DE112008000762T5

DE112008000762T5 - Schaltvorrichtung zum Wechseln der Antriebskraft zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung

Info

Publication number: DE112008000762T5
Application number: DE112008000762T
Authority: DE
Inventors: Seiichi Kuwana Takada; Tsutomu Kuwana Maiwa
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2010-02-18
Also published as: US8505404B2; JP2008267437A; CN101680514B; CN101680514A; JP5048387B2; WO2008133045A1; US20100108454A1

Abstract

Schaltvorrichtung zum Wechseln der Antriebskraft zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung, wobei die Vorrichtung eine fixe Welle (11), ein Eingangszahnrad (14) und ein Ausgangszahnrad (15), die derart auf die fixe Welle (11) gepasst sind, dass sie einander zugewandt sind, und einen Schaltmechanismus (10), der zwischen dem Eingangszahnrad und dem Ausgangszahnrad angeordnet ist, umfasst, wobei der Schaltmechanismus (10) konfiguriert ist, um ein auf das Eingangszahnrad (14) ausgeübtes Antriebsdrehmoment zu dem Ausgangszahnrad (15) zu übertragen, um das Ausgangszahnrad (15) wahlweise in einer von zwei einander entgegen gesetzten Richtungen zu drehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltmechanismus (10) ein Eingangskegelrad (16), das einstückig mit dem Eingangszahnrad (14) ausgebildet ist, ein Ausgangskegelrad (17), das einstückig mit dem Ausgangszahnrad (15) ausgebildet ist, ein Zwischenzahnrad (12), das auf die fixe Welle (11) gepasst ist, Haltewellen (13), die sich senkrecht von der Zwischenwelle (12) erstrecken, Zwischenkegelräder (22), die auf den entsprechenden Haltewellen (13) gehalten werden und in das...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zum Wechseln der Antriebskraft zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung, die in Büromaschinen verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Schaltvorrichtung, in der die gleiche Zwischenwelle für verschiedene Aufbauten verwendet werden kann.
Stand der Technik
Papier wird in Büromaschinen wie etwa Kopiergeräten gewöhnlich nur in einer Richtung zugeführt. Deshalb wird in derartigen Büromaschinen ein Motor verwendet, der sich nur in einer Richtung dreht. Wenn jedoch bei komplexeren Büromaschinen mit einer Papierzuführstation, die die Zufuhr von Papier in einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung gestattet, ein Motor verwendet wird, der sich nur in einer Richtung dreht, muss zusätzlich eine Vorrichtung zum Wechseln der Drehrichtung des Motors zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung vorgesehen werden (Patentdokument 1).
Es ist ein in 18 gezeigter Mechanismus zum Wechseln der Antriebskraft zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung bekannt, der drei Kegelräder umfasst (nicht-Patentdokument 1). Dieser Mechanismus umfasst eine Eingangswelle 71, ein Eingangskegelrad 72, das an einem Ende der Eingangswelle 71 montiert ist, eine Ausgangswelle 73, die sich senkrecht zu der Eingangswelle 71 erstreckt und in der Nähe der Zahnfläche des Eingangskegelrads 72 angeordnet ist, und eine Kupplung 74, die axial verschiebbar mit der Ausgangswelle 73 verkeilt ist. Auf beiden Seiten der Kupplung 74 sind ein Paar von Ausgangskegelradteilen 75 drehbar montiert und greifen in das Eingangskegelrad 72 ein. Auf entsprechenden gegenüberliegenden Flächen der Ausgangskegelradteile 75 sind Vorsprünge 76 vorgesehen, die jeweils Zähne 77 aufweisen, um in die Kupplung 74 einzugreifen. Die Kupplung 74 weist in ihrem mittleren Teil eine Umfangsrille 78 auf, in die ein Stift 80 eines Schwenkarms 79 einsteckt ist. Der Schwenkarm ist an seinem anderen Ende über eine Welle 81 schwenkbar mit einem stationären Teil verbunden.
Wenn der Schwenkarm 79 nach rechts oder links gekippt wird, wird die Kupplung 74 axial verschoben und in einen Eingriff mit den Zähnen 77 eines der Ausgangskegelradteile 75 gebracht. Dadurch wird die Drehung der Eingangswelle 71 auf die Ausgangswelle 73 übertragen. Wenn der Schwenkarm 79 dagegen in der entgegen gesetzten Richtung gekippt wird, greift die Kupplung 74 in den anderen Ausgangskegelradteil 75 ein, sodass die Ausgangswelle 73 in der umgekehrten Richtung gedreht wird.

Patentdokument 1: Japanische Patentveröffentlichung 5-307290A
Nicht-Patentdokument 1: „Mechanical Movement Mechanism", Ghihodo Co., Ltd., veröffentlicht am 15. Oktober 1957, Seite 81

Beschreibung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung
Weil sich bei dieser Schaltvorrichtung die Eingangswelle 71 und die Ausgangswelle 73 senkrecht zueinander erstrecken, ist die Positionierung eines Motors auf der Eingangsseite und von Papierzuführrollen auf der Ausgangsseite beschränkt. Weiterhin weist das Eingangskegelrad einen großen Durchmesser auf und weist der Steuermechanismus für den Schwenkarm 79 einen komplexen Aufbau auf. Außerdem ist eine Synchronisierungseinrichtung erforderlich, um die Winkelphase der Zähne 77 zu synchronisieren und dadurch eine Kollision der Zähne beim Schalten der Kupplung 74 zu vermeiden.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte Schaltvorrichtung zum Wechseln der Antriebskraft zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung anzugeben, wobei sich die Eingangswelle und die Ausgangswelle parallel zueinander erstrecken und wobei die gleiche Zwischenwelle unabhängig davon verwendet werden kann, ob eine Federkupplung oder eine Rollenkupplung verwendet wird, sodass der Aufbau vereinfacht und die Kosten reduziert werden können.
Lösung der Aufgabe
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Schaltvorrichtung zum Wechseln der Antriebskraft zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung gemäß dieser Erfindung hauptsächlich ein Eingangszahnrad 14 und ein Ausgangszahnrad 15, die um eine fixe Welle 11 herum gepasst sind und einander axial zugewandt sind, sowie einen Schaltmechanismus 10, der zwischen dem Eingangszahnrad 14 und dem Ausgangszahnrad 15 angeordnet ist. Die Drehrichtung des auf das Eingangszahnrad 14 ausgeübten Drehmoments wird durch den Schaltmechanismus 10 gewählt und auf das Ausgangszahnrad 15 übertragen.
Der Schaltmechanismus 10 umfasst ein Eingangskegelrad 16, das einstückig mit dem Eingangszahnrad 14 ausgebildet ist, ein Ausgangskegelrad 17, das einstückig mit dem Ausgangszahnrad 15 ausgebildet ist, eine Zwischenwelle 12, die um die fixe Welle 11 gepasst ist, Zwischenkegelräder 22, die auf entsprechenden Haltewellen 13, die sich senkrecht zu der Zwischenwelle 12 erstrecken, gehalten werden und in das Eingangskegelrad 16 und das Ausgangskegelrad 17 eingreifen, eine Einwegkupplung, die zwischen der Zwischenwelle 12 und dem Eingangskegelrad 16 angeordnet ist und eine Federkupplung 25 oder eine Rollenkupplung (siehe 1) ist, und eine Steuereinrichtung (ein Steuerzahnrad 39 und ein Stellglied 44) zum wahlweisen Sperren und Entsperren der Einwegkupplung.
Wenn die Federkupplung 25 als Einwegkupplung verwendet wird, ist ein auf die Zwischenwelle 12 gepasster Adapterteil 30 an einem Verbindungsglied 28 vorgesehen, in das fixe Haken 37 eingreifen. Wenn die Rollenkupplung 55 als Einwegkupplung verwendet wird, ist ein Adapterteil 57 an einem Innenring 56 vorgesehen. Der Adapterteil 30 oder 57 wird durch einen komplementären Verbindungsaufbau mit der Zwischenwelle 12 verbunden. Es kann also die gleiche Zwischenwelle 12 für beide Typen von Einwegkupplungen verwendet werden.
Indem in der Anordnung mit der Federkupplung 25 eine Hälfte einer Vielzahl von Schraubenfedern 35 in einer Richtung gewunden sind, die der Richtung entgegen gesetzt ist, in der die andere Hälfte der Schraubenfedern 35 gewunden sind, und indem ein Verstärkungsvorsprung 51 an dem Verbindungsglied 28 in einem Zwischenraum g zwischen axial gegenüberliegenden Schraubenfedern 35 vorgesehen ist, können Lösehaken 36 verstärkt werden.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bietet die folgenden Vorteile.

(1) Indem die Steuereinrichtung wahlweise gehalten und freigesetzt wird, kann die Richtung der von dem Eingangsglied auf das Ausgangsglied übertragenen Antriebskraft einfach geändert werden.
(2) Das Ausgangsglied kann wahlweise in der Vorwärtsrichtung A oder in der Rückwärtsrichtung B mit der gleichen Drehzahl wie das Eingangsglied gedreht werden.
(3) Unabhängig davon, ob die Einwegkupplung eine Federkupplung oder eine Rollenkupplung ist, kann die gleiche Zwischenwelle verwendet werden. Dadurch können der Aufbau der gesamten Vorrichtung vereinfacht und damit die Kosten reduziert werden.
(4) Indem in der Anordnung, in der die Federkupplung verwendet wird, das Verbindungsglied vorgesehen ist, das den Adapterteil mit dem Hakenverstärkungsvorsprung aufweist, können die Lösehaken verstärkt werden, wodurch die Lebensdauer der Schraubenfedern verlängert wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform 1, während das Stellglied zurückgezogen ist.
2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI von 1.
3(a) ist eine perspektivische Explosionsansicht der Ausführungsform 1, 3(b) ist eine perspektivische Ansicht des Steuerzahnrads, und 3(c) ist eine perspektivische Ansicht des Verbindungsglieds.
4 ist eine Schnittansicht der Ausführungsform 1, während das Stellglied ausgefahren ist.
5(a) und 5(b) sind Schnittansichten entlang der Linie X2-X2 von 4 und zeigen jeweils verschiedene Betriebszustände.
6(a) ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform 2, während das Stellglied zurückgezogen ist, und 6(b) ist eine Querschnittansicht der Federkupplung der Ausführungsform 2.
7(a) ist eine Schnittansicht entlang der Linie X3-X3 von 6, und 7(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie X4-X4 von 6.
8(a) ist eine perspektivische Ansicht des Verbindungsglieds der Ausführungsform 2, und 8(b) ist eine perspektivische Ansicht des Steuerzahnrads der Ausführungsform 2.
9 ist eine Schnittansicht der Ausführungsform 2, während das Stellglied ausgefahren ist.
10(a) und 10(b) sind Schnittansichten entlang der Linie X5-X5 von 9.
11 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform 3, während das Stellglied zurückgezogen ist.
12 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X6-X6 von 11.
13 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht von 12.
14(a) ist eine vergrößerte Teilschnittansicht von 12, und 14(b) ist eine vergrößerte Teilschnittansicht von 13.
15(a) ist eine perspektivische Explosionsansicht der Ausführungsform 3, und 15(b) ist eine perspektivische Ansicht des Innenrings der Ausführungsform 3.
16 ist eine perspektivische Ansicht des Steuerzahnrads der Ausführungsform 3.
17 ist eine Schnittansicht der Ausführungsform 3, während das Stellglied zurückgezogen ist.
18 ist eine Draufsicht auf eine Vorrichtung aus dem Stand der Technik.

10: Schaltmechanismus
11: fixe Welle
12: Zwischenwelle
13: Haltewelle
14: Eingangszahnrad
15: Ausgangszahnrad
16: Eingangskegelrad
17: Ausgangskegelrad
18: Eingangsstirnrad
19: Ausgangsstirnrad
20: Vorsprungsteil
21: Kupplungsaufnahmeteil
22: Zwischenkegelrad
22a: Schnappring
23: äußeres Ringglied
24: Rille
25: Federkupplung
26: Schulter
27: Eingreifvorsprung
28: Verbindungsglied
29: Eingreifvertiefung
30: Adapterteil
31: Rippe
31a: gestufte Vertiefung
32: Hakeneingreifvorsprung
33: Schlitz
34: äußerer Ring
35: Schraubenfeder
36: Lösehaken
37: fixierter Haken
38: unvollständiger Windungsteil
39: Steuerzahnrad
40: Eingreifrille
41: Lösungsarmteil
41a, 41b: Eingreifendfläche
42: Stopperarmteil
43: Eingreiffläche mit Vorsprüngen und Vertiefungen
44: Stellglied
45: Eingangsglied
46: Eingangswelle
47: Ausgangsglied
48: Ausgangswelle
49: Schnappring
50: Schnappring
51: Hakenverstärkungsvorsprung
52: Lösearmteil
55: Rollenkupplung
56: innerer Ring
57: Adapterteil
58: äußerer Ring
59: Rolle
60: Vorspannungsfeder
61a, 61b: Rollenaufnahmeteile
62a, 62b: Nockenflächen
63: Entsperrstift
64: Haltevorsprung
65: Haltevertiefung

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Im Folgenden werden Schaltvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
1 bis 5 zeigen eine Schaltvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1, die umfasst: ein Eingangszahnrad 14 und ein Ausgangszahnrad 15, die derart um eine fixe Welle 11 herum montiert sind, dass sie einander zugewandt sind, und einen Schaltmechanismus 10, der zwischen den Zahnrädern 14 und 15 angeordnet ist. Im Folgenden wird der Aufbau des Schaltmechanismus 10 im Detail beschrieben.
Das Eingangszahnrad 14 weist auf der dem Ausgangszahnrad 15 zugewandten Seite ein Eingangskegelrad 16 und auf der radial äußeren Fläche ein Eingangsstirnrad 18 auf. Das Eingangszahnrad 14 weist weiterhin in der Mitte der Seite, die der Seite mit dem Eingangskegelrad 16 gegenüberliegt, einen zylindrischen Kupplungsaufnahmeteil 21 auf. Das Ausgangszahnrad 15 weist auf der dem Eingangskegelrad 16 zugewandten Seite ein Ausgangskegelrad 17 und auf der radial äußeren Fläche ein Ausgangsstirnrad 19 auf.
Eine Zwischenwelle 12 ist drehbar um die fixe Welle 11 herum montiert. An einem in der Längsrichtung mittleren Teil der Zwischenwelle 12 sind Haltewellen 13 durch entsprechende Vorsprungsteile 20 hindurch vorgesehen, die sich senkrecht zu der Zwischenwelle 12 erstrecken. Zwischenkegelräder 22 sind auf die entsprechenden Haltewellen 13 gepasst, wobei Schnappringe 22a dafür sorgen, dass sich die Zwischenkegelräder 22 nicht von den entsprechenden Wellen 13 lösen. Die Zwischenkegelräder 22 greifen in das Eingangskegelrad 16 und das Ausgangskegelrad 17 ein. Ein äußeres Ringglied 23 ist um die radial äußeren Enden der Haltewellen 13 herum vorgesehen, wobei die radial äußeren Enden der Haltewellen 13 in den Axialrillen 24 aufgenommen sind, die in der radial inneren Fläche des äußeren Ringglieds 23 ausgebildet sind. Das äußere Ringglied 23 bedeckt den inneren Kegelradmechanismus, wobei seine Endflächen jeweils in Nachbarschaft zu gegenüberliegenden Innenflächen des Eingangsstirnrads 18 und des Ausgangsstirnrads 19 angeordnet sind.
Ein Endteil der Zwischenwelle 12 erstreckt sich durch das Ausgangszahnrad 15, und der andere Endteil erstreckt sich durch das Eingangszahnrad 14, die Mitte des Kupplungsaufnahmeteils 21 und ein Steuerzahnrad 39. Die Zwischenwelle 12 weist einen Teil mit kleinem Durchmesser auf, der sich durch das Eingangszahnrad 14, den Kupplungsaufnahmeteil 21 und das Steuerzahnrad 39 zu dem anderen Ende der Welle 12 erstreckt, wobei eine Schulter 26 (siehe 3(a)) zwischen dem Teil mit kleinem Durchmesser und dem Teil mit großem Durchmesser definiert ist. Auf der Schulter 26 sind zwei achsensymmetrische Eingreifvorsprünge 27 ausgebildet, die sich zu dem Ende des Teils mit kleinem Durchmesser der Welle 12 erstrecken. Die Eingreifvorsprünge 27 sind derart konfiguriert, dass sich axial in Eingreifvorsprünge 29 eines Adapterteils 30 (siehe 3(c)) eines weiter unten beschriebenen Verbindungsglieds 28 eingreifen, um einen komplementären Verbindungsaufbau zu bilden, der eine einstückige Drehung gestattet.
Wie in 3(c) gezeigt, ist das Verbindungsglied 28 ein zylindrisches Glied, das um den Teil mit kleinem Durchmesser der Zwischenwelle 12 in dem Kupplungsverbindungsteil 21 gepasst ist, und weist einen Hakeneingreifvorsprung 32 auf seiner radial äußeren Fläche auf, der sich über die gesamte Axiallänge erstreckt. Der Hakeneingreifvorsprung 32 weist einen Längsschlitz 33 auf. Das Verbindungsglied 28 weist an seinem Ende in der Nähe des Eingangszahnrads 14 einen Adapter 30 auf. Der Adapter umfasst eine Rippe 31, die an dem Ende der radial äußeren Fläche des Verbindungsglieds 28 ausgebildet ist, sowie die zwei Eingreifvertiefungen 29, die in der radial inneren Fläche des Verbindungsglieds achsensymmetrisch zueinander ausgebildet sind. Die Rippe 31 weist dieselbe Höhe auf wie der Hakeneingreifvorsprung 32.
Der Kupplungsaufnahmeteil 21 weist eine ringförmige, gestufte Vertiefung 31a in ihrer radial inneren Fläche um das Wellenloch herum auf (siehe 1 und 3(a)). Der Adapter 30 ist konfiguriert, um in der gestuften Vertiefung 31 aufgenommen zu werden.
Die Federkupplung 25 umfasst: einen äußeren Ring 34, der in den Kupplungsaufnahmeteil 21 derart gepasst ist, dass er nicht gedreht werden kann, das Verbindungsglied 28 und zwei Schraubenfedern 35, die elastisch sind und radial nach außen gegen die radial inneren Flächen des äußeren Rings 34 und axial gegeneinander drücken.
Jede Schraubenfeder 35 weist radial nach innen gebogene Haken 36 und 37 an den entsprechenden Enden auf. Jede Schraubenfeder 35 ist von einem übermäßig gewundenen Typ und umfasst den Haken 36 (nachfolgend als „Lösehaken 36” bezeichnet), einen unvollständigen Windungsteil 38, der im Uhrzeigersinn von dem Lösehaken 36 mit einer ganzzahligen Anzahl von Windungen plus einem kleinen Kreisbogenabschnitt (in dem gezeigten Beispiel drei und eine Viertel Windung) gewunden ist, und den Haken 37 (nachfolgend als „fixer Haken” 37 bezeichnet) am anderen Ende des unvollständigen Windungsteils 38.
Wenn bei diesem Typ von Schraubenfeder 35 eine Kraft auf die Federn ausgeübt wird, um die Lösehaken 36 zu den fixen Haken 37 in Bezug auf den kleinen Kreisbogenabschnitt zu bewegen (die Lösehaken 36 von den fixen Haken 37 in Bezug auf den großen Kreisbogenabschnitt zu entfernen), werden die Schraubenfedern 35 radial erweitert und an dem äußeren Ring 34 gesperrt. Wenn dagegen eine Kraft auf die Federn ausgeübt wird, um die Lösehaken von den fixen Haken zu entfernen, werden die Schraubenfedern radial komprimiert und wird die Federnkupplung entsperrt. Auf diese Weise dient die Federnkupplung als Einwegkupplung. Die fixen Haken 37 der zwei Schraubenfedern 35 greifen in den Schlitz 33 ein, der in dem Hakeneingreifvorsprung 32 des Verbindungsglieds 28 ausgebildet ist.
Das Steuerzahnrad 39 ist an seinem Ende drehbar an dem Teil mit kleinem Durchmesser des Zwischenteils montiert. Eine Eingreifrille 40 ist in der Innenendfläche des Steuerzahnrads 39 konzentrisch zu dem Steuerzahnrad 39 ausgebildet (siehe 3(b)). An dem radial inneren Teil der Eingreifrille 40 weist das Steuerzahnrad 39 einen Lösearmteil 41 und einen Stopperarmteil 42 auf, die sich axial von der Endfläche parallel zueinander erstrecken (siehe 3(b)). Auf der radial äußeren Fläche des Steuerzahnrads 29 ist eine Eingreiffläche 43 mit Vorsprüngen und Vertiefungen wie etwa Zahnflächen oder Kerben derart ausgebildet, dass sie einem externen Stellglied 44 wie etwa einem Solenoid oder einer elektromagnetischen Kupplung zugewandt ist (siehe 1). Wenn das Stellglied 44 ein Solenoid ist, kann dieses direkt in die Engreiffläche 43 eingreifen oder von derselben gelöst werden. Wenn das Stellglied eine elektromagnetische Kupplung ist, kann diese indirekt über ein Zahnrad in die Eingreiffläche 43 eingreifen und von derselben gelöst werden.
In dem gezeigten Beispiel sind der Lösearmteil 41 und der Stopperarmteil 42 entlang des Umfangs voneinander beabstandet auf einem gemeinsamen Drehradius vorgesehen. In der Ausführungsform 2 sind der Lösearmteil und der Stopperarmteil einstückig ausgebildet. Um in den Ansprüchen beide Anordnungen anzugeben, werden die beiden Armteile 41 und 42 einfach als „Armteile” bezeichnet.
Wie in 2 gezeigt, ist der Lösearmteil 41 zwischen den Lösehaken 36 und den fixen Haken 37 angeordnet, die entlang des Umfangs einander an dem kleinen Kreisbogenabschnitt des unvollständigen Windungsteils 38 gegenüberliegen. Wie oben beschrieben, greifen die fixen Haken 37 in den Schlitz 33 des Eingreifvorsprungs 32 ein, während die Lösehaken 36 der Eingreifendfläche 41a des Lösearmteils 41 zugewandt sind, d. h. der hinteren Eingreifendfläche 41a in Bezug auf die Vorwärtsdrehrichtung A der Federkupplung 25 (in Bezug auf die Drehrichtung im Uhrzeigersinn vom rechten Ende in 1 aus gesehen). Aus der Vorwärtsdrehrichtung A betrachtet ist der Hakeneingreifvorsprung 32 der hinteren Eingreifendfläche 41b des Stopperarmteils 42 zugewandt.
Wie in 2 gezeigt, sind der Lösearmteil 41 und der Stopperarmteil 42 relativ zueinander derart positioniert, dass wenn ein Zwischenraum b mit einem vorbestimmten Mittelwinkel zwischen der Eingreifenfläche 41a des Lösearmteils 41 und den Lösehaken 36 vorhanden ist, ein Zwischenraum a (a > b) zwischen der Eingreifendfläche 41b des Stopperarmteils 42 und dem Hakeneingreifvorsprung 32 vorhanden ist.
Wenn wie in 1 gezeigt die Eingreifvertiefung 29 des Adapters 30 in die Eingreifvorsprünge 27 der Zwischenwelle 12 eingreifen, ist das Verbindungsglied 28 der Federkupplung 25 in Bezug auf eine Drehung an der Zwischenwelle 12 fixiert. Das hintere Ende des äußeren Rings 34 ist in die Eingreifrille 40 gepasst und wird durch dieselbe gehalten.
In 1 gibt das Bezugszeichen 45 ein Eingangsglied wieder, das ein an einer Eingangswelle 46 gehaltenes Zahnrad umfasst, gibt das Bezugszeichen 47 ein Ausgangsglied wieder, das ein an einer Ausgangswelle 48 gehaltenes Zahnrad umfasst und geben die Bezugszeichen 49 und 50 Schnappringe zur Verhinderung einer Ablösung an.
Im Folgenden wird der Betrieb der Schaltvorrichtung zum Wechseln der Antriebskraft zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben.
Wenn wie in 1 gezeigt das Stellglied 44 zurückgezogen ist und nicht in die Eingreiffläche 43 des Steuerzahnrads 39 eingreift, sodass das Steuerzahnrad 39 nicht gehalten wird, und wenn das Antriebsdrehmoment in der Vorwärtsdrehrichtung A von dem Eingangsglied 45 auf das Eingangszahnrad 14 wirkt, werden das Eingangskegelrad 16, das einstückig mit dem Eingangszahnrad 14 ausgebildet ist, der Kupplungsaufnahmeteil 21 und der äußere Ring 34, der in dem Kupplungsaufnahmeteil 21 aufgenommen ist, in der Vorwärtsdrehrichtung A gedreht. Die Federkupplung 25 wird unter dem auf die Lösehaken 36 der Schraubenfedern 35 ausgeübten Drehmoment weiter radial zu den fixen Haken 37 hin erweitert und an dem äußeren Ring 34 gesperrt.
Auf diese Weise werden das Verbindungsglied 28, das in die fixen Haken 37 eingreift, die Zwischenwelle 12, die mit dem Verbindungsglied 28 verbunden ist, die Haltewellen 13, die Zwischenkegelräder 22, die an den Haltewellen 13 gehalten werden, und das äußere Ringglied 23 alle in der Vorwärtsdrehrichtung A gedreht. Wenn sich dabei die Zwischenwelle 12, die Haltewellen 13 und das Eingangskegelrad 16 drehen, drehen sich die Zwischenkegelräder 22 in der Vorwärtsdrehrichtung A, ohne sich um ihre eigenen Achsen zu drehen. Dadurch wird veranlasst, dass das Ausgangskegelrad 17, das in die Zwischenkegelräder 22 eingreift, das Ausgangszahnrad 15 in der Vorwärtsdrehrichtung A dreht. Das Antriebsdrehmoment in der Vorwärtsdrehrichtung A wird also zu dem Ausgangsglied 47 (zu der Last) übertragen.
Dabei wird das Steuerzahnrad 39 in der Vorwärtsdrehrichtung A gedreht, weil die Lösehaken 36 in den Lösearmteil 41 eingreifen.
Um die Drehrichtung der Last zu der Rückwärtsdrehrichtung B zu wechseln, während sich das Eingangszahnrad 14 in der Vorwärtsdrehrichtung A dreht, wird das Stellglied 44 ausgefahren und in einen Eingriff mit der Eingreiffläche 43 des Steuerzahnrads 39 gebracht, um das Steuerzahnrad 39 (siehe 4) zu halten. Wenn in diesem Zustand das Steuerzahnrad 39 gestoppt ist, drehen sich das Eingangszahnrad 14, die Zwischenwelle 12, die Federkupplung 25 und das Verbindungsglied 28 kontinuierlich in der Vorwärtsdrehrichtung A. Die Lösehaken 36 der Schraubenfedern 35 greifen also in die Eingreifendfläche 41a des Lösearmteils 41 ein (b = 0; siehe 5(a)).
Wenn sich diese Glieder weiter drehen, greift der Hakeneingreifvorsprung 32 in die Eingreifendfläche 41b des Stopperarmteils 42 ein, sodass der Zwischenraum a aufgehoben wird (siehe 5(b)), um die Drehung des Verbindungsglieds 28, der Zwischenwelle 12, der Haltewellen 13 und der Zwischenkegelräder 22 in der Vorwärtsdrehrichtung A zu stoppen. Weil das Eingangskegelrad 16, das in die Zwischenkegelräder 22 eingreift, kontinuierlich in der Vorwärtsdrehrichtung A gedreht wird, drehen sich die Zwischenkegelräder 22 um ihre eigenen Achsen (siehe 4). Dadurch wird veranlasst, dass das Ausgangszahnrad 15 durch das Ausgangskegelrad 17 in der Rückwärtsdrehrichtung B gedreht wird. Während sich das Ausgangszahnrad 15 in der Rückwärtsdrehrichtung B dreht, drehen sich die Schraubenfedern relativ zu dem äußeren Ring 34 mit dazwischen einem minimalen Reibungswiderstand, weil die Schraubenfedern 35 radial komprimiert bleiben.
Um die Übertragung eines Drehmoments in der Rückwärtsdrehrichtung B zu stoppen und dann ein Drehmoment in der Vorwärtsdrehrichtung A zu übertragen, wird das Stellglied 44 zurückgezogen, um das Steuerzahnrad 39 freizusetzen. In diesem Zustand können sich die Schraubenfedern 35 aufgrund ihrer eigenen Federkraft radial erweitern und werden an dem äußeren Ring 34 gesperrt (siehe 2).
Ausführungsform 2
6(a) bis 10 zeigen eine Ausführungsform 2, die eine Modifikation der Ausführungsform 1 ist und weitgehend denselben Aufbau wie die Ausführungsform 1 mit den im Folgenden beschriebenen drei Abweichungen aufweist.
Die erste Abweichung besteht darin, dass die zwei Schraubenfedern 35 der Federkupplung 25 in der Ausführungsform 1 beide im Uhrzeigersinn gewunden sind, während die zwei Schraubenfedern 35a und 35b in der Ausführungsform 2 jeweils in einander entgegen gesetzten Richtungen gewunden sind. Insbesondere ist die Schraubenfeder 35a, die in der Nähe des Eingangszahnrads 14 angeordnet ist, im Uhrzeigersinn gewunden, während die Schraubenfeder 35b, die in der Nähe des Steuerzahnrads 39 angeordnet ist, gegen den Uhrzeigersinn gewunden ist. Durch diese Anordnung kann das folgende Problem beseitigt werden, das in der Anordnung der Ausführungsform 1 angetroffen wird.
Wenn nämlich in der Anordnung der Ausführungsform 1, in der die Schraubenfedern 35 in derselben Richtung gewunden sind, das Steuerzahnrad 39 gehalten wird und die Federkupplung frei gedreht werden kann, während die Schraubenfedern 35 gestoppt sind (siehe 5(b)), drehen sich das Eingangszahnrad 14 und der äußere Ring 34, die einstückig mit dem Kupplungsaufnahmeteil 21 ausgebildet sind, der wiederum einstückig mit dem Eingangszahnrad 14 ausgebildet sind, kontinuierlich in der Vorwärtsdrehrichtung A. Dabei wirken Schubkräfte derselben Größe auf die entsprechenden Schraubenfedern 35 in derselben Richtung derart, dass sie einander erhöhen. Dadurch kann veranlasst werden, dass die Schraubenfedern 35 das Eingangszahnrad 14 oder das Steuerzahnrad 39 behindern, wodurch eine glatte Drehung dieser Glieder verhindert wird.
Im Gegensatz dazu werden in der Anordnung der Ausführungsform 2, in der eine der Schraubenfedern 35a und 35b in einer zu der anderen Schraubenfeder entgegen gesetzten Richtung gewunden ist, Schubkräfte S derselben Größe in den entsprechenden Schraubenfedern 35a und 35b in jeweils entgegen gesetzten Richtungen erzeugt (siehe 6(b)). Die Schubkräfte S heben also einander auf und stören die Drehung des Eingangszahnrads 14 und des Steuerzahnrads 39 nicht.
Weil bei dieser Anordnung die Schraubenfedern 35a und 35b in einander entgegen gesetzten Richtungen gewunden sind, greifen die fixen Haken 37 der entsprechenden Schraubenfedern 35a und 35b mit ihren entsprechenden Enden in den Schlitz 33 ein (siehe 6(a) und 6(b)). Die Lösehaken 36 sind axial benachbart oder einander berührend in dem mittleren Teil des Verbindungsglieds angeordnet.
Die zweite Abweichung der Ausführungsform 2 von der Ausführungsform 1 ist in dem Aufbau des Verbindungsglieds 28 gegeben. Insbesondere ist wie in 8(a) gezeigt zusätzlich zu dem Aufbau von 3(c) ein Hakenverstärkungsvorsprung 51 vorgesehen, der von dem Teil des Hakeneingreifvorsprungs 32 auf der Seite des Schlitzes 33 (an der vorderen Seite des Schlitzes 33 in Bezug auf die Vorwärtsdrehrichtung A) radial nach außen vorsteht. Wie in 6(b) und 7(b) gezeigt, ist der Hakenverstärkungsvorsprung 51 in einem axialen Zwischenraum g zwischen den Schraubenfedern 35a und 35a an einem Teil angeordnet, an dem die Lösehaken 36, die axial benachbart oder einander berührend in der Federkupplung angeordnet sind, einander in der Rückwärtsdrehrichtung B zugewandt sind.
Wenn das Steuerzahnrad 39 gehalten wird und der Hakeneingreifvorsprung 32 durch die Lösehaken 36 in den Lösearmteil 52 eingreift und stoppt (siehe 10(b)), hält der Hakenverstärkungsvorsprung 51 die gebogenen Teile der Lösehaken 36 in der Drehrichtung, um die Last auf die Lösehaken 36 zu reduzieren.
Ähnliche Lasten wirken auch auf die fixen Haken 37. Weil die fixen Haken 37 jedoch in den Schlitz 33 eingreifen, werden sie durch die Innenwand des Schlitzes 33 verstärkt.
Die dritte Abweichung der Ausführungsform 2 von der Ausführungsform 1 besteht darin, dass das Steuerzahnrad 39 der Ausführungsform 1 den Lösearmteil 41 und den Stopperarmteil 42 aufweist, die auf der inneren Endfläche des Steuerzahnrads 39 unabhängig voneinander ausgebildet sind, während in der Ausführungsform 2 der Lösearmteil 52 die Form eines unvollständigen Zylinderglieds mit einem großen Kreisbogenabschnitt in der Form eines Buchstaben C entlang des großen Kreisbogenabschnitts zwischen den Haken 36 und 37 der Schraubenfedern 35a und 35b aufweist (siehe 8(b)).
Bei dieser Anordnung, in der der Lösearmteil 52 die Form eines unvollständigen Zylinderglieds aufweist, kann der Armteil 52 um die radial äußere Fläche des Verbindungsglieds 28 gepasst werden, um die Position des Steuerzahnrads 39 zu stabilisieren. Je näher der Kreisbogenabschnitt des Lösearmteils 52 einem vollständigen Zylinder kommt, desto stabiler kann das Steuerzahnrad 39 positioniert werden. In der Ausführungsform 2 ist deshalb die Distanz zwischen den Haken 36 und 37 auf der Seite des großen Kreisbogenabschnitts entlang des Umfangs größer als in der Ausführungsform 1.
Der Lösearmteil 52 wird in den Ansprüchen einfach als „Armteil” bezeichnet und dient sowohl als Lösearmteil 41 wie auch als Stopperarmteil 42 der Ausführungsform 1.
Insbesondere sind die Lösehaken 36 in der Drehrichtung einer hinteren Eingreifendfläche 41a des Lösearmteils 52 in Bezug auf die Vorwärtsdrehrichtung A zugewandt (siehe 7(a)). Der Hakeneingreifvorsprung 32 des Verbindungsglieds 28 ist der Eingreifendfläche 41a über die Lösehaken 36 zugewandt.
Wenn die Lösehaken 36 in die Eingreifendfläche 41a eingreifen (siehe 10(a)), ist ein Zwischenraum mit einem vorbestimmten Mittelwinkel zwischen den Haken 36 und dem Hakeneingreifvorsprung 32 vorhanden. Wenn also das Steuerzahnrad 39 gehalten wird, greifen die Lösehaken 36 in die Eingreifendfläche 41a des Lösearmteils 52 ein und stoppen. Wenn sich die Federkupplung 25 weiter dreht, greift der Hakeneingreifvorsprung 32 in die Eingreifendfläche 41a über die Lösehaken 36 ein (a = 0; siehe 10(b)). Dadurch werden das Verbindungsglied 28, die Zwischenwelle 12 usw. gestoppt.
Während des Betriebs der Ausführungsform 2 wird das Steuerzahnrad 39 nicht wie in der Ausführungsform 1 gehalten (siehe 6, 7(a) und 7(b)), sodass wenn ein Antriebsdrehmoment in der Vorwärtsdrehrichtung A auf das Eingangszahnrad 14 wirkt, das Eingangskegelrad 16, das einstückig mit dem Eingangszahnrad 14 ausgebildet ist, der Kupplungsaufnahmeteil 21 und der äußere Ring 34, der in dem Kupplungsaufnahmeteil aufgenommen ist, in der Vorwärtsdrehrichtung A gedreht werden, wodurch die Federkupplung 25 gesperrt wird. Dadurch wird veranlasst, dass das Verbindungsglied 28, die Zwischenwelle 12, die mit dem Verbindungsglied 28 verbunden ist, die Haltewellen 13, die Zwischenkegelräder 22, die an den Haltewellen 13 gehalten werden, usw. in der Vorwärtsdrehrichtung A durch die fixen Haken 37 gedreht werden. Wenn sich die Zwischenwelle 12 und die Haltewellen 13 drehen, laufen die Zwischenkegelräder 22, die in das Eingangskegelrad 16 eingreifen, rund, ohne sich um ihre eigenen Achsen zu drehen, sodass das Ausgangszahnrad 15 in der Vorwärtsdrehrichtung A durch das Ausgangskegelrad 17, das in die Zwischenkegelräder eingreift, gedreht wird.
Wenn das Stellglied 44 ausgefahren ist, um das Steuerzahnrad 39 zu halten (siehe 9), stoppt das Steuerzahnrad 39, während sich das Eingangszahnrad 14, die Zwischenwelle 12 und das Verbindungsglied 28 kontinuierlich in der Vorwärtsdrehrichtung A drehen. Die Lösehaken 36 der Schraubenfedern 35 greifen also in die Eingreifendfläche 41a des Lösearmteils 52 ein, um die Federkupplung zu entsperren (siehe 10(a)). Dann wird der Zwischenraum a (siehe 10(b)) aufgehoben und wird die Drehung des Verbindungsglieds 28, der Zwischenwelle 12 und der Haltewellen 13 gestoppt.
Wenn die Drehung der Haltewellen 13 gestoppt wird, drehen sich die Zwischenkegelräder 22, die in das sich kontinuierlic in der Vorwärtsdrehrichtung A drehende Eingangskegelrad 17 eingreifen, um ihre eigenen Achsen ohne rund zu laufen, sodass das Ausgangszahnrad 15 in der Rückwärtsdrehrichtung B durch das Ausgangskegelrad 17 gedreht wird (siehe 9). In diesem Zustand werden Schubkräfte S in den Schraubenfedern 35a und 35b erzeugt. Weil aber diese Schubkräfte S die gleiche Größe aufweisen und einander entgegen gesetzt sind (siehe 6(b)), heben sie einander auf. Und weil die Lösehaken 36 durch den Hakenverstärkungsvorsprung 51 zwischen diesem und der Eingreifendfläche 41a gehalten wird, können die Lasten auf die Lösehaken 36 reduziert werden.
Ausführungsform 3
11 bis 17 zeigen eine Schaltvorrichtung zum Wechseln der Antriebskraft zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung gemäß einer Ausführungsform 3, in der die Einwegkupplung eine Rollenkupplung 55 ist. Ansonsten ist der Aufbau dieser Ausführungsform demjenigen der Ausführungsformen 1 und 2 ähnlich.
Insbesondere umfasst die Schaltvorrichtung der Ausführungsform 3 ein Eingangszahnrad 14 und ein fixes Zahnrad 11, die um eine fixe Welle 11 herum derart montiert sind, sodass sie einander zugewandt sind, sowie einen Schaltmechanismus 10, der zwischen den Zahnrädern 14 und 15 angeordnet ist. Das Eingangszahnrad 14 umfasst ein Eingangskegelrad 16, das auf der dem Ausgangszahnrad 15 zugewandten Fläche des Eingangszahnrads 14 ausgebildet ist, und ein Eingangsstirnrad 18, das auf der radial äußeren Fläche ausgebildet ist. Das Ausgangszahnrad 15 umfasst ein Ausgangskegelrad 17, das auf der dem Eingangskegelrad 16 zugewandten Fläche des Ausgangszahnrads 15 ausgebildet ist, und ein Ausgangsstirnrad 19, das auf der radial äußeren Fläche ausgebildet ist. Das Eingangszahnrad 14 umfasst weiterhin einen zylindrischen Kupplungsaufnahmeteil 21, der in der Mitte der Fläche des Eingangszahnrads 14 ausgebildet ist, die der Fläche mit dem dran ausgebildeten Eingangskegelrad 16 gegenüberliegt.
Eine Zwischenwelle 12 ist drehbar um die fixe Welle 11 herum montiert. An einem in der Längsrichtung mittleren Teil der Zwischenwelle 12 sind Haltewellen 13 durch entsprechende Vorsprungsteile 20 derart vorgesehen, dass sie sich senkrecht zu der Zwischenwelle 12 erstrecken. Zwischenkegelräder 22 sind auf die entsprechenden Haltewellen 13 gepasst, wobei Schnappringe 22a dafür sorgen, dass sich die Zwischenkegelräder 22 nicht von den entsprechenden Wellen 13 lösen. Die Zwischenkegelräder 22 greifen in das Eingangskegelrad 16 und das Ausgangskegelrad 17 ein. Ein äußeres Ringglied 23 ist um die radial äußeren Enden der Haltewellen 13 herum vorgesehen, wobei die radial äußeren Enden der Haltewellen 13 in Axialrillen 24 aufgenommen sind, die in der radial inneren Fläche des äußeren Ringglieds 23 ausgebildet sind. Die äußere Ringglied 23 bedeckt den inneren Kegelradmechanismus, wobei seine Endflächen jeweils nahe an den gegenüberliegenden Endflächen des Eingangsstirnrads 18 und des Ausgangsstirnrads 19 angeordnet sind.
Ein Endteil der Zwischenwelle 12 erstreckt sich durch das Ausgangszahnrad 15, während sich der andere Endteil durch das Eingangszahnrad 14, die Mitte des Kupplungsaufnahmeteils 21 und ein Steuerzahnrad 39 erstreckt. Die Zwischenwelle 12 weist einen Teil mit kleinem Durchmesser auf, der sich durch den Kupplungsaufnahmeteil 21 und das Steuerzahnrad 39 erstreckt, wobei eine Schulter 26 zwischen dem Teil mit kleinem Durchmesser und dem Teil mit großem Durchmesser definiert ist. An der Schulter 26 sind zwei achsensymmetrische Eingreifvorsprünge 27 ausgebildet, die sich zu dem Ende des Teils mit kleinem Durchmesser der Welle 12 erstrecken. Die Eingreifvorsprünge 27 sind konfiguriert, um axial in Eingreifvertiefungen 29 eines Adapterteils 57 (siehe 15(b)) an einem Ende eines inneren Rings 56 der Rollenkupplung 55 einzugreifen und dadurch einen komplementären Verbindungsaufbau zu bilden, der eine einstückige Drehung gestattet.
Der Adapterteil 57 weist den gleichen Aufbau auf wie der Adapterteil 30 des Verbindungsglieds 28 in den Ausführungsformen 1 und 2, und der innere Ring 56 weist einen Innendurchmesser auf, der gleich demjenigen des Verbindungsglieds 28 ist. Weil also die komplementären Verbindungsaufbauten der Ausführungsformen 1 bis 3 jeweils gleich sind, kann dieselbe Zwischenwelle 13 mit den Haltewellen 13 in allen drei Ausführungsformen 1 bis 3 verwendet werden.
Die Rollenkupplung 55 ist in dem Kupplungsaufnahmeteil 21 des Eingangszahnrads montiert (siehe 11) und umfasst den inneren Ring 56, der drehbar um die Zwischenwelle 12 herum montiert ist, einen äußeren Ring 58, der in den Kupplungsaufnahmeteil 21 eingesteckt und an deren radial inneren Fläche in Bezug auf eine Drehung fixiert ist, und Rollen 59 und Vorspannfedern 60, die zwischen dem äußeren Ring 58 und dem inneren Ring 56 angeordnet sind.
Rollenaufnahmeteile 61a und 61b, die jeweils unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen und ein Viertel des Gesamtumfangs einnehmen, sind zwischen den gegenüberliegenden Flächen des inneren Rings 56 und des äußeren Rings 58 ausgebildet. Insbesondere besteht der Rollenaufnahmeteil aus zwei achsensymmetrischen Rollenaufnahmeteilen 61a mit gleicher Ausrichtung und zwei Rollenaufnahmeteilen 61b, die entlang des Umfangs alternierend mit den Rollenaufnahmeteilen 61b vorgesehen sind und eine Ausrichtung aufweisen, die derjenigen der Rollenaufnahmeteile 61a entgegen gesetzt ist. Insbesondere sind wie in 13 gezeigt drei entlang des Umfangs kontinuierlich ausgebildete Nockenflächen 62a, 62b bzw. geneigte Flächen auf der radial äußeren Fläche des inneren Rings 56 an einem Teil ausgebildet, der den vier Rollenaufnahmeteilen 61a und 61b entspricht. Die Nockenflächen 62a der Rollenaufnahmeteile 61a sind entlang des Umfangs in einer Richtung geneigt, die der Richtung entgegen gesetzt ist, in der die Nockenflächen 62b der Rollenaufnahmeteile 61b entlang des Umfangs geneigt sind. Auf diese Weise spreizt sich der Keilwinkel θ, der durch die Berührungslinie an dem Kontaktpunkt zwischen jeder Nockenfläche 62a und der entsprechenden Rolle 59 gebildet wird, in einer Richtung, die dem Keilwinkel θ, der durch die Berührungslinie an dem Kontaktpunkt zwischen jeder Nockenfläche 62b und der entsprechenden Rolle 59 gebildet wird, entgegen gesetzt ist.
Jede Vorspannungsfeder 60 ist zwischen einem Paar von entlang des Umfangs benachbarten Rollenaufnahmeteilen 61a und 61b angeordnet, deren entsprechende Keilwinkel θ sich zu den anderen Rollenaufnahmeteilen 61b und 61a spreizen. Die Vorspannungsfedern 60 spannen also die entsprechenden Rollen 59 zu den schmalen Enden der entsprechenden Keilwinkel θ vor. Ein Entsperrstift 63 ist zwischen jedem Paar von entlang des Umfangs benachbarten Rollenaufnahmeteilen 61a und 61b angeordnet, deren entsprechende Keilwinkel θ zu den anderen Rollenaufnahmeteilen 61b und 61a schmäler werden (siehe 16). Eine Umfangszwischenraum b ist zwischen jedem Entsperrstift 63 und den Rollen 59 auf beiden Seiten derselben vorhanden (siehe 14(b)). Die Entsperrstifte 63 sind an dem Steuerzahnrad 39 fixiert und erstrecken sich axial. Das Steuerzahnrad 39 weist in der Nähe seines Wellenlochs einen Haltevorsprung 64 auf.
Eine Haltevertiefung 65 ist in der Fläche des inneren Rings 56 der Rollenkupplung 55 ausgebildet, die dem Steuerzahnrad 39 zugewandt ist (siehe 15). Der Haltevorsprung 64 wird in die Haltevertiefung 65 eingesteckt, wobei dazwischen ein Umfangszwischenraum gelassen wird (siehe 14(a)). Der Zwischenraum a ist größer als der Zwischenraum b (a > b).
Im Folgenden wird der Betrieb der Schaltvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 beschrieben.
Wenn wie in 11 gezeigt, während das Stellglied 44 zurückgezogen ist und das Steuerzahnrad 39 nicht gehalten wird, ein Antriebsdrehmoment in der Vorwärtsdrehrichtung A ausgeübt wird, wird der Außenring 58 der Rollenkupplung 55 in der gleichen Richtung gedreht (siehe 12). Deshalb können sich die Rollen 59 in den zwei Rollenaufnahmeteilen 61b frei bewegen. Weil die Rollen 59 in den zwei Rollenaufnahmeteilen 61a gesperrt sind, ist die Rollenkupplung 55 gesperrt. Daraus resultiert, dass der innere Ring 56, die Zwischenwelle 12, die mit dem inneren Ring 56 über einen Adapterteil 57 verbunden ist, und die Haltewellen 13, die einstückig mit der Zwischenwelle 12 ausgebildet sind, in der Vorwärtsdrehrichtung A drehen (siehe 11).
Wenn sich die Zwischenwelle 12 in diesem Zustand in der Vorwärtsdrehrichtung A dreht, laufen die Zwischenkegelräder 22, die in das Eingangskegelrad 16 und das Ausgangskegelrad 17 eingreifen, rund, ohne sich um ihre eigenen Achsen zu drehen, sodass das Ausgabezahnrad 15 in der Vorwärtsdrehrichtung A gedreht wird.
Wenn dagegen ein Antriebsdrehmoment in der Vorwärtsdrehrichtung A auf das Eingangszahnrad 14 ausgeübt wird, während das Stellglied 44 ausgefahren ist und das Steuerzahnrad 39 gehalten wird, dreht sich die Rollenkupplung 55 relativ zu den Entsperrstiften 63, die einstückig mit dem Steuerrad 39 ausgebildet sind, um eine Distanz, die größer als der Zwischenraum b ist (siehe die Punktstrichlinie in 14(b)), sodass die Rollen 22 in den Rollenaufnahmeteilen 61a entsperrt werden und die Rollenkupplung 55 freigeben. Danach dreht sich der innere Ring 56 relativ zu dem Steuerzahnrad 39, bis der Zwischenraum a zwischen der Haltevertiefung 65 und dem Haltevorsprung 64 aufgehoben wird, um die Drehung des inneren Rings 56 und der Zwischenwelle 12 zu stoppen, die über den Kupplungsadapterteil 57 mit dem inneren Ring 56 gekoppelt ist.
Daraus resultiert, dass die Drehung des Eingangszahnrads 14 in der Vorwärtsdrehrichtung A über das Eingangskegelrad 16, die Zwischenkegelräder 22 und das Ausgangskegelrad 17 auf das Ausgangszahnrad 15 übertragen wird, sodass sich das Ausgangszahnrad 15 in der Rückwärtsdrehrichtung B dreht (siehe 17). Das heißt, das Ausgangszahnrad dreht sich in der Richtung, die der Richtung des auf das Eingangszahnrad ausgeübten Antriebsdrehmoments entgegen gesetzt ist.
Die Rollenkupplung 55 kann modifiziert werden, indem die Nockenflächen 62a und 62b auf der radial inneren Fläche des äußeren Rings 58 ausgebildet werden.
Für die vorstehende Beschreibung wurde angenommen, dass die Vorwärtsdrehrichtung A und die Rückwärtsdrehrichtung B jeweils den Richtungen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn entsprechen. Die Vorrichtung kann jedoch auch betrieben werden, wenn ein Antriebsdrehmoment in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn auf das Eingangszahnrad 14 ausgeübt wird. In diesem Fall entsprechen die Vorwärtsdrehrichtung A und die Rückwärtsdrehrichtung B jeweils den Richtungen gegen den Uhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn.
Zusammenfassung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Schaltvorrichtung zum Wechseln der Antriebskraft zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung anzugeben, wobei die gleiche Zwischenwelle unabhängig davon verwendet werden kann, ob eine Federkupplung oder eine Rollenkupplung verwendet wird.
Die Schaltvorrichtung umfasst ein Eingangszahnrad 14, ein Ausgangszahnrad 15 und einen Schaltmechanismus 10 zum Wechseln der Drehrichtung, der zwischen dem Eingangszahnrad und dem Ausgangszahnrad angeordnet ist. Der Schaltmechanismus 10 umfasst Zwischenkegelräder 22, die auf einer Zwischenwelle 12 gehalten sind und in ein Eingangskegelrad 16 und ein Ausgangskegelrad 17 eingreifen, ein Steuerzahnrad 39 mit einem Lösearmteil 41 und einem Stopperarmteil 42, und eine Einwegkupplung, die in eine radial innere Fläche eines einstückig mit dem Eingangskegelrad 16 ausgebildeten Kupplungsaufnahmeteils gepasst ist. Wenn eine Federkupplung 25 als Einwegkupplung verwendet wird, ist ein Adapterteil 30 an einem Verbindungsglied 28 der Federkupplung vorgesehen, das auf die Zwischenwelle 12 gepasst ist. Wenn eine Rollenkupplung 55 als Einwegkupplung verwendet wird, ist ein Adapterteil 57 mit gleichem Aufbau an deren Innenring 56 vorgesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 5-307290 A [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Mechanical Movement Mechanism”, Ghihodo Co., Ltd., veröffentlicht am 15. Oktober 1957, Seite 81 [0004]

Claims

Schaltvorrichtung zum Wechseln der Antriebskraft zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung, wobei die Vorrichtung eine fixe Welle (11), ein Eingangszahnrad (14) und ein Ausgangszahnrad (15), die derart auf die fixe Welle (11) gepasst sind, dass sie einander zugewandt sind, und einen Schaltmechanismus (10), der zwischen dem Eingangszahnrad und dem Ausgangszahnrad angeordnet ist, umfasst, wobei der Schaltmechanismus (10) konfiguriert ist, um ein auf das Eingangszahnrad (14) ausgeübtes Antriebsdrehmoment zu dem Ausgangszahnrad (15) zu übertragen, um das Ausgangszahnrad (15) wahlweise in einer von zwei einander entgegen gesetzten Richtungen zu drehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltmechanismus (10) ein Eingangskegelrad (16), das einstückig mit dem Eingangszahnrad (14) ausgebildet ist, ein Ausgangskegelrad (17), das einstückig mit dem Ausgangszahnrad (15) ausgebildet ist, ein Zwischenzahnrad (12), das auf die fixe Welle (11) gepasst ist, Haltewellen (13), die sich senkrecht von der Zwischenwelle (12) erstrecken, Zwischenkegelräder (22), die auf den entsprechenden Haltewellen (13) gehalten werden und in das Eingangskegelrad (16) und das Ausgangskegelrad (17) eingreifen, eine Einwegkupplung, die zwischen der Zwischenwelle (12) und dem Eingangskegelrad (16) angeordnet ist, und eine Steuereinrichtung zum wahlweisen Sperren und Entsperren der Einwegkupplung, wobei die Einwegkupplung einen Adapterteil (30, 57) umfasst, der auf die Zwischenwelle (12) gepasst ist und über einen komplementären Verbindungsaufbau mit der Zwischenwelle (12) verbunden ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einwegkupplung eine Federkupplung (25) ist, die eine Schraubenfeder (35) mit einem fixen Haken (37) und ein Verbindungsglied (28), in das der fixe Haken (37) eingreift, umfasst, wobei das Verbindungsglied (28) auf die Zwischenwelle (12) gepasst ist und den Adapterteil (30) umfasst.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung ein Steuerzahnrad (39) und ein Stellglied (44) zum wahlweisen Halten und Freigeben des Steuerzahnrads (39) umfasst, wobei die Schraubenfeder (35) in einen Kupplungsaufnahmeteil (21) an dem Eingangszahnrad (14) gepasst ist, um elastisch radial nach außen gegen eine radial innere Fläche des Kupplungsaufnahmeteils (21) zu drücken, wobei das Steuerzahnrad (39) einen Lösearmteil (41) aufweist und in die Schraubenfeder (35) eingesteckt ist, wobei der fixe Haken (37) ein radial nach innen gebogener Teil an einem Ende der Schraubenfeder (35) ist, wobei die Schraubenfeder (35) weiterhin einen radial nach innen gebogenen Lösehaken (41) an einem anderen Ende aufweist, wobei das Verbindungsglied (28) einen Hakeneingreifvorsprung (32) aufweist, in den der fixe Haken (37) eingreift, wobei ein Armteil, der an dem Steuerzahnrad (39) vorgesehen ist, zwischen dem Lösehaken (36) und dem fixen Haken (37) der Schraubenfeder (35) eingesteckt ist, wobei der Lösehaken (36) einer hinteren Eingreifendfläche (41a) des Armteils in Bezug auf eine Vorwärtsdrehrichtung A der Federkupplung (25) zugewandt ist, wobei der Hakeneingreifvorsprung (32) einer hinteren Eingreifendfläche (41b) des Armteils in Bezug auf die Vorwärtsdrehrichtung A zugewandt ist, und wobei ein Zwischenraum b zwischen dem Lösehaken (36) und der Eingreifendfläche (41a) in der Drehrichtung vorhanden ist und wobei ein Zwischenraum a, der größer als der Zwischenraum b ist, zwischen dem Hakeneingreifteil (32) und der Eingreifendfläche (41b) vorhanden ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Armteil den Lösearmteil (41) und einen Stopperarmteil (42) umfasst, die entlang des Umfangs voneinander beabstandet auf einem gemeinsamen Drehradius angoerdnet sind, und wobei die Eingreifendfläche (41a) auf dem Lösearmteil (41) ausgebildet ist und die Eingreifendfläche (41b) auf dem Stopperarmteil (42) ausgebildet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Armteil einen unvollständig zylindrischen Lösearmteil (52) umfasst.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Federkupplung (25) eine gerade Anzahl der Schraubenfedern (35) umfasst und wobei eine Hälfte der Schraubenfedern in einer Richtung gewunden ist, die der Richtung entgegen gesetzt ist, in der die andere Hälfte der Schraubenfedern gewunden ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Hakeneingreifvorsprung (32) des Verbindungsteils (28) einen Schlitz (33) und einen Hakenverstärkungsvorsprung (51) an einem Teil vor dem Schlitz (33) in Bezug auf die Vorwärtsdrehrichtung A aufweist, wobei der Hakenverstärkungsvorsprung (51) in einem Zwischenraum g zwischen axial gegenüberliegenden Teilen von zwei Schraubenfedern (35), die in einander entgegen gesetzten Richtungen gewunden sind, angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einwegkupplung eine Rollenkupplung (55) ist, die einen inneren Ring (56) umfasst, der auf die Zwischenwelle (12) gepasst ist, und wobei der Adapterteil (57) an dem inneren Ring (56) vorgesehen ist.