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DE20301116U1 - Myoelektrisch gesteuerte künstliche Hand - Google Patents

Myoelektrisch gesteuerte künstliche Hand

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DE20301116U1
DE20301116U1 DE20301116U DE20301116U DE20301116U1 DE 20301116 U1 DE20301116 U1 DE 20301116U1 DE 20301116 U DE20301116 U DE 20301116U DE 20301116 U DE20301116 U DE 20301116U DE 20301116 U1 DE20301116 U1 DE 20301116U1
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DE
Germany
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clutch plate
clutch
friction wheels
drive device
plate
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DE20301116U
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Description

-1-
24. Januar 2003 Sen-Jung Chen S39334GBM Al/Ha/ple
Myoelektrisch gesteuerte künstliche Hand
Diese Erfindung betrifft eine künstliche Hand, insbesondere eine myoelektrisch gesteuerte künstliche Hand.
Eine myoelektrisch gesteuerte Hand weist eine Fassung auf, um die Prothese eines Amputierten aufzunehmen, und zwei Elektroden, die an den Muskeln zwischen der künstlichen Hand und der Prothese angeordnet sind, so dass die künstliche Hand durch myoelektrische Signale der Muskeln des Stumpfes des Amputierten aktiviert werden kann. Obwohl eine herkömmliche myoelektrisch gesteuerte künstliche Hand in der Lage ist einen Gegenstand zu greifen, kann sie keinen festen Griff an demselben liefern.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine myoelektrisch gesteuerte künstliche Hand bereitzustellen, die einen festen Griff an einem Gegenstand bieten kann.
Gemäß dieser Erfindung umfasst eine myoelektrisch gesteuerte künstliche Hand eine Greifvorrichtung mit ersten und zweiten Klemmklauen, eine Antriebsvorrichtung, ein Getriebe mit ersten und zweiten Kupplungselementen, eine erste Schaltvorrichtung und eine zweite Schaltvorrichtung. Das erste Kupplungselement weist eine hohe Drehgeschwindigkeit auf und ein niedriges Drehmoment, um die erste und die zweite Klemmklaue aufeinander zu zu drehen, um einen Gegenstand zu greifen. Das zweite Kupplungselement weist eine niedrige Drehgeschwindigkeit auf und ein hohes Drehmoment, um den Gegenstand einzuklemmen. Wenn Kraft von der Antriebsvorrichtung auf die Greifvorrichtung über das erste Kupplungselement übertragen wird, so dass die ersten und zweiten Klemm-
-2-
klauen den Gegenstand greifen, wirken die erste und die zweite Schaltvorrichtung miteinander zusammen, um das erste Kupplungselement von der Antriebsvorrichtung zu entkoppeln und um das zweite Kupplungselement mit der Antriebsvorrichtung zu verbinden.
5
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der vorliegenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung deutlich werden, mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 eine teilweise aufgefächerte perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausfuhrungsform einer myoelektrisch gesteuerten künstlichen Hand gemäß dieser Erfindung ist;
Fig. 2 eine Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht der bevorzugten Ausführungsform ist, welche veranschaulicht, dass ein erstes Kupplungselement in Eingriff mit einer Antriebsvorrichtung gebracht wurde;
Fig. 4 eine aufgefächerte Ansicht des ersten Kupplungselementes und eines
zweiten Kupplungselementes der bevorzugten Ausführungsform ist;
Fig. 5 eine Arbeitsposition des ersten Kupplungselementes der bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
Fig. 6 eine Leerlaufposition des zweiten Kupplungselementes der bevorzugten
Ausführungsform veranschaulicht,
Fig. 7 eine Leerlaufposition des ersten Kupplungselementes der bevorzugten Ausführungsform zeigt;
Fig. 8 eine Arbeitsposition des zweiten Kupplungselementes der bevorzugten Ausführungsform zeigt; und
Fig. 9 eine Querschnittsansicht der bevorzugten Ausführungsform ist, welche veranschaulicht, dass das zweite Kupplungselement in Eingriff mit der Antriebsvorrichtung gebracht wurde.
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• ♦ · «
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 6 wird gezeigt, dass die bevorzugte Ausführungsform einer myoelektrisch gesteuerten künstlichen Hand gemäß dieser Erfindung eine Greifvorrichtung 1, eine Antriebsvorrichtung 2, ein Getriebe 3, eine erste Schaltvorrichtung 4 und eine zweite Schaltvorrichtung 5 aufweist.
5
Die Greifvorrichtung 1 beinhaltet eine Basis 10, einen Daumen simulierende erste Klemmklaue 11 mit einem festen Zahnsegment 111, eine fingersimulierende zweite Klemmklaue 12 und ein Verbindungsglied 13. Die Basis 10 weist ein Paar erster und zweiter Aufnahmeöffnungen 14, 15 auf. Die erste und die zweite Klemmklaue 11,12 sind schwenkbar an der Basis 10 montiert. Das Verbindungsglied 13 weist zwei Enden auf, die entsprechend schwenkbar mit der ersten und zweiten Klemmklaue 11,12 verbunden sind, so dass die erste und zweite Klemmklaue 11, 12 in entgegengesetzten Richtungen drehen können. Somit können sich die erste und zweite Klemmklaue 11, 12 gegeneinander drehen, um einen Gegenstand zu greifen (nicht gezeigt). Eine Abdeckung 71 ist durch ein Gewinde an der Basis 10 montiert, um die zweite Aufnahmeöffnung 15 abzudecken.
Die Antriebsvorrichtung 2 beinhaltet einen Motor 21, ein Planetengetriebe 22, eine Laufbuchse 23, eine erste drehbare Hülse 24, eine zweite drehbare Hülse 25, die drehbar auf die erste Hülse 24 aufgeschoben ist und ein zylindrisches Gehäuse 26, das ein außen mit Gewinde versehenes Ende aufweist, das in ein innen mit Gewinde versehenes Ende der Laufbuchse 23 eingreift, um eine Aufnahmekammer 8 zwischen der Laufbuchse 23 und dem Gehäuse 26 zu definieren. Der Motor 21 ist in der ersten Aufnahmeöffnung 14 in der Basis 10 angeordnet und ist mit einer Motorwelle 211 versehen. Die Planetengetriebeeinheit 22 beinhaltet: ein Antriebszahnrad 221, das drehbar auf der Basis 10 angeordnet ist und nicht drehbar auf die Motorwelle 21 aufgeschoben ist, ein äußeres Zahnradelement 222, das in der zweiten Aufnahmeöffnung 15 in der Basis 10 angeordnet ist und mit dem Antriebsgetriebe 221 kämmt, ein ringförmiges inneres Zahnrad 223, das in der Laufbuchse 23 und in Reibungskontakt damit angeordnet ist und zwischen der Laufbuchse 23 und dem Gehäuse 26 eingeklemmt ist, drei Planetenräder 224, die
• · · P
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in dem inneren Zahnrad 223 angeordnet sind und damit kämmen und entsprechend drehbar auf drei integrale Stützstäbe 251 der zweiten drehbaren Hülse 25 aufgeschoben sind, so dass die zweite drehbare Hülse 25 als ein Träger der Planetengetriebeeinheit 22 dient, und ein Sonnenrad 225, das an der Abdeckung 71 durch ein Lager 72 gelagert ist, wobei das Sonnenrad 225 mit den Planetenrädern 224 kämmt, und weist außen einen Endabschnitt auf, der mit einer kerbverzahnten Öffnung 226 in dem äußeren Zahnradelement 221 in Eingriff steht, und eine kerbverzahnte zentrale Öffnung in der ersten drehbaren Hülse 24, so dass das Sonnenrad 225 und die erste drehbare Hülse 24 synchron mit dem äußeren Zahnradelement 222 rotieren können. Somit drehen sich, wenn der Motor 21 läuft, die erste und die zweite drehbare Hülse 24, 25 mit einer ersten und einer zweiten Geschwindigkeit in einer Weise, dass die erste Geschwindigkeit größer ist als die zweite Geschwindigkeit. Mit anderen Worten weist die erste drehbare Hülse 24 eine hohe Geschwindigkeit und ein niedriges Drehmoment auf, während die zweite drehbare Hülse 25 ein hohes Drehmoment und eine niedrige Geschwindigkeit aufweist.
Das Getriebe 3 beinhaltet ein Paar von ersten und zweiten Kupplungselementen 31, 32 und eine Keilwelle 33. Das erste Kupplungselement 31 beinhaltet eine erste Kupplungsplatte 311 mit zwei am Ende offenen Schlitzen 34, 35, einem im Allgemeinen kreuzförmigen ersten Nockenelement 312 und vier ersten Reibungsrädern 313. Das erste Nockenelement 312 ist fest mit der ersten Kupplungsplatte 311 verbunden, um zwei eine Feder aufnehmende Öffnungen 314, 315 zu definieren, von welchen jede zwei offene Enden aufweist. Das zweite Kupplungselement 32 beinhaltet eine zweite Kupplungsplatte 321 mit einem am Ende offenen Schlitz 36, ein zweites Nockenelement 322 und zwei zweite Reibungsräder 323. Die Schlitze 34, 35, 36 sind zueinander parallel. Das zweite Nockenelement 322 ist fest mit der ersten Kupplungsplatte 321 verbunden, um zwei eine Feder aufnehmende Öffnungen 324, 325 zu definieren, von welchen jede ein geschlossenes und ein offenes Ende aufweist.
-5-
Die ersten und zweiten Kupplungsplatten 311, 321 weisen innere Seitenoberflächen auf, die gegeneinander anliegen und äußere Seitenoberflächen. Die erste Schaltvorrichtung 4 weist vier Schraubendruckfedern 41, 42, 43, 44, die entsprechend in den Öffnungen 314, 315, 324, 325 aufgenommen sind, wobei zwei erste äußere Stifte 410, 420 integral von der äußeren Seitenoberfläche der ersten Kupplungsplatte 311 vorragen, einen ersten inneren Stift 430, der integral von der inneren Seitenoberfläche der ersten Kupplungsplatte 311 vorragt und gleitbar in dem Schlitz 36 in der zweiten Kupplungsplatte 321 aufgenommen ist, zwei zweite innere Stifte 440, 450, die integral von der inneren Seitenoberfläche der zweiten Kupplungsplatte 321 vorragen und entsprechend gleitbar in den Schlitzen 34, 35 in der ersten Kupplungsplatte 31 aufgenommen sind, und einen zweiten äußeren Stift 460 auf, der integral von der äußeren Seitenoberfläche der zweiten Kupplungsplatte 321 vorragt. Die ersten Reibungsräder 313 sind entsprechend an vier Ecken der ersten Kupplungsplatte 311 angeordnet und sind entsprechend in vier Aussparungen (Nl) (siehe Fig. 5) in dem ersten Nockenelement 312 angeordnet. Jedes der ersten Reibungsräder 313 ist zwischen einem äußeren peripheren Abschnitt des ersten Nockenelementes 312 und einem entsprechenden der ersten äußeren Stifte 410, 420 und der zweiten inneren Stifte 440, 450 angeordnet. Zwei Enden jeder der Federn 41, 42 liegen entsprechend gegen ein benachbartes Paar der ersten Reibungsräder 313 an, um dieselben voneinander wegzudrücken. Jedes der zweiten Reibungsräder 323 ist zwischen einer Entsprechenden der Federn 43, 44 und einem Entsprechenden von dem ersten inneren Stift 430 und dem zweiten äußeren Stift 460 angeordnet.
Die zweite Schaltvorrichtung 5 beinhaltet eine Feder aufnehmende Einheit 51 und eine Torsionsschraubenfeder 52. Die Einheit 51 beinhaltet eine erste Befestigungsplatte 511, einen Gummiring 512 und eine zweite Befestigungsplatte 513. Die erste und die zweite Befestigungsplatte 511, 513 sind fest auf die Keilwelle 33 aufgeschoben. Der Ring 52 umgibt die zweite Befestigungsplatte 513 und liegt daran an. Die Torsionsfeder 52 ist zwischen der ersten und zweiten Befestigungsplatte 511, 513 und innerhalb des Rings 512 aufgenommen und weist ein inneres
-6-
Ende auf, das an einem zentralen Vorsprung 514 der zweiten Befestigungsplatte 513 befestigt ist, und ein äußeres Ende, das an dem Ring 512 befestigt ist.
Jede der ersten und zweiten Kupplungsplatten 311, 321 ist im Allgemeinen als ein Ring geformt und weist eine innere Peripherie auf, die mit zwei parallelen Zahnstangen 37 gebildet ist (siehe Fig. 5 und 6), die entsprechend und bewegbar mit zwei gegenüberliegenden Seiten der Keilwelle 33 in Eingriff stehen, um eine synchrone Drehung der ersten und der zweiten Kupplungsplatte 311, 321 und der Keilwelle 33 zuzulassen und eine relative Bewegung der ersten und zweiten Kupplungsplatte 311,321.
Bei einer Greifoperation, wenn sich die Motorwelle 211 in eine Vorwärtsrichtung dreht in Antwort auf ein erstes myoelektrisches Signal, das von den Muskeln des Stumpfes eines Amputierten ausgesendet wird, so dass die erste und zweite Klemmklaue 11,12 sich aufeinander zu drehen, ist das zweite Kupplungselement 32 in einer in Fig. 6 gezeigten Leerlaufposition angeordnet, in der eine Drehung von der Antriebsvorrichtung 2 auf die Keilwelle 33 durch das zweite Kupplungselement 32 nicht übertragen werden kann, und das erste Kupplungselement 31 ist in einer Arbeitsposition angeordnet, die in Fig. 5 gezeigt ist, in der die ersten Reibungsräder 313 von der äußeren Peripherie der ersten Kupplungsplatte 311 vorstehen, um mit der ersten drehbaren Hülse 24 in Reibungseingriff zu stehen, so dass die Drehung der ersten drehbaren Hülse 24 auf die Keilwelle 33 übertragen wird, um dadurch ein erstes Drehmoment von dem ersten Kupplungselement 31 auf die Greifvorrichtung 1 zu übertragen. Da die Keilwelle 33 mit einem integralen Zahnrad 332 ausgebildet ist, welches mit dem Zahnsegment 111 der ersten Klemmklaue 11 kämmt, können die ersten und zweiten Klemmklauen 11, 12 durch die Keilwelle 33 aufeinander zu gedreht werden.
Wenn die erste und die zweite Klemmklaue 11, 12 einen zu greifenden Gegenstand ergreifen, ist die Torsionsfeder 52 vollkommen um die Keilwelle 33 gewunden, damit daraus eine relative Bewegung der ersten und der zweiten Kupplungs-
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platte 311, 321 resultiert, um dadurch die zweiten inneren Stifte 440, 450 und den ersten inneren Stift 430 längs der Schlitze 34, 35 bzw. 36 zu bewegen. Somit werden die ersten Reibungsräder 313 in die erste Kupplungsplatte 311 zurückgezogen, so dass das erste Kupplungselement 31 in einer in Fig. 7 gezeigten Leerlaufposition angeordnet ist, in der eine Drehung von der Antriebsvorrichtung 2 nicht auf die Keilwelle 33 durch das erste Kupplungselement 31 übertragen werden kann, und die zweiten Reibungsräder 323 sind nach außen gedrückt, um aus der äußeren Peripherie der zweiten Kupplungsplatte 321 vorzuragen, um mit der zweiten drehbaren Hülse 25 in Reibungseingriff zu stehen, so dass das zweite Kupplungselement 32 in einer Arbeitsposition angeordnet ist, wie in Fig. 8 gezeigt ist, wodurch eine Drehung von der zweiten drehbaren Hülse 25 auf die Keilwelle 33 übertragen wird und ein zweites Drehmoment übertragen wird, das größer ist als das erste Drehmoment, von dem zweiten Kupplungselement 32 zur Greifvorrichtung 1. Somit kann ein größeres Drehmoment von der Antriebsvorrichtung 2 zu der Greifvorrichtung 1 übertragen werden, um eine Klemmkraft auf die erste und die zweite Klemmklaue 11, 12 anzulegen, wodurch ein fester Griff des Gegenstands geliefert wird.
Wenn die amputierte Person wünscht den Gegenstand loszulassen, dreht ein zweites myoelektrisches Signal die Motorwelle 211 in eine Rückwärtsrichtung, so dass die Rückstellkraft der Torsionsfeder 52 die erste und zweite Kupplungsplatte 31, 32 in die in Fig. 5 bzw. 6 gezeigten Positionen zurückkehren lässt.

Claims (5)

1. Eine myoelektrisch gesteuerte künstliche Hand, gekennzeichnet durch:
- eine Greifvorrichtung (1), welche eine erste Klemmklaue (11) aufweist und eine zweite Klemmklaue (12), die sich aufeinander zu drehen können, um einen Gegenstand zu greifen,
- eine Antriebsvorrichtung (2),
- ein Getriebe (3), welches ein erstes Kupplungselement (31) aufweist, das durch die Antriebsvorrichtung (2) angetrieben wird, um die erste und die zweite Klemmklaue (11, 12) aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen, um ein erstes Drehmoment von dem ersten Kupplungselement (31) auf die Greifvorrichtung (1) zu übertragen, und ein zweites Kupplungselement (32), das von der Antriebsvorrichtung (2) entkoppelt ist,
- eine erste Schaltvorrichtung (4), die zwischen das erste und das zweite Kupplungselement (31, 32) gesetzt ist und
- eine zweite Schaltvorrichtung (5), die zwischen die erste Schaltvorrichtung (4) und die Greifvorrichtung (1) gesetzt ist, wobei der Eingriff der ersten und der zweiten Klemmklaue (11, 12) mit dem Gegenstand in einer Betätigung der zweiten Schaltvorrichtung (5) resultiert, um das erste und zweite Kupplungselement (31, 32) relativ zueinander zu bewegen, wodurch das erste Kupplungselement (31) von der Antriebsvorrichtung (2) entkoppelt wird, und das zweite Kupplungselement (32) mit der Antriebsvorrichtung (2) verbunden wird, was eine Drehmomentübertragung von der Antriebsvorrichtung (2) auf die Greifvorrichtung (1) durch das erste Kupplungselement (31) unterbricht, und was eine Drehmomentübertragung von der Antriebsvorrichtung (2) auf die Greifvorrichtung (1) durch das zweite Kupplungselement (32) ermöglicht, so dass ein zweites Drehmoment, das größer ist, als das erste Drehmoment von dem zweiten Kupplungselement (32) auf die Greifvorrichtung (1) übertragen wird, um eine Klemmkraft auf den Gegenstand auszuüben.
2. Myoelektrisch gesteuerte künstliche Hand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (31) eine erste Kupplungsplatte (311) beinhaltet, und eine Mehrzahl erster Reibungsräder (313, 323), die bewegbar auf der ersten Kupplungsplatte (311) montiert sind, und die auf der ersten Kupplungsplatte (311) bewegbar sind, um mit der Antriebsvorrichtung (2) verbunden zu werden, um die erste und die zweite Klemmklaue (11, 12) zu aktivieren, wobei das zweite Kupplungselement (32) eine zweite Kupplungsplatte (321) beinhaltet und eine Mehrzahl zweiter Reibungsräder (323), die bewegbar auf der zweiten Kupplungsplatte (321) montiert sind, und die auf der zweiten Kupplungsplatte (321) bewegbar sind, um mit der Antriebsvorrichtung (2) verbunden zu werden, um die erste und die zweite Klemmklaue (11, 12) zu aktivieren.
3. Myoelektrisch gesteuerte künstliche Hand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass:
- die Anzahl der ersten Reibungsräder (313) vier ist, die erste Kupplungsplatte (311) eine innere Seitenoberfläche, eine äußere Seitenoberfläche und zweite parallele Schlitze (34, 35) mit offenem Ende aufweist, wobei die erste Schaltvorrichtung (4) zwei erste Schraubendruckfedern (41, 42) aufweist, von welchen jede ein jeweiliges Paar der ersten Reibungsräder (313) voneinander wegdrückt, zwei erste äußere Stifte (410, 420), die integral von der äußeren Seitenoberfläche der ersten Kupplungsplatte (311) vorragen, und einen ersten inneren Stift (430), der integral von der inneren Seitenoberfläche der ersten Kupplungsplatte (311) vorragt,
- die Anzahl der zweiten Reibungsräder (323) zwei ist, die zweite Kupplungsplatte (321) eine innere Seitenoberfläche, eine äußere Seitenoberfläche und einen Schlitz (36) mit offenem Ende aufweist, wobei der erste innere Stift (430) gleitbar in dem Schlitz (36) in der zweiten Kupplungsplatte (321) aufgenommen ist, wobei die erste Schaltvorrichtung (4), des Weiteren zwei zweite Schraubendruckfedern (43, 44) aufweist, zwei zweite innere Stifte (440, 450), die integral von der inneren Seitenoberfläche der zweiten Kupplungsplatte (321) vorragen und gleitbar in den Schlitzen (34, 35) in der ersten Kupplungsplatte (311) aufgenommen sind, und einen zweiten äußeren Stift (460), der integral von der äußeren Seitenoberfläche der zweiten Kupplungsplatte (321) vorragt, wobei die zweiten inneren Stifte (440, 450) gleitbar in den Schlitzen (34, 35) in der ersten Kupplungsplatte (311) angeordnet sind, um mit den ersten äußeren Stiften (410, 420) so zusammenzuwirken, dass die ersten Reibungsräder (313) von der äußeren Peripherie der ersten Kupplungsplatte (311) vorragen, wodurch ermöglicht wird, dass die erste Kupplungsplatte (311) durch die Antriebsvorrichtung (2) angetrieben wird, wobei der erste innere Stift (430) gleitbar in dem Schlitz (36) in der zweiten Kupplungsplatte (321) angeordnet ist, so dass die zweiten Reibungsräder (323) in die zweite Kupplungsplatte (321) zurückgezogen sind, so dass ein Drehmoment nicht von der Antriebsvorrichtung auf die zweite Kupplungsplatte (321) durch das zweite Kupplungselement (32) übertragen werden kann.
4. Myoelektrisch gesteuerte künstliche Hand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltvorrichtung (5) eine Schraubentorsionsfeder (52) aufweist, die zwischen der Greifvorrichtung (1) und dem Getriebe (3) angeordnet ist, und welche die erste und die zweite Kupplungsplatte (311, 321) relativ zueinander bewegt, wenn die erste und die zweite Klemmklaue (11, 12) den Gegenstand greifen, um die zweiten inneren Stifte (440, 450) längs der Schlitze (34, 35) in der ersten Kupplungsplatte (311) zu bewegen, und um den ersten inneren Stift (430) längs dem Schlitz (36) in der zweiten Kupplungsplatte (321) zu bewegen, so dass die ersten Reibungsräder (313) in die erste Kupplungsplatte (311) zurückgezogen sind, wodurch das erste Kupplungselement (31) von der Antriebseinheit (2) entkoppelt wird, und so dass die zweiten Reibungsräder (323) von der äußeren Peripherie der zweiten Kupplungsplatte (321) vorragen, wodurch das zweite Kupplungselement (32) mit der Antriebseinheit (2) verbunden wird.
5. Myoelektrisch gesteuerte künstliche Hand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (2) einen Motor (21), eine Planetengetriebeeinheit (22), die durch den Motor (21) angetrieben wird, eine erste drehbare Hülse (24), die durch die Planetengetriebeeinheit (22) bei einer ersten Geschwindigkeit gedreht wird und reibschlüssig auf den ersten Reibungsrädern (313) aufgeschoben ist, wenn die ersten Reibungsräder (313) von der äußeren Peripherie der ersten Kupplungsplatte (311) vorragen, um die erste Kupplungsplatte (311) synchron damit zu drehen, und eine zweite drehbare Hülse (25) aufweist, die durch die Planetengetriebeeinheit (22) mit einer zweiten Geschwindigkeit gedreht wird, die größer ist, als die erste Geschwindigkeit, und reibschlüssig auf die zweiten Reibungsrädern (323) aufgeschoben ist, wenn die zweiten Reibungsräder (323) von der äußeren Peripherie der zweiten Kupplungsplatte (321) vorragen, um die zweite Kupplungsplatte (321) damit synchron zu drehen.
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