriebsansatz
14 eingepaßt. Das Ankervorstehungsstück 70 der
Schraubenfeder 8 ist in die Ankerbohrung 32 eingesetzt, welche in
der Laufbuchse 26 des Antriebsteils 4 ausgeformt ist.
Dadurch wird ein Ende der Schraubenfeder 8 an dem
Antriebsteil 4 verankert. Das andere Ankervorstehungsstück 72 der
Schraubenfeder 8 wird in den Eingriffsausschnitt 68
eingeführt, welcher in dem Stützteil 48 des Ankeraufbaus 6
ausgeformt ist. Dadurch wird das andere Ende der
Schraubenfeder 8 an dem Ankeraufbau 6 verankert.
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Wiederum unter Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3 enthält der im
allgemeinen mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete
elektromagnetische Spulenaufbau eine Spule 74 und eine
elektromagnetische Wicklung 76, welche in der Spule 74 aufgenommen
ist. Wie deutlich in der Fig. 2 gezeigt, weist die Spule 74
eine zylindrische innere Umfangswand 48 und ringförmige
Seitenwände 80 und 82 auf, welche an beiden Enden der
inneren Umfangswand 78 angeordnet sind, wobei die äußeren
Umfangsoberflächen zwischen den Seitenwänden 80 und 82
geöffnet sind. In der Spule 74 erstreckt sich eine zylindrische
Zusatzwand 84 axial nach außen, ausgehend von der äußeren
Oberfläche der einen Seitenwand 80, wobei sich eine
ringförmige Zusatzwand 85 radial nach außen ausgehend von dem
vorderen Ende der zylindrischen Zusatzwand 84 erstreckt.
Der Hauptabschnitt der elektromagnetischen Wicklung 43,
welche insgesamt ringförmig ausgebildet ist, wird in einem
Hauptaufnahmeraum in der Spule 74 gehalten; und zwar in
einem Raum, welcher durch die innere Umfangswand 78 und die
beiden Seitenwände 80 und 82 gebildet wird. Der
Verbindungsendabschnitt 86 der elektromagnetischen Wicklung 76
verläuft durch eine Öffnung (nicht gezeigt), welche in der
Seitenwand 80 ausgebildet ist, und verläuft zu einem
Zusatzraum, d.h. der Raum, der durch die eine Seitenwand 80
sowie die Zusatzwände 84 und 85 gebildet ist. Die Spule 74
ist aus einem nichtmagnetischen Material gebildet, wie
Polybutylenterephthalat, und ihre verschiedenen Wände
wirken als magnetische Abschirmwände. Der elektromagnetische
Spulenaufbau 10 enthält ferner ein Gehäuse 88. Das Gehäuse
88 enthält eine Montierbuchse 90, einen Gehäusekörper 92,
eine Endplatte 94 und eine Montierplatte 96. Ein
Stufenabschnitt ist in der äußeren Umfangsfläche der Montierbuchse
90 ausgeformt, welche zylindrisch ausgebildet ist. In der
Fig. 2 ist der äußere Durchmesser des rechten
Halbabschnitts 48 relativ klein und der Durchmesser des linken
Halbabschnitts 100 in Fig. 2 ist relativ groß. Der innere
Durchmesser der Montierbuchse 90 entspricht dem äußeren
Durchmesser der Laufbuchse 26 des Antriebsteils 4. Der
Gehäusekörper 92 weist eine zylindrische Wand 102 auf, die
in geeigneter Weise zylindrisch mit einem relativ großen
Durchmesser ausgebildet ist (sie kann jedoch auch eine
rechteckige, zylindrische Form aufweisen); der
Gehäusekörper 92 weist weiterhin eine Endwand 104 auf, die an der
rechten Endseite der Wand 102 in Fig. 2 vorgesehen ist.
Eine kreisförmige Öffnung 106 ist mittig in der Endwand 104
des Gehäusekörpers 92 ausgebildet. Der Innendurchmesser der
kreisförmigen Öffnung 106 entspricht dem Außendurchmesser
des rechten Halbabschnitts 98. An der vorbestimmten Stelle
der zylindrischen Wand 102 des Gehäusehauptkörpers 92 ist
eine radial durchtretende Bohrung 108 ausgebildet. In
dieser Bohrung 108 ist ein Führungsteil 110 eingepaßt, welches
aus einem geeigneten synthetischen Harz gebildet sein kann.
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In dem Führungsteil 110 ist eine herausführende Bohrung 112
ausgebildet und der Verbindungsendabschnitt 86 der
elektromagnetischen Wicklung 76 erstreckt sich nach außerhalb des
Gehäuses 88 durch ein Verlaufen durch die herausführende
Bohrung 112. In dem vorderen Ende (linkes Ende in Fig. 2)
der zylindrischen Wand 102 erstrecken sich vier
bogenförmige Vorstehungen 114 in axiale Richtung und sind in
Umfangsrichtung gleich beabstandet. Die Montierplatte 96 des
Gehäuses 88 weist die Form einer kreisförmigen Platte auf,
deren rechter Halbabschnitt 116 in Fig. 2 einen relativ
großen Außendurchmesser aufweist. Der Außendurchmesser des
linken Halbabschnitts 118 ist rlativ klein. Eine
kreisförmige Öffnung 120 ist mittig in der Montierplatte 96
ausgebildet. Der Innendurchmesser der Öffnung 120 entspricht dem
Außendurchmesser des linken Endabschnitts in Fig. 2 des
Wellenabschnitts 12 des Abtriebsteils 2. Der Außenumfang
des einen relativ kleinen Durchmesser aufweisenden linken
Halbabschnitts 118 der Montierplatte 96 ist bogenförmig an
zwei diametral gegenüberliegenden Stellen mit Kerben
versehen, so daß zwei gegenüberliegende Stellen einen sich
linear erstreckenden Eingriffsabschnitt 122 bilden. Die
Endplatte 94 des Gehäuses 88 ist im wesentlichen ringförmig
ausgebildet und weist in ihrer Umfangskante vier
bogenförmige Kerben 124 auf, welche äquidistant am Umfang
ausgebildet sind. Diese Kerben 124 sind entsprechend den
bogenförmigen Vorstehungen 114 des Gehäusekörpers 92 ausgeformt. An
der Endplatte 94 ist ebenso eine sich radial nach außen
erstreckende Eingriffsplatte 136 ausgebildet. An dem
zentralen Abschnitt der Endplatte 94 ist eine Öffnung 128
ausgebildet. Die Öffnung 128 weist eine Form entsprechend dem
Außendurchmesser des linken Halbabschnitts 118 der
Montierplatte 96 auf. An zwei sich diametral gegenüberliegenden
Stellen sind Ankerabschnitte 113 angeordnet, die sich
linear erstrecken. Die Montierbuchse 90 in dem Gehäuse 88
ist aus einem magnetischen Material gebildet, wie einem
Sintermaterial, das eisenartiges Öl enthält. Der
Gehäusekörper 92 ist aus einem magnetischen Material gebildet, wie
einem kaltgerollten Stahl (SPCD). Die Endplatte 94 in dem
Gehäuse ist aus einem magnetischen Material gebildet, wie
einem kaltgerollten Stahl (SPCC). Die Montierplatte 96 ist
andererseits aus einem nichtmagnetischen Material gebildet,
wie Polybutylenterephthalat.
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Wie genau in der Fig. 2 gezeigt, werden die Spule 74 in dem
elektromagnetischen Spulenaufbau 10 und die
elektromagnetische Wicklung 76, die an demselben montiert ist, in dem
Gehäusekörper 92 des Gehäuses 88 aufgenommen. Der
Verbindungsendabschnitt 86 der elektromagnetischen Wicklung 76
wird nach außen durch die heraus führende Bohrung 112 des
Führungsteils 110 geführt, wobei das Führungsteil 110 an
den Gehäusekörper 92 montiert ist. Die Montierbuchse 90 des
Gehäuses 88 ist über die Laufbuchse 26 des Antriebsteils 4
relativ dazu drehbar angeordnet, wobei deren linkes Ende
dem ringförmlgen Ankerring, der an die Laufbuchse 26
festgelegt ist, nahe kommt oder gegen denselben ansteht. Der
die Spule 74 und die elektromagnetische Wicklung 76, die
auf der Spule 74 montiert ist, aufnehmende Gehäusekörper 92
weist eine Endwand 104 auf, die an dem rechten
Halbabschnitt 98 der Montierbuchse 90 montiert ist. Die
zylindrische Wand 102 ist der Spule 74 und der äußeren
Umfangsfläche der elektromagnetischen Wicklung 76, montiert an der
Spule 74 angenähert, sowie der äußeren Umfangsfläche des
Ankeraufbaus 6 und der äußeren Umfangsfläche des Rotors 18,
und erstreckt sich nach links in der Fig. 2 ausgehend von
der Endwand 104. Die Spule 74 und die elektromagnetiszhe
Wicklung 76, welche auf der Spule 74 montiert ist, sind
radial außerhalb der Schraubenfeder 8 nahe dem Ankeraufbau
6 angeordnet. Dadurch sind der Rotor 18 des Abtriebsteils
2, der Ankeraufbau 6 und die elektromagnetische Wicklung 76
nacheinander in Axialrichtung in dieser Reihenfolge
angeordnet, wobei die elektromagnetische Wicklung 76 und die
Spule 74, auf der dieselbe montiert ist, ordentlich in dem
Raum aufgenommen sind, welcher umfangsseitig der
Schraubenfeder 8 existiert. Nachdem die Montierbuchse 90 und der
Gehäusekörper 92 wie benötigt montiert sind, wird das Zahnrad
36 in dem Antriebsteil 4 auf der Laufbuchse 26 montiert,
wobei verursacht wird, daß sich das Zahnrad 36 der
Montierbuchse 90 und dem Gehäusekörper 92 annähert und dagegen
ansteht. Anschließend wird der obige Ankerring 42 an den
rechten Endabschnitt der Laufbuchse 26 festgelegt. Dadurch
werden die Montierbuchse 90 und der Gehäusekörper 92 an
einer benötigten Position zusammen mit der Laufbuchse 26
und dem Zahnrad 36 gehalten. Die Montierplatte 96 für das
Gehäuse 88, nahe dem Rotor des Abtriebsteils 2, sind
drehbar an dem linken Endabschnitt des Wellenabschnitts 12
relativ zueinander montiert. Die Endplatte 94 ist an dem
linken Halbabschnitt 118 der Montierplatte 96 montiert. Zu
dieser Zeit wird der Eingriffsabschnitt 122, der in dem
linken Halbabschnitt 118 der Montierplatte 96 ausgebildet
ist, mit dem Eingriffsabschnitt 130 in Eingriff gebracht,
der in der Öffnung 128 der Endplatte 94 ausgeformt ist;
wodurch die Relativdrehung der Montierplatte 96 und der
Endplatte 94 behindert wird. Die bogenförmigen Vorstehungen
114, die in dem linken Ende des Gehäusekörpers 92
ausgeformt sind, stehen in die bogenförmigen Kerben 124 vor,
welche an der äußeren Umfangsfläche der Endplatte 94
ausgebildet sind, wobei die Endplatte 94 an die Platte 96
montiert ist. Auf eine geeignete Weise, wie z.B. ein
Verstemmen, werden die bogenförmigen Vorstehungen 114 und die
bogenförmigen Kerben 124 miteinander befestigt, wodurch die
Endplatte 94 an dem Gehäusekörper 92 festgelegt wird. Wenn
der elektromagnetisch gesteuerte Federkupplungsmechanismus
auf eine benötigte Weise in der obigen Art zusammengebaut
wird, kann klar aus der Fig. 2 entnommen werden, daß das
Gehäuse 88 nicht nur die Spule 74 und die
elektromagnetische Wicklung 76, welche auf der Spule 74 montiert ist,
überdeckt, sondern auch den Rotor 18, den Ankeraufbau 6 und
die Schraubenfeder 8. Der Rotor 18, der Ankeraufbau 6, die
Schraubenfeder 8, die Spule 74 und die elektromagnetische
Wicklung 76, welche auf der Spule 74 montiert ist, werden
in einem Raum aufgenommen, welcher durch das Gehäuse 88 und
den Wellenabschnitt 12 des Abtriebsteils 2 und das
Antriebsteil 4 umgeben ist. Demgemäß werden der Rotor 18, der
Ankeraufbau 6, die Schraubenfeder 8 und die
elektromagnetische Wicklung 76 vollständig vor dem Ansammeln von Staub
geschützt, wodurch eine Verschlechterung der Leistung der
magnetischen Kupplung aufgrund von einer Staubansammlung
sicher vermieden wird.
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Im folgenden wird nun die Verwendungsart des
elektromagnetisch gesteuerten Federkupplungsmechanismus beschrieben.
Wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 2 gezeigt ist,
wird eine sich drehende Welle 132, deren Drehung zu steuern
ist, durch den Schaftabschnitt 12 des Abtriebsteils 2
eingesetzt. Dann wird ein Gewindestift 134 für die
Schraubenbohrung 22 des Wellenabschnitts 12 verwendet, um die sich
drehende Welle 132 und das Abtriebsteil 2 festzulegen.
Das Zahnrad 36 des Antriebsteils 4 steht in einer
Antriebsverbindung mit einer Antriebsquelle, welche ein Motor sein
kann; und zwar über geeignete Antriebsverbindungsmittel
(nicht gezeigt), wie eine Serie von Zahnrädern. Das
Eingriffsstück 126, welches in der Endplatte 94 des Gehäuses
88 ausgeformt ist, ist an einer geeigneten Stelle
verankert, wodurch die Drehung des Gehäuses 88 und der Spule
74 und der in ihr aufgenommenen elektromagnetischen
Wicklung 76 verhindert wird. Wenn die obige Antriebsquelle
(nicht gezeigt) angeregt wird, mit der das Zahnrad 36 des
Antriebsteils 4 in einer Antriebsverbindung steht, dreht
sich das Antriebsteil 4 mit dem Zahnrad 36 in
Uhrzeigerrichtung, betrachtet von der rechten Seite der Fig.
2. Diese Drehung des Antriebsteils 4 wird zu dem
Ankeraufbau 6 über die Schraubenfeder 8 übertragen, wodurch der
Federaufbau 6 ebenso in Uhrzeigerrichtung, gesehen von der
rechten Seite der Fig. 2, gedreht wird. Wie genau in der
Fig. 4 dargestellt, wird andererseits, wenn die
elektromagnetische Wicklung 76 aberregt wird, der Anker 44 des
Ankeraufbaus 6 von dem Rotor 18 des Abtriebsteils 2
isoliert, wobei das Abtriebsteil 2 mit dem Rotor 18 stationär
ohne eine Drehung gehalten wird.
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Wenn die elektromagnetische Wicklung 76 angeregt wird, wird
ein magnetisches Feld erzeugt, welches durch durch
unterbrochene Linien in Fig. 2 gezeigte magnetische Pfade
derläuft. Dies geschieht deshalb, da das vollständige
Abtriebsteil 2, die Laufbuchse 26 des Antriebsteils 4, die
Montierbuchse 90 des Gehäuses 88, der Gehäusekörper 92 und
der Anker 44 des Ankeraufbaus 6 aus magnetischen
Materialien hergestellt sind, wobei diese Elemente eine
ausreichende Nähe zueinander aufweisen. Durch die magnetiscne
Anziehungskraft, welche zwischen dem Rotor 18 des
Abtriebsteils 2 und dem Anker 44 erzeugt wird, wird das Federteil
46 in dem Ankeraufbau 6 elastisch verformt, um den Anker in
Richtung auf den Rotor 18 zu bewegen, wobei der Anker 44
von dem Rotor 18 angezogen wird, wie in der Fig. 5 gezeigt.
Da der Spalt zwischen dem Rotor 18 und dem Anker 44
ausreichend klein gemacht werden kann, kann durch die effektive
Verwendung der magnetischen Anziehungskraft, erzeugt durch
die Erregung der elektromagnetischen Wicklung 76, der Anker
44 sehr schnell magnetisch zu dem Rotor 18 gezogen werden.
Wenn der Anker 44 magnetisch zu dem Rotor 18 gezogen wird,
wird das Abtriebsteil 2 mit dem Ankeraufbau 6 verbunden und
die Drehung des Ankeraufbaus 6 und daher die Drehung der
Schraubenfeder 8, verankert an einem Ende des Stützteils 48
des Ankeraufbaus 6, verhindert. Die Drehkraft, welche auf
die Schraubenfeder 8 ausgehend von dem Antriebsteil 4
ausgeübt wird, kontrahiert dann die Schraubenfeder 8. An dem
Antriebsteil 4 ist das andere Ende der Schraubenfeder 8
verankert. Dadurch wird die Schraubenfeder 8 fest auf dem
Antriebsansatz 30 des Antriebsteils 4 und dem
Abtriebsansatz 14 des Abtriebsteils 2 gebunden, wobei der
Antriebsansatz mit dem Abtriebsteil 2 in Verbindung tritt. Dadurch
wird das Antriebsteil 4 mit dem Abtriebsteil 2 verbunden
und das Antriebsteil 4, die Schraubenfeder 8, der
Ankeraufbau 6 und das Abtriebsteil 2 werden in Uhrzeigerrichtung
als eine Einheit gedreht, gesehen von der rechten Seite der
Fig. 2. Wenn die elektromagnetische Wicklung 76 aberregt
wird, wird der Anker 44 zurück zu der Ursprungsstellung
gebracht und von dem Rotor 18 durch die elastische
Zurückverformung des Federteils 46 in dem Ankeraufbau 6 isoliert,
wie in der Fig. 4 dargestellt. Dadurch werden die
Schraubenfeder 8 und der Ankeraufbau 6 zusammen mit dem
Antriebsteil 4 gedreht, wobei jedoch keine Drehkraft auf das
Abtriebsteil 2 übertragen wird.
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Während im obigen die vorliegende Erfindung detailliert
unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen entsprechend
bevorzugten Ausführungsformen des elektromagnetisch
gesteuerten Federkupplungsmechanismus beschrieben wurde, ist
die Erfindung nicht auf diese spezifischen
Ausführungsformen des elektromagnetisch gesteuerten
Federkupplungsmechanismus beschränkt und verschiedene Änderungen und
Modifikationen sind möglich, ohne den Schutzumfang der hierin
enthaltenen Patentansprüche zu verlassen.
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Da der elektromagnetisch gesteuerte
Federkupplungsmechanismus gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist, sind der Rotor,
der Ankeraufbau und die elektromagnetische Wicklung
nacheinander in dieser Reihenfolge in Axialrichtung angeordnet,
wobei die elektromagnetische Wicklung dadurch aufgenommen
werden kann, daß der am äußeren Umfang der Schraubenfeder
existierende Raum sauber verwendet wird. Demgemäß wird eine
drastische Reduzierung der Größe realisiert. Andererseits
wird ein magnetisches Feld erzeugt, das durch magnetische
Pfade verläuft, die durch den Rotor und den Anker
verlaufen; wenn die elektromagnetische Wicklung angeregt wird.
Durch diese magnetische Feld wird der Anker magnetisch zu
dem Rotor gezogen und der Rotor und der anzuziehende Anker
können nahe aneinander angeordnet werden. Demgemäß kann der
Anker sehr schnell zu dem Rotor gezogen werden,
entsprechend der magnetischen Anziehungsfähigkeit der
elektromagnetischen Wicklung, wobei zum Zeitpunkt der Verbindung
keine Verminderung der Reaktionsgeschwindigkeit auftritt.
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In dem erfindungsgemäß aufgebauten elektromagnetisch
gesteuerten Federkupplungsmechanismus wird nicht nur die
elektromagnetische Wicklung sondern auch der Rotor des
Abtriebsteils, der Ankeraufbau und die Schraubenfeder durch
das Gehäuse für den elektromagnetischen Spulenaufbau
bedeckt. Demgemäß werden diese einzelnen Elemente vor einer
Staubansammlung geschützt, wodurch eine Verminderung der
Leistung aufgrund der Anhaftung von Staub sicher verhindert
werden kann.