DE102004005367A1

DE102004005367A1 - Vorrichtung zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses

Info

Publication number: DE102004005367A1
Application number: DE102004005367A
Authority: DE
Inventors: Seiji Tomita; Motohiro Sotome
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: US20040152556A1; US7118507B2; JP2004239326A; DE102004005367B4; JP4320461B2

Abstract

Eine Vorrichtung zur automatischen Änderung eines Untersetzungsverhältnisses umfasst ein Planetengetriebe (26) mit einem Sonnenrad (20), Planetenrädern (22) und einer Innenverzahnung (24). Wenn eine Last, die ein festgelegtes Drehmoment überschreitet, auf die Innenverzahnung (24) aufgebracht wird, tritt eine Klinke (60) eines Verriegelungshebels (54a, 54b) in Eingriff mit einem Zahngesperre (14) eines Gehäuses (16), um die Drehung der Innenverzahnung (24) anzuhalten und die Innenverzahnung (24) zu verriegeln. Wenn ein verschiebbares Element (62a, 62b) eines Stellgliedes (66) von einer Auswärtsrichtung zu einer Einwärtsrichtung verschoben wird, wird die Drehung eines Motors (61) umgekehrt, und eine Eingangswelle (28) und ein Kurvenstück (24) werden in entgegengesetzter Richtung gedreht, um den verriegelten Zustand freizugeben. Dementsprechend wird das Getriebeuntersetzungsverhältnis, das von einer Abtriebswelle (36) zu dem Stellglied (66) übertragen wird, automatisch umgeschaltet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses, die es ermöglicht, die Getriebeuntersetzung (Verringerung der Drehzahl oder Geschwindigkeit), welche von einer Abtriebswelle mit Hilfe eines Planetengetriebes, einer Innenverzahnungsverriegelung und eines Innenverzahnungsverriegelungslösemechanismus auf ein verschiebbares Element übertragen wird, automatisch zu ändern.
Eine Mutternanziehmaschine, die ein automatisches Befestigungswerkzeug für Schrauben mit bspw. Muttern und Bolzen ist, ist als Vorrichtung bekannt, bei der ein Getriebeuntersetzungsverhältnisänderungsmechanismus eingesetzt wird.
Eine derartige Mutternanziehmaschine umfasst ein Sonnenrad und Planetenräder. Das Sonnenrad und die Planetenräder, die als ein erster Geschwindigkeitsreduzierabschnitt dienen und ein Planetengetriebe bilden, sind an einem Ende einer Antriebswelle eines Druckluftmotors vorgesehen. Eine erste Abtriebswelle, die integral mit den Planetenrädern des Geschwindigkeitsreduzierabschnitts verbunden ist, hat eine reduzierte Drehzahl, so dass ihr Ausgangsdrehmoment groß ist. Die Mutternanziehmaschine umfasst außerdem zweite und dritte Geschwindigkeitsreduzierabschnitte, die jeweils ebenfalls einen Planetengetriebemechanismus aufweisen. Die zweiten und dritten Geschwindigkeitsreduzierabschnitte sind mit dem ersten Geschwindigkeitsreduzierabschnitt verbunden, um die Geschwindigkeit weiter zu reduzieren. Dementsprechend wird an einer Mutternfestziehbuchse, die an einer Antriebswelle des dritten Geschwindigkeitsreduzierabschnittes angebracht ist, ein hohes Drehmoment erzeugt. Dadurch kann die Mutter mit dem hohen Ausgangsdrehmoment festgezogen werden.
Die japanische Patentoffenlegung Nr. 9-295278, die sich auf eine oben beschriebene Mutternanziehmaschine bezieht, beschreibt bspw. folgendes System. Eine Innenverzahnung, die in einen Planetengetriebemechanismus als Geschwindigkeitsreduzierabschnitt integriert ist, ist drehbar. Außerdem ist an der Innenverzahnung ein Kupplungsabschnitt angeordnet, in dem eine Abtriebswelle und die Innenverzahnung gemeinsam gedreht werden, wenn auf die Abtriebswelle keine Last aufgebracht wird. Wird auf die Abtriebswelle Last aufgebracht, so wird die Drehung der Innenverzahnung angehalten und die Abtriebswelle durch den Kupplungsabschnitt mit reduzierter Geschwindigkeit gedreht.
Wird jedoch das in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 9-295278 beschriebene technische Konzept bspw. bei einem Stellglied angewandt, welches hin und her läuft, bspw. einer Kolbenstange eines Fluiddruckzylinders oder einem Gleiter eines Linearstellgliedes, kann das Untersetzungsverhältnis nicht umgeschaltet oder geändert werden, auch wenn der Druckluftmotor umgeschaltet wird, da es nicht möglich ist, die erfasste Walze zu lösen. In dieser Situation kann die Kolbenstange oder der Gleiter, welche entlang der auswärts gerichteten Strecke verschoben wurden, anschließend nicht mehr mit hoher Geschwindigkeit in Einwärts- oder Rückwärtsrichtung verschoben werden.
Somit tritt folgendes Problem auf: Nachdem die Drehung der Innenverzahnung angehalten und das hohe Drehmoment an dem Hubende in Auswärtsrichtung erzeugt wurde, wird bei dem in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 9-295278 beschriebenen technischen Konzept die Verschiebung mit niedriger Geschwindigkeit in Einwärtsrichtung durchgeführt, wobei die Drehung der Innenverzahnung angehalten bleibt, ohne das Getriebeuntersetzungsverhältnis umzuschalten.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses vorzuschlagen, die es ermöglicht, das Getriebeuntersetzungsverhältnis automatisch umzuschalten, so dass ein Stellglied mit hoher Geschwindigkeit in Einwärtsrichtung verschoben werden kann, nachdem das in Auswärtsrichtung verschobene Stellglied ein hohes Drehmoment an dem Hubende der Verschiebung erzeugt hat.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Sonnenrad und eine Innenverzahnung in gleicher Drehrichtung gedreht, wenn ein verschiebbares Element eines Stellgliedes in Auswärtsrichtung verschoben wird. Wenn eine ein festgelegtes Drehmoment überschreitende Last von dem Stellglied über eine Abtriebswelle auf die Innenverzahnung aufgebracht wird, so wird die Innenverzahnung, welche in der gleichen Richtung gedreht wird wie das Sonnenrad, dann in einer Richtung gedreht, die sich von der des Sonnenrades unterscheidet. Dementsprechend wird die Drehung der Innenverzahnung durch einen Verriegelungsmechanismus angehalten und die Innenverzahnung ist verriegelt. Wenn die Innenverzahnung in dem verriegelten Zustand ist, wird das Ganguntersetzungsverhältnis, welches über die Abtriebswelle übertragen wird, automatisch umgeschaltet oder geändert. Das verschiebbare Element des Stellgliedes wird bspw. an der Hubendposition der Auswärtsrichtung mit hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit verschoben.
Wenn andererseits das verschiebbare Element des Stellgliedes von der Verschiebungsendposition der Auswärtsrichtung nach innen verschoben wird, wird die Polarität des einer Drehantriebsquelle zugeführten Stromes umgekehrt, das Sonnenrad in umgekehrter Richtung gedreht und die Innenverzahnung aus dem verriegelten Zustand freigegeben. Daher wird das Untersetzungsverhältnis, welches von der Abtriebswelle auf das verschiebbare Element des Stellgliedes übertragen wird, automatisch umgeschaltet oder geändert, und das verschiebbare Element des Stellgliedes wird mit niedrigem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit in Einwärtsrichtung (zurück) verschoben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Untersetzungsverhältnis entsprechend der nach außen oder innen gehenden Bewegungsrichtung des verschiebbaren Elementes des sich wie oben beschrieben hin und her bewegenden Stellgliedes automatisch zu ändern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Planetengetriebemechanismus der Vorrichtung gemäß 1.
3 ist ein Vertikalschnitt durch die Vorrichtung gemäß 1.
4 ist eine Seitenansicht, die eine Ursprungsposition einer Innenverzahnung und eines Sonnenrades zur Drehung im Uhrzeigersinn darstellt.
5 ist eine Seitenansicht, in welcher die Innenverzahnung ausgehend von dem in 4 gezeigten Zustand entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird.
6 ist eine Seitenansicht, die einen verriegelten Zustand darstellt, in welchem Verriegelungshebel ausgehend von dem in 5 gezeigten Zustand gedreht werden und Klinken mit einem Zahngesperreabschnitt in Eingriff stehen.
7 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand darstellt, in welchem die Klinken der Verriegelungshebel von dem Zahngesperre beabstandet sind, um den verriegelten Zustand freizugeben.
8A–8D zeigen Vorderansichten von Zuständen, in denen ein Werkstück durch ein Paar von Armen einer Klemmvorrichtung ergriffen wird und dann die Arme von dem Werkstück entfernt werden.
9 ist eine Seitenansicht, die eine Ursprungsposition einer Vorrichtung zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
10 ist eine Seitenansicht, in welcher die Innenverzahnung ausgehend von dem in 9 gezeigten Zustand entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird.
11 ist eine Seitenansicht, die einen verriegelten Zustand darstellt, in welchem Verriegelungshebel ausgehend von dem in 10 gezeigten Zustand gedreht werden und Klinken mit einem Zahngesperre in Eingriff stehen.
12 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Verriegelungsfreigabemechanismus der Vorrichtung gemäß 9.
13 ist ein Längsschnitt einer Vorrichtung zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein Vertikalschnitt durch die Vorrichtung gemäß 14.
16 ist eine Seitenansicht, die einen verriegelten Zustand darstellt, in welchem ein Verriegelungselement ausgehend von einer in 14 gezeigten Ursprungsposition eine Schwingbewegung beginnt und eine Klinke mit einem Außenumfangs-Zahngesperre in Eingriff tritt.
17 ist eine Seitenansicht, in welcher die Klinke des Verriegelungselementes von dem Außenumfangs-Zahngesperre getrennt ist, um den verriegelten Zustand freizugeben.
18 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand darstellt, in welchem die Innenverzahnung ausgehend von der in 18 gezeigten Ursprungsposition entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird.
20 ist eine Seitenansicht, die einen verriegelten Zustand darstellt, in welchem ein Verriegelungshebel ausgehend von dem in 19 dargestellten Zustand gedreht wird und eine Klinke mit einem Zahngesperre in Eingriff tritt.
21 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand darstellt, in welchem die Klinke des Verriegelungshebels von dem Zahngesperre getrennt ist, um den verriegelten Zustand freizugeben.
22 ist eine Seitenansicht, in welcher der verriegelte Zustand freigegeben ist, um die Ursprungsposition wieder herzustellen.
23 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
24 ist eine Seitenansicht, in welcher die Innenverzahnung ausgehend von der Ursprungsposition gemäß 23 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird.
25 ist eine Seitenansicht, die einen verriegelten Zustand darstellt, in welchem ein Verriegelungshebel ausgehend von dem in 24 gezeigten Zustand gedreht wird und eine Klinke mit einem Zahngesperre in Eingriff tritt.
26 ist eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht, die einen Zustand darstellt, in welchem die einzelne Vorrichtung gemäß 1 zwischen einem Motor und einem Stellglied angeordnet ist.
27 ist eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht, in welcher eine Vielzahl von Vorrichtungen gemäß 1 zwischen einem Motor und einem Stellglied angeordnet ist.
28 ist mit teilweisen Auslassungen eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
29 ist eine Seitenansicht in einer Ursprungsposition der Vorrichtung gemäß 28.
30 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Teilansicht, die einen Eingriffszustand zwischen Zähnen eines Antriebsrades der Vorrichtung gemäß 28 und einem ersten Schaltzahnrad mit zwei Zähnen und einem zweiten Schaltzahnrad mit einem Zahn darstellt.
31 ist eine Seitenansicht, die einen verriegelten Zustand der Vorrichtung gemäß 28 darstellt.
32 ist eine Seitenansicht, die einen Verriegelungsfreigabezustand der Vorrichtung gemäß 28 darstellt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Vorrichtung zur automatischen Änderung der Untersetzungsverhältnisses gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung 10 umfasst ein kastenförmiges Gehäuse 16. Das Gehäuse 16 hat einen Zahngesperreabschnitt (Zahngesperre) 14 mit über den Umfang verteilten konkaven/konvexen Zähnen, welche kontinuierlich an der Innenwandfläche eines gerade durchtretenden Loches 12 mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sind. Befestigungsöffnungen 18, die bspw. mit Hilfe von Verbindungselementen wie Bolzen oder dgl. zur Befestigung des Gehäuses 16 an einem anderen Element dienen können, sind in der Nähe von vier Ecken des Gehäuses 16 ausgebildet.
Wie in 2 dargestellt ist, ist ein Planetengetriebemechanismus 26 in der in dem zentralen Bereich des Gehäuses 16 ausgebildeten Öffnung 12 aufgenommen. Das Planetengetriebe 26 umfasst ein einzelnes Sonnenrad 20 mit einem kleinen Durchmesser, eine Vielzahl (hier drei) Planetenräder 22, die jeweils einen mittleren Durchmesser mit gleichem Außendurchmesser aufweisen, und eine einzelne Innenverzahnung 24 mit großem Durchmesser.
Bei dieser Anordnung haben die drei Planetenräder 22 einen Trennwinkel in Umfangsrichtung von etwa 120° und sind an dem Außenumfang des in der Mitte angeordneten Sonnenrades 20 vorgesehen. Somit laufen die Planetenräder 22 um das Zentrum um (und rotieren um ihre Achsen), während sie mit dem Sonnenrad 20 kämmen. Die Innenverzahnung 24 mit dem großen Durchmesser ist an den Außenumfängen der Planetenräder 22 vorgesehen.
Wie in 3 dargestellt ist, hat die Innenverzahnung 24 einen scheibenförmigen Wandabschnitt 30, der mit einem festgelegten Spiel lose auf eine Eingangs- oder Antriebswelle 28 aufgesetzt ist, und einen ringförmigen Flanschabschnitt 32, der von dem Wandabschnitt 30 in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung senkrecht zu dem Wandabschnitt vorsteht und bei dem die an der Innenumfangsfläche ausgebildeten Zähne mit den Planetenrädern 22 kämmen.
Bei dieser Anordnung ist die Innenverzahnung 24 nicht an dem Gehäuse 16 befestigt. Die Innenverzahnung 24 ist vielmehr in einem freien Zustand vorgesehen, in welchem die Drehbewegung nicht durch die Eingangswelle 28 übertragen wird. Lagerabschnitte 34 sind an den Planetenrädern 22 vorgesehen und liegen an der Innenfläche des Wandabschnittes 30 der Innenverzahnung 24 an.
An einer Seite des Gehäuses 16, an welcher die Eingangswelle 28 vorgesehen ist, ist ein Verriegelungsmechanismus 38 angeordnet, um die Drehung der Innenverzahnung 24 anzuhalten, wenn die Last auf eine Abtriebswelle 36 aufgebracht wird.
Das Planetengetriebe 26 weist die Eingangswelle 28 auf, die an einer Seite des Gehäuses 16 vorgesehen ist und über ein Kupplungselement (nicht dargestellt) koaxial mit einer Drehantriebswelle einer nicht dargestellten Drehantriebsquelle verbunden ist. Die Abtriebswelle 36 ist an der gegenüberliegenden Seite der Eingangswelle 28 vorgesehen. Die Abtriebswelle 36 hat einen Scheibenabschnitt 42, der über eine Vielzahl von Stiften 40, die axial an den jeweiligen Planetenrädern 22 angebracht sind, befestigt ist, und ist mit dem Scheibenabschnitt 42 integral verbunden, um die Drehbewegung der Drehantriebsquelle auf ein nicht dargestelltes Stellglied zu übertragen. Die an einer Seite angeordnete Eingangswelle 28 und die an der anderen Seite angeordnete Abtriebswelle 36 sind koaxial aber als separate Elemente vorgesehen. Ein Lagerelement (nicht darge stellt), bspw. eine Platte, kann an dem Gehäuse 16 vorgesehen sein, um die Eingangswelle 28 und die Abtriebswelle 36 drehbar zu halten.
Eine Nocke (Kurvenstück) 44, die später beschrieben wird, und das Sonnenrad 20 sind integral und koaxial an der Eingangswelle 28 befestigt und voneinander um einen festgelegten Abstand getrennt, wobei der Wandabschnitt der Innenverzahnung 24 zwischen ihnen angeordnet ist. Das Kurvenstück 44 und das Sonnenrad 20 werden durch die Drehung der nicht dargestellten Drehantriebsquelle über die Eingangswelle 28 gemeinsam gedreht.
Wie in 3 dargestellt ist, durchtritt die Eingangswelle 28 eine Öffnung 46, die durch den Wandabschnitt 30 der Innenverzahnung 24 ausgebildet ist. Ein nicht dargestellter Freiraum ist zwischen der durch den Wandabschnitt 30 der Innenverzahnung 24 ausgebildeten Öffnung 46 und der äußeren Umfangsfläche der Eingangswelle 28 vorgesehen. Daher wird die Innenverzahnung 24 durch die Drehbewegung der Eingangswelle 28 nicht berührt.
Wie in 4 dargestellt ist, umfasst der Verriegelungsmechanismus 38 das scheibenförmige Kurvenstück 44, welches ein Paar von V-Nuten 48a, 48b aufweist und zusammen mit der Eingangswelle 28 drehbar ist. Die V-Nuten 48a, 48b sind an der Außenumfangsfläche ausgebildet, voneinander um etwa 180° beabstandet und radial nach innen zurückgesetzt. Der Verriegelungsmechanismus 38 umfasst außerdem ein Paar von Verriegelungshebeln 54a, 54b, die an dem Wandabschnitt 30 der Innenverzahnung 24 durch die Stifte 52, die mit Langlöchern 50 in Eingriff stehen, angebracht sind, und ein Federelement 56, welches an ersten Enden der Verriegelungshebel 54a, 54b, die nahe den Langlöchern 50 angeordnet sind, befestigt ist und die Enden der Verriegelungshebel 54a, 54b, die voneinander um eine festgelegte Strecke entfernt sind, in solchen Richtungen zieht, dass die Enden der Verriegelungshebel 54a, 54b sich einander annähern.
Die Verriegelungshebel 54a, 54b haben symmetrische Formen mit im Wesentlichen L-förmigem Querschnitt. Beide Verriegelungshebel 54a, 54b haben einen Eingriffsvorsprung 58 zum Eingriff in die V-Nuten 48a, 48b des Kurvenstückes 44 und eine Klinke 60 für den Eingriff mit dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16. Der Eingriffsvorsprung 58 und die Klinke 60 stehen in entgegengesetzten Richtungen vor. Die Verriegelungshebel 54a, 54b können um festgelegte Winkel um die Haltepunkte der Stifte 52, welche mit den im Wesentlichen elliptisch ausgebildeten Langlöchern 50 in Eingriff stehen, schwingen.
Das Paar von Verriegelungshebeln 54a, 54b ist zusammen mit der Innenverzahnung 24 drehbar, weil die Verriegelungshebel 54a, 54b an der Innenverzahnung 24 angebracht (befestigt) sind.
Die Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden ihre Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise erläutert.
Zunächst befindet sich der Verriegelungsmechanismus 38 in der in 4 gezeigten Ursprungsposition, in welcher die Vorsprünge 58 der Verriegelungshebel 54a, 54b mit den V-Nuten 48a, 48b des Kurvenstücks 44 in Eingriff stehen und das Kurvenstück 44 durch die Verriegelungshebel 54a, 54b befestigt wird.
In der oben beschriebenen Ursprungsposition wird die nicht dargestellte Drehantriebsquelle betrieben, um die Drehantriebskraft der Drehantriebsquelle durch die Eingangs- oder Antriebswelle 28 auf das Kurvenstück 44 und das Sonnenrad 20 zu übertragen. Es wird angenommen, dass die Eingangswelle 28, das Kurvenstück 44 und das Sonnenrad 20 durch die Drehantriebskraft im Uhrzeigersinn, gesehen in Richtung von der Eingangswelle 28 zu der Abtriebswelle 36 (Richtung des Pfeils Z in 3), gedreht werden.
Wird das Sonnenrad 20 in dieser Situation gedreht, so laufen die mit dem Sonnenrad 20 kämmenden drei Planetenräder 22 um das Zentrum des Sonnenrades 20 um. Außerdem wird die Innenverzahnung 24 entsprechend der Drehung des Kurvenstücks 24 durch die Verriegelungshebel 54a, 54b in der gleichen Richtung (im Uhrzeigersinn) gedreht wie das Kurvenstück 44 (vgl. 4).
Mit anderen Worten sind die Verriegelungshebel 54a, 54b zum Anhalten des Kurvenstücks 44 an der Innenverzahnung 24 angebracht. Daher werden das Kurvenstück 44 und die Innenverzahnung 24 in der gleichen Richtung (im Uhrzeigersinn) gedreht und die Planetenräder 22 laufen im Uhrzeigersinn um das Zentrum des Sonnenrades 20 um, da das Sonnenrad 20 und die Planetenräder 22 miteinander kämmen. In dieser Situation ist die Innenverzahnung 24 bspw. nicht an dem Gehäuse 16 befestigt. Daher drehen sich die Planetenräder 22 nicht um ihre Achse sondern laufen lediglich um das Zentrum des Sonnenrades 20 um.
Somit werden die Planetenräder 22 und die Innenverzahnung 24 in der gleichen Richtung gedreht. Die Abtriebswelle 36 wird durch den Scheibenabschnitt 42 und die axial an den Planetenrädern 22 angebrachten Stifte 40 gedreht. Hierdurch wird die Drehgeschwindigkeit (Drehbewegung), die der Drehung der Eingangswelle 28 äquivalent ist, auf die Abtriebswelle 36 übertragen, und die Abtriebswelle 36 wird mit hoher Geschwindigkeit gedreht. Dementsprechend wird die Hochgeschwindigkeitsdrehbewegung von der Abtriebswelle 36 auf das Stellglied übertragen.
Wenn das verschiebbare Element des Stellgliedes linear hin und her fährt, bspw. wenn eine Klemmvorrichtung 66 verwendet wird, bei welcher ein Paar von Armen (verschiebbare Elemente) 62a, 62b, die voneinander um eine festgelegte Strecke beabstandet sind, in Richtungen zum Ergreifen eines Werkstücks W verschoben werden, kann die von der Abtriebswelle 36 übertragene Hochgeschwindigkeitsdrehbewegung dazu verwendet werden, die Arme 62a, 62b mit hoher Geschwindigkeit zu verschieben. Die Arme 62a, 62b nähern sich dem Werkstück W ausgehend von der Ursprungsposition, in welcher die Arme 62a, 62b voneinander den in 8A gezeigten festgelegten Abstand aufweisen.
Wenn die Arme 62a, 62b um die festgelegten Strecken zu dem Werkstück W verschoben sind und an dem Werkstück W anliegen (8B), wird die Drehzahl der Abtriebswelle 36 kleiner als die Drehzahl der Eingangswelle 28 und die Innenverzahnung 24 wird entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, d.h. entgegen der oben beschriebenen Richtung. Mit anderen Worten wird die Innenverzahnung 24 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, weil die Eingangswelle 28 auch dann weitergedreht wird, wenn die Drehung der Abtriebswelle 36 angehalten wird.
Wenn die Innenverzahnung 24 relativ zu dem im Uhrzeigersinn gedrehten Kurvenstück 44 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, werden die an der Innenverzahnung 24 angebrachten Verriegelungshebel 54a, 54b radial nach außen verschoben, um sich entgegen der Zugkraft des Federelementes 56 von dem Kurvenstück 44 zu trennen, und die Eingriffsvorsprünge 58 der Verriegelungshebel 54a, 54b werden aus den V-Nuten 58a, 58b des Kurvenstücks 44 herausgezogen. Wenn die Eingriffsvorsprünge 58 aus den V-Nuten 48a, 48b austreten, um mit der Außenumfangsfläche des Kurvenstücks 44 in Eingriff zu treten, schwingen die Verriegelungshebel 54a, 54b um festgelegte Winkel um die Haltepunkte der Stifte 52, die mit den Langlöchern 50 in Eingriff stehen, voneinander weg (radial nach außen).
Wenn die Verriegelungshebel 54a, 54b nach außen verschoben werden, und die Enden der Klinken 60 an den Enden des Zahngesperres 14 des Gehäuses 16 anliegen, werden die Verriegelungshebel 54a, 54b in den Richtungen verschoben, in welchen die Verriegelungshebel 54a, 54b entgegen der Federkraft (Zug kraft) des Federelementes 56 entlang der Langlöcher 50 voneinander getrennt werden (vgl. 5).
Wie in 5 dargestellt ist, ist die Verschiebung der Verriegelungshebel 54a, 54b radial nach außen durch die Enden der Klinken 60 begrenzt, die an den Enden des Zahngesperres 14 des Gehäuses 16 anliegen. Die Verriegelungshebel 54a, 54b werden in den Richtungen verschoben, in welchen sie sich entlang der an den Enden vorgesehenen Langlöcher 50 voneinander trennen.
Wenn die Enden der Klinken 60 der Verriegelungshebel 54a, 54b an den Enden des Zahngesperres 14 des Gehäuses 16 anliegen, wirkt eine große Last auf die Verriegelungshebel 54a, 54b. Die Verriegelungshebel 54a, 54b werden jedoch entlang der Langlöcher 50 verschoben, die als Lösemechanismus dienen. Dementsprechend kann die Last, die auf die Verriegelungshebel 54a, 54b aufgebracht wird, in geeigneter Weise absorbiert werden.
Wenn die Klinken 60, die an den Enden der Verriegelungshebel 54a, 54b ausgebildet sind, mit dem an der Öffnung 12 des Gehäuses 16 ausgebildeten Zahngesperre 14 kämmen, ist die Innenverzahnung 24 in dem verriegelten Zustand und die Drehung der Innenverzahnung 24 entgegen dem Uhrzeigersinn wird angehalten. Tatsächlich wird die Kraft, die erforderlich ist, um die Drehung der Innenverzahnung 24 entgegen dem Uhrzeigersinn anzuhalten, dann nicht erreicht, wenn lediglich die Klinke 60 eines Verriegelungshebels 54a mit dem Zahngesperre 14 kämmt und die Klinke 60 des anderen Verriegelungshebels 54b in das Zahngesperre 14 eingreift, weil die Innenverzahnung 24 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird.
Wenn die Klinken 60 der Verriegelungshebel 54a, 54b mit dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 kämmen, werden die Enden der Verriegelungshebel 54a, 54b durch die Federkraft des Federelementes 56 gezogen und in den Richtun gen verschoben, in denen sie sich entlang der Langlöcher 50 einander annähern (vgl. 6).
Hierdurch wird die Innenverzahnung 24 durch die Verriegelungshebel 54a, 54b an dem Gehäuse 16 befestigt (verriegelter Zustand). Dementsprechend beginnen die Planetenräder 22, um das Zentrum des Sonnenrades 20 umzulaufen, wobei sie sich entsprechend der Drehung des Sonnenrades 20 um die Achsen drehen. Eine verringerte Drehgeschwindigkeit und ein erhöhtes Drehmoment werden auf die durch die Stifte 40 mit den Planetenrädern 22 verbundene Abtriebswelle 36 übertragen. Wenn das erhöhte Drehmoment durch die Abtriebswelle 36 auf das Paar von Armen 62a, 62b der Klemmvorrichtung 66 übertragen wird, wird das Werkstück W mit hoher Kraft durch die Arme 62a, 62b geklemmt (vgl. 8C).
Das Untersetzungsverhältnis, das erreicht wird, wenn die Innenverzahnung 24 in dem verriegelten Zustand ist, ergibt sich durch die Gleichung 1/(1 + Z(C)/Z(A)), wobei Z(A) die Zahl der Zähne des Sonnenrades 20 und Z(C) die Zahl der Zähne der Innenverzahnung bezeichnet. Das Ausgangsdrehmoment der Abtriebswelle 36 ist (1 + Z(C)/Z(A)) mal höher als das Eingangsdrehmoment der Eingangswelle 28. Wenn die Zahl der Zähne des Sonnenrades bspw. 12 (zwölf) beträgt und die Zähnezahl der Innenverzahnung 24 gleich 66 (sechsundsechzig) ist, wird ein Drehmoment erhalten, das 6,5 mal höher ist als das Eingangsdrehmoment.
Wenn die Polarität des Stromes, welcher der nicht dargestellten Drehantriebsquelle zugeführt wird, umgekehrt wird, nachdem das Werkstück W zu einer gewünschten Position transportiert wurde, wobei der Zustand, in dem das Werkstück W durch die Arme 62a, 62b geklemmt wird, beibehalten wird, wird dagegen die auf die Eingangswelle 28 übertragene Drehbewegung umgekehrt und die Innenverzahnung 24 aus dem durch die Verriegelungshebel 54a, 54b bewirkten verriegelten Zustand befreit.
Das Kurvenstück 44 und das Sonnenrad 20 werden durch die Eingangswelle 28 entgegen dem Uhrzeigersinn, d.h. entgegen der oben beschriebenen Bewegung, in dem Zustand gedreht, in dem die Innenverzahnung 24 durch die Verriegelungshebel 54a, 54b verriegelt wird (vgl. 7). Dementsprechend werden die Klinken 60 der Verriegelungshebel 54a, 54b radial nach innen verschoben, um sich durch das Ziehen mit Hilfe des Federelementes 56 von dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 zu trennen. Das Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 wird aus dem durch die Klinken 60 der Verriegelungshebel 54a, 54b bewirkten Eingriffszustand freigegeben. Daher wird das Kurvenstück 44 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und die Eingriffsvorsprünge 58 der Verriegelungshebel 54a, 54b greifen in die V-Nuten 48a, 48b des Kurvenstücks 44 ein. Dementsprechend wird das Kurvenstück 44 durch die Verriegelungshebel 54a, 54b befestigt und das Kurvenstück 44 und die Innenverzahnung 24 werden in gleicher Richtung gedreht.
Wenn die Polarität der Drehantriebsquelle geändert oder umgeschaltet wird, um das Kurvenstück 44 wie oben beschrieben entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen, wird die Innenverzahnung 24 aus dem durch die Verriegelungshebel 54a, 54b bewirkten verriegelten Zustand freigegeben, und es ist möglich, das Kurvenstück 44 und die Innenverzahnung 24 mit hoher Geschwindigkeit in der gleichen Richtung zu drehen.
Als Folge hiervon können die Arme 62a, 62b der Klemmvorrichtung 66 mit hoher Geschwindigkeit linear in den Richtungen verschoben werden, in denen sie sich von dem Werkstück W trennen, um die Ursprungsposition wieder herzustellen (vgl. 8D).
Das mit der Abtriebswelle 36 verbundene Stellglied ist nicht auf die oben beschriebene Klemmvorrichtung 66 beschränkt. Das Stellglied umfasst vielmehr alle Mechanismen, die sich linear oder rotierend hin und her bewegen, bspw. nicht dargestellte Fluiddruckzylinder, in welchen eine Kolbenstange (verschiebbares Element) hin und her läuft, Linearstellglieder, in welchen ein Gleiter (verschiebbares Element) hin und her läuft, Drehstellglieder und Klemmvorrichtungen, in welchen ein Klemmarm (verschiebbares Element) hin und her läuft.
Wie in 26 dargestellt ist, kann die Vorrichtung 10 zwischen einem Motor 61, der als Drehantriebsquelle dient, und einem Stellglied 65, das eine Stange (verschiebbares Element) 64 aufweist, welche bspw. durch Umwandlung der durch eine Drehantriebskraftübertragungswelle 63 einer Kugelspindelwelle übertragene Drehbewegung in die geradlinige Bewegung in Richtung der Pfeile hin und her läuft, angeordnet sein. Das Stellglied 65, die Vorrichtung 10 zur automatischen Änderung der Untersetzungsverhältnisses und der Motor 61 können zu einer Einheit integriert sein, bspw. durch Verbinden über Bolzen 67 oder dgl.
Die Bolzen 67 werden durch Befestigungsöffnungen 18 eingesetzt, die an den vier Ecken des Gehäuses 16 ausgebildet sind, und durch eine an dem Motor 61 befestigte Klammer 68. Nicht dargestellte Gewindeabschnitte der Bolzen 67 werden in nicht dargestellte Gewindeöffnungen in einem Stellgliedkörper 69 eingeschraubt. Dementsprechend werden der Stellgliedkörper 69, das Gehäuse 16 und der Motor 61 einstückig miteinander verbunden.
Bei dieser Anordnung ist eine Drehwelle 73 des Motors 61 durch ein erstes Kupplungselement 71a koaxial mit der Eingangswelle 28 verbunden, und die Drehantriebskraftübertragungswelle 63 des Stellgliedes 65 ist über ein zweites Kupplungselement 71b koaxial mit der Abtriebswelle 36 verbunden. Dementsprechend wird die Drehantriebskraft des Motors 61 auf die Drehantriebskraftübertragungswelle 63 übertragen. Vorzugsweise sind der Motor 61 und der Stellgliedkörper 69 so ausgebildet, dass sie bündig mit den Seitenflächen des Gehäuses 16 der Vorrichtung 10 enden. Ein Vorsprung 75, der dazu dient, eine Drehung der Stange 64 zu verhindern, indem er an der Innenwandfläche des Stellgliedkörpers 69 befestigt wird, ist an dem Ende der Stange 64 ausgebildet.
Die Zahl der zwischen dem Motor 61 und dem Stellglied 65 angeordneten Vorrichtungen 10 ist nicht auf eins beschränkt. Wie in 27 dargestellt ist, ist es dann, wenn eine Vielzahl von Vorrichtungen 10a, 10b zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses über Verbindungselement in Reihe angeordnet sind, möglich, das Untersetzungsverhältnis weiter zu erhöhen.
Als nächstes wird eine Vorrichtung 70 zur automatischen Änderung der Untersetzungsverhältnisses gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 9 bis 12 erläutert. Bei der unten beschriebenen Ausführungsform werden diejenigen Aufbauelemente, die denen der Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Auf ihre erneute detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Die Vorrichtung 70 zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses gemäß der zweiten Ausführungsform weist einen Verriegelungsfreigabemechanismus 72, der in der Lage ist, den Eingriffszustand (verriegelten Zustand) der Klinken 60 der Verriegelungshebel 54a, 54b relativ zu dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 zuverlässig freizugeben.
Wie in 12 dargestellt ist, umfasst der Verriegelungsfreigabemechanismus Walzen 76, die über Stifte 74 drehbar an spitzen Enden der Eingriffsvorsprünge 58 angebracht sind. Außerdem sind an einer Nocke (Kurvenstück) 80 Führungsnuten 78 mit im Wesentlichen V-förmigem Querschnitt vorgesehen, welche die Walzen 76 führen. Die Nutenbreite der Führungsnut 78 ist größer als der Durchmesser der Walze 76.
Das Kurvenstück 80 hat einen im Wesentlichen elliptischen Außenumfang. Ein Paar von Vorsprüngen 82 (vgl. 12) mit im Wesentlichen dreieckigem Querschnitt ist an äußeren Umfangsbereichen ausgebildet, die entlang der Hauptachse angeordnet sind, so dass sie einander gegenüberliegen und einen festgelegten Abstand zueinander aufweisen. Die Vorsprünge 82 mit dem im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt haben eine Höhe, die bündig mit einem flachen Flächenabschnitt 84 des Hauptkurvenstückkörpers abschließen.
Ein Paar von Führungsnuteintritten 86, die der Führung der Walze 76 in die Führungsnut 78 dienen, sind an der äußeren Umfangsfläche des Kurvenstückes 80 ausgebildet. Somit gehen die Führungsnuteintritte 86 kontinuierlich in die äußere Umfangsfläche über (vgl. 12).
Nachfolgend wird die Betriebsweise des Verriegelungsfreigabemechanismus 72 kurz erläutert. Wie in 9 dargestellt ist, greifen die Walzen 76 in der Ursprungsposition in die Führungsnuten 78 ein, wobei die Eingangswelle 28, das Kurvenstück 80, die Verriegelungshebel 54a, 54b und die Innenverzahnung 24 im Uhrzeigersinn gedreht werden.
Wenn die Drehzahl der Abtriebswelle 36 durch das an der Ursprungsposition von dem Stellglied auf die Abtriebswelle 36 aufgebrachte Lastdrehmoment kleiner ist als die Drehzahl der Eingangswelle 28, wird die Innenverzahnung 24 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, d. h. entgegen der oben beschriebenen Richtung. Die Walzen 76 werden aus den Führungsnuten 78 herausgeführt und die Klinken 60 der Verriegelungshebel 54a, 54b treten in Eingriff mit dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 (verriegelter Zustand).
Wenn bei dieser Ausführungsform die Enden der Klinken 60 der Verriegelungshebel 54a, 54b die Enden des Zahngesperres 14 des Gehäuses 16 berühren, so werden die Enden der Verriegelungshebel 54a, 54b entlang der Langlöcher 50 leicht zu dem Zahngesperre 14 verschoben (radial nach außen), und anschließend treten die Klinken 60 in Eingriff mit dem Zahngesperre 14 (vgl. 10). Dementsprechend werden die Verriegelungshebel 54a, 54b leicht weiter in Richtung (radial nach innen) entgegen der oben beschriebenen Richtung verschoben (verriegelter Zustand).
Wenn die Polarität des auf die nicht dargestellte Drehantriebsquelle aufgebrachten Stromes in dem verriegelten Zustand, in welchem die Klinken 60 in das Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 eingreifen, umgekehrt wird, werden das Kurvenstück 60 und das Sonnenrad 20 entgegen dem Uhrzeigersinn (in Richtung des Pfeils D) durch die Eingangswelle 28 gedreht (vgl. 12). Während dieses Vorgangs rollen die axial an den Eingriffsvorsprüngen 58 angebrachten Walzen 76 entlang der äußeren Umfangsfläche des Kurvenstückes 80 und der Führungsnuteintritte 86, und die Walzen 76 liegen an den Vorsprüngen mit dem dreieckigen Querschnitt an. Anschließend werden die Walzen 76 entlang der Führungsnut 78 geführt, wobei sie in Eingriff mit den im Wesentlichen dreieckigen Vorsprüngen 82 des Kurvenstückes 80 stehen (vgl. 12).
Wenn die Walzen 76 in dem verriegelten Zustand der Verriegelungshebel 54a, 54b, in welchem die Klinken 60 in Eingriff mit dem Zahngesperre 14 stehen, zwangsweise entlang der V-förmigen Führungsnuten 78 des Kurvenstückes 80 rollen, wird die Kraft (Zugkraft) erzeugt, um die Verriegelungshebel 54a, 54b radial nach innen zu verschieben, und die Klinken 60 der Verriegelungshebel 54a, 54b können von dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 getrennt werden. Die Walzen 76 der Verriegelungshebel 54a, 54b, die von dem Zahngesperre 14 getrennt sind, werden zu der Ursprungsposition zurückgeführt, wobei sie von den Führungsnuten 78 gehalten werden, ohne sich aus den Führungsnuten 78 zu lösen.
Wenn der Verriegelungslösemechanismus 76 vorgesehen ist, wird daher die Kraft zum Ziehen der Verriegelungshebel 54a, 54b radial nach innen aufgebracht. Dadurch ist es möglich, die Verriegelungshebel 54a, 54b einfach und gezielt aus dem verriegelten Zustand freizugeben.
Nachfolgend wird eine Vorrichtung 90 zum automatischen Ändern des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 13 erläutert.
Die Vorrichtung 90 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst Verriegelungshebel 96a, 96b mit gebogenen Klinken 92, welche an ersten Enden angeordnet und um Haltepunkte von Stiften 94 schwenkbar vorgesehen sind, wobei die Stifte 94 axial an Befestigungsabschnitten 93, die mit dem Wandabschnitt der Innenverzahnung 24 verbunden sind, befestigt sind, und Rückführfedern 98, die an den Stiften 94 befestigt sind und zu einer im Wesentlichen U-förmigen Gestalt gebogen sind. Ein Ende der Rückführfeder 98 liegt an dem Wandabschnitt der Innenverzahnung 24 an, während das andere Ende an dem Verriegelungshebel 96a, 96b befestigt ist. Die Federkräfte (Druckkräfte) der Rückführfedern 98 spannen die Verriegelungshebel 96a, 96b so vor, dass die Verriegelungshebel 96a, 96b im Wesentlichen parallel zu dem Wandabschnitt 30 der Innenverzahnung 24 angeordnet sind.
Ein Paar von Nockennuten 102, in welche Enden 101 der Verriegelungshebel 96a, 96b eingreifen können, sind an dem Außenumfang eines Kurvenstückes 100 ausgebildet, so dass die Nockennuten 102 voneinander um 180° in Umfangsrichtung beabstandet sind. Eine Platte 106 ist vorgesehen, die eine Vielzahl von Aussparungen 104 aufweist, welche voneinander in Umfangsrichtung um festgelegte Winkel beabstandet sind. Die Platte 106 ist an dem Gehäuse 16 befestigt. Die Nockennuten 102 und die Aussparungen 104 sind im Wesentlichen parallel zu der Achse der Eingangswelle 28 zurückgesetzt.
Bei dieser Anordnung sind die Enden 101 der Verriegelungshebel 96a, 96b aus den Nockennuten 102 entfernbar, um über nicht dargestellte schräge Flächen auf dem flachen Oberflächenbereich des Kurvenstückes 100 zu laufen. Wenn die Enden 101 der Verriegelungshebel 96a, 96b aus den Nockennuten 102 gelöst und nach oben gedrückt werden, werden daher die Verriegelungshebel 96a, 96b um die Haltepunkte der Stifte 94 geschwenkt. Dann greifen die Klinken 92 der Verriegelungshebel 96a, 96b in die Aussparungen 104 ein (verriegelter Zustand).
Als nächstes wird eine Vorrichtung 110 zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 14 bis 17 erläutert.
Wie in 15 dargestellt ist, umfasst die Vorrichtung 110 gemäß der vierten Ausführungsform ein erstes Zahnrad 112, das mit der Eingangswelle 28 verbunden ist und zusammen mit dem Sonnenrad 20 drehbar ist, eine feste Platte 114, die an dem Gehäuse 16 befestigt ist, ein zweites Zahnrad 118, welches drehbar durch ein erstes, axial an der festen Platte 114 befestigtes Wellenelement 116 gehalten wird und Getriebezähne zum Kämmen mit den Zähnen des ersten Zahnrades 112 aufweist, und ein drittes Zahnrad 122, welches drehbar durch ein zweites, axial an der festen Platte 114 befestigtes Wellenelement 120 getragen wird und Getriebezähne zum Kämmen mit den Zähnen des zweiten Zahnrades 118 aufweist.
Ein Reibungselement 123, bspw. aus Filz oder dgl., und ein Eingriffselement 126 mit einem Paar von Armen 124a, 124b (vgl. 14), die im Wesentlichen U-förmig verzweigen, werden durch das zweite Wellenelement 120 axial zwischen dem dritten Zahnrad 122 und der festen Platte 114 gehalten. Die Arme 124a, 124b sind um den Haltepunkt des zweiten Wellenelementes 120 schwenkbar.
Ein Verriegelungselement 130 ist an dem zweiten Wellenelement 120 so angebracht, dass dessen äußere Umfangsfläche durch das Verriegelungselement 130 umgeben wird. Das Verriegelungselement 130 hat Klinken 128, die um den Haltepunkt des zweiten Wellenelementes 120 schwenkbar axial getragen werden, und einen zylindrischen Vorsprungsabschnitt 129, der zwangsweise in eine Öffnung des Eingriffselementes 126 eingesetzt (eingepresst) und integral mit dem Eingriffselement 126 verbunden ist. Die Klinken 128 können in ein Außenumfangs-Zahngesperre 132, das an der äußeren Umfangsfläche des Flanschabschnittes 32 der Innenverzahnung 24 ausgebildet ist, eingreifen. Die Klinken 128 des Verriegelungselementes 130 und das über den Vorsprung 129 angeschlossene Eingriffselement 126 sind gemeinsam um den Haltepunkt des zweiten Wellenelementes 120 drehbar.
Ein Federelement 134, bspw. eine Schraubenfeder, ist zwischen dem dritten Zahnrad 122 und dem Verriegelungselement 130 angeordnet. Das dritte Zahnrad 122 wird durch die Rückstellkraft des Federelementes 134 über das Reibungselement 123 gegen das Eingriffselement 126 gepresst. Eine gewünschte Reibkraft (kleine Reibkraft) wird zwischen dem dritten Zahnrad 122 und dem Eingriffselement 126 aufgebracht.
Wie in 14 dargestellt ist, ist eine Nocke (Kurvenstück) 136 mit rhombischem Querschnitt so ausgebildet, dass sie sich einstückig an einer Seite des zweiten Zahnrades 118 erweitert. Das Kurvenstück 136 ist zusammen mit dem zweiten Zahnrad 118 um das Zentrum des ersten Wellenelementes 116 drehbar. Die längere Diagonallinie des Kurvenstücks 136 in dem rhombischen Querschnitt ist etwas kürzer als der Innenabstand zwischen den Armen 124a, 124b.
Nachfolgend wird die Betriebsweise der Vorrichtung 110 gemäß der vierten Ausführungsform kurz erläutert. Wie in 14 dargestellt ist, wird die Innenverzahnung 24 in der Ursprungsposition nicht durch die Klinken 128 des Verriegelungselementes 130 verriegelt. Das Sonnenrad 20 und die Innenverzahnung 24 werden im Uhrzeigersinn gedreht.
In der Ursprungsposition wird daher das erste Zahnrad 112 mit dem Sonnenrad 20 im Uhrzeigersinn gedreht (vgl. 14). Das zweite Zahnrad 118, das mit dem ersten Zahnrad 112 kämmt, wird zusammen mit dem Kurvenstück 136 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Das dritte Zahnrad 122, das mit dem zweiten Zahnrad 118 kämmt, wird im Uhrzeigersinn gedreht. Hierdurch werden das Verriegelungselement 130 und das axial von dem zweiten Wellenelement 120 getragene Eingriffselement 126 durch die Rückstellkraft (Druckkraft) des Federelementes 134 und die durch das Reibungselement 123 ausgeübte kleine Reibkraft so vorgespannt, dass sie sich im Uhrzeigersinn drehen. Die Innenverzahnung 24 wird jedoch durch die Klinke 128 des Verriegelungselementes 130 nicht verriegelt, weil das Außenumfangs-Zahngesperre 132 der Innenverzahnung 24 im Uhrzeigersinn gedreht wird.
Wenn an der Ursprungsposition die Drehzahl der Abtriebswelle 36 durch das von dem an der Abtriebswelle 36 vorgesehenen Stellglied aufgebrachten Lastdrehmoment kleiner ist als die Drehzahl der Eingangswelle 28, wird die Innenverzahnung 24 entgegen dem Uhrzeigersinn, d. h. entgegen der oben genannten Richtung, gedreht. Die Klinke 128 des Verriegelungselementes 130, die durch die über das Federelement 134 ausgeübte Reibkraft im Uhrzeigersinn vorgespannt war, greift in das Außenumfangs-Zahngesperre 132 der Innenverzahnung 24 ein (verriegelter Zustand, vgl. 16). In dieser Situation schwen ken auch die Arme 124a, 124b des Eingriffselementes 126 durch die über das Federelement 134 ausgeübte Reibungskraft leicht im Uhrzeigersinn, in der gleichen Weise wie die Klinke 128 des Verriegelungselementes 130.
Wenn in dem verriegelten Zustand, in dem die Klinke 128 des Verriegelungselementes 130 mit dem Außenumfangs-Zahngesperre 132 der Innenverzahnung 24 in Eingriff steht, um die Drehung der Innenverzahnung 24 einzuhalten, die Polarität des der nicht dargestellten Drehantriebsquelle zugeführten Stromes umgekehrt wird, werden das erste Zahnrad 112 und das Sonnenrad 120 durch die Eingangswelle 28 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Während dieses Vorgangs wird, wie in 17 dargestellt, das mit dem ersten Zahnrad 112 kämmende zweite Zahnrad 118 zusammen mit dem Kurvenstück 136 im Uhrzeigersinn gedreht, während das mit dem zweiten Zahnrad 118 kämmende dritte Zahnrad 122 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn das dritte Zahnrad 122 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, werden das Verriegelungselement 130 und das axial durch das zweiten Wellenelement 120 getragene Eingriffselement 126 durch die Rückstellkraft des Federelementes 134 und die durch das Reibungselement 123 ausgeübte Reibkraft so vorgespannt, dass sie sich entgegen dem Uhrzeigersinn drehen.
Wie in 17 dargestellt ist, greift in dieser Situation das Ende des Kurvenstückes 136, welches sich zusammen mit dem zweiten Zahnrad 118 im Uhrzeigersinn dreht, an einem Arm 124a des Eingriffselementes 126 an, um den Arm 124a in Richtung des Pfeils E zu drücken. Daher schwenkt die integral mit dem Eingriffselement 126 verbundene Klinke 128 des Verriegelungselementes 130 in Richtung des Pfeils F, um sich von dem Außenumfangs-Zahngesperre 132 der Innenverzahnung 24 zu trennen. Dementsprechend wird die Innenverzahnung 24 aus dem verriegelten Zustand freigegeben.
Als nächstes wird eine Vorrichtung 140 zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 18 bis 22 erläutert.
Wie in 18 dargestellt ist, umfasst die Vorrichtung 140 gemäß der fünften Ausführungsform ein Nockenelement (Kurvenstück) 142, welches zusammen mit der Eingangswelle 28 drehbar ist, einen Verriegelungshebel 146, welcher über einen Stift 144a axial an dem Wandabschnitt 30 der Innenverzahnung 24 angebracht ist und eine Klinke 60 für den Eingriff mit dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 aufweist, einen Drehmomentbegrenzungshebel 148, welcher über einen Stift 144b an einer zu dem Verriegelungshebel 146 symmetrischen Position axial an dem Wandabschnitt 30 der Innenverzahnung 24 angebracht ist, und ein Federelement 152, welches an Vorsprüngen 150a, 150b des Verriegelungshebels 46 bzw. des Drehmomentbegrenzungshebels 148 so befestigt ist, dass der Verriegelungshebel 146 und der Drehmomentbegrenzungshebel 148, die voneinander einen festgelegten Abstand aufweisen, aufeinander zu gezogen werden.
Der Verriegelungshebel 146 und der Drehmomentbegrenzungshebel 148 sind an der Innenverzahnung 24 über die Stifte 144a bzw. 144b befestigt. Daher sind der Verriegelungshebel 146 und der Drehmomentbegrenzungshebel 148 zusammen mit der Innenverzahnung 24 drehbar.
Der Verriegelungshebel 146 und der Drehmomentbegrenzungshebel 148 weisen ein Paar von säulenförmigen Vorsprüngen 154a, 154b auf, die einander zugewandt sind, wobei sie voneinander einen festgelegten Abstand aufweisen. Der Verriegelungshebel 146 und der Drehmomentbegrenzungshebel 148 sind um die Haltepunkte der Stifte 144a, 144b um festgelegte Winkel drehbar. Ein Stoppstift 156, der an der Innenverzahnung 24 befestigt ist, ist an einem Bereich vorgesehen, der nahe dem Verriegelungshebel 146 angeordnet ist. Wenn der Verriegelungshebel 146 durch den Stoppstift 156 befestigt wird, wird die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn um den Haltepunkt des Stiftes 144a begrenzt.
Das Kurvenstück 142 hat eine zusammengesetzte Gestalt, die durch einstöckige Kombination eines kreisbogenförmigen Abschnitts 142a und einer vorstehenden Zunge 142b mit radial nach außen allmählich abnehmender Breite gebildet wird. Die Umfangsfläche des Kurvenstückes 142 umfasst ein Paar gekrümmter Flächenabschnitte 160a, 160b, die an beiden Seiten eines Endes 158 der vorstehenden Zunge 142b ausgebildet sind, und mit denen das Paar säulenförmiger Vorsprünge 154a, 154b des Verriegelungshebels 146 und des Drehmomentbegrenzungshebels 148 in Eingriff treten können, ein Paar von geraden Flächenabschnitten 162a, 162b, die an die gekrümmten Flächenabschnitte 160a, 160b anschließen, und einen kreisbogenförmigen Flächenabschnitt 164, der an die Seitenflächenabschnitte 162a, 162b anschließt. Wenn die säulenförmigen Vorsprünge 154a, 154b des Verriegelungshebels 146 und des Drehmomentbegrenzungshebels 148 Walzen sind, ist es möglich, stabile Reibkräfte zwischen den säulenförmigen Vorsprüngen 154a, 154b und den gekrümmten Oberflächenabschnitten 160a, 160b zu erreichen.
Die Klinke 60 ist an dem Ende des Drehmomentbegrenzungshebels 148 ausgebildet, der eine zu dem Verriegelungshebel 146 symmetrische Form hat. Die Klinke 60 des Drehmomentbegrenzungshebels 148 wird aber nicht dazu verwendet, die Drehung der Innenverzahnung 24 anzuhalten, um die Innenverzahnung 24 zu verriegeln, wenn die Innenverzahnung 24 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird.
Nachfolgend wird die Betriebsweise der Vorrichtung 140 gemäß der fünften Ausführungsform kurz erläutert. Wie in 18 dargestellt ist, ist die Innenverzahnung in der Ursprungsposition nicht verriegelt, weil die Klinke 60 des Verrie gelungshebels 146 nicht mit dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 in Eingriff steht. Das Sonnenrad 20 (Eingangswelle 28) und die Innenverzahnung 24 werden im Uhrzeigersinn gedreht.
In der Ursprungsposition sind somit, wie in 18 gezeigt, die säulenförmigen Vorsprünge 154a, 154b des Verriegelungshebels 146 und des Drehmomentbegrenzungshebels 148 in Eingriff mit dem Paar gekrümmter Flächenabschnitte 160a, 160b, die an dem Ende 158 der vorstehenden Zunge 142b des Kurvenstückes 142 ausgebildet sind. Diesmal wird das Ende 158 der vorstehenden Zunge 142b des Kurvenstückes 142 zwischen den säulenförmigen Vorsprüngen 154a, 154b gehalten.
Wenn die Drehzahl der Abtriebswelle 36 in der Ursprungsposition durch das von dem an der Abtriebswelle 36 vorgesehenen Stellglied aufgebrachte Lastdrehmoment kleiner wird als die Drehzahl der Eingangswelle 28, wird die Innenverzahnung 24 entgegen dem Uhrzeigersinn, d. h. entgegengesetzt zu der oben beschriebenen Richtung, gedreht. Das Ende 158 der vorstehenden Zunge 142b des Kurvenstückes 142 wird aus der Position zwischen den säulenförmigen Vorsprüngen 154a, 154b des Verriegelungshebels 146 und des Drehmomentbegrenzungshebels 148 gelöst. Die Federkraft (Zugkraft) des Federelementes 152, welches zwischen dem Verriegelungshebel 146 und dem Drehmomentbegrenzungshebel 148 angeordnet ist, erzeugt die Kraft zum Lösen des Endes 158 der vorstehenden Zunge 142b des Kurvenstückes 142 aus der Position zwischen den säulenförmigen Vorsprüngen 154a, 154b, so dass das Lastdrehmoment auf die Innenverzahnung 24 übertragen wird. Wenn das durch das Stellglied übertragene Lastdrehmoment einen festgelegten Wert überschreitet, wird das Ende 158 der vorstehenden Zunge 142b des Kurvenstückes 142 aus der Position zwischen den säulenförmigen Vorsprüngen 154a, 154b entfernt.
Wie in 19 dargestellt ist, wird in dieser Situation der säulenförmige Vorsprung 154a des Verriegelungshebels 146 von dem gekrümmten Flächenabschnitt 160a des Kurvenstückes 142 gelöst, und der säulenförmige Vorsprung 154a greift an dem geraden Seitenflächenabschnitt 162a an. Dementsprechend wird der säulenförmige Vorsprung 154a im Uhrzeigersinn um den Haltepunkt des Stiftes 144a gedreht.
Der säulenförmige Vorsprung 154a des Verriegelungshebels 146 wird entlang der Umfangsfläche des Kurvenstückes 142 bewegt. Der säulenförmige Vorsprung 154a des Verriegelungshebels 146 greift an dem kreisbogenförmigen Flächenabschnitt 164 an, wie es in 20 dargestellt ist, und der Verriegelungshebel 146 wird im Uhrzeigersinn weiter um den Haltepunkt des Stiftes 144a gedreht. Dementsprechend greift die Klinke 60 des Verriegelungshebels 146 in das Zahngesperre 14 ein (verriegelter Zustand).
Wenn die Polarität des auf die nicht dargestellte Drehantriebsquelle aufzubringenden Stromes in dem verriegelten Zustand, in welchem die Klinke 60 des Verriegelungshebels 146 in das Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 eingreift, um die Drehung der Innenverzahnung 24 anzuhalten, umgekehrt wird, werden das Kurvenelement 142 und das Sonnenrad 20 (Eingangswelle 28) durch die Eingangswelle 28 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht.
Wie in 21 dargestellt ist, greift in dieser Situation der Seitenflächenabschnitt 162a der vorstehenden Zunge 142b des Kurvenstückes 142, welches sich durch die Eingangswelle 28 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, an den säulenförmigen Vorsprung 154a des Verriegelungshebels 146 an und der säulenförmige Vorsprung 154a wird nach oben gepresst. Daher wird die Kraft entgegen dem Uhrzeigersinn um den Haltepunkt des Stiftes 144a auf den Verriegelungshebel 146 aufgebracht. Dementsprechend wird die Klinke 60 des Verriegelungshebels 146 von dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 getrennt und die Innenverzahnung 24 wird aus dem verriegelten Zustand freigegeben.
Wenn das Kurvenstück 142 weiter entgegen dem Uhrzeigersinn um den Haltepunkt der Eingangswelle 28 gedreht wird, wird die in 22 dargestellte Ursprungsposition erreicht, in welcher das Ende 158 der vorstehenden Zunge 142b des Kurvenstückes 142 zwischen den säulenförmigen Vorsprüngen 154a, 154b des Verriegelungshebels 146 und des Drehmomentbegrenzungshebels 148 angeordnet und gehalten wird.
Wenn der verriegelte Zustand freigegeben wird, wird der Verriegelungshebel 146 entgegen dem Uhrzeigersinn um den Haltepunkt des Stiftes 144a gedreht. Wenn der Verriegelungshebel 146 aber an dem Stoppstift 156 anschlägt, wird die Drehwirkung begrenzt und zu der Ursprungsposition zurückgeführt.
Wenn bei der Vorrichtung die Innenverzahnung 24 durch das von dem Stellglied aufgebrachte Lastdrehmoment im Uhrzeigersinn gedreht wird, kann der Stoppstift 156 an dem Drehmomentbegrenzungshebel 148 angebracht werden und die Klinke 60 des Drehmomentbegrenzungshebels 148 kann an dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 angreifen, um auch den verriegelten Zustand herzustellen.
Nachfolgend wird eine Vorrichtung 170 zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 23 bis 25 erläutert. Diejenigen Aufbauelemente, die denen der Vorrichtung 140 gemäß der fünften Ausführungsform entsprechen, werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Auf ihre erneute detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Die Vorrichtung 170 gemäß der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von der Vorrichtung 140 gemäß der fünften Ausführungsform dahingehend, dass ein Kurvenstück 172 durch ein Paar vorstehender Zungen 172b, 172c gebildet und geformt wird, die eine gerade Form aufweisen und voneinander um etwa 180° getrennt sind, wobei ein kreisbogenförmiger Abschnitt 172a zwischen den vorstehenden Zungen 172b, 172c angeordnet ist. Außerdem ist ein Nockeneingriffsmechanismus 154 vorgesehen, der an den Enden 158 der vorstehenden Zungen 172b, 172c des Kurvenstückes 172 angreifen kann, wenn das Kurvenstück 172 gedreht wird.
Durch die vorstehenden Zungen 172b, 172c, die koaxial mit dem Kurvenstück 172 ausgebildet sind, hat die Vorrichtung 170 gegenüber einem Fall, in dem eine einzelne vorstehende Zunge 142b verwendet wird, den Vorteil, dass der Drehwinkel des Kurvenstückes 172 verringert werden kann, wenn der verriegelte Zustand freigegeben wird. Das Kurvenstück 142 mit der einzelnen vorstehenden Zunge 142b erfordert einen Drehwinkel von maximal 360°. Im Gegensatz dazu ist bei dem das Paar vorstehender Zungen 172b, 172c mit gerader Form aufweisenden Kurvenstück 172 der Drehwinkel maximal 180°.
Der Nockeneingriffsmechanismus 174 umfasst ein Paar von Eingriffselementen 180a, 180b mit symmetrischer Gestalt, die säulenförmige Eingriffsabschnitte 176 für den Kontakt mit den Enden 158 der vorstehenden Zungen 172b, 172c des Kurvenstückes 172 aufweisen und die um festgelegte Winkel um die Haltepunkte von Stiften 178 drehbar sind, ein Federelement 182, das an Vorsprüngen des Paares von Eingriffselementen 180b bzw. 180b befestigt ist und die Eingriffselemente 180a, 180b aufeinander zuzieht, sowie ein Paar von Stoppstiften 183a, 183b, die Drehbereiche der Eingriffselemente 180a, 180b begrenzen und die Entfernung zwischen den durch das Federelement 182 gezogenen Eingriffselementen 180a, 180b begrenzen.
Die Betriebsweise der Vorrichtung 170 gemäß der sechsten Ausführungsform wird nachfolgend kurz erläutert. In 23 ist die Ursprungsposition dargestellt. Das Ende 158 einer vorstehenden Zunge 172b des Kurvenstückes 172 ist zwischen den säulenförmigen Vorsprüngen 154a, 154b gehalten. Das Ende 158 der anderen vorstehenden Zunge 172 ist von den säulenförmigen Eingriffsabschnitten 176 beabstandet, wobei es zwischen diesen Eingriffsabschnitten 176 angeordnet ist. In diesem Zustand werden das Sonnenrad 20 (Eingangswelle 28) und die Innenverzahnung 24 im Uhrzeigersinn gedreht.
Wenn die Drehzahl der Abtriebswelle 36 aufgrund des von dem an der Abtriebswelle 36 vorgesehenen Stellglied an der Ursprungsposition aufgebrachten Lastdrehmoments kleiner wird als die Drehzahl der Eingangswelle 28, wird die Innenverzahnung 24 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, d. h. entgegen der oben beschriebenen Richtung. Das Ende 158 einer vorstehenden Zunge 172b des Kurvenstückes 172 wird aus der Position zwischen den säulenförmigen Vorsprüngen 154a, 154b entfernt, und das Ende 158 der anderen vorstehenden Zunge 172c berührt den säulenförmigen Eingriffsabschnitt 176 des Eingriffselementes 180a (vgl. 24).
Der säulenförmige Vorsprung 154a des Verriegelungshebels 146 wird entlang des Seitenflächenabschnitts 162a des Kurvenstückes 172 bewegt. Wie in 25 dargestellt ist, wird der säulenförmige Vorsprung 154b des Drehmomentbegrenzungshebels 148 durch Eingriff mit dem gekrümmten Oberflächenabschnitt 160 einer vorstehenden Zunge 172b der Kurvenstückes 172 gehalten. Außerdem wird das Ende 158 der anderen vorstehenden Zunge 172c durch Eingriff mit dem säulenförmigen Eingriffsabschnitt 176 des Eingriffselementes 180a gehalten. Dementsprechend steht die Klinke 60 des Verriegelungshebels 146 in Eingriff mit dem Zahngesperre 114 des Gehäuses 16 (verriegelter Zustand).
Die übrige Funktions- und Wirkungsweise ist bei der sechsten Ausführungsform genauso wie bei der fünften Ausführungsform, so dass auf ihre erneute detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
Nachfolgend wird eine Vorrichtung 200 zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 28 bis 32 erläutert. Die gleichen Aufbauelemente wie bei der Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Auf ihre erneute detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Die Vorrichtung 200 gemäß der siebten Ausführungsform umfasst ein Antriebszahnrad 202, welches eine Vielzahl von über seinen Umfang ausgebildeten Zähnen aufweist und zusammen mit der Eingangswelle 28 drehbar ist, ein erstes Schaltzahnrad 202 mit zwei Zähnen und ein zweites Schaltzahnrad 208 mit einem Zahn, welche mit den Zähnen des Antriebszahnrades 202 kämmen und durch ein erstes Wellenelement 204 axial übereinander an dem Wandabschnitt 30 der Innenverzahnung 24 gehalten werden, einen Verriegelungshebel 212, welcher durch ein zweites Wellenelement 210 um einen festgelegten Winkel drehbar an dem Wandabschnitt 30 der Innenverzahnung 24 axial gehalten wird, und einen Drehmomentbegrenzungshebel 216, welcher durch ein drittes Wellenelement 214 um einen festgelegten Winkel drehbar axial an dem Wandabschnitt 30 der Innenverzahnung 24 gehalten wird.
Wie in 30 dargestellt ist, kämmen das erste Schaltrad 202 mit zwei Zähnen und das zweite Schaltrad 208 mit einem Zahn, wobei sie in Vertikalrichtung relativ zu den Zähnen des Antriebsrades 202 übereinander angeordnet sind. Die beiden Zähne und der eine Zahn haben jeweils eine im Wesentlichen gleiche Zahnform.
Wie in 29 dargestellt ist, weist das erste Schaltrad 202 mit zwei Zähnen einen Vorsprung 218 auf, der radial nach außen vorsteht. Eine säulenförmige Walze 220 ist axial an dem Vorsprung 218 angebracht.
Eine Klinke 222, die mit einem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 in Eingriff bringbar ist, ist an einem Ende des Verriegelungshebels 212 ausgebildet. Eine Federbefestigungsöftnung 226a, an der ein erstes Federelement 224 befestigt ist, ist an dem anderen Ende des Verriegelungshebels 212 vorgesehen. Ein Halteelement 228, welches die Drehung des Verriegelungshebels 212 entgegen dem Uhrzeigersinn um den Haltepunkt des zweiten Wellenelementes 210 begrenzt, ist an dem Wandabschnitt 30 der Innenverzahnung 24, der nahe einem Ende des Verriegelungshebels 212 angeordnet ist, vorgesehen.
Das erste Federelement 224 ist zwischen einer Federbefestigungsöffnung 226b, die mit dem zweiten Schaltzahnrad 208 mit einem Zahn verbunden ist, und der Federbefestigungsöftnung 226a, die mit dem anderen Ende des Verriegelungshebels 212 verbunden ist, angebracht. Das zweite Schaltzahnrad 208 mit einem Zahn wird durch die Federkraft (Zugkraft) des ersten Federelementes 224 so vorgespannt, dass es um den Haltepunkt des ersten Wellenelementes 204 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Bei dieser Anordnung weist das erste Schaltrad 206 mit zwei Zähnen einen Stoppstift 230 auf, der die Drehung des zweiten Schaltrades 208 mit einem Zahn im Uhrzeigersinn verhindert. Wenn das zweite Schaltrad 208 mit einem Zahn durch den Stoppstift 230 befestigt wird, ist die Drehung im Uhrzeigersinn begrenzt.
Der Drehmomentbegrenzungshebel 216 weist eine Federbefestigungsöftnung 234a auf, welche ein Ende eines zweiten Federelementes 232 hält. Das andere Ende des zweiten Federelementes 232 wird durch ein Federbefestigungselement 234b befestigt, welches an dem Wandabschnitt 30 der Innenverzahnung 234 angebracht ist. Die Federkraft (Zugkraft) des zweiten Federelementes 232 ist größer als die Federkraft (Zugkraft) des ersten Federelementes 224. Das zweite Federelement 232 spannt den Drehmomentbegrenzungshebel 216 so vor, dass dieser entgegen dem Uhrzeigersinn um den Haltepunkt des dritten Wellenelementes 214 gedreht wird.
Der Drehmomentbegrenzungshebel 216 weist einen Arm 236 auf, der mit der Walze 220, welche axial an dem Vorsprung 218 des ersten Schaltzahnrades 206 mit zwei Zähnen angebracht ist, in Eingriff bringbar ist. Der Arm 246 umfasst einen ersten Eingriffsabschnitt 240, welcher die Walze 220 an der Ursprungsposition hält, und einen zweiten Eingriffsabschnitt 242, welcher die Walze 220 hält, wenn die Innenverzahnung 24 durch den Verriegelungshebel 212 in dem verriegelten Zustand ist. Eine dreieckige vorspringende Zunge 238 ist zwischen dem ersten Eingriffsabschnitt 240 und dem zweiten Eingriffsabschnitt 242 angeordnet.
Nachfolgend wird die Betriebsweise der Vorrichtung 200 gemäß der siebten Ausführungsform kurz erläutert. Wie in 29 dargestellt ist, greift in der Ursprungsposition die Walze 220, die axial an dem Vorsprung 218 des ersten Schaltzahnrades 206 mit zwei Zähnen angebracht ist, an dem ersten Eingriffsabschnitt 240 des Armes 236 des Drehmomentbegrenzungshebels 216 an, und die beiden Zähne des ersten Schaltzahnrades 206 und der eine Zahn des zweiten Schaltzahnrades 208 liegen nicht übereinander. In diesem Zustand werden das Sonnenrad 20 (Eingangswelle 28) und die Innenverzahnung 24 im Uhrzeigersinn gedreht.
Wenn die Drehzahl der Abtriebswelle 36 aufgrund des von dem an der Seite der Abtriebswelle 36 vorgesehenen Stellglied an der Ursprungsposition aufgebrachten Drehmoments kleiner wird als die Drehzahl der Eingangswelle 28, wird die Innenverzahnung 24 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, d. h. entgegen der oben beschriebenen Richtung. Das erste Schaltzahnrad 202 wird durch die Kämmwirkung der beiden Zähne des ersten Schaltzahnrades 206 mit den Zähnen des Antriebsrades 202 um einen festgelegten Winkel entgegen dem Uhrzeigersinn um den Haltepunkt des ersten Wellenelementes 204 gedreht. In dieser Situation läuft die Walze 220, die axial an dem Vorsprung 218 des ersten Schaltzahnrades 206 angebracht ist, über die dreieckige vorspringende Zunge 238 des Armes 236 des Drehmomentbegrenzungshebels 216, und die Walze 220 wird durch den an dem Ende angeordneten Eingriffsabschnitt 242 gehalten. In dieser Situation wird der Drehmomentbegrenzungshebel 216 entgegen der Federkraft (Zugkraft) des zweiten Federelementes 236 leicht im Uhrzeigersinn um den Haltepunkt des dritten Wellenelementes 214 gedreht.
Hierbei ist das festgelegte Drehmoment das Antriebsdrehmoment, das erforderlich ist, wenn das erste Schaltzahnrad 206 durch die Kämmwirkung mit den Zähnen des Antriebsrades 202 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird und die Walze 220, die axial an dem Vorsprung 218 angebracht ist, über die dreieckige vorspringende Zunge 238 des Armes 236 des Drehmomentbegrenzungshebels 216 läuft.
Im Wesentlichen gleichzeitig kämmt der eine Zahn des zweiten Schaltzahnrades 208, das an dem Stoppstift 230 befestigt ist, mit den Zähnen des Antriebsrades 202, und das zweite Schaltzahnrad 208 wird um einen festgelegten Winkel entgegen dem Uhrzeigersinn um den Haltepunkt des ersten Wellenelementes 204 gedreht, wobei der eine Zahn des zweiten Schaltzahnrades 208 und einer der beiden Zähne des ersten Schaltzahnrades 202 übereinanderliegen (vgl. 31).
Dadurch wird der Verriegelungshebel 212, der durch die Federkraft des ersten Federelementes 224 gezogen wird, leicht im Uhrzeigersinn um den Haltepunkt des zweiten Wellenelementes 210 gedreht. Wie in 31 dargestellt ist, greift die Klinke 222 des Verriegelungshebels 212 an dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 an (verriegelter Zustand).
Wenn die Polarität des der nicht dargestellten Drehantriebsquelle zuzuführenden Stromes in dem verriegelten Zustand, in welchem die Klinke 222 des Verriegelungshebels 212 mit dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 in Eingriff steht, um die Drehung der Innenverzahnung 24 in der oben beschriebenen Weise anzuhalten, umgekehrt wird, so werden das Sonnenrad 20 und das Antriebsrad 202 durch die Eingangswelle 28 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht.
Wenn in dieser Situation der eine Zahn des zweiten Schaltzahnrades 208 mit den Zähnen des Antriebsrades 202 kämmt, um sich um einen festgelegten Winkel um den Haltepunkt des ersten Wellenelementes 204 zu drehen, presst das zweite Schaltzahnrad 208 gegen den Stoppstift 230 (vgl. 32). Die beiden Zähne des ersten Schaltzahnrades 206 kämmen mit den Zähnen des Antriebsrades 202, um sich im Uhrzeigersinn um einen festgelegten Winkel um den Haltepunkt des ersten Wellenelementes 204 zu drehen. In dieser Situation läuft die Walze 220, die axial an dem Vorsprung 218 des ersten Schaltzahnrades 206 angebracht ist, über die dreieckige vorstehende Zunge 238 und wird durch den ersten Eingriffsabschnitt 240, der an der Innenseite angeordnet ist, gehalten, um die Ursprungsposition wieder herzustellen.
Gleichzeitig wird der Verriegelungshebel 212 durch das erste Schaltzahnrad 206 gedrückt und die Kraft wird entgegen dem Uhrzeigersinn um den Haltepunkt des zweiten Wellenelementes 210 aufgebracht. Die Klinke 222 des Verriegelungshebels 212 wird von dem Zahngesperre 14 des Gehäuses 16 getrennt, und die Innenverzahnung 24 wird aus dem verriegelten Zustand freigegeben.
Bei der siebten Ausführungsform wird der Zustand, in dem das Untersetzungsverhältnis (Geschwindigkeitsreduzierverhältnis) durch die Abtriebswelle 36 über tragen wird, automatisch umgeschaltet oder geändert, und das verschiebbare Element des Stellgliedes wird mit hohem Drehmoment verschoben, wobei die geringe Geschwindigkeit beibehalten werden kann. Dieser Zustand wird nicht durch die Drehzahl des Antriebsrades 202, das zusammen mit der Eingangswelle 28 gedreht wird, beeinflusst. Daher wird die siebte Ausführungsform vorzugsweise dann eingesetzt, wenn ein weiches Werkstück, bspw. ein Schwamm, geklemmt wird oder wenn ein hohes Drehmoment für eine festgelegte Zeitdauer aufrecht erhalten werden muss, bspw. wenn ein Pressvorgang durchgeführt wird. Außerdem hat die siebte Ausführungsform den Vorteil, dass die Freigabe aus dem verriegelten Zustand sofort durchgeführt werden kann.

Claims

Vorrichtung zur automatischen Änderung des Untersetzungsverhältnisses zur Anordnung zwischen einer Drehantriebsquelle (61) und einem Stellglied (66), welches ein durch eine Drehantriebskraft der Drehantriebsquelle (61) hin und her bewegtes verschiebbares Element (62a, 62b) aufweist, mit: einem Planetengetriebemechanismus (26), der eine mit der Drehantriebsquelle (61) verbundene Eingangswelle (28) und eine mit dem Stellglied (66) verbundene Abtriebswelle aufweist sowie ein Sonnenrad (20), ein oder mehrere Planetenräder (22) und eine Innenverzahnung (24), die miteinander kämmen, einem Verriegelungsmechanismus, der die Drehung der Innenverzahnung (24) anhält, um die Innenverzahnung (24) zu verriegeln, indem die Innenverzahnung (24), die in der gleichen Drehrichtung gedreht wurde wie das Sonnenrad (20), in eine sich von der Richtung des Sonnenrades (20) unterscheidende Richtung gedreht wird, wenn eine Last, die ein festgelegtes Drehmoment überschreitet, von dem Stellglied (66) über die Abtriebswelle (36) auf die Innenverzahnung (24) ausgeübt wird, und einem Verriegelungsfreigabemechanismus, der das Untersetzungsverhältnis, das von der Abtriebswelle (36) auf das verschiebbare Element (62a, 62b) des Stellgliedes (66) überfragen wird, automatisch umschaltet, indem die Innenverzahnung (24) aus einem verriegelten Zustand freigegeben wird, indem das Sonnenrad (20) durch die Drehantriebsquelle (61) umgekehrt angetrieben wird, wenn das verschiebbare Element (62a, 62b) des Stellgliedes (66) von einer auswärts gehenden Richtung in eine einwärts gehende Richtung verschoben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus einen Verriegelungshebel aufweist, der an einem Wandabschnitt der Innenverzahnung vorgesehen ist, und dass die Innenverzahnung verriegelt wird, wenn der Verriegelungshebel mit einem Zahngesperre (14), das an einer inneren Umfangsfläche eines Gehäuses (16) ausgebildet ist, in Eingriff tritt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus ein Kurvenstück (44) aufweist, welches zusammen mit der Eingangswelle drehbar ist, und dass der Verriegelungshebel einen Eingriffsvorsprung (58), welcher mit einer an dem Kurvenstück ausgebildeten V-Nut (48a, 48b) in Eingriff bringbar ist, und eine Klinke (60), welche mit dem Zahngesperre (14) in Eingriff bringbar ist, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungshebel ein Paar von Verriegelungshebeln (54a, 54b) mit im Wesentlichen L-förmigem Querschnitt aufweist, und dass das Paar von Verriegelungshebeln durch ein Federelement (56) aufeinander zu gezogen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar von Verriegelungshebeln (54a, 54b) Langlöcher (50) aufweist, die es den Verriegelungshebeln (54a, 54b) erlauben, um festgelegte Winkel um Haltepunkte von Stiften (52) zu schwenken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsfreigabemechanismus ein Federelement (56) aufweist, welches Enden eines Paares von Verriegelungselementen (54a, 54b) des Verriegelungsmechanismus aufeinander zu zieht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsfreigabemechanismus ein Kurvenstück (80) aufweist, das zusammen mit der Eingangswelle drehbar ist, und dass das Kurvenstück (80) eine Führungsnut (78) mit V-förmigem Querschnitt aufweist, um eine Walze (76), die an einem Eingriffsvorsprung eines Verriegelungshebels des Verriegelungsmechanismus vorgesehen ist, zu führen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus und der Verriegelungsfreigabemechanismus ein erstes Zahnrad (116), welches mit der Eingangswelle verbunden und zusammen mit dem Sonnenrad drehbar ist, ein zweites Zahnrad (118), welches mit dem ersten Zahnrad (116) kämmt, ein drittes Zahnrad (122), welches mit dem zweiten Zahnrad (118) kämmt, und eine feste Platte (114), welche an einem Gehäuse (16) befestigt ist, aufweist und dass ein Reibungselement (123) und ein Eingriffselement (126) mit einem Paar von im Wesentlichen U-förmig verzweigten Armen (124a, 124b) durch ein Wellenelement (120) axial zwischen dem dritten Zahnrad (122) und der festen Platte (114) gehalten werden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verriegelungselement (130), welches eine äußere Umfangsfläche umgibt, an dem Wellenelement (120) angebracht ist, und dass das Verriegelungselement (130) eine Klinke (128), die axial gehalten um einen Haltepunkt des Wellenelementes schwenken kann, und einen Vorsprungsabschnitt (125), der mit dem Eingriffselement verbunden ist, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung durch Eingriff der Klinke (128) des Verriegelungselementes (130) mit einem Außenumfangs-Zahngesperre (132), welches an einem Außenumfang der Innenverzahnung (24) ausgebildet ist, verriegelt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus und der Verriegelungslösemechanismus folgende Elemente aufweisen: ein Kurvenstück, welches zusammen mit der Eingangswelle (28) drehbar ist, einen Verriegelungshebel (146), welcher durch einen Stift (144a) axial an der Innenverzahnung (24) angebracht ist und eine Klinke (60) für den Eingriff an einem Zahngesperre (14) eins Gehäuses (16) aufweist, einen Drehmomentbegrenzungshebel (148), welcher durch einen Stift (144b) an einer Position symmetrisch zu dem Verriegelungshebel (146) axial an der Innenverzahnung (24) angebracht ist, und ein Federelement (152), welches an Vorsprüngen (150a, 150b) des Verriegelungshebels (146) und des Drehmomentbegrenzungshebels (148) angebracht ist und den Verriegelungshebel (146) und den Drehmomentbegrenzungshebel (148), die voneinander um einen festgelegten Abstand getrennt sind, aufeinander zu zieht.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvenstück (142) einen kreisbogenförmigen Abschnitt (142a) und eine einzelne vorstehende Zunge (142b) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvenstück (172) ein Paar von vorstehenden Zungen (172b, 172c), welche koaxial mit einem zentralen kreisbogenförmigen Abschnitt (172a) ausgebildet sind, aufweist, dass der zentrale kreisbogenförmige Abschnitt (172a) zwischen den vorstehenden Zungen (172b, 172c) angeordnet ist und dass ein Eingriffsmecha nismus (174) vorgesehen ist, der mit einem Ende (158) einer der vorstehenden Zungen (172b, 172c) in Eingriff bringbar ist, wenn das Kurvenstück (172) gedreht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriffsmechanismus (174) folgende Elemente aufweist: ein Paar von Eingriffselementen (180a, 180b) mit symmetrischer Form, die säulenförmige Eingriffsabschnitte (176) zum Kontaktieren der Enden (158) der vorstehenden Zungen (172b, 172c) des Kurvenstückes (172) aufweisen und die um festgelegte Winkel um Haltepunkte von Stiften (178) drehbar sind, ein Federelement (182), welches an Vorsprüngen des Paares von Eingriffselementen (180a, 180b) befestigt ist und das Paar von Eingriffselementen (180a, 180b) aufeinander zu zieht, und ein Paar von Stoppstiften (183a, 183b), welche den Drehbereich des Paares von Eingriffselementen (180a, 180b) begrenzen und eine Entfernung zwischen den durch das Federelement (182) gezogenen Eingriffselementen (180a, 180b) begrenzen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus und der Verriegelungsfreigabemechanismus folgende Elemente aufweisen: ein Antriebszahnrad (202), das eine Vielzahl von über seinen Umfang ausgebildeten Zähnen aufweist und zusammen mit der Eingangswelle (28) drehbar ist, ein ersten Schaltzahnrad (206) mit einer Mehrzahl von Zähnen und ein zweites Schaltzahnrad (208) mit einem einzelnen Zahn oder einer Mehrzahl von Zäh nen, welche durch ein erstes Wellenelement (204) übereinander axial an der Innenverzahnung (24) gehalten werden und mit Zähnen des Antriebszahnrades (202) kämmen, einen Verriegelungshebel (212), welcher durch ein zweites Wellenelement (210) axial und um einen festgelegten Winkel drehbar an der Innenverzahnung (24) gehalten wird, und einen Drehmomentbegrenzungshebel (216), welcher durch ein drittes Wellenelement (214) axial und um einen festgelegten Winkel drehbar an der Innenverzahnung (24) gehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltzahnrad (206) mit der Mehrzahl von Zähnen und das zweite Schaltzahnrad (208) mit dem Einzelzahn oder der Mehrzahl von Zähnen so angeordnet sind, dass das erste Schaltzahnrad (206) und das zweite Schaltzahnrad (208) mit den Zähnen des Antriebsrades (202) kämmen, wobei sie in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind, und dass die Zähne des ersten und zweiten Schaltzahnrades (206, 208) im Wesentlichen eine gleiche Zahnform aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arm (236), welcher mit einer Walze (220), die axial an dem ersten Schaltzahnrad (206) mit der Mehrzahl von Zähnen angebracht ist, in Eingriff bringbar ist, an dem Drehmomentbegrenzungshebel (216) vorgesehen ist, und dass der Arm (236) einen ersten Eingriffsabschnitt (240) zum Halten der Walze (220) an einer Ursprungsposition und einen zweiten Eingriffsabschnitt (242) zum Halten der Walze (220) wenn die Innenverzahnung (24) durch den Verriegelungshebel (212) in einem verriegelten Zustand ist, und einen dreieckigen Vorsprung (238), welcher zwischen dem ersten Eingriffsabschnitt (240) und dem Eingriffsabschnitt (242) angeordnet ist, aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetengetriebemechanismus (26) das einzelne Sonnenrad mit kleinem Durchmesser, die Mehrzahl von Planetenrädern mit jeweils einem mittleren Durchmesser mit gleichen Außendurchmesser und die einzelne Innenverzahnung mit großem Durchmesser aufweist, dass die Vielzahl von Planetenrädern, die voneinander in Umfangsrichtung um festgelegte Winkel beabstandet sind, an einem Außenumfang des Sonnenrades vorgesehen sind, welches in der Mitte angeordnet ist, so dass die Planetenräder mit dem Sonnenrad so kämmen, dass sie um dieses umlaufen und sich um ihre Achsen drehen, und dass die Innenverzahnung an einem Außenumfang der Planetenräder vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Verbindungselement zum integralen Verbinden der Drehantriebsquelle mit dem Stellglied.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement Bolzen (67) aufweist, die in Befestigungsöffnungen (18) an vier Ecken eines Gehäuses (16) eingesetzt werden.