DE2853832A1

DE2853832A1 - Elektromagnetische kupplung

Info

Publication number: DE2853832A1
Application number: DE19782853832
Authority: DE
Inventors: Paul P Newton; Robert A Olsen
Original assignee: Warner Electric Brake and Clutch Co
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1977-12-14
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1979-06-21
Also published as: DE7836957U1; GB2010421A; IT7830808A0; FR2412005A1; JPS5484159A

Description

DR.-INS. DIPL.-ING. M. SC. DIP1..-PHVS. r>R. DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECH" -GRIF.S5BACH - HAECKER

A 43 017 b Anmelder: Warner Electric Brake &

k - 163 .Clutch Company

11.Dezember 1978 BELOIT₃ Wis. 53511, USA

Beschreibung: Elektromagnetische Kupplung

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kupplung mit einem aus magnetischem Material bestehenden Rotor, welcher zwei Ringe und Polflächen an einem Ende der Ringe aufweist, mit einem Anker, welcher durch einen den Rotor und den Anker durchfliessenden magnetischen Fluss in axialer Richtung gegen die Polflächen des Rotors bewegbar ist, und mit Einrichtungen zur Erzeugung eines magnetischen Flusses.

Bei derartigen Kupplungen ist der Anker normalerweise durch einen axialen Luftspalt von den Polflächen getrennt, die an einem Ende des Rotors vorgesehen sind. Weiterhin ist eine Wicklung mit mehreren Windungen zwischen einem Magnetkern und dem Rotor vorgesehen, welche, wenn sie erregt wird, einen magnetischen Fluss erzeugt, der über den Luftspalt zwischen dem Anker und den Polflächen fliesst und den Anker gegen die Polflächen zieht. Auf diese Weise wird der Anker mit dem Rotor gekuppelt und dreht sich nunmehr gemeinsam mit diesem. Dabei ist das von der Kupplung übertragbare Drehmoment teilweise von der Grosse des magnetischen Flusses abhängig, welcher quer zum Luftspalt wirksam ist.

Eine Kupplung dieser Bauart ist in der US-PS 2 919 777 beschrieben. Bei dieser Kupplung ist ein vierpoliger Rotor vorgesehen,

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welcher vier Polflächen aufweist, die zur Folge haben, dass sich im Bereich des Luftspalts ein zickzackförmiger magnetischer Pfad ergibt, wodurch die magnetische Anziehungskraft erhöht wird.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Kupplung, insbesondere einen Rotor für eine derartige Kupplung anzugeben, der vier Pole aufweist und besonders wirtschaftlich herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine magnetische Kupplung der eingangs beschriebenen Art gelöst, welche gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rotor eine ringförmige innere Polfläche, eine gegenüber der inneren Polfläche radial nach aussen versetzte äussere Polfläche und zwei zwischen der inneren und der äusseren Polfläche liegende mittlere Polflächen aufweist, dass der Anker ringförmig ausgebildet und bei nicht betätigter Kupplung von den Polflächen durch einen axialen Luftspalt getrennt ist und die innere sowie die äussere Polfläche in radialer Richtung überlappt, dass der magnetische Pfad des den Anker gegen die Polflächen ziehenden magnetischen Flusses den Luftspalt zickzackförmig kreuzt, dass in Umfangsrichtung des Ankers verlaufende, in radialer Richtung in Höhe der Grenze zwischen den mittleren Polflächen befindliche Elemente hohen magnetischen Widerstandes vorgesehen sind, dass drei benachbarte Polflächen der vier Polflächen an einer Stirnfläche eines einstückigen Bauteils vorgesehen sind, welches einen der Ringe des Rotors bildet, dass in diesem Ring zwischen zxieien der Polflächen Schlitze oder dergleichen vorgesehen sind, dass

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die vierte Polfläche an einer Stirnfläche eines weiteren einstückigen Bauteils vorgesehen ist, welches den zweiten Ring des Rotors bildet, und dass zwischen den Ringen in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete, radial verlaufende Speichen vorgesehen sind, die einstückig an den einen der Ringe angeformt und an dem anderen Ring befestigt sind.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemässen Kupplung bzw. des Kupplungsrotors gemäss der Erfindung besteht darin, dass aufgrund der Tatsache, dass drei der vier Polflächen an einem einzigen einstückigen Bauteil vorgesehen sind, eine wirtschaftliche Fertigung ermöglicht und gleichzeitig eine ausreichende magnetische Isolation der Polflächen gegeneinander herbeiführbar ist.

Die wirtschaftlichste Weise zur Herstellung eines vierpoligen Rotors bestünde zwar darin, den ganzen Rotor als einstückiges Stanzteil herzustellen, bei dem in Umfangsrichtung verlaufende Sätze von Schlitzen in unterschiedlichen radialen Abständen vom Mittelpunkt Bereiche hohen magnetischen Widerstandes zwischen den einzelnen Polflächen bilden; bei dieser Ausgestaltung sind jedoch die innerste Polfläche und die äusserste Polfläche mit den jeweils angrenzenden Polflächen durch radiale Stege zwischen den Schlitzen miteinander verbunden, die einen niedrigen magnetischen Widerstand aufweisen und somit infolge magnetischer Leckflüsse das von der Kupplung übertragbare Drehmoment verringern.

Erfindungsgemäss lässt sich dieser Nachteil dadurch beträchtlich

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verringern, dass man die innerste Polfläche einerseits und die äusserste Polfläche andererseits an getrennten Bauteilen vorsieht, die in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung durch ein nicht'magnetisches Material, beispielsweise ein Kupferlot, voneinander getrennt sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer elektromagnetischen Kupplung gemäss der Erfindung;

Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 vergrösserten Teillängsschnitt durch die erfindungsgemässe Kupplung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Polflächen der Kupplung gemäss Fig. 1, gesehen von der Linie 3-3 in dieser Figur;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Polflächen des inneren Rings des Rotors der erfindungsgemässen Kupplung gemäss Fig. Ij

Fig. 5 einen vergrösserten Teilquerschnitt durch die Anordnung gemäss Fig. 3 längs der Linie 5-5 in dieser Figur und

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Anker der erfindungsgemässen Kupplung gemäss Fig. 1, gesehen von der Linie 6-6 in dieser Figur.

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Im einzelnen zeigen die Fig. 1 bis 6 der Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform einer Kupplung 10 gemäss der Erfindung in Verbindung mit einem Kompressor 11, wie er beispielsweise für Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen verwendet wird, wobei der Kompressor 11 einen rohrförmigen Ansatz 13 für die Montage der Kupplung 10 und eine Antriebswelle 14 aufweist, welche den Ansatz 13 durchgreift.

Die Kupplung 10 besitzt einen ringförmigen Magnetkern 15, dessen radialer Querschnitt im wesentlichen J-förmig ist und' der einen inneren Polring 16 und einen äusseren Polring 17 aufweist. Die hinteren, in Fig. 1 linken Enden der Polringe 16,17 sind dabei einstückig über eine Brücke 19 miteinander verbunden, welche an der Stirnseite des Kompressors 11 starr befestigt ist. In einem U-förmigen Kanal 21 ist auf der Aussenseite des inneren Polrings 16 eine Wicklung 20 mit mehreren Windungen vorgesehen. In diesem Zusammenhang wird auf eine Parallelanmeldung der Anmelderin (amtliches Aktenzeichen P ), (Titel: Elektromagnetische Kupplung; Anwaltsakte: A 43 016) (Antrag vom 12.12.1978) verwiesen, wo der Aufbau des Magnetkerns 15 mehr ins Einzelne gehend beschrieben ist.

Auf dem rohrförmigen Ansatz 13 des Kompressors 11 ist mit Hilfe eines Kugellagers 23 ein ringförmiger Rotor 22 drehbar gelagert, v/elcher von einem Antriebsaggregat, beispielsweise dem Motor eines Kraftfahrzeugs, über einen endlosen Riemen 24 angetrieben werden kann. Der Rotor 22 ist im radialen Querschnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet und besitzt einen

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inneren Polring 25 und einen dazu konzentrischen äusseren PoI-

~_c bzw- maqne,tisierb.arem . . . ring 26 aus magnetischem/material, wobei der innere Polring 25 mit dem äusseren Lagerring des Kugellagers 23 verbunden ist. Die Umfangsfläche des äusseren Polrings 26 ist in dessen äusserem Teil - in Fig. 1 rechts - mit mehreren axial im Abstand voneinander angeordneten Ringnuten 27 (Fig. 2) versehen, zwischen denen ringförmige Rippen 28 liegen, wobei die Nuten und Rippen 27,28 dem Profil auf der Innenseite des Riemens angepasst sind. Der äussere Polring 26 bildet somit eine Riemenscheibe für den Riemen 24.

Der innere Polring 25 des Rotors 22 ist gegenüber dem inneren Polring 16 des Magnetkerns 15 nach innen versetzt, während der äussere Polring 26 des Rotors 22 zwischen der Wicklung 20 und dem äusseren Polring 17 des Magnetkerns 15 liegt, wobei zwischen der Wicklung 20 und dem äusseren Polring 26 ein Zwischenraum vorgesehen ist. Wenn die Wicklung 20 durch Anlegen an eine Spannungsquelle (nicht dargestellt) erregt wird, dann ergibt sich ein magnetischer Fluss auf einem Pfad, der durch den Magnetkern 15 und den Rotor 22 hindurchgeht und der die verschiedenen Luftspalte zwischen den Polringen kreuzt. Der magnetische Pfad ist in den Fig. 1 und 2 als gestrichelte Linie 30 eingezeichnet. Die Art und Weise, auf die zwischen dem Magnetkern 15 und dem Rotor 22 ein definierter magnetischer Fluss erzeugt wird, ist in der vorstehend erwähnten Parallelanmeldung ausführlich erläutert.

Das vordere bzw. äussere Ende des Rotors 22 (in Fig. 1 links) bildet vier Polflächen 33 bis 36 (Fig. 2), die einem Anker 37 gegenüberliegen, dessen äusserer Rand vor allen vier Polflächen

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liegt. Beim Ausführungsbeispiel ist der Anker 37 kreisringförmig ausgebildet und mit Hilfe eines Satzes von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Blattfedern 39 (Fig. 6) an einer Nabenanordnung 40 befestigt, welche mit Hilfe eines Keils 41 (Fig. 1) mit der Antriebswelle 14 des Kompressors 11 verbunden ist. Die Blattfedern 40 halten den Anker 37 normalerweise in einem solchen Abstand von den Polflächen 33 bis 36, dass sich ein schmaler axialer Luftspalt 43 (Fig. 2) ergibt. Wenn die Wicklung 20 erregt wird, dann ergibt sich für den magnetischen Fluss der magnetische Pfad 30, der den Luftspalt 43 kreuzt, so dass der Anker 37 in Reibkontakt mit den Polflächen 33 bis 36 gezogen wird, wodurch der Anker 37 und der Rotor 22 gekuppelt werden und sich nunmehr gemeinsam drehen, wodurch eine Drehbewegung der Antriebswelle 14 herbeigeführt wird.

Wie die Fig. 2 und 6 zeigen, sind in dem Anker 37 drei in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete, durchgehende bogenförmige Schlitze 44 vorgesehen, die etwa in der Mitte zwischen dem inneren und dem äusseren Rand des Ankers 37 liegen und in radialer Richtung eine solche Lage einnehmen, dass sie bei montierter Kupplung 10 zwischen den Polflächen 34 und 35 des Rotors 22 angeordnet sind. Die Schlitze 44 verlaufen in Umfangsrichtung und stellen zwischen einer inneren Ringzone 45 und einer äusseren Ringzone 46 des Ankers 37 einen Bereich hohen magnetischen Widerstandes dar.

Da der Anker 37 mit den Schlitzen 44 versehen ist und da der Rotor 22 vier Polflächen 33 bis 36 aufweist, passiert der

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magnetische Pfad 30 den axialen Luftspalt 43 insgesamt viermal auf einem zickzackförmigen Weg. Dieser Weg für den magnetischen Fluss geht zunächst von der inneren Polfläche 33 zu der inneren Ringzone 45 und dann von dort wieder zurück zu der mittleren Polfläche 34. Dann verläuft der magnetische Fluss von der mittleren Polfläche 35 zu der äusseren Ringzone 46 des Ankers 37 und von dort wieder zurück zu der äusseren Polfläche 36. Aufgrund des zickzackförmigen Weges für den magnetischen Fluss zwischen dem Anker 37 und dem vierpoligen Rotor 22 werden die magnetischen Anziehungskräfte im Vergleich zu einem magnetischen Pfad mit einem Hinweg und einem Rückweg, wie er sich bei einem zweipoligen Rotor ergibt, im wesentlichen verdoppelt.

Erfindungsgemäss ist der neue und verbesserte vierpolige Rotor 22 so ausgebildet, dass drei seiner Polflächen 33 bis 35 Bestandteile eines einstückigen billigen Bauelements sind, während die vierte Polfläche 36 Bestandteil eines getrennt hergestellten Bauelements ist, welches mit den anderen Polflächen über eine magnetische Sperre mit vergleichsweise hohem magnetischen Widerstand verbunden ist. Auf diese Weise ist der Rotor billiger herzustellen als ein Rotor mit mehr als zwei getrennt hergestellten Polelementen und weist gleichzeitig dennoch geringere Streuflüsse auf als ein Rotor, dessen vier Pole an einer einzigen Baueinheit ausgebildet sind.

Im einzelnen sind die innere Polfläche 33 und die beiden mittleren Polflächen 34 und 35 sämtlich Bestandteil der Vorderseite eines einstückigen Ringes 5Ö (Fig. 4), der einstückig mit dem inneren Polring 25 des Rotors 22 ausgebildet ist und in radialer Richtung über dessen vorderes, in Fig. 1 rechtes Ende vorsteht. Die innere Polfläche 33 ist dabei unmittelbar

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angrenzend an den inneren Polring 25 angeordnet und von der am weitesten innenliegenden mittleren Polfläche 34 in radialer Richtung durch mehrere in Ümfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete, bogenförmige, in Ümfangsrichtung verlaufende Schlitze 51 (Pig· 4) getrennt, welche durch den Ring 50 hindurchgehen. Zwischen den Schlitzen 51 befinden sich einstückig an den Ring 50 angeformte Stege 53, welche die innere Polfläche 33 und die innere mittlere Polfläche 34 derart miteinander verbinden, dass diese Polflächen gemeinsam drehbar sind.

Aufgrund der Schlitze 51 ergeben sich zwischen der inneren Polfläche 33 und der inneren mittleren Polfläche 34 Luftspalte mit hohem magnetischem Widerstand, die den direkten magnetischen Fluss zwischen diesen Polflächen auf ein Minimum reduzieren. Da die beiden mittleren Polflächen 34 und 35 auf entgegengesetzten Seiten der Schlitze 44 des Ankers 37 liegen, wird der magnetische Fluss zwischen den mittleren Polflächen direkt übertragen, so dass diese nicht durch Schlitze oder andere Einrichtungen hohen magnetischen Widerstandes voneinander getrennt sind.

Da die Polflächen 33,34 und 35 einstückig ausgebildet sind, kann der Ring 50 einfach und billig als einstückiges Stanzteil hergestellt werden. Andererseits erlauben die Stege 53 einen gewissen direkten magnetischen Leckfluss zwischen den Polflächen 33,34, welcher den magnetischen Fluss über den Luftspalt 43 reduziert und damit das durch die Kupplung 10 übertragbare Drehmoment verringert.

Bei der praktischen Verwirklichung der Erfindung wird eine weitere Verringerung des von der Kupplung 10 übertragbaren

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Drehmoments dadurch vermieden, dass man die äussere Polfläche 36 getrennt von dem Ring 50 herstellt und zwischen diesem und der äusseren Polfläche 36 eine Sperre hohen magnetischen Widerstandes vorsieht. Im einzelnen wird die äussere Polfläche 36 durch die Vorderseite eines getrennt hergestellten Ringes

55 (Fig. 2 und 3) gebildet, der an radiale, abstehende, in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Speichen

56 befestigt ist, die einstückig am äusseren Umfang des Ringes 50 angeformt sind (vgl. Fig. ²O und die zur Bildung von Schlitzen 57 (Fig. 3) zwischen dem inneren Ring 50 und dem äusseren Ring 55 führen. Das Auftreten eines magnetischen Leckflusses über die Speichen 56 wird dadurch auf ein Minimum reduziert, dass man den Ring 55 an den Speichen 56 mit einem Material hohen magnetischen Widerstandes befestigt, beispielsweise mittels eines Kupferlots 60 (Fig. 5)· Der Ring 55 steht somit nicht in direktem magnetischen Kontakt mit den Speichen 56, sondern ist von diesen durch das Kupferlot 60 getrennt. Anstatt ein unmagnet.isches Lötmaterial zu verwenden, könnte man auch die Rückseiten der Speichen 56 über kleine geschweisste Vorsprünge mit der Rückseite des Ringes 55 verbinden, um so zwischen dem Ring 55 und den einzelnen Speichen 56 jeweils einen Luftspalt aufrechtzuerhalten.

Wie Fig. 5 zeigt, übergreift der Ring 55 den äusseren Umfang und einen Teil der Rückseite der Speichen 56. Zur Erleichterung der Herstellung einer guten Lötverbindung besitzen die Speichen 56 an ihrer Rückseite jeweils eine Schrägfläche 6l, welche einer dazu komplementären Schräg- bzw. Konusfläche 62 des Ringes 55 gegenüberliegt.

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Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist ferner darin zu sehen, dass der Ring 55, der die äussere Polfläche 36 bildet 3 einstückig mit dem äusseren Polring 26 ausgebildet ist und praktisch eine Verlängerung der durch die Muten und Rippen 27,28 gebildeten Riemenscheibe darstellt. Wie Fig. 5 zeigt, ist der Ring 55 mit dem äusseren Polring 26 durch eine nach vorn und aussen abstehende, einstückige Verlängerung 64 des Polrings 26 verbunden. Die Polfläche 36 ist somit Bestandteil des gleichen Bauteils, welches die Riemenscheibe für den Riemen 24 darstellt. Die sich kegelförmig nach aussen erweiternde Verlängerung 64 bewirkt, dass der äussere Umfang des Ringes 55 in radialer Richtung über die Rippen 28 vorsteht und ermöglicht es, dass die äussere Polfläche 36 dem äussersten Rand des Ankers 37 gegenüberliegt.

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Claims

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PATENTANWÄLTE IN STUTTGART *ϊ Λ Γ" "i β "> «*

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Patentansprüche:

ί 1. ' Elektromagnetische Kupplung mit einem aus magnetischem Material bestehenden Rotor, welcher zwei Ringe und Polflächen an einem Ende der Ringe aufweist, mit einem Anker, welcher durch einen den Rotor und den Anker durchfliessenden magnetischen Fluss in axialer Richtung gegen die Polflächen des Rotors bewegbar ist, und mit Einrichtungen zur Erzeugung eines magnetischen Flusses, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (22) eine ringförmige innere Polfläche (33) , eine gegenüber der inneren Polfläche (33) radial nach aussen versetzte äussere Polfläche (36) und zwei zwischen der inneren und der äusseren Polfläche (33 bzw. 36) liegende mittlere. Polflächen (34,35) aufweist, daß der Anker (37) ringförmig ausgebildet und bei nicht betätigter Kupplung (10) von den Polflächen (33 bis 36) durch einen axialen Luftspalt (43) getrennt ist und die innere sowie die äussere Polfläche (33 bzw. 36) in radialer Richtung überlappt, daß der magnetische Pfad (30) des den Anker (37) gegen die Polflächen (33 bis 36) ziehenden magnetischen Flusses den Luftspalt (43) zick-zack-förmig kreuzt, daß in Umfangsrichtung des Ankers (37) verlaufende, in radialer Richtung in Höhe der Grenze zwischen den mittleren Polflächen (34,35) befindliche Elemente (44) hohen magnetischen Widerstandes vorgesehen sind, daß drei benachbarte Polflächen (33,34,35) der vier Polflächen (33 bis 36) an einer Stirnfläche eines einstückigen Bauteils vorgesehen sind,welches einen der Ringe (50) des Rotors (22) bildet, daß in diesem Ring (50) zwischen zweien der Polflächen (33,34) Schlitze (51) oder dergleichen vorgesehen sind, daß die vierte Polfläche (36) an einer Stirnfläche eines weiteren einstückigen

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Bauteils vorgesehen ist, welches den zweiten Ring (55) des Rotors (22) bildet, und daß zwischen den Ringen (50,55) in ümfangsrichtung in Abstand voneinander angeordnete, radial verlaufende Speichen (56) vorgesehen sind, die einstückig an den einen der Ringe (50) angeformt und an dem anderen Ring (55) befestigt sind.

2· Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Riemenscheibe (27,28) mit mindestens einer Nut (27) zur Aufnahme eines Treibriemens (16) für das Antreiben des Rotors (22) zu einer Drehbei\regung vorgesehen ist und dass der zweite Ring (55) einstückig mit der Riemenscheibe (27,28) ausgebildet und radial ausserhalb des ersten Ringes (50) angeordnet ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Polfläche (36) durch die Stirnfläche des zweiten Rings (55) gebildet ist, dass der zweite Ring (55) den ersten Ring aussen umgibt und dass die Speichen (56) einstückig an den ersten Ring (50) angeformt sind.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ring (55) das eine Ende einer Riemenscheibe (27,28) bildet, die mindestens eine Nut (27) zur Aufnahme eines Treibriemens (16) zum Antreiben des Rotors (22) zu einer Drehbewegung aufweist.

5. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (22) eine Riemenscheibe aufweist und dass die äussere Umfangsfläche der Riemenscheibe mit alternierend aufeinanderfolgenden Nuten (27) und Rippen (28) versehen ist und dass

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der Aussendurchmesser des zweiten Ringes (55) grosser ist als der Aussendurchmesser der Rippen (28).

6. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen (56) auf ihren den Polflächen (33 bis 36) abgewandten Rückseiten jeweils mit einer Schrägfläche (61) versehen sind und dass der zweite Ring (55) die äusseren Enden und die Rückseiten der Speichen (56) umgreift und mit einer zu den Schrägflächen (6l) der Speichen (56) komplementären Schrägfläche (62) versehen ist.

7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ring (55) mit den Speichen (56) durch eine nichtmagnetische Lötmittelschicht (60) zwischen den einander überlappenden Bereichen des Ankers (37) und der Speichen (56) verbunden ist.

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