DE102007006479B4 - Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses - Google Patents

Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses, die zwischen einer Drehantriebsquelle und einer angetriebenen Vorrichtung angeordnet ist, um ein Untersetzungsverhältnis eines Elementes, das auf der Basis einer Drehantriebskraft der Drehantriebsquelle betätigt wird, automatisch zu schalten, mit: einem ersten Planetengetriebe (14a) und einem zweiten Planetengetriebe (14b) mit einer Antriebswelle (18), die mit der Drehantriebsquelle verbunden ist, einer Abtriebswelle (26), die mit der angetriebenen Vorrichtung verbunden ist, einem antriebsseitigen Sonnenrad (36a) und einem abtriebsseitigen Sonnenrad (36b), antriebsseitigen Planetenrädern (38a bis 38d) und abtriebsseitigen Planetenrädern (38e bis 38h), einem antriebsseitigen Hohlrad (42a) und einem abtriebsseitigen Hohlrad (42b), die mit den antriebsseitigen Planetenrädern (38a bis 38d) beziehungsweise den abtriebsseitigen Planetenrädern (38e bis 38h) kämmen, und einem antriebsseitigen Träger (44a), einem abtriebsseitigen Träger (44b) und einem mittleren Träger (44c), die die antriebsseitigen Planetenräder (38a bis 38d) und die abtriebsseitigen Planetenräder (38e bis 38h) drehbar tragen und die entsprechend des Umlaufs der antriebsseitigen Planetenräder (38a bis 38d) und der abtriebsseitigen Planetenräder (38e bis 38h) gedreht werden, wobei das erste Planetengetriebe (14a) und das zweite Planetengetriebe (14b) in einer axialen Richtung der Antriebswelle 18 nebeneinander angeordnet sind, einem viskosen Widerstandselement (66), das auf der Basis einer statischen Reibungskraft arbeitet, so dass das antriebsseitige Sonnenrad (36a), die antriebsseitigen Planetenräder (38a bis 38d) und das antriebsseitige Hohlrad (42a) jeweils integral in einer gleichen Richtung gedreht werden, oder so dass das abtriebsseitige Sonnenrad (36b), die abtriebsseitigen Planetenräder (38e bis 38h) und das abtriebsseitige Hohlrad (42b) jeweils integral in einer gleichen Richtung gedreht werden, gekennzeichnet durch ein erstes inneres Kupplungselement (34a) und ein zweites inneres Kupplungselement (34b), die jeweils eine Rotation in einer Richtung ermöglichen, während sie die Antriebswelle (18) gegen eine Rotation in der anderen Richtung verriegeln, und die zueinander unterschiedliche Verriegelungsrichtungen aufweisen, und ein erstes äußeres Kupplungselement (54a) und ein zweites äußeres Kupplungselement (54b), die jeweils eine Rotation in einer Richtung erlauben, während sie die Rotation des antriebsseitigen Hohlrades (42a) oder des abtriebsseitigen Hohlrades (42b) in der anderen Richtung verriegeln, und die zueinander unterschiedliche Verriegelungsrichtungen aufweisen.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Untersetzungsverhältnis-Schaltvorrichtung, die in der Lage ist, ein Untersetzungsverhältnis automatisch zu schalten, das von einer Abtriebswelle mit Hilfe eines Planetengetriebes beispielsweise auf ein anderes Element oder eine Vorrichtung übertragen wird, wenn eine Last, die ein festgelegtes Drehmoment überschreitet, aufgebracht wird. Die vorliegende Erfindung kann in unterschiedlichen Gebieten eingesetzt und genutzt werden, die später beschrieben werden.
  • Mechanismen zum Schalten des Untersetzungsverhältnisses werden bisher beispielsweise in Maschinensystemen, wie Baumaschinen, eingesetzt. In solchen Maschinensystemen wird ein elektrischer Zylinder als ein Stellglied eingesetzt, das sich zum Antreiben eines Verbindungsmechanismus ausdehnt und zusammenzieht.
  • Bei einem solchen elektrischen Zylinder ist eine Drehwelle mit einem Eingangsbereich eines Elektromotors, der in einem Gehäuse aufgenommen ist, verbunden, und eine Gewindewelle ist in Verbindung mit der Drehwelle angeordnet. Die Gewindewelle steht in Gewindeeingriff mit einem Mutternelement, welches drehbar in dem Gehäuse gehalten wird. Zwei Paare von Planetengetrieben, die unterschiedliche Untersetzungsverhältnisse aufweisen, sind zwischen der Drehwelle und dem Mutternelement vorgesehen. Jedes der Planetengetriebe umfasst ein Sonnenrad und Planetenräder, die mit dem Sonnenrad in Eingriff stehen, sowie ein Hohlrad, das innerhalb des zylindrischen Gehäuses vorgesehen ist, um die Planetenbewegung zu vollziehen. Die Sonnenräder jedes der Planetengetriebemechanismen sind mit der Drehwelle über eine Freilaufkupplung verbunden, wobei sich die Eingriffsrichtung bei der Vorwärtsdrehung und der Rückwärtsdrehung unterscheidet. Eine Planetenhaltewelle, welche die Planetenräder jedes der Planetengetriebe drehbar hält, ist mit dem Mutternelement verbunden.
  • Wenn der Elektromotor in Vorwärtsdrehrichtung angetrieben und gedreht wird, wird bei dem elektrischen Zylinder auch die Drehwelle in Vorwärtsdrehrichtung gedreht, und das Mutternelement wird mit Hilfe des Planetengetriebes mit einem kleinen Untersetzungsverhältnis in der Vorwärtsrichtung gedreht. Hierdurch wird die Gewindewelle in ausfahrender Weise betätigt und bewegt. Wenn andererseits der Elektromotor mit einer umgekehrten Drehrichtung angetrieben und gedreht wird, so wird auch die Drehwelle in der umgekehrten Drehrichtung gedreht, und das Mutternelement wird mit Hilfe des Planetengetriebes mit einem großen Untersetzungsverhältnis in der umgekehrten Drehrichtung gedreht. Hierdurch wird die Gewindewelle in einer sich zusammenziehenden (einfahrenden) Weise betätigt und bewegt (vgl. die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2003-184982 A ).
  • Bei dem oben beschriebenen elektrischen Zylinder ist es jedoch notwendig, zwei Arten von Planetengetrieben mit unterschiedlichen Untersetzungsverhältnissen zu verwenden, damit die Gewindewelle aus- und einfahren kann. In diesem Fall wird die Zahl der Teile erhöht und der gesamte elektrische Zylinder wird größer.
  • Bei der Verwendung des Planetengetriebes des wie oben beschrieben aufgebauten elektrischen Zylinders wird unabhängig von der Größe des auf den elektrischen Zylinder aufgebrachten Lastdrehmoments der Ausfahrvorgang bei niedriger Geschwindigkeit mit einem großen Drehmoment durchgeführt, während der Einfahrvorgang mit hoher Geschwindigkeit bei niedrigem Drehmoment durchgeführt wird. Daher kann die Bewegungsgeschwindigkeit der Gewindewelle während des Ausfahrvorgangs nicht erhöht und mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, auch wenn das Lastdrehmoment, das auf den elektrischen Zylinder ausgeübt wird, klein ist.
  • Angesichts der oben beschriebenen Tatsachen hat die vorliegende Anmelderin eine Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses vorgeschlagen, bei welcher das Drehmoment so gesteuert werden kann, dass das Drehmoment mit hoher Geschwindigkeit übertragen werden kann, indem das Untersetzungsverhältnis in Abhängigkeit von der Betätigung eines ein Stellglied bildenden Verschiebungselementes automatisch geschaltet werden kann (vgl. japanische Patentanmeldung Nr. 2005-141123 ).
  • Die DE 38 28 922 C2 beschreibt ein hydrostatisches Differentialgetriebe mit zwei Planetengetrieben, bei dem die Sonnenräder mit jeweils einer Radwelle verbunden sind. Die Planetenräder kämmen in üblicher Weise mit dem zugehörigen Sonnenrad und jeweils einem als innenverzahntes Hohlrad ausgebildeten Abschnitt auf einem gemeinsamen Differentialkorb. Im normalen Fahrbetrieb wird der Differentialkorb durch den Antriebsstrang angetrieben und läuft synchron mit den Sonnenrädern und dem Planetenträger. Bei Schlupf ergibt sich eine Differenzdrehzahl zwischen dem Differentialkorb und den Sonnenrädern und die Planetenräder beginnen als Ausgleichsräder zu drehen, woraufhin eine Zahnradpumpenwirkung einsetzt, die den Aufbau eines Sperrmoments bewirkt.
  • Bei dem aus der DE 38 35 884 C2 bekannten selbstsperrenden, hydrostatischen Planetengetriebe für ein Kraftfahrzeug wird das Planetengetriebe über das Sonnenrad angetrieben, während der Abtrieb über den Planetenträger verläuft, welcher mit einer Antriebswelle verbunden ist. Das Planetengetriebe arbeitet nach Art einer Zahnradpumpe, wobei das Druckfluid über die Zahnräder gepumpt wird, wenn zwischen An- und Abtrieb Drehzahldifferenzen auftreten.
  • Auf diese Weise wird ein Sperrmoment aufgebaut, dessen Höhe von der Drehzahldifferenz abhängt. Ein über einen Freilauf sperrbares Hohlrad dient der Erhöhung der Einsatzvariabilität des Planetengetriebes.
  • In der DE 103 44 556 A1 ist ein momententeilendes planetarisches Differential beschrieben mit einem ersten inneren Sonnenrad, das für eine Rotation mit einer der Antriebswellen verbunden ist. Die ersten inneren Planetenräder sind drehbar auf inneren Trägerwellen befestigt und mit dem ersten inneren Sonnenrad verzahnt. Äußere Planetenräder sind drehbar auf äußeren Trägerwellen befestigt und kämmen mit dem Tellerrad. Darüber hinaus sind zwei Drehmomentbremsen vorgesehen, mittels derer sich die Größe des übertragenen Drehmoments regulieren lässt. Das Auslösen einer der Drehmomentbremsen bewirkt ein Abbremsen der entsprechenden Abtriebswelle und einen Anstieg der Rotationsgeschwindigkeit der jeweils anderen Abtriebswelle.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses vorzuschlagen, mit welcher das Drehmoment gleichmäßig auf eine Abtriebsseite übertragen werden kann, indem das Drehmoment auch dann gesteuert wird, wenn ein großes Drehmoment auf die Antriebsseite aufgebracht wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dann, wenn durch den Antrieb einer Drehantriebsquelle eine Drehantriebskraft in einer Richtung von einer Antriebswelle aufgebracht wird, ein erstes inneres Kupplungselement, das eine andere Verriegelungsrichtung aufweist, in einen Freilaufzustand versetzt, so dass ein erstes Planetengetriebe nicht betätigt wird, ein zweites inneres Kupplungselement wird in einen verriegelten Zustand versetzt, und die Drehantriebskraft wird in der einen Richtung auf ein zweites Planetengetriebe übertragen.
  • In dieser Situation wird die Last (beispielsweise eine Last, die aufgrund eines eingeschalteten oder angehaltenen Zustands einer angetriebenen Vorrichtung, die mit der Abtriebswelle verbunden ist, auf die Abtriebswelle aufgebracht wird), die einen viskosen Widerstand überwindet, vorab auf ein Hohlrad an der Abtriebsseite in dem zweiten Planetengetriebe aufgebracht. Das Hohlrad an der Abtriebsseite wird in einer anderen Richtung gedreht, die der einen Richtung entgegengesetzt ist, so dass durch ein zweites äußeres Kupplungselement eine Verriegelung bewirkt wird. Als Folge hiervon wird das zweite Planetengetriebe abgebremst und ein hohes Drehmoment wird auf die Abtriebswelle übertragen.
  • Wenn die Last an der Seite der Abtriebswelle verringert wird und der viskose Widerstand die Last überwindet, nachdem das zweite Planetengetriebe abgebremst wurde, so laufen dank der Wirkung einer statischen Reibungskraft eines viskosen Widerstandselements das abtriebsseitige Sonnenrad, die abtriebsseitigen Planetenräder und das abtriebsseitige Hohlrad zusammen in integrierter Weise und einer identischen Richtung um. Wenn die Last (d. h. die auf die angetriebene Vorrichtung aufgebrachte externe Last) über die angetriebene Vorrichtung auf die Abtriebswelle in dem Zustand aufgebracht wird, in dem das abtriebsseitige Sonnenrad, die abtriebsseitigen Planetenräder und das abtriebsseitige Hohlrad in der oben beschriebenen Weise integral umlaufen, so wird ein Herabschalten bewirkt, um die Geschwindigkeit zu verringern, und das hohe Drehmoment wird auf die Abtriebswelle übertragen.
  • Wenn andererseits die Drehantriebskraft durch die Schaltwirkung einer Drehantriebsquelle umgekehrt zu der oben beschriebenen in der anderen Richtung auf die Antriebswelle aufgebracht wird, so wird das zweite innere Kupplungselement, das eine andere Verriegelungsrichtung aufweist, in einen Freilaufzustand versetzt, so dass das zweite Planetengetriebe nicht betätigt wird. Das erste innere Kupplungselement wird in einen verriegelten Zustand versetzt und die Drehantriebskraft wird in der anderen Richtung auf das erste Planetengetriebe aufgebracht.
  • In dieser Situation wird eine Last, welche den viskosen Widerstand überwindet, auf das antriebsseitige Hohlrad in dem ersten Planetengetriebe aufgebracht. Das Hohlrad an der Antriebsseite wird in einer Richtung gedreht, die der anderen Richtung entgegengesetzt ist, so dass durch das erste äußere Kupplungselement eine Verriegelung bewirkt wird. Als Folge hiervon wird das erste Planetengetriebe abgebremst und ein hohes Drehmoment wird auf die Abtriebswelle übertragen.
  • Wenn die Last an der Seite der Abtriebswelle verringert wird und der viskose Widerstand die Last überwindet, nachdem das erste Planetengetriebe abgebremst wurde, so laufen dank der Wirkung einer statischen Reibungskraft des viskosen Widerstandselements ein antriebsseitiges Sonnenrad, antriebsseitige Planetenräder und das antriebsseitige Hohlrad zusammen in einer integrierten Weise und einer identischen Richtung um. Wenn die Last über die angetriebene Vorrichtung in einem Zustand, in dem das antriebsseitige Sonnenrad, die antriebsseitigen Planetenräder und das antriebsseitige Hohlrad in der oben beschriebenen Weise integral umlaufen, auf die Abtriebswelle aufgebracht wird, so wird ein Herabschalten bewirkt, um die Geschwindigkeit zu verringern, und das hohe Drehmoment wird auf die Abtriebswelle übertragen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung werden, wie oben beschrieben wurde, das erste Planetengetriebe und das zweite Planetengetriebe, die in der axialen Richtung der Antriebswelle nebeneinander angeordnet sind, so betätigt, dass eines von ihnen in Reaktion auf die Drehrichtung, die auf die Antriebswelle aufgebracht wird, in geeigneter Weise geschaltet und betrieben wird. Dementsprechend kann auch dann, wenn auf die Antriebsseite ein großes Drehmoment aufgebracht wird, das Drehmoment gleichmäßig auf die Seite der Abtriebswelle übertragen werden, ohne die Verwendung beispielsweise eines großen Getriebes zu erfordern.
  • Als Folge hiervon kann bei der vorliegenden Erfindung auch dann, wenn auf die Antriebsseite ein großes Drehmoment aufgebracht wird, das Drehmoment in geeigneter Weise gesteuert und gleichmäßig zu der Abtriebsseite übertragen werden.
  • Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. 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 Rückbeziehungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine vergrößerte perspektivische Teilansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein erstes Planetengetriebe und ein zweites Planetengetriebe nebeneinander angeordnet sind, um die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß 1 zu bilden;
  • 3 ist ein Längsschnitt in der axialen Richtung durch die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses;
  • 4 ist ein vergrößerter Teillängsschnitt, der die Merkmale gemäß 3 darstellt;
  • 5 ist ein Schnitt entlang der Linie V-V in 3;
  • 6 ist ein Schnitt, der einen Freilaufzustand erster und zweiter äußerer Kupplungselemente darstellt, die an äußeren Umfängen von Hohlrädern an der Antriebsseite und an der Abtriebsseite vorgesehen sind;
  • 7 ist ein Schnitt, der einen verriegelten Zustand darstellt, in dem Walzenlager, die die ersten und zweiten äußeren Kupplungselemente bilden, mit Nuten in Eingriff stehen;
  • 8 ist ein Schnitt, der einen Freilaufzustand erster und zweiter innerer Kupplungselemente darstellt, die zwischen einer Antriebswelle und entsprechenden antriebsseitigen und abtriebsseitigen Sonnenrädern angeordnet sind;
  • 9 ist ein Schnitt, der einen verriegelten Zustand darstellt, in welchem Nadellager, welche die ersten und zweiten inneren Kupplungselemente bilden, mit Nuten in Eingriff stehen;
  • 10 ist mit teilweisen Weglassungen eine Seitenansicht, in welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Motor zum Antreiben von Rädern angewandt wird;
  • 11 ist eine Ansicht, die Motoreigenschaften zeigt, die das Verhältnis zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment darstellen;
  • 12 ist eine Ansicht, die Motorcharakteristiken zeigt, die das Verhältnis zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment darstellen;
  • 13A ist eine Ansicht, die vollständig viskose Charakteristiken zeigt, wobei das Verhältnis zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment linear ist, und
  • 13B zeigt statische Reibungs- und viskose Charakteristiken, wobei das Verhältnis zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment geändert wird;
  • 14 ist eine Ansicht, die Widerstandscharakteristiken zeigt, die das Verhältnis zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment darstellen;
  • 15A ist ein Schnitt, der einen Rastmechanismus darstellt, bei dem eine Kugel befestigt wird, indem sie durch eine Feder gepresst wird, und
  • 15B zeigt einen Schnitt, der einen statischen Reibungsmechanismus darstellt, bei dem ein Reibungselement dadurch befestigt wird, dass es durch eine Feder gepresst wird;
  • 16 ist eine Ansicht, die Charakteristiken zeigt, welche Änderungen des Drehmoments relativ zu der Drehzahl und in Abhängigkeit von der Gegenwart oder Abwesenheit eines Verriegelungsmechanismus oder eines Zentrifugalkupplungsmechanismus darstellen;
  • 17 ist eine Ansicht, die eine schematische Anordnung zeigt, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Pressmaschine eingesetzt wird;
  • 18 ist eine Ansicht, die eine schematische Anordnung darstellt, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Motor zum Antreiben einer Axialpumpe eingesetzt wird;
  • 19 ist eine Ansicht, die eine schematische Anordnung zeigt, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Motor zum Antreiben eines Kugelspindelmechanismus eingesetzt wird;
  • 20 ist eine Ansicht, die eine schematische Anordnung zeigt, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Motor zum Antreiben einer Kugelspindelwelle eingesetzt wird;
  • 21 ist eine Ansicht, die eine schematische Anordnung zeigt, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Motor zum Antreiben einer Axialpumpe eingesetzt wird;
  • 22 ist eine Ansicht, die eine schematische Anordnung zeigt, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Getriebemotor zum Antreiben eines Förderbandes eingesetzt wird;
  • 23 ist eine Vorderansicht, die einen elektrischen Bohrer darstellt;
  • 24 ist eine perspektivische Ansicht, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Motor zum Antreiben eines Bohrelementes eines elektrischen Bohrers eingesetzt wird;
  • 25 ist eine perspektivische Ansicht, bei der die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Motor einer Schraubenbefestigungsmaschine eingesetzt wird;
  • 26 ist eine Ansicht, die Charakteristiken zeigt, welche die Drehmomentänderung relativ zu der Drehzahl eines Getriebemotors darstellen;
  • 27 ist eine perspektivische Ansicht, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Drehstellglied zum Drehen eines Werkstücks eingesetzt wird;
  • 28 ist eine perspektivische Ansicht, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Motor zum Antreiben eines elektrischen Rollstuhls eingesetzt wird;
  • 29 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand darstellt, in dem der elektrische Rollstuhl gemäß 28 über eine Stufe fährt;
  • 30 ist eine Seitenansicht, bei der die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Klemmvorrichtung eingesetzt wird;
  • 31 ist eine Vorderansicht, die eine im Stand der Technik beschriebene Gleittür darstellt, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
  • 32 ist eine perspektivische Ansicht, die einen elektrischen Stuhl, wie er im Stand der Technik beschrieben ist, darstellt, bei dem die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
  • 33 ist ein Schnitt, der ein elektromechanisches Stellglied, wie es im Stand der Technik beschrieben ist, darstellt, bei dem die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
  • 34 ist ein Schnitt, der eine elektrische Befestigungsvorrichtung, wie sie im Stand der Technik beschrieben ist, darstellt, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
  • 35 ist ein Schnitt, der eine Klemmvorrichtung, wie sie im Stand der Technik beschrieben wird, darstellt, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
  • 36 ist ein Schnitt, der eine automatische Drehmomentschaltvorrichtung, wie sie im Stand der Technik beschrieben wird, darstellt, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
  • 37 ist ein Schnitt, der eine elektromechanische Radbremsvorrichtung, wie sie im Stand der Technik beschrieben wird, darstellt, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
  • 38 ist ein Schnitt, der eine Drehmomentwandlungsvorrichtung, wie sie im Stand der Technik beschrieben wird, darstellt, bei welcher die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
  • 39 ist eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Rollstuhls, wie er im Stand der Technik beschrieben ist, bei welchem die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird; und
  • 40A bis 40D sind Ansichten, die schematische Anordnungen zeigen, die Kombinationsweisen der Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und des Planetengetriebes darstellen.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt einen Längsschnitt in der axialen Richtung der Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses.
  • Wie in den 1 und 3 gezeigt ist, umfasst die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Gehäuse 12a, 12b, die in zwei Teile unterteilt sind, und ein erstes Planetengetriebe 14a und ein zweites Planetengetriebe 14b, die in der axialen Richtung innerhalb einer Kammer, die durch die Gehäuse 12a, 12b dicht abgedichtet wird, nebeneinander angeordnet sind.
  • Das Gehäuse 12a hat einen Scheibenabschnitt, der integral mit einem kreisförmigen Flanschabschnitt 16 ausgebildet ist. Eine kreisförmige Öffnung 20, in welche eine Antriebswelle 18 eingesetzt wird, wobei ein Teil der Antriebswelle 18 nach außen frei liegt, ist in einem zentralen Bereich des Scheibenabschnitts ausgebildet. Eine ringförmige Aussparung 24a, in welcher ein Lagerabschnitt 22a so befestigt ist, dass er die Antriebswelle 18 drehbar tragen kann, ist an der Innenwand des Gehäuses 12a vorgesehen.
  • Das Gehäuse 12b besteht aus einem zylindrischen Element mit Boden. Eine Öffnung des zylindrischen Elements mit Boden wird durch das Gehäuse 12a verschlossen. Eine kreisförmige Öffnung 28, in welche eine Abtriebswelle 26 eingesetzt ist, wobei ein Teil der Abtriebswelle 26 nach außen frei liegt, ist an einem zentralen Bereich des Bodens des zylindrischen Elements mit Boden ausgebildet. Eine ringförmige Aussparung 24b, in welcher ein Lagerabschnitt 22b angebracht ist, so dass er die Abtriebswelle 26 drehbar tragen kann, ist an der Innenwand 12b in der Nähe der Öffnung 28 vorgesehen.
  • Ein Paar erweiterter Abschnitte 30 mit kreisbogenförmigem Querschnitt, die von der äußeren Umfangsfläche in einer diametralen Richtung vorstehen, sind für jedes der Gehäuse 12a, 12b vorgesehen. Eine Befestigungsöffnung 34, die in einer axialen Richtung durchtritt, ist durch den erweiterten Abschnitt 30 ausgebildet. In das Paar von Befestigungsöffnungen 32 werden jeweils Stangen 33 so eingesetzt, dass die Stangen 33 in Gewindeabschnitte eingesetzt werden. Dementsprechend werden die Gehäuse 12a und 12b, die aus zwei Teilen bestehen, einstückig miteinander verbunden.
  • Das erste Planetengetriebe 14a und das zweite Planetengetriebe 14b, die im Wesentlichen parallel zu der Antriebswelle 18 nebeneinander angeordnet sind, bestehen aus im Wesentlichen identischen Aufbauelementen.
  • Das erste Planetengetriebe 14a umfasst ein antriebsseitiges Sonnenrad 36a, das mit der Antriebswelle 18 über ein erstes inneres Kupplungselement 34a (nachfolgend bezeichnet als ”inneres QWL 34a”), vier antriebsseitige Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d, die mit dem antriebsseitigen Sonnenrad 36a in Eingriff stehen, wobei sie voneinander jeweils um Winkel von etwa 90° in der Umfangsrichtung des antriebsseitigen Sonnenrades 36a getrennt sind, so dass die antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d sowohl umlaufen als auch rotieren können, ein antriebsseitiges Hohlrad 42a mit einem verzahnten Abschnitt 40, der an seiner inneren Umfangsfläche vorgesehen ist und in Eingriff mit den antriebsseitigen Planetenrädern 38a, 38b, 38c, 38d steht, und einen scheibenförmigen antriebsseitigen Träger 44a.
  • Wie in 3 gezeigt ist, ist ein erstes Dichtelement 45, das aus einem Ringelement mit kleinem Durchmesser und X-förmigem Querschnitt besteht und das so positioniert ist, dass es die äußere Umfangsfläche der Antriebswelle 18 umgibt, in einer Ringnut an der inneren Umfangsfläche der Öffnung des antriebsseitigen Trägers 44a angebracht. Dank des ersten Dichtelements 45 ist es möglich, eine Leckage des viskosen Fluids, beispielsweise eines Öls oder Schmierfetts, wie es später beschrieben wird, nach Außen zu vermeiden, was andernfalls durch die Antriebswelle 18 bewirkt werden könnte. Ein zweites Dichtelement 47, das aus einem Ringelement mit großem Durchmesser und einem X-förmigen Querschnitt besteht und das durch Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des antriebsseitigen Hohlrades 42a als Dichtung dient, ist in einer Ringnut an der äußeren Umfangsfläche des antriebsseitigen Trägers 44a angebracht.
  • Das zweite Planetengetriebe 14b umfasst ein abtriebsseitiges Sonnenrad 36b, das über ein zweites inneres Kupplungselement 34b (nachfolgend bezeichnet als ”inneres OWR 34b”) mit der Antriebswelle 18 verbunden ist, vier abtriebsseitige Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h, die mit dem abtriebsseitigen Sonnenrad 36b in Eingriff stehen, wobei sie voneinander um Winkel von etwa 90° in der Umfangsrichtung des abtriebsseitigen Sonnenrades 36b beabstandet sind, so dass die abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h sowohl umlaufen als auch rotieren können, ein abtriebsseitiges Hohlrad 42b mit einem verzahnten Abschnitt 40, das an dessen innerer Umfangsfläche vorgesehen ist und in Eingriff mit den abtriebsseitigen Planetenrädern 388, 38f, 38g, 38h steht und einen abtriebsseitigen Träger 44b mit einem scheibenförmigen Scheibenabschnitt 43, wobei die Abtriebswelle 26 einstückig an einem zentralen Bereich des Scheibenabschnitts 43 ausgebildet oder angebracht ist.
  • Ein drittes Dichtelement 49, das aus einem Ringelement mit großem Durchmesser und einem X-förmigen Querschnitt besteht und das durch Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des abtriebsseitigen Hohlrades 42b als Dichtung wirkt, ist in einer Ringnut an der äußeren Umfangsfläche des abtriebsseitigen Trägers 44b angebracht.
  • Bei dieser Anordnung sind, wie in 3 gezeigt ist, die Antriebswelle und die Abtriebswelle 26 koaxial angeordnet. Die Abtriebswelle 26 wird durch ein Lagerelement 46, das an der Innenwand des Gehäuses 12b befestigt ist, drehbar getragen.
  • Der antriebsseitige Träger 44a und der abtriebsseitige Träger 44b erstrecken sich parallel zueinander in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Achse der Antriebswelle 18 und sind voneinander um eine festgelegte Strecke entlang der Antriebswelle 18 beabstandet. Ein im Wesentlichen scheibenförmiger mittlerer Träger 44c ist zwischen dem antriebsseitigen Träger 44a und dem abtriebsseitigen Träger 44b angeordnet (vgl. 2).
  • Bei dieser Anordnung erstreckt sich der mittlere Träger 44c in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Achse der Antriebswelle 18 in der gleichen Weise wie der antriebsseitige Träger 44a und der abtriebsseitige Träger 44b. Außerdem erstrecken sich der antriebsseitige Träger 44a, der abtriebsseitige Träger 44b und der dazwischen liegende mittlere Träger 44c im Wesentlichen parallel zueinander.
  • Ein viertes Dichtelement 51, das durch Kontakt mit Innenwänden des antriebsseitigen Hohlrades 42a bzw. des abtriebsseitigen Hohlrades 42b als Dichtung wirkt, ist auf der äußeren Umfangsfläche des mittleren Trägers 44c angebracht. Das vierte Dichtelement 51 ist einstückig mit einem Ringelement mit großem Durchmesser ausgebildet. Ein Paar von Lippen, die sich in einer kreisbogenförmigen Form erweitern, berühren die inneren Umfangsflächen des antriebsseitigen Hohlrades 42a bzw. des abtriebsseitigen Hohlrades 42b, um die Dichtfunktion zu bewirken (vgl. 4).
  • Die vier antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d, die das erste Planetengetriebe 14a bilden, sind mit Hilfe von entsprechenden Stiften 48 drehbar in Axialrichtung zwischen dem antriebsseitigen Träger 44a und dem mittleren Träger 44c angebracht. Andererseits sind die vier abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h, die das zweite Planetengetriebe 14b bilden, mit Hilfe entsprechender Stifte 48 in axialer Richtung drehbar zwischen dem abtriebsseitigen Träger 44b und dem mittleren Träger 44c angebracht.
  • Daher sind der antriebsseitige Träger 44a, der abtriebsseitige Träger 44b und der mittlere Träger 44c, die mit Hilfe der Stifte 48 axial im Wesentlichen parallel zueinander angebracht sind, so angeordnet, dass sie sich jeweils in Reaktion auf die Drehrichtung der Antriebswelle 18 um die axiale Mitte der Antriebswelle 18 integral drehen können.
  • Wie in den 2 und 5 gezeigt ist, sind die antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d, die an einer Seitenfläche des mittleren Trägers 44c vorgesehen sind, und die abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h, die an der anderen Seitenfläche des mittleren Trägers 44c vorgesehen und entgegengesetzt der einen Seitenfläche angeordnet sind, jeweils so angeordnet, dass ihre Phasen voneinander um etwa 45° in Umfangsrichtung abweichen.
  • Das antriebsseitige Hohlrad 42a, das einen mittleren Durchmesser aufweist, ist auf eine äußere Umfangsseite der antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d aufgesetzt. Die antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d stehen in Eingriff mit dem verzahnten Abschnitt 40, der in den inneren Umfang des antriebsseitigen Hohlrades 42a eingeschnitten ist. Andererseits ist das abtriebsseitige Hohlrad 42b, das einen mittleren Durchmesser aufweist, auf eine äußere Umfangsseite der abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h aufgesetzt. Die abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h stehen in Eingriff mit dem verzahnten Abschnitt 40, der in den inneren Umfang des abtriebsseitigen Hohlrades 42b eingeschnitten ist.
  • Das innere OWL 34a, das zwischen der Antriebswelle 18 und dem antriebsseitigen Sonnenrad 36a angeordnet ist, und das innere OWR 34b, das zwischen der Antriebswelle 18 und dem abtriebsseitigen Sonnenrad 36b angeordnet ist, werden jeweils beispielsweise durch eine bekannte Freilaufkupplung gebildet, die eine Drehung lediglich in einer Richtung erlaubt und die Drehung in der anderen, entgegen gesetzten Richtung anhält, um eine Verriegelung zu bewirken.
  • Wie in den 8 und 9 gezeigt ist, bestehen das innere OWL 34a und das innere OWR 34b jeweils aus einem zylindrischen Element 50, welches außen auf die äußere Umfangsfläche der Antriebswelle 18 gesetzt ist, zusammen mit einer Mehrzahl von Nadellagern 52, die in Nuten gehalten werden, welche an der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Elements 50 ausgebildet sind.
  • Nuten 50a, die jeweils einen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweisen, um die einzelnen Nadellager 52 zu halten, sind an der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Elements 50 ausgebildet. Wenn die Nadellager 52 in den Nuten 50a mit dem kreisbogenförmigen Querschnitt befestigt werden, wird das zylindrische Element 50, das außen auf die Antriebswelle 18 aufgesetzt ist, in einen verriegelten Zustand versetzt (vgl. 8), das heißt einen Zustand, in dem das zylindrische Element 50 relativ zu der Antriebswelle 18 fixiert ist. Federn 53, beispielsweise Plattenfedern, die gegen die einzelnen Nadellager 52 drücken, sind in den Nuten 50a vorgesehen.
  • Bei dieser Anordnung wird das innere OWL 34a, auf welches das antriebsseitige Sonnenrad 36a außen aufgesetzt ist, so eingestellt, dass die Drehung der Antriebswelle 18 lediglich in einer Richtung nach links erlaubt ist, während die Antriebswelle verriegelt wird, wenn sie nach rechts gedreht wird. Andererseits wird das innere OWR 34b, auf welches das abtriebsseitige Sonnenrad 36b außen aufgesetzt ist, so eingestellt, dass lediglich eine Drehung der Antriebswelle 18 in Richtung nach rechts erlaubt ist, während die Antriebswelle 18 bei einer Drehung nach links verriegelt wird. Mit anderen Worten werden das innere OWL 34a und das innere OWR 34b so eingestellt, dass ihre Richtungen (Verriegelungsrichtung), in welcher die Drehung der Antriebswelle 18 erlaubt wird, einander entgegengesetzt sind.
  • Ein erstes äußeres Kupplungselement 545 (nachfolgend bezeichnet als ”äußeres OWR 54a”), das einen großen Durchmesser aufweist, ist auf eine äußere Umfangsseite des antriebsseitigen Hohlrades 42a aufgesetzt. Das antriebsseitige Hohlrad 42a wird durch das äußere OWR 54a in Reaktion auf die Drehrichtung des antriebsseitigen Hohlrades 42a verriegelt. Andererseits ist ein zweites äußeres Kupplungselement 54b (nachfolgend bezeichnet als ”äußeres OWL 54b”), das einen großen Durchmesser aufweist, auf die äußere Umfangsseite des abtriebsseitigen Hohlrades 42b aufgesetzt. Das abtriebsseitige Hohlrad 42b wird durch das äußere OWL 54b in Reaktion auf die Drehrichtung des abtriebsseitigen Hohlrades 42b verriegelt.
  • Bei dieser Anordnung werden das äußere OWR 54a und das äußere OWL 54b jeweils durch eine Freilaufkupplung gebildet, die eine Drehung lediglich in eine Richtung erlaubt und die Drehung in der anderen, der einen Richtung entgegengesetzten Richtung anhält, um eine Verriegelung zu bewirken.
  • Wie in den 6 und 7 gezeigt ist, bestehen das äußere OWR 54a und das äußere OWL 54b jeweils aus einem äußeren Ringelement 58, das außen auf die äußere Umfangsfläche des antriebsseitigen Hohlrades 42a oder des abtriebsseitigen Hohlrades 42b aufgesetzt ist, wobei ringförmige Ränder, die an ihren beiden Seiten ausgebildet sind, und eine Mehrzahl von Nuten 56 mit kreisbogenförmigem Querschnitt, die in der Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche ausgebildet sind, vorgesehen sind. Das äußere OWR 54a und das äußere OWL 54b umfassen außerdem jeweils Rollenlager 60, die aus einer Mehrzahl säulenförmiger Elemente bestehen, welche in den an dem äußeren Ringelement 58 ausgebildeten Nuten gehalten werden, Halteelemente 62, welche die Rollenlager 60 halten, Plattenfedern 64, welche die Rollenlager 60 mit Hilfe einer Federkraft zu den Nuten 56 drücken, und ein inneres Ringelement 65 (vgl. 1), welches die Mehrzahl von Rollenlagern 60 drehbar hält.
  • Bei dieser Anordnung existiert eine Lücke in dem Raum des ersten Planetengetriebes 14a, der durch das erste Dichtelement 45, das zweite Dichtelement 47 und das vierte Dichtelement 51 abgedichtet (dicht verschlossen) wird, wobei die Lücke die antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d und das antriebsseitige Sonnenrad 36a aufnimmt, und außerdem durch den antriebsseitigen Träger 44a, den mittleren Träger 44c und das antriebsseitige Hohlrad 42a verschlossen wird. Die Lücke ist mit einem viskosen Fluid 66 (nachfolgend soweit notwendig als ”viskoses Widerstandselement 66” bezeichnet), beispielsweise Öl oder Schmierfett, mit einer festgelegten Viskosität gefüllt, das als viskose Kupplung zum Erreichen eines gegebenen viskosen Widerstandes dient (vgl. 4).
  • Ähnlich der oben beschriebenen Situation existiert eine Lücke in dem Raum des zweiten Planetengetriebes 14b, der durch das dritte Dichtelement 49 und das vierte Dichtelement 51 abgedichtet (dicht verschlossen) wird, wobei in der Lücke die abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h und das abtriebsseitige Sonnenrad 36b aufgenommen sind, und außerdem durch den abtriebsseitigen Träger 44b, den mittleren Träger 44c und das abtriebsseitige Hohlrad 42b verschlossen wird. Die Lücke ist mit einem viskosen Fluid (viskoses Widerstandselement) 66, beispielsweise Öl oder Schmierfett, gefüllt, das eine festgelegte Viskosität aufweist und als eine viskose Kupplung zum Erreichen eines gegebenen viskosen Widerstandes dient (vgl. 4).
  • Die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden ihre Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise erläutert.
  • Zunächst wird beispielsweise eine Drehantriebsquelle, wie ein Motor, eingeschaltet, um eine Drehantriebskraft der Drehantriebsquelle auf die Antriebswelle 18 zu übertragen. Es sei angenommen, dass die Drehantriebskraft die Antriebswelle 18 entgegen dem Uhrzeigersinn (Drehrichtung nach links), gesehen in der Richtung von der Antriebswelle 18 zu der Abtriebswelle 26 (das heißt in Richtung des Pfeils Z in 3) dreht. Es sei außerdem angenommen, dass die Antriebswelle 26 mit einer angetriebenen Vorrichtung, beispielsweise einem Stellglied in einem angehaltenen Zustand, verbunden ist, wobei vorab eine niedrige Last hierauf aufgebracht wird.
  • Wenn die Drehantriebskraft in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn auf die Antriebswelle 18 übertragen wird, wird das innere OWL 34a in einen freilaufenden Zustand versetzt, weil das innere OWL 34a vorab so eingestellt wurde, dass eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn erlaubt wird. Das erste Planetengetriebe 14a arbeitet überhaupt nicht. Außerdem wird durch das innere OWR 34b, das vorab so eingestellt wurde, dass es gegen eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn verriegelt, ein verriegelter Zustand geschaffen (das heißt ein Zustand, in dem die Antriebswelle 18 und das abtriebsseitige Sonnenrad 36b fixiert sind).
  • Das innere OWR 34b, das das zweite Planetengetriebe 14b bildet, ist in einem verriegelten Zustand. Eine Drehantriebskraft in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn wird auf das abtriebsseitige Sonnenrad 36b und auf die vier abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h übertragen. Außerdem wird eine Drehantriebskraft auf das abtriebsseitige Hohlrad 42b übertragen, das mit den abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h kämmt.
  • Somit wird das abtriebsseitige Sonnenrad 36b, welches durch das innere OWR 34b verriegelt wird, in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Dementsprechend drehen sich die abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h im Uhrzeigersinn in einer Richtung, die derjenigen des abtriebsseitigen Sonnenrads 36b entgegengesetzt ist, ohne dass sie umlaufen. Das abtriebsseitige Hohlrad 42b, das mit den vier abtriebsseitigen Planetenrädern 38e, 38f, 38g, 38h kämmt, will sich im Uhrzeigersinn drehen, wobei es den viskosen Widerstand des viskosen Fluids 66 überwindet.
  • Während dieser Situation wird an dem abtriebsseitigen Hohlrad 42b eine Drehantriebskraft im Uhrzeigersinn (nach rechts) erzeugt. Es liegt jedoch ein verriegelter Zustand vor, in dem die Rotation des abtriebsseitigen Hohlrades 42b durch das äußere OWL 54b, das vorab so eingestellt wurde, dass es gegen eine Rotation im Uhrzeigersinn verriegelt, angehalten wird.
  • In dem Moment, in dem der verriegelte Zustand erreicht ist, wird ein Herabschaltezustand erreicht, in dem eine Drehung des abtriebsseitigen Hohlrades 42b verhindert ist. In dem fixierten Zustand, in dem die Drehung des abtriebsseitigen Hohlrades 42b angehalten ist, ist ein Herabschaltezustand gegeben, in dem das abtriebsseitige Sonnenrad 36b in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, und in dem die vier abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h jeweils im Uhrzeigersinn rotieren, entgegengesetzt zu der Richtung des abtriebsseitigen Sonnenrades 36b.
  • Das antriebsseitige Sonnenrad 36a und die antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d, die das erste Planetengetriebe 14a bilden, sind mit Hilfe des mittleren Trägers 44c einstückig verbunden. Daher wird die Drehung in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn integral durchgeführt, wobei das zweite Planetengetriebe 14b herabgeschaltet wird, während das innere OWL 34a in einem freilaufenden Zustand gehalten wird.
  • Nach dem Herabschalten, beispielsweise wenn die mit der Abtriebswelle 26 verbundene angetriebene Vorrichtung betätigt wird, wird die Last, die auf die Seite der Abtriebswelle 26 aufgebracht wird, allmählich abgesenkt und der viskose Widerstand des viskosen Fluids 66 überwindet die Last. Dann wird die statische Reibungskraft durch den viskosen Widerstand des viskosen Fluids 66, das zwischen dem abtriebsseitigen Sonnenrad 36b, den abtriebsseitigen Planetenrädern 38e, 38f, 38g, 38h und dem abtriebsseitigen Hohlrad 42b aufgebracht ist, ausgeübt, wodurch das abtriebsseitige Sonnenrad 36b, die abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h, das abtriebsseitige Hohlrad 42b und der abtriebsseitige Träger 44b beginnen, gemeinsam mit der Antriebswelle 18 in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht zu werden. Als Folge hiervon wird der verriegelte Zustand, der durch das äußere OWL 54b bewirkt wurde, aufgelöst, und das abtriebsseitige Hohlrad 42b beginnt eine Rotation in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn in der gleichen Weise wie die Antriebswelle 18.
  • Dies bedeutet, dass dann, wenn die angetriebene Vorrichtung ihre Arbeit ausgehend von einem angehaltenen Zustand beginnt und die auf die Abtriebswelle 26 aufgebrachte Last allmählich verringert wird, ein Zustand erreicht wird, in welchem die statische Reibungskraft, die durch den viskosen Widerstand des viskosen Fluids 66, das zwischen dem abtriebsseitigen Sonnenrad 36b, den abtriebsseitigen Planetenrädern 38e, 38f, 38g, 38h und dem abtriebsseitigen Hohlrad 42b vorgesehen ist, die Last (Drehmoment), die auf die Abtriebswelle 26 aufgebracht wird, überwindet. Das abtriebsseitige Sonnenrad 36b, die abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h, das abtriebsseitige Hohlrad 42b und der abtriebsseitige Träger 44b beginnen gemeinsam mit der Antriebswelle 18 eine Rotation in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn, und das abtriebsseitige Hohlrad 42b wird aus seinem verriegelten Zustand freigegeben.
  • Das äußere OWL 54b wird in einen freilaufenden Zustand versetzt und das abtriebsseitige Sonnenrad 36b, die abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h, das abtriebsseitige Hohlrad 42b und der abtriebsseitige Träger 44b werden gemeinsam mit der Antriebswelle 18 in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Während dieser Situation werden die abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h nicht gedreht, sondern sie befinden sich in einem Zustand des Umlaufens in Umfangsrichtung des abtriebsseitigen Hohlrades 42b. Das abtriebsseitige Hohlrad 42b ist ebenfalls in einem Zustand des Umlaufens, in der gleichen Weise wie es oben beschrieben wurde.
  • Wenn eine Last (das heißt ein Drehmoment, das die statische Reibungskraft, die durch den viskosen Widerstand des viskosen Fluids 66 erzeugt wird, überwindet), die das voreingestellte Drehmoment überschreitet, beispielsweise von der angetriebenen Vorrichtung auf die Abtriebswelle 26 in einem Zustand aufgebracht wird, in dem das abtriebsseitige Sonnenrad 36b, die abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h, das abtriebsseitige Hohlrad 42b und der abtriebsseitige Träger 44b gemeinsam in der oben beschriebenen Weise mit der Antriebswelle 18 in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden (umlaufen), so wird eine Kraft erzeugt, die die Rotation des abtriebsseitigen Trägers 44b stoppt, das heißt eine Kraft, die das abtriebsseitige Hohlrad 42b in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn (nach rechts) dreht. Ein verriegelter Zustand wird erreicht, in dem die Rotation des abtriebsseitigen Hohlrades 42b durch das äußere OWL 54b, das vorab so eingestellt wurde, dass es gegen eine Rotation in Richtung im Uhrzeigersinn verriegelt, angehalten wird, und ein Herabschalten, wie es oben beschrieben wurde, wird bewirkt.
  • Als Folge hiervon wird der Herabschaltzustand erreicht. Dementsprechend werden eine abgebremste Drehgeschwindigkeit und ein erhöhtes Drehmoment auf die Abtriebswelle 26 übertragen. Das Drehmoment resultiert aus der Kraft, die dem Übersetzungsverhältnis zwischen den abtriebsseitigen Planetenrädern 38e, 38f, 38g, 38h und dem abtriebsseitigen Hohlrad 42b entspricht.
  • Wenn die Last (Drehmoment), die auf die Abtriebswelle 26 aufgebracht wird, im Vergleich zu der statischen Reibungskraft, die vorab durch das viskose Fluid 66 eingestellt wurde, nach dem Herabschaltzustand verringert wird, so wird das abtriebsseitige Hohlrad 42b aus dem verriegelten Zustand frei gegeben, und das äußere OWL 54b wird in einen freilaufenden Zustand versetzt. Daher werden das abtriebsseitige Sonnenrad 36b, die abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h, das abtriebsseitige Hohlrad 42b und der abtriebsseitige Träger 44b integral mit der Antriebswelle 18 in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht (laufen um).
  • Nachfolgend wird eine Situation erläutert, in der eine Drehantriebskraft in Richtung im Uhrzeigersinn (nach rechts), das heißt entgegengesetzt zu der oben diskutierten, auf die Antriebswelle 18 aufgebracht wird, wobei von einer Blickrichtung von der Antriebswelle 18 zu der Abtriebswelle 26 ausgegangen wird (das heißt in Richtung des Pfeils Z in 3), indem die Polarität des der Drehantriebswelle zugeführten Stromes umgekehrt wird.
  • Wenn eine Drehantriebskraft in Richtung im Uhrzeigersinn auf die Antriebswelle 18 übertragen wird, wird durch das innere OWL 34a, das vorab so eingestellt wurde, dass es gegen eine Drehung im Uhrzeigersinn verriegelt, ein verriegelter Zustand geschaffen (das heißt ein Zustand, in dem die Antriebswelle 18 und das antriebsseitige Sonnenrad 36a fixiert sind). Außerdem wird das innere OWR 34b in einen freilaufenden Zustand versetzt, da das innere OWR 34b vorab so eingestellt wurde, dass es eine Drehung im Uhrzeigersinn erlaubt. Das zweite Planetengetriebe 14b arbeitet überhaupt nicht.
  • Das innere OWL 34a, das das erste Planetengetriebe 14a bildet, wird in einen verriegelten Zustand versetzt. Eine Drehantriebskraft im Uhrzeigersinn wird auf das antriebsseitige Sonnenrad 36a und die vier antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d übertragen. Außerdem wird eine Drehantriebskraft auf das antriebsseitige Hohlrad 42a übertragen, das mit den antriebsseitigen Planetenrädern 38a, 38b, 38c, 38d kämmt.
  • Das bedeutet, dass das antriebsseitige Sonnenrad 36a, welches durch das innere OWL 34a verriegelt wird, entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Dementsprechend rotieren die antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn, in einer Richtung entgegengesetzt der des antriebsseitigen Sonnenrades 36a, ohne dass sie umlaufen. Das antriebsseitige Hohlrad 42a, das mit den vier antriebsseitigen Planetenrädern 38a, 38b, 38c, 38d kämmt, will in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren, wobei es den viskosen Widerstand des viskosen Fluids 66 überwindet.
  • Während dieser Situation wird an dem antriebsseitigen Hohlrad 42a eine Drehantriebskraft in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn (nach links) erzeugt. Es Ist jedoch ein verriegelter Zustand erreicht, in dem die Drehung des antriebsseitigen Hohlrades 42a durch das äußere OWR 54a, welches vorab so eingestellt wurde, dass es gegen eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn verriegelt, angehalten ist.
  • In dem Moment, in dem der verriegelte Zustand erreicht ist, in welchem die Drehung des antriebsseitigen Hohlrades 42a verhindert ist, wird ein Herabschaltzustand erreicht. In dem fixierten Zustand, in dem die Drehung des antriebsseitigen Hohlrades 42a angehalten ist, ist ein Zustand gegeben, in dem das antriebsseitige Sonnenrad 36a in Richtung im Uhrzeigersinn gedreht wird, und die vier antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d jeweils entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren, das heißt entgegengesetzt zu dem antriebsseitigen Sonnenrad 36a.
  • Das abtriebsseitige Sonnenrad 36b und die abtriebsseitigen Planetenräder 38e, 38f, 38g, 38h, die das zweite Planetengetriebe 14b bilden, sind mit Hilfe des mittleren Trägers 44c integral miteinander verbunden. Daher wird die Drehung integral bewirkt, wobei das erste Planetengetriebe 14a herunter geschaltet wird, während das innere OWR 34b in einem freilaufenden Zustand gehalten wird.
  • Nach dem Herunterschalten wird die auf die Seite der Abtriebswelle 26 aufgebrachte Last allmählich verringert, und der viskose Widerstand des viskosen Fluids 66 überwindet die Last. Dann wird die verringerte Last über den abtriebsseitigen Träger 44b und den mittleren Träger 44c auf das erste Planetengetriebe 14a übertragen, wodurch das antriebsseitige Hohlrad 42a in der gleichen Weise wie die Antriebswelle 18 eine Drehung im Uhrzeigersinn beginnt. Der durch das äußere OWR 54a bewirkte verriegelte Zustand wird durch die Wirkung der statischen Reibungskraft, die durch den viskosen Widerstand des viskosen Fluids 66, das zwischen dem antriebsseitigen Sonnenrad 36a, den antriebsseitigen Planetenrädern 38a, 38b, 38c, 38d und dem antriebsseitigen Hohlrad 42a vorgesehen ist, erzeugt wird, freigegeben.
  • Das äußere OWR 54a wird in einen freilaufenden Zustand versetzt, und das antriebsseitige Sonnenrad 36a, die antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d, das antriebsseitige Hohlrad 42a und der antriebsseitige Träger 44a werden integral mit der Antriebswelle 18 in Richtung im Uhrzeigersinn gedreht. In dieser Situation rotieren die antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d nicht, während sie in einem Zustand des Umlaufens in Umfangsrichtung des antriebsseitigen Hohlrades 42a sind. Das antriebsseitige Hohlrad 42a ist ebenfalls in einem Zustand, in dem es in der gleichen Weise wie oben beschrieben umläuft.
  • Wenn eine Last, die das voreingestellte Drehmoment überschreitet, aufgebracht wird, beispielsweise von der angetriebenen Vorrichtung auf die Seite der Abtriebswelle 26, in dem Zustand, in dem das antriebsseitige Sonnenrad 36a, die antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d, das antriebsseitige Hohlrad 42a und der antriebsseitige Träger 44a integral mit der Antriebswelle 18 wie oben beschrieben im Uhrzeigersinn gedreht werden, so wird eine Kraft, die die Drehung des antriebsseitigen Trägers 44a über den abtriebsseitigen Träger 44b und den mittleren Träger 44c anhält, das heißt eine Kraft, die das antriebsseitige Hohlrad 42a in einer Richtung entgegen den Uhrzeigersinn (nach links) dreht, erzeugt. Damit wird ein verriegelter Zustand erreicht, in dem die Rotation des antriebsseitigen Hohlrades 42a durch das äußere OWR 54a, das vorab so eingestellt wurde, dass es gegen eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn verriegelt, gestoppt und, wie oben beschrieben wurde, der Herabschaltzustand bewirkt wird.
  • Als Folge hiervon wird ein Herabschaltzustand erreicht. Dementsprechend werden eine abgebremste Drehgeschwindigkeit und ein erhöhtes Drehmoment auf die Abtriebswelle 26 übertragen. Das Drehmoment resultiert aus der Kraft, die dem Übersetzungsverhältnis zwischen den antriebsseitigen Planetenrädern 38a, 38b, 38c, 38d und dem antriebsseitigen Hohlrad 42a entspricht.
  • Wenn eine Last (Drehmoment), die auf die Abtriebswelle 26 aufgebracht wird, im Vergleich zu der statischen Reibungskraft, die vorab durch das viskose Fluid 66 eingestellt wurde, nach dem Herabschaltzustand verringert wird, so wird das antriebsseitige Hohlrad 42a aus seinem verriegelten Zustand freigegeben, und das äußere OWR 54a wird in einen freilaufenden Zustand versetzt. Das antriebsseitige Sonnenrad 36a, die antriebsseitigen Planetenräder 38a, 38b, 38c, 38d, das antriebsseitige Hohlrad 42a und der antriebsseitige Träger 44a rotieren (laufen um) integral mit der Antriebswelle 18 im Uhrzeigersinn.
  • Bei der Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwei Planetengetriebe, die durch das erste Planetengetriebe 14a und das zweite Planetengetriebe 14b gebildet werden, einschließlich der antriebsseitigen und der abtriebsseitigen Sonnenräder 36a, 36b und der antriebsseitigen und abtriebsseitigen Planetenräder 38a bis 38h nebeneinander in der Axialrichtung der Antriebswelle 18 angeordnet. Das innere OWL 34a und das innere OWR 34b, die zueinander unterschiedliche Verriegelungsrichtungen haben, um eine Drehung zu verhindern, sind vorgesehen. Außerdem sind das äußere OWR 54a und das äußere OWL 54b vorgesehen, die zueinander unterschiedliche Verriegelungsrichtungen aufweisen, um eine Drehung der antriebsseitigen und abtriebsseitigen Hohlräder 42a, 42b zu verhindern. Eine viskose Kupplung, die auf der Basis des viskosen Fluids 66 arbeitet, wird dazu verwendet, die antriebsseitigen und abtriebsseitigen Sonnenräder 36a, 36b, die antriebsseitigen und abtriebsseitigen Planetenräder 38a bis 38h und die antriebsseitigen und abtriebsseitigen Hohlräder 42a, 42b jeweils in der gleichen Richtung zu drehen, so dass der verriegelte Zustand freigegeben wird. Auch wenn eine Drehantriebskraft im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn auf die Antriebswelle 18 aufgebracht wird, kann somit das Schalten gleichmäßig und sanft durchgeführt werden.
  • Die inneren und äußeren Freilaufkupplungselemente 34a, 34b, 54a, 54b sind so angeordnet, dass die Rotationsgestattungsrichtung (Verriegelungsrichtung) sich für ihre jeweiligen inneren Elemente und äußeren Elemente unterscheidet. Die Rotationsgestattungsrichtung (Verriegelungsrichtung) unterscheidet sich auch für das innere Element und das äußere Element, die die ersten beziehungsweise zweiten Planetengetriebe 14a, 14b bilden.
  • Mit anderen Worten werden bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die beiden Planetengetriebe 14a, 14b in geeigneter Weise dazu verwendet, eines der Planetengetriebe 14a (14b) entsprechend der Drehrichtung der Antriebswelle 18 zu betätigen. Dementsprechend kann ein Untersetzungsverhältnis, das beispielsweise von der Abtriebswelle 26 auf eine angetriebene Vorrichtung, wie ein Stellglied übertragen wird, automatisch geschaltet werden.
  • Daher ist es bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, beispielsweise ein Element vorzusehen, das entsprechend der Drehrichtung der Abtriebswelle 18 in der axialen Richtung der Antriebswelle 18 verschoben wird. Auch wenn ein großes Drehmoment aufgebracht wird, ist es daher möglich, das Drehmoment gleichmäßig auf die Abtriebswelle 26 zu übertragen. Als Folge hiervon müssen beispielsweise die Zahnräder, die die Planetengetriebe 14, 14b bilden, nicht groß ausgestaltet werden. Daher ist es möglich, eine Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses zu schaffen, die sowohl ein niedriges Gewicht als auch eine kleine Größe aufweist.
  • Auch wenn das Verschiebungselement (Gleiter) des Stellgliedes einmal bei dem ausfahrenden Weg angehalten wird und das Verschiebungselement dann erneut in einer Richtung entlang des ausfahrenden Weges verschoben wird, kann das Untersetzungsverhältnis durch Betätigen des ersten Planetengetriebes 14a oder des zweiten Planetengetriebes 14b, jeweils entsprechend der Drehrichtung der Antriebswelle 18, automatisch geschaltet werden. Außerdem kann das Verschiebungselement des Stellgliedes mit einem niedrigen Drehmoment und hoher Geschwindigkeit entlang des ausfahrendes Weges verschoben werden. Es versteht sich, dass das Stellglied auch aus verschiedenen anderen Stellgliedern aufgebaut sein kann, einschließlich beispielsweise Linearstellgliedern und Drehstellgliedern.
  • Als nächstes wird eine Erläuterung von Anwendungsgebieten der wie oben aufgebauten Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gegeben.
  • Die Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses kann in allen Gebieten mit Drehsystemen eingesetzt und verwendet werden, die betätigt werden, wobei bei der Erhöhung oder Verringerung des Lastwiderstandes Korrekturen entsprechend der Lastvariationen, die auf die Stromquelle aufgebracht werden, vorgenommen werden.
  • Die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses können bspw. bei Fahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen, landwirtschaftlichen Geräten (bspw. Grubber und Rasenmäher), Panzern, schwergewichtigen Fahrzeugen (bspw. sehr große Baumaschinen und Bergbaumaschinen), Pressen, Kompressoren, elektrischen Generatoren, Lebensmittelmaschinen, Werkzeugmaschinen, Liftmechanismen, Drehzahländerungsvorrichtungen (Transmissionen), die bei der Krankenpflege verwendet werden, Vertikal-/Horizontalbewegungsvorrichtungen, Rollstühlen (einschließlich elektrischer und von Hand zu betätigender Rollstühle), Türöffnungs-/-schließmechanismen, Gleittüröffnungs-/-schließmechanismen, Befestigungsmechanismen, die zum Schließen von Gleittüren verwendet werden, Öffnungs-/Schließmechanismen für Dächer und verschiedenen Bremsmechanismen (einschließlich Trommelbremsen und Scheibenbremsen) eingesetzt werden.
  • Fahrzeuge umfassen Automobile, die beispielsweise durch Verbrennungskraftmaschinen (einschließlich Benzinmotoren und Dieselmotoren), Brennstoffzellenbetriebene Motoren und Hybridsysteme angetrieben werden. In diesem Fall ist die Drehantriebsquelle nicht auf elektrische Motoren beschränkt, sondern kann auch durch menschliche Kraft, Verbrennungskraftmaschinen, hydraulische Kraft, Öldruck oder pneumatische Quellen angetrieben werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung kann ein Hochgeschwindigkeitsdrehmotor als Motor mit hohem Drehmoment eingesetzt werden. Eine Hochgeschwindigkeitsrotation kann in einem Bereich durchgeführt werden, in dem kein Drehmoment erforderlich ist. Wird mit anderen Worten die Last verringert, so kann ein in herkömmlicher Weise übersetzter Motor mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden. Außerdem kann der Durchmesser des Motors reduziert werden, um eine geringe Größe zu erreichen.
  • Bereiche, in denen die Erfindung zweckmäßiger Weise in Fahrzeugen eingesetzt werden kann, umfassen Scheibenwischermotoren, Motoren für elektrische Fensterheber, Motoren für elektrisch betriebene Sitze, Antriebsmotoren für Gleittüren und Antriebsmotoren für Automobile. Wenn die vorliegende Erfindung bei einem Scheibenwischermotor eingesetzt wird, kann der Scheibenwischer sanft gestartet und betrieben werden, auch wenn der Widerstand durch Schnee, das Wischblatt oder dergleichen erhöht ist. Die Radantriebsmotoren von Automobilen umfassen verschiedene Motoren 500, beispielsweise Gleichstrommotoren, Induktionsmotoren und im Rad angeordnete Motoren (Radnabenmotoren), wie es in 10 gezeigt ist. Gleichzeitig mit der Erleichterung der Miniaturisierung des Motors 500 kann der Output (Drehmoment) erhöht werden, wenn Hindernisse oder Steigungen angetroffen werden. Im Fall des im Rad angeordneten Motors ist es möglich, eine sehr kleine Drehzahländerungs- oder Transmissionsvorrichtung mit Eigenantrieb zu verwenden. Dies hat folgenden Grund: Werden Radnabenmotoren in die jeweiligen Räder integriert, ist es schwierig, sie aufzunehmen, wenn eine herkömmliche automatische Drehzahländerungs- oder Transmissionsvorrichtung verwendet wird, weil diese sehr groß ist. Die Integration eines Planetengetriebes in einen Radnabenmotor ist bekannt. Wenn ein solches System in Kombination mit der Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es möglich, einen Radnabenmotor zu konstruieren, der mit einer Drehzahländerungs- oder Transmissionsvorrichtung mit kleinerer Größe ausgestattet werden kann.
  • Als nächstes zeigen die 40A bis 40D Kombinationsmöglichkeiten der Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit dem Planetengetriebe. Bei den jeweiligen, in den 40A und 40B gezeigten Möglichkeiten, ist ein einzelnes Planetengetriebe 501 entweder an der Antriebsseite oder an der Abtriebsseite der Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses angeordnet. Dementsprechend kann das Untersetzungsverhältnis in einem Bereich von 1/12 bis 1/4 eingestellt werden.
  • Bei der in 40C gezeigten Anordnung sind einzelne Planetengetriebe 501 sowohl an der Antriebsseite als auch der Abtriebsseite der Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses angeordnet. Dementsprechend kann das Untersetzungsverhältnis in einem Bereich von 1/48 bis 1/16 eingestellt werden.
  • Bei der in 40D gezeigten Anordnung sind zwei Vorrichtungen 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses kombiniert. Dementsprechend kann das Untersetzungsverhältnis in einem Bereich von 1/9 bis 1/3 bis 1/1 eingestellt werden.
  • Als Motorantriebsanordnung kann entweder ein Typ verwendet werden, bei dem das Drehmoment relativ zu der Drehzahl konstant ist (vgl. 11), oder ein Typ, bei dem sich das Drehmoment mit der Drehzahl ändert (vgl. 12).
  • Als Schaltmöglichkeiten der Widerstandscharakteristiken der Planetenräder hinsichtlich der Beziehung zwischen dem Unterschied der Drehgeschwindigkeit und dem erzeugten Drehmoment kann jeder der folgenden Typen eingesetzt werden: ein Typ, bei dem sich das Drehmoment linear (proportional) entsprechend einer vollständig viskosen Kupplungscharakteristik (Eigenschaft lediglich eines Schmieröls) ändert (vgl. 13A), ein Typ, bei dem sich das Drehmoment in einer Kurvenform ändert, wobei ein Mechanismus zur Erzeugung statischer Reibung (beispielsweise ein Mechanismus, bei dem eine Reibungsplatte 505 durch eine Feder 502 gepresst wird, um eine statische Reibung zu erzeugen, wie es in 15B gezeigt ist) in der oben beschriebenen viskosen Kupplungscharakteristik aufgenommen wird (vgl. 13B), einen Typ, bei eine Drehmomentgrenze in den Träger/Hohlrad integriert ist, wobei das Drehmoment konstant gehalten wird, nachdem es einmal abgesenkt wurde (vgl. 14), und ein Typ, in dem eine Verriegelung/Rastung (um eine Befestigung durch Pressen einer Kugel 504 mit Hilfe einer Feder 502 zu bewirken, beispielsweise wie es in 15A gezeigt ist) in dem Träger/Hohlrad vorgesehen ist.
  • Bei der oben beschriebenen Anordnung haben bei dem Dichtelement zum Einschließen von Öl (beispielsweise Schmieröl) in dem Planetengetriebe beispielsweise der O-Ring und der Verschleißring, die bequem als das Dichtelement eingesetzt werden können, Widerstandscharakteristiken einschließlich einer statischen Reibungs- und/oder einer fluiden Schmiercharakteristik. Ein elastisches O-Ringelement kann anstelle des in 13B gezeigten Federelementes eingesetzt werden. Eine solche Struktur wird häufig als Dichtelement für hydraulische Zylinder eingesetzt.
  • Die Spiralklauenkupplung wird als Freilaufkupplung eingesetzt. Es kann jedoch eine Anordnung vorgesehen sein, bei welcher die Kugeln, die Walzen und die Freilaufkupplung mit Klemmkörper integral mit dem Lager zusammengesetzt werden, ohne die Klaue als Freilaufkupplung einzusetzen. Bei dieser Anordnung kann eine Kupplung mit quadratischen Klauen oder eine Carbic-Kupplung zur Verbindung mit dem Hohlrad eingesetzt werden.
  • Die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses kann beispielsweise bei Pressvorrichtungen, Biegevorrichtungen, Formschließvorrichtungen, Spritzgießmaschinen und Druckgießvorrichtungen eingesetzt werden. Bei den verschiedenen Bearbeitungs-/Formvorrichtungen, die oben beschrieben wurden, ist es erforderlich, dass durch das bewegliche Element in der Nähe des Verschiebungshubendes eine große Kraft (hohes Drehmoment) erzeugt wird, wobei die Zeit, die erforderlich ist, um das Verschiebungshubende zu erreichen, verkürzt wird, um die Produktivität zu erhöhen.
  • Im Einzelnen muss eine große Beschleunigung aufgebracht werden, um bei einem Hub des beweglichen Elements eine Verschiebung mit hoher Geschwindigkeit zu erreichen (man beachte auch, dass sich die obere Form 508 der unteren Form 506 annähert bzw. von dieser trennt, wie es in 17 gezeigt ist), so dass die Bewegung zu der Verschiebungsendposition bei nur geringer geleisteter Arbeit schnell durchgeführt wird, wodurch an der Verschiebungsendposition eine große Kraft erzeugt wird.
  • Im Falle der verschiedenen oben beschriebenen Bearbeitungs-/Formvorrichtungen werden die Vorrichtungen in vielen Fällen eingesetzt, wobei sie beispielsweise mit einem variablen Drehzahländerungsmechanismus, wie einem Kniehebelmechanismus oder einen Nockenmechanismus, an der Verschiebungsendposition verbunden sind. Die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses ist jedoch ein einfacher variabler Drehzahländerungsmechanismus mit Eigenantrieb, wobei die Kosten reduziert werden können, so dass es als Vorderantriebausrüstung nutzbar ist. Wenn die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses in einen Servomotorbereich eines Schnelltraversenmechanismus einer elektrischen Servopistole integriert wird, kann der Servomotor außerdem miniaturisiert werden. Eine Verbesserung seiner Charakteristiken kann erreicht werden, indem die auf den vorderen Endbereich des Roboters ausgeübte Last verringert wird.
  • 18 zeigt einen Zustand, in dem ein Kolben 514 und eine Kolbenstange 516 durch Drucköl, das von einer Axialpumpe 512, welche durch einen Motor 510, der mit der Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses zusammengesetzt ist, angetrieben wird, abgeführt wird, verschoben werden. Durch den vorliegenden Anmelder wurden beispielsweise in den US-Patentveröffentlichungen Nr. 2004-71563 , 2005-87068 und 2005-22523 bereits elektrische Hydrauliksysteme vorgeschlagen. Wenn die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses an einem Motor angebracht wird, um eine Axialpumpe anzutreiben, kann ein kleiner, leichtgewichtiger Motor zur Verwendung in dem elektrischen Hydrauliksystem eingesetzt werden.
  • 19 zeigt einen Zustand, in dem ein Mutternelement 522 unter der Antriebswirkung eines Planetengetriebes 520 mit Hilfe eines Motors 518, der mit der Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses zusammengesetzt ist, in einer festgelegten Richtung gedreht wird, und wobei eine Kugelspindelwelle 524, die mit dem Mutternelement 522 in Eingriff steht, in Richtung des Pfeils B1 oder B2 verschoben wird.
  • 20 zeigt einen Zustand, in dem eine Kugelspindelwelle 528 durch einen Motor 526, der mit der Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses zusammengesetzt ist, gedreht wird. 21 zeigt einen Zustand, in dem ein Kolben 534, der an seinen beiden Seiten Stangen aufweist, durch Drucköl verschoben wird, das von einer Axialpumpe 532 abgegeben wird, die durch einen Motor 530 angetrieben wird, der mit der Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses zusammengesetzt ist.
  • Die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses wird vorzugsweise eingesetzt, indem sie integral beispielsweise an einem Fördermotor oder einem übersetzten Motor 540, um schwere Materialien 536 mit Hilfe eines Förderers 538 zu transportieren (vgl. 22), einem Spindelmotor 546 eines elektrischen Bohrers 544, der für die spanende Bearbeitung eines Werkstücks durch Drehen eines Bohrelementes 542 eingesetzt wird (vgl. 23 und 24), einem Pulsmotor 548 einer Schraubmaschine, die sowohl zum Schrauben von Blechschrauben als auch normaler Schrauben eingesetzt wird (vgl. 25), einem bürstenlosen Gleichstrommotor, einem Gleichstrommotor mit Bürsten, einem Induktionsmotor oder einem Wechselstromservomotor angebracht wird.
  • Wenn die vorliegende Erfindung bei einem übersetzten Motor eingesetzt wird, kann sowohl ein hohes Drehmoment des übersetzten Motors als auch eine Drehung mit hoher Geschwindigkeit erreicht werden, wenn eine Last bei niedrigem Drehmoment aufgebracht wird (vgl. 26).
  • Wenn die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses bei einem Drehstellglied 554 eingesetzt wird, bei dem Werkstücke 550a, 550b durch einen Motor 552 gedreht werden, kann eine Vorrichtung mit Vorderantrieb mit hohem Wirkungsgrad bei Linear-/Drehvorgängen geschaffen werden, wobei die Beschleunigung während der Beschleunigungsvorgänge mit hohem Drehmoment durchgeführt werden kann, während Gleit- und Führungsvorgänge mit niedrigem Widerstand durchgeführt werden können. Beispielsweise kann die Drehzahl erhöht werden, indem ein größerer Teil der Leistung während der Beschleunigung eingesetzt wird und anschließend die Werkstücke nur durch die Trägheit gedreht werden.
  • Wenn die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses bei einem elektrischen Rollstuhl 556 oder einem elektrischen Fahrzeug (beispielsweise einem Hybridautomobil oder einem Automobil, das einen durch eine Brennstoffzelle angetriebenen Elektromotor 558 aufweist) eingesetzt wird, kann der Rollstuhl 556 oder das Fahrzeug über eine Stufe fahren, wobei seine Geschwindigkeit automatisch abgesenkt und das Drehmoment erhöht wird, wenn der Rollstuhl 556 oder das Fahrzeug über eine Stufe fährt, die von einer flachen Oberfläche ansteigt (vgl. 29). Das Drehmoment kann auch manuell erhöht werden, indem eine Drehkraft durch die Hände aufgebracht wird.
  • Wenn die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses in Kombination mit einer Stemmvorrichtung, einer Klemmvorrichtung 562 zum Klemmen eines Werkstücks durch Drehen eines Armabschnitts 560 (vgl. 30), einem Nockenmechanismus zum Klemmen einer Form oder einem Kniehebelmechanismus eingesetzt wird, kann beispielsweise die Betriebskraft des Nockenmechanismus und des Kniehebelmechanismus erhöht werden. Wenn keine Betriebskraft aufgebracht wird, kann eine Verschiebung mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
  • Die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses kann vorzugsweise bei einem Befestigungsmechanismus oder einem Schnelltraversenmechanismus eingesetzt werden, beispielsweise für einen Schraubstock (einschließlich eines Schraubstocks, der als Klemme dient, um ein Werkstück zu befestigen), einer Klemme oder einer Spannvorrichtung (einschließlich eines Spannfutters für eine numerisch gesteuerte Maschine).
  • Die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses kann außerdem bei einem Motor eines Vorwärts-/Rückwärtsbewegungsmechanismus 602 zum Antreiben einer Gleittür 600 eines Fahrzeugs, wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 2005-133379 A beschrieben (vgl. 31), dem Motor eines Linearstellgliedmechanismus zum Antreiben eines elektrischen Stuhles 604, wie in dem US Patent Nr. 5,730,494 beschrieben (vgl. 32), dem Motor eines elektromechanischen Stellgliedes 606, das in einem Flugzeug integriert ist, wie in dem US Patent Nr. 5,041,748 beschrieben (vgl. 33), dem Motor oder Planetengetriebebereichen einer elektrischen Befestigungsvorrichtung 608, wie in dem US Patent Nr. 5,730,232 beschrieben (vgl. 34), dem Planetengetriebebereich einer Klemmvorrichtung 610, wie in dem US Patent Nr. 5,813,666 beschrieben (vgl. 35), dem Motorbereich oder einem oder mehreren Planetengetriebebereichen einer Vorrichtung 612 zum automatischen Schalten der Drehzahl oder des Drehmoments, wie in dem US Patent Nr. 4,869,139 beschrieben (vgl. 36), dem Bereich zwischen dem Motor und der Spindel einer elektromechanischen Radbremsvorrichtung 614, wie in dem US Patent Nr. 6,806,602 beschrieben (vgl. 37), einer Drehmomentumwandlungsvorrichtung 616, wie in dem US Patent Nr. 3,164,034 beschrieben (vgl. 38) oder dem Handrollstuhl 618, wie in der US Patentveröffentlichung Nr. 2004-104554 beschrieben (vgl. 39) eingesetzt werden.
  • Der Planetengetriebebereich, der Drehmomentumwandler oder der Fluidkopplungsbereich der Drehmomentumwandlungsvorrichtung 616, wie sie in dem US Patent Nr. 3,164,034 beschrieben ist, kann durch die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersetzt werden. Dementsprechend ist es möglich, das Drehmoment in binären Richtungen des Planetengetriebemechanismus zu erhöhen. Außerdem kann der Planetengetriebemechanismus als eine Fluidkupplung mit viskosen Kupplungscharakteristiken eingesetzt werden.
  • Wenn die Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Kupplung und Getriebebereichen des Handrollstuhls 618 (vgl. 39), der in der US Patentveröffentlichung Nr. 2004-104554 beschrieben ist, eingesetzt wird, kann das Drehmoment für das linke und rechte Rad unabhängig in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung erhöht werden. Wenn eine Stufe angetroffen wird, ist es möglich, die Arbeit, die erforderlich ist, um den Rollstuhl durch eine behinderte Person oder eine älter Person anzutreiben, zu reduzieren.
  • Als Faktoren, die zum integralen Drehen des Sonnenrades 36a, 36 der Planetenräder 38a bis 38h und des Hohlrades 42a, 42b zu berücksichtigen sind, werden (1) der Freiraum zwischen dem Hohlrad 42a, 42b und den Planetenrädern 38a bis 38h, (2) der viskose Widerstand zwischen dem Sonnenrad 36a, 36b, den Planetenrädern 38a bis 38h und dem Hohlrad 42a, 42b und (3) der Reibungswiderstand zwischen den Planetenrädern 38a bis 38h und den Stiften 48, die die Planetenräder drehbar halten, berücksichtigt (das Öl oder Fett ist vorzugsweise Silikonöl oder Silikonfett mit einer angepassten Viskosität).
  • Im Fall der antriebsseitigen Vorrichtung, die eine Transmission zu einem abtriebsseitigen Mechanismus durchführt, indem festgelegte Operationen, wie eine Drehbewegung oder eine gradlinige Bewegung auf der Basis eines von einer Drehantriebsquelle, beispielsweise einem Motor, zugeführten Antriebsdrehmoments durchgeführt werden, können in manchen Fällen übergroße Lasten (Kräfte), die von der Antriebsseite ausgeübt werden, Lasten (Schwerkraft) aufgrund von vertikalen Operationen und Federkräfte, die Energien speichern, aufgebracht werden. Wenn ein umgekehrtes Eingangsdrehmoment von der Abtriebsseite aufgebracht wird, kann vorzugsweise eine Kupplung zur Verhinderung eines umgekehrten Antriebs (vgl. beispielsweise die japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. JP 2002-266902 A und JP 64-69829 A ) zwischen der Drehantriebsquelle und der antriebsseitigen Vorrichtung zusammen mit der Vorrichtung 10 zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Dies dient der Verhinderung einer Rückkehr zu der Antriebsseite, indem das umgekehrte Antriebsdrehmoment von der Abtriebsseite verriegelt wird.
  • Wenn eine solche Kupplung zur Verhinderung des umgekehrten Antriebs vorgesehen wird, so wird die antriebsseitige Vorrichtung vor übergroßen Lasten geschützt, die an der Antriebsseite des Leistungstransmissionssystems ausgeübt werden. Daher kann das Werkstück gehalten und verriegelt werden, wenn beispielsweise ein Antriebsdrehmoment von der Drehantriebsquelle gestoppt wird. Wenn das Werkstück in vertikaler Richtung aufwärts oder abwärts bewegt wird, so kann das Werkstück zuverlässig an der gestoppten Position verriegelt werden, wodurch eine Beschädigung der antriebsseitigen Vorrichtung verhindert werden kann.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses, die zwischen einer Drehantriebsquelle und einer angetriebenen Vorrichtung angeordnet ist, um ein Untersetzungsverhältnis eines Elementes, das auf der Basis einer Drehantriebskraft der Drehantriebsquelle betätigt wird, automatisch zu schalten, mit: einem ersten Planetengetriebe (14a) und einem zweiten Planetengetriebe (14b) mit einer Antriebswelle (18), die mit der Drehantriebsquelle verbunden ist, einer Abtriebswelle (26), die mit der angetriebenen Vorrichtung verbunden ist, einem antriebsseitigen Sonnenrad (36a) und einem abtriebsseitigen Sonnenrad (36b), antriebsseitigen Planetenrädern (38a bis 38d) und abtriebsseitigen Planetenrädern (38e bis 38h), einem antriebsseitigen Hohlrad (42a) und einem abtriebsseitigen Hohlrad (42b), die mit den antriebsseitigen Planetenrädern (38a bis 38d) beziehungsweise den abtriebsseitigen Planetenrädern (38e bis 38h) kämmen, und einem antriebsseitigen Träger (44a), einem abtriebsseitigen Träger (44b) und einem mittleren Träger (44c), die die antriebsseitigen Planetenräder (38a bis 38d) und die abtriebsseitigen Planetenräder (38e bis 38h) drehbar tragen und die entsprechend des Umlaufs der antriebsseitigen Planetenräder (38a bis 38d) und der abtriebsseitigen Planetenräder (38e bis 38h) gedreht werden, wobei das erste Planetengetriebe (14a) und das zweite Planetengetriebe (14b) in einer axialen Richtung der Antriebswelle 18 nebeneinander angeordnet sind, einem viskosen Widerstandselement (66), das auf der Basis einer statischen Reibungskraft arbeitet, so dass das antriebsseitige Sonnenrad (36a), die antriebsseitigen Planetenräder (38a bis 38d) und das antriebsseitige Hohlrad (42a) jeweils integral in einer gleichen Richtung gedreht werden, oder so dass das abtriebsseitige Sonnenrad (36b), die abtriebsseitigen Planetenräder (38e bis 38h) und das abtriebsseitige Hohlrad (42b) jeweils integral in einer gleichen Richtung gedreht werden, gekennzeichnet durch ein erstes inneres Kupplungselement (34a) und ein zweites inneres Kupplungselement (34b), die jeweils eine Rotation in einer Richtung ermöglichen, während sie die Antriebswelle (18) gegen eine Rotation in der anderen Richtung verriegeln, und die zueinander unterschiedliche Verriegelungsrichtungen aufweisen, und ein erstes äußeres Kupplungselement (54a) und ein zweites äußeres Kupplungselement (54b), die jeweils eine Rotation in einer Richtung erlauben, während sie die Rotation des antriebsseitigen Hohlrades (42a) oder des abtriebsseitigen Hohlrades (42b) in der anderen Richtung verriegeln, und die zueinander unterschiedliche Verriegelungsrichtungen aufweisen.
  2. Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Träger (44c) zwischen dem antriebsseitigen Träger (44a) und dem abtriebsseitigen Träger (44b) angeordnet ist und dass der antriebsseitige Träger (44a), der abtriebsseitige Träger (44b) und der mittlere Träger (44c) durch Stifte (48), welche die Planetenräder (38a bis 38h) drehbar tragen, in einer integrierten Weise gedreht werden können.
  3. Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass das erste Planetengetriebe (14a) und das zweite Planetengetriebe (14b) in der axialen Richtung nebeneinander innerhalb einer abgedichteten Kammer eines Gehäuses (12a, 12b) angeordnet sind, welches durch zwei Teile gebildet wird.
  4. Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12a, 12b) ein Paar erweiterter Abschnitte (30, 30) aufweist, die einen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweisen und in einer diametralen Richtung von einer äußeren Umfangsfläche der Gehäuse (12a, 12b) vorstehen, und dass Befestigungsöffnungen (32), die in der axialen Richtung durchtreten, durch die erweiterten Abschnitte (30, 30) ausgebildet sind.
  5. Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Dichtelement (45), das aus einem Ringelement mit einem X-förmigen Querschnitt besteht, welches eine äußere Umfangsfläche der Antriebswelle (18) umgibt, in einer zentralen Öffnung des antriebsseitigen Trägers (44a) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Dichtelement (47), das aus einem Ringelement mit einem X-förmigen Querschnitt besteht, welches in Kontakt mit einer inneren Umfangsfläche des antriebsseitigen Hohlrades (42a) steht und dadurch eine Dichtfunktion erfüllt, an einem äußeren Umfangsbereich des antriebsseitigen Trägers (44a) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der abtriebsseitige Träger (44b) einen Scheibenabschnitt (43) aufweist, wobei die Abtriebswelle (26) einstückig an einem zentralen Bereich des Scheibenabschnitts (43) ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Dichtelement (49), das aus einem Ringelement mit einem X-förmigen Querschnitt besteht, welches in Kontakt mit einer inneren Umfangsfläche des abtriebsseitigen Hohlrades (42b) steht und dadurch eine Dichtfunktion erfüllt, an einem äußeren Umfangsbereich des Scheibenabschnitts (43) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Träger (44c) zwischen dem antriebsseitigen Träger (44a) und dem abtriebsseitigen Träger (44b) angeordnet ist und dass der antriebsseitige Träger (44a), der abtriebsseitige Träger (44b) und der mittlere Träger (44c) sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken.
  10. Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein viertes Dichtelement (41), das aus einem Ringelement besteht und in Kontakt mit inneren Wänden des antriebsseitigen Hohlrades (42a) und des abtriebsseitigen Hohlrades (42b) steht und dadurch eine Dichtfunktion erfüllt, an einem äußeren Umfangsbereich des mittleren Trägers (44c) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung zum automatischen Schalten des Untersetzungsverhältnisses nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsseitigen Planetenräder (38a bis 38d) an einer Seitenfläche des mittleren Trägers (44c) angeordnet sind, dass die abtriebsseitigen Planetenräder (38e bis 38h) an der anderen Seitenfläche des mittleren Trägers (44c) an einer Seite gegenüber der einen Seitenfläche angeordnet sind, und dass die Phasen zwischen den antriebsseitigen Planetenrädern (38a bis 38d) und den abtriebsseitigen Planetenrädern (38e bis 38h) jeweils um 45° in einer Umfangsrichtung abweichen.
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