DE60211600T2

DE60211600T2 - Rückwärtsfahrende Sperrkupplung und Einrichtung zur Drehbewegungsübertragung

Info

Publication number: DE60211600T2
Application number: DE60211600T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kuwana-shi Kawai; Masahiro Kuwana-shi Kurita; Seiichi Kuwana-shi Takada; Atsushi Kuwana-shi Yoshioka
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: CN1274973C; CN1393645A; EP1270977A1; US6871735B2; US20030000796A1; EP1270977B1; DE60211600D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Umkehrantriebsabschaltkupplung, die ein positives und ein negatives Drehmoment von der Antriebsseite auf die Antriebsseite überträgt, aber kein positives und kein negatives Drehmoment von der Abtriebsseite auf die Antriebsseite überträgt.
BESCHREIBUNG DES ZUGEHÖRIGEN STANDES DER TECHNIK
Es werden immer mehr elektrisch unterstützte Handwagen als Lieferhandwagen für den häuslichen Zustelldienst eingesetzt, und zwar aus Gründen wie beispielsweise die zunehmende Menge der auf den Handwagen geladenen Waren, das älter werdende Lieferpersonal und die wachsende Integration von Frauen in der Branche. Es ist in diesem Fall vorzuziehen, dass die Handwagen sowohl für die Vorwärts- als auch die Rückwärtsbewegung elektrisch unterstützt und ferner manuell betätigt werden können, nachdem die Antriebsenergiequelle abgeschaltet wurde.
Eine solche Funktion lässt sich beispielsweise unter Verwendung der Kupplung realisieren, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei. 8-177878 offenbart wurde, in der ein Vorschlag von dem jetzigen Anmelder gemacht wurde.
Die in der Veröffentlichung offenbarte Kupplung ist, wie in 23 und in den 24(a) und 24(b) dargestellt, versehen mit einem Außenring 1, einem Innenring 2, einem Drehmomentübertragungselement 3, das in den Außenring 1 und den Innenring 2 eingerückt und aus denselben ausgerückt werden kann, und zwar sowohl in positiver als auch negativer Drehrichtung, einem Käfig 4, der, durch dessen Drehung gegenüber dem Außenring 1, zum Halten des Drehmomentübertragungselementes 3 und zum Steuern des Einrückzustandes und des Ausrückzustandes des Drehmomentübertragungselementes 3 dient, einer Zentrierfeder 5 zum Verbinden des Außenringes 1 und des Käfigs 4 in einer Drehrichtung, einem stationärseitigen Element 7, das an einem stationären System in einer Drehrichtung befestigt ist, und einer viskosen Flüssigkeit 9, die zwischen dem Käfig 4 und dem stationärseitigen Element 7 zwischengeschaltet ist. Die viskose Flüssigkeit 9 ist beispielsweise eine Flüssigkeit, wie z.B. ein Silikonöl, die zur Aufbringung des Drehwiderstandes auf den Käfig 4 dient.
Das Drehmoment eines Motors (nicht dargestellt) wird durch, beispielsweise, ein Schneckenradgetriebe 6 auf den Außenring 1 übertragen. Wie in 24(a) dargestellt, wird eine Vielzahl von Nockenlaufflächen 1b auf dem inneren Umfang des Innenringes 1 in einer Umfangsrichtung mit gleichem Abstand bereitgestellt. Außerdem sind Keilspalte, die sowohl in der positiven als auch in der negativen Drehrichtung symmetrisch sind, zwischen den Nockenlaufflächen 1b und dem äußeren Umfang des Innenringes 2 ausgebildet. Die Drehmomentübertragungselemente 3 sind, wie in 24(a) dargestellt, zylindrisch geformte Rollen, die in den Keilspalten angeordnet sind und in den Taschen 4a des Käfigs 4 aufgenommen und gehalten werden.
Wie in 24(b) dargestellt, ist die Zentrierfeder 5 an die Endflächen sowohl des Käfigs 4 als auch des Außenringes 1 gekoppelt, wodurch der Käfig 4 sich mit dem Außenring 1 mitdrehen kann. Außerdem dient die Zentrierfeder 5 dazu, den Käfig 4 so zu positionieren, dass die einzelnen Drehmomentübertragungselemente 3 an den Mitten der korrespondierenden einzelnen Nockenlaufflächen 1b des Außenringes 1 angeordnet werden. Die Drehung des Käfigs 4 gegenüber dem stationärseitigen Element 7 bewirkt, dass die viskose Flüssigkeit 9 einen viskosen Scherwiderstand auf den Käfig 4 aufbringt, was einen zeitlichen Versatz hinsichtlich der Drehung des Käfigs 4 gegenüber dem Außenring 1 zur Folge hat.
Wenn auf diese Weise vom Außenring 1 ein positives oder ein negatives Drehmoment aufgebracht wird, bewirkt, wie in 25(b) dargestellt, der viskose Scherwiderstand der viskosen Flüssigkeit 9, dass es beim Käfig 4 hinsichtlich der Drehung gegenüber dem Außenring 1 zu einem zeitlichen Versatz kommt. Als Folge davon wird das Drehmomentübertragungselement 3 in den korrespondierenden Keilspalt zwischen dem Außenring 1 und dem Innenring 2 eingerückt. Folglich wird das auf den Außenring 1 aufgebrachte Drehmoment durch die Drehmomentübertragungselemente 3 auf den Innenring 2 übertragen. Wenn im Gegensatz dazu ein positives oder ein negatives Drehmoment (ein Umkehrantriebsdrehmoment) von dem Innenring 2 umgekehrt zu dem obigen, wie in 25(a) dargestellt, aufgebracht wird, wird der Käfig 4 durch die Zentrierfeder 5 zum Außenring 1 ausgerichtet. So wird das Drehmomentübertragungselement 3 an einer Mitte c1 in der Umfangsrichtung der Nockenlaufflächen 1b positioniert. In diesem Fall werden die einzelnen Drehmomentübertragungselemente 3 aus ihren korrespondierenden einzelnen Keilspalten ausgerückt, um sich in einem Zustand zu befinden, in dem die Elemente sowohl vom Innenring 2 als auch vom Außenring 1 entkoppelt sind. Das auf den Innenring 2 aufgebrachte Umkehrantriebsdrehmoment wird deshalb nicht auf den Außenring 1 übertragen und die Drehmomentübertragung wird somit abgeschaltet.
Wie oben beschrieben, ist die in den 23 bis 25(a) und 25(b) dargestellte Kupplung in einer solchen Weise aufgebaut, dass der viskose Scherwiderstand der viskosen Flüssigkeit 9, die zwischen dem Käfig 4 und dem stationärseitigen Element 7 zwischengeschaltet ist, bewirkt, dass es beim Käfig 4 hinsichtlich der Drehung gegenüber dem Außenring 1 zu einem zeitlichen Versatz kommt. Bei diesem Aufbau wird das folgende Problem befürchtet.

(1) Wie in 26 dargestellt, erhöht sich der viskose Scherwiderstand (K2) der viskosen Flüssigkeit 9 proportional mit der Drehzahl (Drehwinkelgeschwindigkeit) des Außenringes 1. Wenn außerdem die Drehzahl des Außenringes 1 einen vorgegebenen Wert erreicht und der viskose Scherwiderstand (K2) gleich einem bestimmten Drehmoment (K1) ist, bei dem die Zentrierfeder 5 um einen spezifischen Betrag verformt wird, beginnen die Drehmomentübertragungselemente 3, sich in den Außenring 1 und den Innenring 2 einzurücken. Dann wird das auf den Außenring 1 aufgebrachte Drehmoment durch die Drehomentübertragungselemente 3 auf den Innenring 2 übertragen. Folglich ist es bei der oben beschriebenen Kupplung erforderlich, dass sich der Außenring 1 mit einer Geschwindigkeit dreht, die gleich oder höher als eine spezifische Drehzahl (Drehzahl, ab der der Einrückvorgang beginnt) ist, um den Zustand der Kupplung auf einen Drehmomentübertragungszustand umzuschalten. Deshalb erfordert die Kupplung, nachdem sich die Drehantriebsquelle zu drehen beginnt, eine spezifische Zeitdauer bis sich der Innenring zu drehen beginnt, was ein Anlaufreaktionsproblem schafft.
(2) Die Viskosität der viskosen Flüssigkeit 9 variiert je nach Temperatur, so dass die Drehzahl, ab der der Einrückvorgang beginnt, sich je nach Einsatzumgebungstemperatur ändern kann.
(3) Die viskose Flüssigkeit 9 kann die anfangs gegebenen Funktionen der Kupplung beim Langzeiteinsatz zerstörend beeinflussen, sogar wenn die Flüssigkeit mit Dichtungen (wie z.B. Lippendichtungen oder Labyrinthdichtungen) dicht eingeschlossen ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Reibungskraft an den Abdichtungsteilen schwanken kann, was Änderungen des Drehwiderstandes der Dichtungen am Käfig oder ein Austritt der viskosen Flüssigkeit bewirkt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Kupplungstyp bereitzustellen, der keine viskose Flüssigkeit als Drehwiderstands-Aufbringungsmittel verwendet, um einen Drehwiderstand auf einen Käfig aufzubringen.
In US-A-3380563, US-A-2784821, US-A-2028512 und EP-A-1122390 werden jeweils eine Umkehrantriebsabschaltkupplung offenbart, die Folgendes umfasst: ein antriebsseitiges Drehelement; ein abtriebsseitiges Drehelement; ein Drehmomentübertragungselement, das in das antriebsseitige Drehelement und das abtriebsseitige Drehelement eingerückt und aus denselben ausgerückt werden kann, und zwar sowohl in positiver als auch negativer Drehrichtung; einen Käfig, der zum Halten des Drehmomentübertragungselementes und zum Schalten zwischen dem Einrückzustand und dem Ausrückzustand des Drehmomentübertragungselementes dient, und zwar durch die Relativdrehung des Käfigs gegenüber dem antriebsseitigen Drehelement; und ein stationärseitiges Element.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung außerdem Folgendes umfasst: ein elastisches Verformungselement für die Verbindung des antriebsseitigen Drehelementes und des Käfigs sowohl in positiver als auch negativer Richtung; ein Drehwiderstands-Aufbringungsmittel, das zum Hervorrufen eines Gleitreibungswiderstandes dient, der am Käfig gegen dessen Drehung gegenüber dem stationärseitigen Element wirkt, wobei der Drehwiderstand des Käfigs, der durch den Gleitreibungswiderstand hervorgerufen wird, größer ist als die Federkraft des elastischen Verformungselementes, und wobei über die Steuerung einer Drehphasendifferenz zwischen dem antriebsseitigen Drehelement und dem Käfig die Übertragung des positiven und des negativen Drehmomentes von dem antriebsseitigen Drehelement auf das abtriebsseitige Drehelement durch die Einrückung des Drehmomentübertragungselementes am antriebsseitigen und am abtriebsseitigen Drehelement bewerkstelligt wird, während die Übertragung des positiven und des negativen Drehmomentes von dem abtriebsseitigen Drehelement durch die Ausrückung des Drehmomentübertragungselementes abgeschaltet wird.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau können das antriebsseitige Drehelement und das abtriebsseitige Drehelement in einer Radialrichtung der koaxialen Drehwellen einander gegenüber angeordnet sein oder in einer Axialrichtung der koaxialen Wellen einander gegenüber angeordnet sein. Das „antriebsseitige Drehelement" ist ein Element, das durch das Antriebsdrehmoment in Drehung versetzt wird, das von einer Drehantriebsquelle aufgebracht wird. Das „abtriebsseitige Drehelement" ist ferner ein Element, das sich mit dem antriebsseitigen Drehelement durch den Einrück- und den Ausrückvorgang des Drehmomentübertragungselementes mitdrehen und auch gegen das antriebsseitige Drehelement frei drehen kann.
Das auf das antriebsseitige Drehelement aufgebrachte Antriebsdrehmoment wird auf den Käfig übertragen. Der Käfig wird dann gegenüber dem stationärseitigen Element in Drehung versetzt. Als Folge davon wird der Reibungswiderstand vom Drehwiderstands-Aufbringungsmittel auf den Käfig aufgebracht und der Reibungswiderstand bewirkt, dass der Käfig eine Drehphasendifferenz gegenüber dem antriebsseitigen Drehelement aufweist. Das Drehmomentübertragungselement wird somit in das antriebsseitige und das abtriebsseitige Drehelement eingerückt und das Antriebsdrehmoment wird vom antriebsseitigen Drehelement auf das abtriebsseitige Drehelement übertragen. Andererseits ruft das Drehmoment, das umgekehrt auf das abtriebsseitige Drehelement aufgebracht wird, keine wirkende Reibungskraft des Drehwiderstands-Aufbringungsmittels hervor. Um diesen Umstand zu nutzen, werden der Käfig und das antriebsseitige Drehelement so ausgeführt, dass sie sich in Bezug zueinander drehen, um die Drehphasendifferenz zwischen ihnen aufzuheben. Auf diese Weise wird das Drehmomentübertragungselement zentriert und aus den beiden Drehelementen ausgerückt (aus dem eingerückten Zustand zurückgenommen), so dass die Drehmomentübertragung auf das antriebsseitige Drehelement abgeschaltet werden kann. Die oben beschriebene Funktion wird sichergestellt, indem das antriebsseitige Drehelement und der Käfig in den Drehrichtungen elastisch verbunden werden (beispielsweise, indem sie sowohl in der positiven als auch der negativen Richtung durch ein elastisches Verformungselement verbunden werden).
Der Einrück- und der Ausrückvorgang des Drehmomentübertragungselementes gegen das antriebsseitige Drehelement und das abtriebsseitige Drehelement lassen sich realisieren, wie dies an einem nachstehenden Beispiel beschrieben wird. Das heißt, es sind Keilspalte zwischen dem antriebsseitigen Drehelement und dem abtriebsseitigen Drehelement ausgebildet und ein Einrückelement wird als Drehmomentübertragungselement in Form eines Keilelementes in den jeweiligen Keilspalt eingerückt oder aus denselben ausgerückt. Dieser Aufbau umfasst einen Aufbau, bei dem die Nockenlaufflächen zum Ausbilden der Keilspalte an dem abtriebsseitigen Drehelement oder dem antriebsseitigen Drehelement (wo das Element mit einem kreisförmigen Querschnitt, wie z.B. eine Rolle oder eine Kugel, als Einrückelement verwendet wird) bereitgestellt werden sowie einen Aufbau, bei dein die Nockenlaufflächen zum Ausbilden der Keilspalte an dem Einrückelement (wobei ein Element, wie z.B. ein Klemmkörper, als Einrückelement eingesetzt wird) bereitgestellt werden. Das antriebsseitige Drehelement oder das abtriebsseitige Drehelement, das Nockenlaufflächen aufweist, lassen sich durch das direkte Bereitstellen der Nockenlaufflächen an einem wellenförmigen Element oder durch Befestigen eines ringförmigen Elementes, das Nockenlaufflächen am wellenförmigen Element aufweist, realisieren.
Bei dieser Kupplung wird das Drehreibungs-Aufbringungsmittel zum Aufbringen des Reibungswiderstandes (beispielsweise eines Gleitreibungswiderstandes) auf den Käfig bereitgestellt. Folglich ist der auf den Käfig wirkende Drehwiderstand unabhängig von der Drehzahl. Dies stattet die Kupplung mit einer hervorragenden Anlaufreaktion aus. Deshalb lässt sich die Kupplung beispielsweise auch für Anwendungen einsetzen, wo es erforderlich ist, dass das auf ein antriebsseitiges Drehelement aufgebrachte Drehmoment sofort auf ein abtriebsseitiges Drehelement übertragen wird.
Außerdem wird der auf den Käfig wirkende Drehwiderstand nicht von der Temperatur beeinflusst, so dass sich die Betriebseigenschaften der Kupplung nur wenig mit den Änderungen der Umgebungstemperatur verändern.
Ferner ist die Umkehrantriebsabschaltkupplung dadurch gekennzeichnet, dass sie dem abtriebsseitigen Drehelement gestattet, sich gegen das von der Abtriebsseite aufgebrachte positive und negative Drehmoment frei zu drehen. Dadurch, dass zugelassen wird, dass sich das abtriebsseitige Drehelement frei drehen kann, wird zum Beispiel die manuelle Betätigung eines anzutreibenden Objektes (wie z.B. einer Tür oder eines Rades) ermöglicht.
Diese Umkehrantriebsabschaltkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Drehwiderstands-Aufbringungsmittel ein Schiebeelement ist, das so angeordnet ist, dass es in einer Umfangsrichtung entweder an den Käfig oder das stationärseitige Element gekoppelt werden kann und sich gegenüber dem jeweils anderen Teil verschieben kann. Bei dieser Umkehrantriebsabschaltkupplung ist es in einer solchen Weise angeordnet, dass sich das Schiebeelement gegenüber dem stationärseitigen Element verschiebt, wobei es selbst in einer Umfangsrichtung an den Käfig gekoppelt ist.
Diese Umkehrantriebsabschaltkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebeelement eine Schiebefeder ist, die einen am stationärseitigen Element eingebauten Schiebeteil und einen Kopplungsteil, der sich in einer Radialrichtung erstreckt, aufweist und mit dem Käfig in einer Umfangsrichtung gekoppelt werden kann.
Diese Umkehrantriebsabschaltkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebeelement mit einem Ring mit kreisförmigem Querschnitt versehen ist, der in einer Umfangsrichtung an den Käfig gekoppelt werden kann, und dass ein elastisches Verformungselement zwischen dem Ring mit kreisförmigem Querschnitt und dem stationärseitigen Element zwischengeschaltet ist.
Die erfindungsgemäße Drehantriebseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Drehantriebsquelle, einen Untersetzungsgetriebe-Teil zur Verringerung des Drehmomentes, das von der Drehantriebsquelle ausgeübt wird, und die Umkehrantriebsabschaltkupplung nach Anspruch 1 oder Anspruch 6 aufweist.
Eine Vorrichtung, die als „Drehantriebsquelle" typisch ist, umfasst einen Motor (ein Hydraulikmotor und ein Druckluftmotor sind neben einem Elektromotor ebenfalls eingeschlossen) und einen Verbrennungsmotor. Die „Drehantriebsquelle" umfasst bei dieser Erfindung jedoch jede Art von Ausrüstung, die eine Rotationskraft durch Energie, wie z.B. elektrische, hydraulische oder pneumatische Energie, erzeugt und sie umfasst außerdem Mechanismen, die durch die manuelle Betätigung eine Rotationskraft erzeugen. Außerdem ist der Aufbau des „Untersetzungsgetriebe-Teils" nicht auf eine spezifische Ausführung eingeschränkt und umfasst Aufbauausführungen, die mit einem Zahnradmechanismus, Schneckentriebmechanismus, Planetenrollenmechanismus, Kegelplattenmechanismus oder dergleichen gebildet werden. Die Drehantriebseinrichtung ist außerdem mit einem Gehäuse für die Unterbringung des Untersetzungsgetriebe-Teils und der Umkehrantriebsabschaltkupplung versehen.
Außerdem weist eine vollautomatische Waschmaschine gemäß der Erfindung Folgendes auf: eine Waschtrommel zum Waschen und Trockenschleudern; eine Waschtrommelwelle zum Drehen der Waschtrommel; einen Pulsator (Wellenrad), der in der Waschtrommel angeordnet ist; eine Antriebsenergiequelle; eine Pulsatorwelle zum Drehen des Pulsators durch das Antriebsdrehmoment, das von der Antriebsenergiequelle aufgebracht wird; und eine Kupplung, die zwischen der Waschtrommelwelle und der Pulsatorwelle angeordnet ist, um die Übertragung und die Abschaltung des Drehmomentes, das auf die Waschtrommel auszuüben ist, zu steuern. Bei dem obigen Aufbau ist die Kupplung eine Umkehrantriebsabschaltkupplung, die Folgendes umfasst: ein antriebsseitiges Drehelement, das mit der Pulsatorwelle verbunden ist; ein antriebsseitiges Drehelement, das mit der Waschtrommelwelle verbunden ist; ein Drehmomentübertragungselement, das zwischen dem antriebsseitigen Drehelement und dem antriebsseitigen Drehelement zwischengeschaltet ist und das sich zwischen einem Einrückzustand zum Einrücken des antriebsseitigen Drehelementes und des antriebsseitigen Drehelementes und einem Ausrückzustand zum Ausrücken der beiden Elemente umschalten lässt; einen Käfig zum Halten des Drehmomentübertragungselementes und zum Umschalten zwischen dem Einrück- und dein Ausrückzustand des Drehmomentübertragungselementes entsprechend einer Drehphasendifferenz zwischen dem Drehmomentübertragungselement und dem antriebsseitigen Drehelement; und ein Drehwiderstands-Aufbringungsmittel zum Aufbringen des Drehwiderstandes auf den Käfig, und zwar durch einen Reibungswiderstand, der auftritt, wenn das Drehwiderstands-Aufbringungsmittel ein stationärseitiges Element berührt. Die Umkehrantriebsabschaltkupplung arbeitet so, dass die Kupplung, gegen das Drehmoment vom antriebsseitigen Drehelement, das Drehmomentübertragungselement durch eine Drehphasendifferenz, die durch die Aufbringung des Drehwiderstandes auf den Käfig zwischen dem Käfig und dem antriebsseitigen Drehelement erzeugt wurde, in den Einrückzustand versetzt und dass die Kupplung, gegen das Umkehrantriebsdrehmoment vom antriebsseitigen Element, den Drehwiderstand, der auf den Käfig aufgebracht wurde, aufhebt, um die Drehphasendifferenz zu beseitigen, um so das Drehmomentübertragungselement in den Ausrückzustand zu versetzen.
Das „antriebsseitige Drehelement", das eine Kupplungsfläche aufweist, zu der hin bzw. von der aus das Drehmomentübertragungselement eingerückt bzw. ausgerückt wird, ist direkt oder indirekt mit der Pulsatorwelle verbunden. Das „abtriebsseitige Drehelement", das eine Kupplungsfläche aufweist, zu der hin bzw. von der aus das Drehmomentübertragungselement eingerückt bzw. ausgerückt wird, ist direkt oder indirekt mit der Waschtrommelwelle verbunden. Das abtriebsseitige Drehelement wird, durch den Einrück- und den Ausrückvorgang des Drehmomentübertragungselementes, zusammen mit dem antriebsseitigen Drehelement in Drehung versetzt und gegen das antriebsseitige Drehelement frei gedreht. Außerdem ist das „stationärseitige Element" ein Element, das zu einem stationären System gehört, dessen Drehung eingeschränkt ist. Das stationärseitige Element befindet sich nicht immer notwendigerweise in einem stationären Zustand und umfasst auch ein solches Element, dessen Drehung so eingeschränkt ist, dass es im Bedarfsfall zu einem stationärseitigen Element wird und dessen Drehung in sonstigen Fällen zugelassen wird, so dass es dann zu einem drehseitigen Element wird.
Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau wird das Antriebsdrehmoment, das auf das antriebsseitige Drehelement aufgebracht wird, auf den Käfig übertragen. Da der Käfig durch das aufgebrachte Drehmoment gegen das stationärseitige Element gedreht wird, wirkt ein Reibungswiderstand von dem Drehwiderstands-Aufbringungsmittel auf den Käfig. Der Reibungswiderstand bewirkt anschließend, dass der Käfig eine Drehphasendifferenz gegenüber dem antriebsseitigen Drehelement aufweist. Als Folge davon befindet sich das Drehmomentübertragungselement in einem Einrückzustand, so dass das Antriebsdrehmoment von dem antriebsseitigen Drehelement auf das abtriebsseitige Drehelement übertragen wird. Somit können sich sowohl die Pulsatorwelle als auch die Waschtrommelwelle beim Trockenschleudern und dergleichen drehen.
Wenn dagegen das Drehmoment umgekehrt durch die Waschtrommelwelle auf das abtriebsseitige Drehelement aufgebracht wird, wirkt die durch das Drehmoment-Aufbringungsmittel erzeugte Reibungskraft nicht auf den Käfig. Das Drehmomentübertragungselement wird zentriert, damit es sich in einem Ausrückzustand befindet, wenn der Käfig und das antriebsseitige Drehelement durch die Nutzung der oben beschriebenen Eigenschaft in Bezug zueinander so gedreht wurden, dass eine Drehphasendifferenz aufgehoben wird. Auf diese Weise kann die Übertragung des Drehmoments von dem abtriebsseitigen Drehelement (einem waschtrommelseitigen Element) auf das antriebsseitige Drehelement (einem pulsatorseitigen Element) abgeschaltet werden. Folglich kann sich zum Waschen beispielsweise die Waschtrommelwelle in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung so frei drehen, dass die Waschtrommel durch die Antriebskraft der Wasserströme, die durch die Drehung des Pulsators hervorgerufen wurden, gedreht werden kann. Dies bewirkt die Relativdrehung zwischen dem Pulsator und der Waschtrommel, die infolge der Trägheit in einer Richtung gedreht wird, zu der hin die Waschtrommel gedreht wurde, bevor die Drehrichtung des Pulsators umgeschaltet wurde, wodurch die Waschleistungsfähigkeit verbessert wird. Außerdem liefert die verbesserte Waschleistungsfähigkeit einen Vorteil, wie z.B. eine verkürzte Waschzeit, was den Energieverbrauch reduziert.
Um die oben beschriebene Funktion zu realisieren, muss der Käfig, der eine Drehphasendifferenz gegenüber dem antriebsseitigen Drehelement aufweist, in einer Richtung gedreht werden, in der die Drehphasendifferenz aufgehoben wird. Dies lässt sich bewerkstelligen, wenn beispielsweise ein Federelement, wie z.B. eine Zentrierfeder, dazu verwendet wird, das antriebsseitige Drehelement und den Käfig in einer Drehrichtung elastisch zu verbinden.
Der Einrück- und der Ausrückvorgang des Drehmomentübertragungselementes lassen sich jeweils, beispielsweise, durch das Einrücken bzw. das Ausrücken eines Klemmkopplungselementes als Drehmomentübertragungselement in einen oder aus einem Keilspalt realisieren, der zwischen dem antriebsseitigen Drehelement und dem antriebsseitigen Drehelement ausgebildet ist. Dieser Aufbau umfasst einen Aufbau, bei dem eine Nockenlauffläche, die den Keilspalt bildet, am antriebsseitigen Drehelement oder am abtriebsseitigen Drehelement bereitgestellt wird (bei diesem Aufbau wird ein Element, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wie z.B. eine Rolle oder eine Kugel, als Kopplungselement verwendet) sowie einen Aufbau, bei dem eine Nockenlauffläche, die den Keilspalt bildet, am Kopplungselement bereitgestellt wird (wobei bei diesem Aufbau ein Element, wie z.B. ein Klemmkörper, als Kopplungselement eingesetzt wird). Ein antriebsseitiges Drehelement oder ein abtriebsseitiges Drehelement, das eine Nockenlauffläche aufweist, lässt sich dadurch realisieren, dass die Nockenlauffläche direkt auf einem wellenförmigen Element bereitgestellt wird oder dadurch, dass ein ringförmiges Element, das die Nockenlauffläche an einem wellenförmigen Element aufweist, befestigt wird.
Diese Umkehrantriebsabschaltkupplung ist mit dem Drehwiderstands-Aufbringungsmittel versehen, das einen Drehwiderstand, der durch den Reibungswiderstand (beispielsweise einen Gleitreibungswiderstand) erzeugt wird, auf den Käfig aufbringt. Folglich ist der Drehwiderstand, der auf den Käfig wirkt, unabhängig von der Drehzahl. Durch diesen Umstand besitzt die Umkehrantriebsabschaltkupplung den Vorteil einer hervorragenden Anlaufreaktion. Deshalb kann bei einer vollautomatischen Waschmaschine das Drehmoment, das auf das antriebsseitige Drehelement (die Pulsatorwelle) aufgebracht wurde, sofort auf das abtriebsseitige Drehelement (die Waschtrommelwelle) übertragen werden. Außerdem wird der Drehwiderstand, der auf den Käfig wirkt, nicht durch die Temperatur beeinflusst; deshalb ist es auch ein Merkmal der Kupplung, dass deren dynamischen Eigenschaften sich bei Änderungen der Umgebungstemperatur selten verändern.
Diese Umkehrantriebsabschaltkupplung kann so aufgebaut sein, dass sie sich zwischen einem Betriebszustand, in dem das Antriebsdrehmoment von dem antriebsseitigen Drehelement auf das abtriebsseitige Drehelement übertragen wird, und einem Nichtbetriebszustand, in dem die Übertragung des Antriebsdrehmomentes von dem abtriebsseitigen Drehelement auf das antriebsseitige Drehelement abgeschaltet ist, umschalten lässt. Bei einem solchen Aufbau wird die Übertragung des Drehmomentes von dem antriebsseitigen Drehelement auf das abtriebsseitige Drehelement abgeschaltet, wenn die Umkehrantriebsabschaltkupplung in den Nichtbetriebszustand versetzt wird, so dass sich die Waschtrommelwelle, wie oben beschrieben, frei drehen kann. Wohingegen wenn die Umkehrantriebsabschaltkupplung in den Betriebszustand zum Trockenschleudern umgeschaltet wird, das Drehmoment von dem antriebsseitigen Drehelement auf das abtriebsseitige Drehelement übertragen wird; deshalb können die Pulsatorwelle und die Waschtrommelwelle in Drehung versetzt werden.
Das Umschalten der Umkehrantriebsabschaltkupplung zwischen dem oben beschriebenen Betriebs- und Nichtbetriebszustand lässt sich auch realisieren, indem das Drehwiderstands-Aufbringungsmittel gegenüber einem stationärseitigen Element zwischen seinem Kontakt- und seinem Nichtkontaktzustand umgeschaltet wird. Das heißt, wenn das Drehwiderstands-Aufbringungsmittel ein stationärseitiges Element berührt, bringt der durch den Kontakt erzeugte Reibungswiderstand den Drehwiderstand auf den Käfig auf. Das Drehmomentübertragungselement lässt sich somit in den Einrückzustand versetzen. Wenn dagegen das Drehwiderstands-Aufbringungsmittel gegenüber einem stationärseitigen Element in einen Nichtkontaktzustand gebracht wird, wird der Reibungswiderstand entfernt, um den Drehwiderstand, der auf den Käfig aufgebracht wird, zu reduzieren. Das Drehmomentübertragungselement lässt sich somit wieder in den Ausrückzustand bringen. Wenn beispielsweise ein Steuerungselement, das an der Umkehrantriebsabschaltkupplung bereitgestellt wird, hinsichtlich der Drehbewegung eingeschränkt bzw. begrenzt wird, wird das Steuerungselement zum oben beschriebenen stationärseitigen Element. Somit kann sich die Umkehrantriebsabschaltkupplung, durch den Kontakt des Steuerungselementes mit dem Drehwiderstands-Aufbringungsmittel, im Betriebszustand befinden. Wohingegen wenn das Steuerungselement von der Drehbegrenzung entfernt wird, sich das Steuerungselement zu drehen beginnt (in diesem Fall ist das Steuerungselement nicht das stationärseitige Element). Da sich das Drehwiderstands-Aufbringungsmittel somit gegenüber dem stationärseitigen Element im Nichtkontaktzustand befindet, wird der Drehwiderstand, der auf den Käfig aufgebracht wird, kleiner und die Umkehrantriebsabschaltkupplung befindet sich im Nichtbetriebszustand.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsdarstellung, längs der Schnittlinie A-A in 2, einer Umkehrantriebsabschaltkupplung eines Außenringantriebstyps gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine Querschnittsdarstellung, längs der Schnittlinie B-B in 1, der Umkehrantriebsabschaltkupplung eines Außenringantriebstyps gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
3 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Anfangsphase der Umkehrantriebsabschaltkupplung des Außenringantriebstyps gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ist eine Querschnittsdarstellung, längs der Schnittlinie A–A in 5, einer Drehantriebseinrichtung, die mit einer Umkehrantriebsabschaltkupplung eines Außenringantriebstyps gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zusammengebaut ist;
5 ist eine Querschnittsdarstellung, längs der Schnittlinie B–B in 4, der Drehantriebseinrichtung, die mit der Umkehrantriebsabschaltkupplung eines Außenringantriebstyps gemäß der Ausführungsform der Erfindung zusammengebaut ist;
6 ist eine Querschnittsdarstellung der Umkehrantriebsabschaltkupplung eines Außenringantriebstyps gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die einen Zustand zeigt, in dem das Drehmoment gerade übertragen wird;
7 ist eine Querschnittsdarstellung, die einen Zustand zeigt, in dem der Eingriff der Rollen in die Umkehrantriebsabschaltkupplung eines Außenringantriebstyps gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gerade freigegeben wird;
8 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dein Federdrehmoment K3 einer Zentrierfeder und dem Gleitreibungswiderstand K4 einer Schiebefeder zeigt;
9(a) ist eine Querschnittsdarstellung eines abgewandelten Beispiels der Umkehrantriebsabschaltkupplung eines Außenringantriebstyps gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und 9(b) ist eine Außenansicht der Kupplung in 9(a);
10 ist eine Querschnittsdarstellung eines Achswellenteils eines elektrisch unterstützten Handwagens, der die Umkehrantriebsabschaltkupplung eines Innenringantriebstyps gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nutzt;
11 ist eine Querschnittsdarstellung längs der Schnittlinie X–X in 10 ;
12 ist eine Querschnittsdarstellung längs der Schnittlinie Y–Y in 10;
13 ist eine Querschnittsdarstellung längs der Schnittlinie Z–Z in 10;
14 ist eine Querschnittsdarstellung, die einen Anfangszustand einer Rolle zeigt;
15 ist eine Querschnittsdarstellung, die einen Anfangszustand einer Schiebefeder zeigt;
16 ist eine Querschnittsdarstellung, die einen Zustand zeigt, in dem ein hohlzylinderförmiger Teil eines Käfigs eine Schiebefeder berührt;
17 ist eine Querschnittsdarstellung, die einen Zustand zeigt, in dem eine Rolle in einen Keilspalt eingerückt ist;
18 ist eine Draufsicht, die einen konventionellen Papiervorschubmechanismus zeigt;
19 ist eine Querschnittsdarstellung eines Papiervorschubmechanismus;
20 ist eine Draufsicht eines Papiervorschubmechanismus, der eine Umkehrantriebsabschaltkupplung nutzt;
21 ist eine Querschnittsdarstellung, die einen Antriebsmechanismus eines automatischen Türsystems zeigt, der eine Umkehrantriebsabschaltkupplung nutzt;
22 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine vollautomatische Waschmaschine zeigt, die eine Umkehrantriebsabschaltkupplung nutzt;
23 ist eine seitliche Längsschnittdarstellung (längs der Schnittlinie A–A in 24(a)) einer konventionellen Kupplung;
24(a) ist eine Querschnittsdarstellung, längs der Schnittlinie B–B in 23, die einen Querschnitt eines Teils zeigt, an dem die Rollen bereitgestellt werden;
24(b) ist eine Querschnittsdarstellung, längs der Schnittlinie C–C in 23, die einen Querschnitt eines Teils zeigt, an dem eine Zentrierfeder bereitgestellt wird;
25(a) ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung, die den Bereich um eine der in 24(a) abgebildeten Nockenlaufflächen zeigt;
25(b) ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Rolle in einen Keilspalt eingerückt ist; und
26 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Federdrehmoment K1 einer Zentrierfeder und dem viskosen Widerstand K2 zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 und 2 zeigen eine Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 eines Außenringantriebstyps gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die Kupplung 10 ist mit einem Antriebsaußenring 11 als antriebsseitiges Drehelement, einem Abtriebsinnenring 12 als abtriebsseitiges Drehelement, Rollen 13 als Drehmomentübertragungselementen, einem Käfig 14 zum Halten der Rollen 13, einer Zentrierfeder 15 als elastischem Verformungselement zum Positionieren des Käfigs 14, einem Gehäuse 16 als stationärseitigem Element und einer Schiebefeder 17 als Drehwiderstands-Aufbringungsmittel zum Hervorrufen des Gleitreibungsreibungswiderstandes, der gegen die Drehung des Käfigs 14 auf den Käfig wirkt, versehen.
Der Antriebsaußenring 11 ist, entweder direkt oder indirekt über ein Kraftübertragungsmittel, z.B. eine Kette, mit einem Antriebsteil (nicht dargestellt; beispielsweise bestehend aus einem Elektromotor und einem Untersetzungsgetriebe) verbunden.
Der Abtriebsinnenring 12 ist, wie in 1 dargestellt, an der Innendurchmesserseite des Antriebsaußenringes 11 angeordnet. Ferner ist der Abtriebsinnenring 12 mit einem Hohlzylinderteil 12a, der dem inneren Umfang des Antriebsaußenringes 11 gegenüber liegt, einem Flanschteil 12b, der sich von einem Ende des Hohlzylinderteils 12a aus zum Rotationszentrum hin erstreckt, und einem Hohlwellenteil 12c, der sich vom Flanschteil 12b aus längs der Drehachse erstreckt, versehen. Ein Ringscheibeneinbauteil ist an der Stirnfläche des Abtriebsinnenringes 12, und zwar auf der äußeren Umfangsseite des Flanschteils 12b ausgebildet. Ferner ist eine Ringscheibe 18 am Ringscheibeneinbauteil in einer solchen Weise eingebaut, dass sie den Flanschteil 12b und den Antriebsaußenring 11 spreizt, wodurch verhindert wird, dass der Antriebsaußenring 11 seine Lage verändern kann. Wie in 2 dargestellt, ist auf dem inneren Umfang des Antriebsaußenringes 11 mit gleichem Abstand in einer Umfangsrichtung eine Vielzahl (deren Anzahl mit der der Rollen 13 übereinstimmt) von Nockenlaufflächen 11a zwischen dem inneren Umfang des Antriebsaußenringes 11 und dem äußeren Umfang des Hohlzylinderteils 12a des Abtriebsinnenringes 12 ausgebildet. Die Nockenlaufflächen 11a bilden Keilspalte s1, deren Spalte sich sowohl in Richtung der positiven als auch der negativen Drehrichtung symmetrisch reduzieren. Die Abmessung des Keilspaltes s1 in einer Radialrichtung ist an der Mitten c1 in einer Umfangsrichtung größer als der Durchmesser der Rollen 13. Der Keilspalt s1 reduziert sich ferner von der Mitte c1 aus in einer Umfangsrichtung, und zwar sowohl in Richtung der positiven als auch der negativen Drehrichtung. Wenn sich die Rolle 13 an der Mitte c1 in einer Umfangsrichtung des Keilspaltes s1 befindet, kann sich die Rolle 13 im Keilspalt s1 um ihre eigene Achse drehen. Weil zu diesem Zeitpunkt der Antriebsaußenring 11 und der Abtriebsinnenring 12 in Bezug zueinander in keiner Drehrichtung eingerückt sind, wird das umgekehrt auf den Abtriebsinnenring 12 aufgebrachte Drehmoment nicht auf den Antriebsaußenring 11 übertragen und abgeschaltet. Wenn sich die Rollen 13 in einer Umfangsrichtung von den Mitten c1 der Keilspalte s1 aus hin zu entweder einer positiven oder einer negativen Drehrichtung bewegen und in die reduzierten Teile der Keilspalte s1 eingerückt werden, werden der Antriebsaußenring 11 und der Abtriebsinnenring 12 durch die Rollen 13 miteinander gekoppelt. Als Folge davon wird das Drehmoment durch die Rollen 13 vom Antriebsaußenring 11 auf den Abtriebsinnenring 12 übertragen. Außerdem ist, wie die 1 und 2 zeigen, ein Zentrierfedereinbauteil 11b, der zum Einbauen einer Zentrierfeder 15 dient, in einer Axialrichtung am inneren Umfang des Antriebsaußenringes 11 ausgebildet.
Bei einem Aufbau, bei dem die Rollen 13 in den Taschen 14a, die mit gleichem Abstand in einer Umfangsrichtung ausgebildet sind, gehalten werden, ist der Käfig 14 versehen mit den Halteteilen 14b, die zwischen dem inneren Umfang des Antriebsaußenringes 11 und dem Hohlzylinderteil 12a des Abtriebsinnenringes 12 angeordnet sind, einem Flanschteil 14c, der sich, auf der Seite, die dem Flanschteil 12b des Abtriebsinnenringes 12 gegenüber liegt, erstreckt, und zwar vom Halteteil 14b aus hin zur Innendurchmesserseite des Käfigs 14, und einem Auskragungsteil 14d, der, vom Flanschteil 14c aus, in einer Axialrichtung, an der Innenseite des Hohlzylinderteils 12a des Abtriebsinnenringes 12, auskragt. Ein Zentrierfedereinbauteil 14e zum Einbauen der Zentrierfeder 15 ist am Halteteil 14b des Käfigs 14 ausgebildet.
Die Zentrierfeder 15 ist, wie 2 zeigt, ein elastisches Verformungselement mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt, der unterste Teil der U-Form ist in den Zentrierfedereinbauteil 14e des Käfigs 14 eingepasst und die oberen Enden der U-Form sind an den Zentrierfedereinbauteil 11b des Antriebsaußenringes 11 gekoppelt. Die Zentrierfeder 15 dient dazu, den Käfig 14 und den Antriebsaußenring 11 miteinander elastisch zu verbinden. Sie dient ferner dazu, den Käfig 14 gegenüber dem Antriebsaußenring 11 so zu positionieren (zu zentrieren), dass die einzelnen, im Käfig 14 aufgenommenen Rollen 13 in einer Umfangsrichtung an den Mitten c1 der korrespondierenden einzelnen Keilspalte s1 positioniert werden. 2 zeigt einen Zustand, bei dem der Käfig 14 durch die Zentrierfeder 15 zentriert ist. In diesem Zustand stimmen die einzelnen Mitten in einer Umfangsrichtung der Taschen 14a des Käfigs 14 und die einzelnen Mitten in einer Umfangsrichtung der Nockenlaufflächen 11a des Antriebsaußenringes 11 hinsichtlich der Lage miteinander überein. Mit anderen Worten: Die einzelnen Rollen 13 sind an den Mitten c1 in einer Umfangsrichtung der korrespondierenden einzelnen Keilspalte s1 positioniert.
Die Rollen 13 und die Zentrierfeder 15 sind, wobei die beiden Bauteile in die Taschen 14a des Käfigs 14 bzw. den Zentrierfedereinbauteil 14e eingebaut sind, als eine Baugruppe zwischen dem Antriebsaußenring 11 und dem Abtriebsinnenring 12 eingefügt. Zu diesem Zeitpunkt sind die Rollen 13 zwischen den Nockenlaufflächen 11a, die am inneren Umfang des Antriebsaußenringes 11 ausgebildet sind, und dem äußeren Umfang des Hohlzylinderteils 12a des Abtriebsinnenringes 12 eingefügt. Ferner ist die Zentrierfeder 15 in den Zentrierfedereinbauteil 11b des Antriebsaußenringes 11 eingesetzt.
Das Gehäuse 16 ist ein stationärseitiges Element (ein Element, welches sich nicht dreht), das zum stationären System gehört, und ist mit einem Radialrichtungsteil 16a, der an einer Seite in einer Axialrichtung der Kupplung 10 positioniert ist, sowie einem Nabenteil 16c, der sich vom inneren Umfang des Radialrichtungsteils 16a aus in einer Axialrichtung der Kupplung 10 hin zur anderen Seite erstreckt, versehen. Der innere Umfang des Nabenteils 16c ist eine Wellennabe 16b, die auf den Wellenteil 12c des Abtriebsinnenringes 12 aufgezogen ist. Der äußere Umfang des Nabenteils 16c liegt, mit einem dazwischen befindlichen Zwischenraum in einer Radialrichtung, dem inneren Umfang des Hohlzylinderteils 12a des Abtriebsinnenringes 12 gegenüber. Außerdem ist ein kontinuierlicher Raum in einer Umfangsrichtung zwischen dem äußeren Umfang des Nabenteils 16c und dem Hohlzylinderteil 12a des Abtriebsinnenringes 12 ausgebildet. Der oben beschriebene Auskragungsteil 14d des Käfigs 14 ragt in einer Umfangsrichtung in den Raum hinein und dreht sich in dem Maße, wie sich der Käfig 14 dreht, im kontinuierlichen Raum.
Die Schiebefeder 17 ist, wie in 2 dargestellt, ein elastisches Verformungselement, das sich auf den Nabenteil 16c des Gehäuses 16 montieren lässt und das eine Ringform mit Enden aufweist. Ferner ist die Schiebefeder 17 mit einem Schiebeteil 17a, der auf den Nabenteil 16c montiert ist und auf dem Nabenteil 16c gleitet, und Kopplungsteilen 17b und 17c versehen, die an beiden Enden des Schiebeteils zur Außendurchmesserseite hin gebogen sind. Die Schiebefeder 17 wird vorab auf den Nabenteil 16c des Gehäuses 16 montiert und erst dann in die Kupplung 10 eingebaut, wenn der Wellenteil 12c des Abtriebsinnenringes 12 in die Wellennabe 16b des Gehäuses 16 eingesetzt wird. Zu diesem Zeitpunkt sind die Kopplungsteile 17b und 17c der Schiebefeder 17 in einer Umfangsrichtung des Auskragungsteils 14d des Käfigs 14 mit Zwischenräumen auf beiden Seiten so angeordnet, dass die beiden Kopplungsteile jeweils in einer Umfangsrichtung an den Auskragungsteil 14d des Käfigs 14 gekoppelt werden.
Das Bezugszeichen 19 in 1 bezeichnet einen Sicherungsring, der in eine Nut eingepasst ist, die auf dein äußeren Umfang des Wellenteils 12c des Abtriebsinnenringes 12 ausgebildet ist. Der Sicherungsring verhindert, dass der Wellenteil 12c des Abtriebsinnenringes 12 aus der Wellennabe 16b des Gehäuses 16 herausfallen kann.
Die 4 und 5 zeigen den Aufbau einer Drehantriebseinrichtung H. Wie die Figuren zeigen, wird die Kupplung 10 zusammen mit einem Untersetzungsgetriebe-Teil G im Gehäuse 16 aufgenommen und das Drehmoment eines Motors 22 wird als Drehantriebsquelle auf den Antriebsaußenring 11 aufgebracht.
Bei dieser Ausführungsform wird als Untersetzungsgetriebe-Teil G ein Schneckentriebmechanismus verwendet, der mit einem Schneckenrad 21, das auf dem äußeren Umfang des Antriebsaußenringes 11 ausgebildet ist, und einer Schneckenwelle 23 gebildet wird, die auf einer Antriebswelle 22a eines Elektromotors 22 ausgebildet ist. In diesem Fall kann das Schneckenrad 21 direkt auf dem Antriebsaußenring 11 ausgebildet sein oder als separates Element, das am Antriebsaußenring 11 befestigt ist, ausgeführt sein. Das Bezugszeichen 24 in 4 bezeichnet einen Abdeckungskörper, der am Gehäuse 16 befestigt ist, um die Kupplung 10 abzudecken und hauptsächlich dazu dient, das Eindringen von Fremdstoffen in die Kupplung 10 zu verhindern.
Die Kupplung 10 überträgt das auf den Antriebsaußenring 11 aufgebrachte Drehmoment auf den Abtriebsinnenring 12 und sie arbeitet außerdem als Umkehrantriebsabschaltkupplung zum Abschalten des umgekehrt auf den Abtriebsinnenring 12 aufgebrachten Drehmomentes. Wenn genauer gesagt das Drehmoment auf den Antriebsaußenring 11 aufgebracht wird, bringt die Schiebefeder 17 den Drehwiderstand, der durch den Gleitreibungswiderstand erzeugt wird, auf den Käfig 14 auf. Dies bewirkt, dass die Zentrierfeder 15 elastisch verformt wird, um für den Käfig 14 eine Drehphasendifferenz (in Richtung des Drehzeitversatzes) zu erzeugen. In diesem Zustand, in dem der Käfig 14 den Drehzeitversatz aufweist, sind die Rollen 13 in die Keilspalte s1 eingerückt und das auf den Antriebsaußenring 11 aufgebrachte Drehmoment wird durch die Rollen 13 auf den Abtriebsinnenring 12 übertragen. Der Gleitreibungswiderstand der Schiebefeder 17 wird dagegen nicht gegen das Drehmoment erzeugt, das umgekehrt vom Abtriebsinnenring 12 aufgebracht wird. Folglich wirkt die Zentrierfeder 15 auf den Käfig 14, um ihn zu zentrieren, wodurch eine Drehphasendifferenz zwischen dem Käfig 14 und dem Antriebsaußenring 11 aufgehoben wird. In diesem Zustand, in dem der Käfig 14 zentriert wird, werden die Rollen 13 an den Mitten c1 in einer Umfangsrichtung der Keilspalte s1 positioniert und sie können sich um ihre eigenen Achsen drehen. Deshalb dreht sich der Abtriebsinnenring 12 frei gegen das Drehmoment, das von der Abtriebsseite umgekehrt aufgebracht wird, und somit wird das Umkehrantriebsdrehmoment gegen den Antriebsaußenring 11 abgeschaltet.
Nachstehend wird die Wirkung der Schiebefeder 17 beschrieben, die dem Käfig 14 einen Drehwiderstand verleiht, wenn das Drehmoment auf den Antriebsaußenring 11 aufgebracht wird.

(1) In einem Anfangszustand, in dem das Drehmoment noch nicht auf den Antriebsinnenring 11 aufgebracht wird, wird der Käfig 14, wie in 3 dargestellt, durch die Zentrierfeder 15 zentriert. Folglich wird die Rolle 13 in der Tasche 14a des Käfigs 14 an der Mitte c1 in einer Umfangsrichtung des Keilspaltes s1 zwischen der Nockenlauffläche 11a des Antriebsaußenringes 11 und dem Hohlzylinderteil 12a des Abtriebsinnenringes 12 positioniert.
(2) Wenn das beispielsweise im Uhrzeigersinn gerichtete Drehmoment, wie in 3 gezeigt, aufgebracht wird, beginnt der Käfig 14 sich zusammen mit dem Antriebsaußenring 11 zu drehen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Käfig 14 über die Zentrierfeder 15 mit dem Antriebsaußenring 11 verbunden ist. Nachdem der Käfig 14 um einen spezifischen Winkel gedreht wurde, erreicht er einen Zustand, in dem der Auskragungsteil 14d des Käfigs 14 in einer Drehrichtung des Käfigs 14 den Kopplungsteil 17c der Schiebefeder 17 an der Vorwärtsseite bzw. an der rechten Seite der Figur berührt.
(3) Wenn sich der Antriebsaußenring 11, wie in 6 dargestellt, weiter dreht, dreht sich die Schiebefeder 17 mit, wobei der Auskragungsteil 14d des Käfigs 14 in Kontakt mit dem Kopplungsteil 17c der Schiebefeder 17 bleibt. In dem Maße, wie sich die Schiebefeder 17 in einer gleitenden Weise auf dem Nabenteil 16c des Gehäuses 16 dreht, ist sie einem Gleitreibungswiderstand ausgesetzt. Dieser Gleitreibugswiderstand wird vom Kopplungsteil 17c aus auf den Auskragungsteil 14d des Käfigs 14 übertragen und wird zum Drehwiderstand des Käfigs 14. Andererseits ist der Drehwiderstand (das Drehmoment) des Käfigs 14, der (das) durch den Gleitreibungswiderstand der Schiebefeder 17 hervorgerufen wird, größer als die Federkraft (das Federdrehmoment) der Zentrierfeder 15. Folglich wird die Zentrierfeder 15 elastisch verformt und es kommt beim Käfig 14 hinsichtlich der Drehung gegenüber dem Antriebsaußenring 11 um ein Ausmaß zu einem zeitlichen Versatz, das einem Grad der Verformung entspricht.
(4) Der Drehzeitversatz des Käfigs 14, der durch die elastische Verformung der Zentrierfeder 15 hervorgerufen wird, bewirkt, dass die Rolle 13, die in der Tasche 14a gehalten wird, in den Keilspalt s1 zwischen der Nockenlauffläche des Antriebsaußenringes 11 und dem äußeren Umfang des Hohlzylinderteils 12a des Abtriebsinnenringes 12 eingerückt wird. Dies bewirkt, dass das auf den Antriebsaußenring 11 aufgebrachte Drehmoment durch die Rollen 13 auf den Abtriebsinnenring 12 übertragen wird.

Auf diese Weise wird das auf den Antriebsaußenring 11 aufgebrachte Drehmoment durch die Rollen 13 auf den Abtriebsinnenring 12 übertragen. Wenn nun zusätzlich der Antriebsaußenring 11 aufhört, sich zu drehen, werden die Rollen 13 durch die Rückstellkraft der Zentrierfeder 15 aus den Keilspalten s1 ausgerückt und an den Mitten c1 in einer Umfangsrichtung der Keilspalte s1 zentriert.
Es kann vorkommen, dass die Rollen 13 doch in den Keilspalten s1 eingerückt bleiben, selbst wenn der Antriebsaußenring 11 aufgehört hat, sich zu drehen. Dies tritt auf, wenn beispielsweise die Einrückkraft (das Restdrehmoment), die (das) auf die Rollen 13 wirkt, größer ist als die Rückstellkraft der Zentrierfeder 15.
Falls dies eintritt, können die Rollen 13 in der folgenden Weise aus den Keilspalten s1 ausgerückt werden. Das heißt, ein in einem Gegenuhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment (Richtung, die zu der des aufgebrachten Drehmomentes entgegengesetzt ist) wird (bei einem angeordneten Umkehrlaufmittel) auf den Antriebsaußenring 11 aufgebracht. Anschließend wird der Antriebsaußenring 11 gegenüber dem Käfig 14 (indem er in der umgekehrten Richtung gedreht wird) in einem Gegenuhrzeigersinn verschoben und somit können die Rollen 13 aus den Keilspalten s1 ausgerückt werden. Sobald dies erfolgt ist, wird der Käfig 14 durch die Rückstellkraft der Zentrierfeder 15 zentriert und die Rollen 13 bewegen sich in einer Umfangsrichtung der Keilspalte s1 zu den Mitten c1. Somit befindet sich die Kupplung 10 im Anfangszustand, der in 3 dargestellt ist.
Was oben beschrieben wurde, ist ein Fall, bei dem das Drehmoment in einem Uhrzeigersinn auf den Antriebsaußenring 11 aufgebracht wird; die gleichen Vorgänge und Funktionen, wie sie oben beschrieben wurden, sind jedoch auf einen Fall anwendbar, bei dem das Drehmoment in einem Gegenuhrzeigersinn aufgebracht wird.
Die Reaktion der obigen Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 wird jetzt unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Wenn sich bei der Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 der Antriebsaußenring 11 zu drehen beginnt, beginnt sich, wie dies 6 zeigt, der Käfig 14, der durch die Zentrierfeder 15 mit dem Antriebsaußenring 11 verbunden ist, mit dem Antriebsaußenring 11 zu drehen. Nachdem sich der Käfig 14 um einen spezifischen Winkel gedreht hat, berührt der Auskragungsteil 14d des Käfigs 14 den Kopplungsteil 17c der Schiebefeder 17 in einer Drehrichtung an der Vorwärtsseite, und zwar an der rechten Seite der Figur. In der Figur dreht sich der Antriebsaußenring 11 maximal a Grad bis sich der Auskragungsteil 14d des Käfigs 14 und der Kopplungsteil 17c der Schiebefeder 17 einander berühren. Es kann vorkommen, dass der Auskragungsteil 14d des Käfigs 14 und der Kopplungsteil 17c der Schiebefeder 17 sich einander bereits in einem Anfangszustand berühren. In einem solchen Fall beträgt der Drehwinkel des Antriebsaußenringes 11, bis der Auskragungsteil 14d des Käfigs 14 und der Kopplungsteil 17c der Schiebefeder 17 sich berühren, 0 Grad.
Wenn sich als Nächstes die Zentrierfeder 15 durchbiegt, um zu bewirken, dass es beim Käfig 14 hinsichtlich der Drehung gegenüber dem Antriebsaußenring 11 zu einem zeitlichen Versatz kommt, wird die Rolle 13 in den Keilspalt s1 eingerückt. Dies bewirkt, dass der Antriebsaußenring 11 und der Abtriebsinnenring 12 durch die Rolle 13 aneinander gekoppelt werden und somit das auf den Antriebsaußenring 11 aufgebrachte Drehmoment durch die Rolle 13 auf den Abtriebsinnenring 12 übertragen wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Drehwinkel des Antriebsaußenringes 11 der Winkel β (Grad), bei dem es sich um einen Winkel handelt, der von der Mitte c1 aus in einer Umfangsrichtung des Keilspaltes s1 bis zu einem Ort gebildet wird, an dem die Rolle 13 am Keilspalt s1 eingerückt wurde.
8 ist eine grafische Darstellung, die veranschaulicht, was oben beschrieben wurde. In der Figur dreht sich der Antriebsaußenring 11, nachdem er sich zu drehen beginnt, um einen Winkel zwischen 0 bis a Grad bis der Auskragungsteil 14d des Käfigs 14 den Kopplungsteil 17c der Schiebefeder 17 berührt. In diesem Winkelbereich wirkt kein Drehwiderstand auf den Käfig 14. Wenn sich die Zentrierfeder 15 durchbiegt, um zu bewirken, dass der Käfig 14 einen Drehzeitversatz in Form eines spezifischen Winkels aufweist und der Betrag des Gleitreibungswiderstandes (des Drehmomentes K4), der (das) auf den Käfig 14 wirkt, einen Wert einer Federkraft (eines Drehmomentes K3) der Zentrierfeder 15 (bei einem Drehwinkel von β Grad) erreicht, wird die Rolle 13 in den Keilspalt s1 eingerückt, um das Drehmoment auf den Abtriebsinnenring 12 zu übertragen.
Folglich beträgt der Drehwinkel (Umschaltwinkel) des Antriebsaußenringes 11, vom Beginn der Drehung des Antriebsaußenringes 11 an bis zu dem Winkel, an dem das Drehmoment auf den Abtriebsinnenring 12 übertragen wird, zwischen β und (β + a) Grad. In diesem Fall lässt sich die Reaktion der Kupplung durch Einstellen der Werte der Winkel α und β einstellen.
Der Gleitreibungswiderstand der Schiebefeder 17 ist somit, wie oben beschrieben, von der Drehzahl unabhängig; deshalb lässt sich die Reaktion der Kupplung verbessern. Weil ferner der Gleitreibungswiderstand nicht durch Änderungen hinsichtlich der Umgebungstemperatur beeinflusst wird, wird das Problem, dass sich die Kupplungseigenschaften in Abhängigkeit der Temperaturänderungen ändern, nahezu beseitigt.
Die Kupplung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wurde oben beschrieben; der Ausbau der Kupplung 10 ist jedoch nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise lässt sich die Schiebefeder 17 zum Ausbringen des Drehwiderstandes auf den Käfig 14 durch die Drehwiderstands-Aufbringungskonstruktion ersetzen, die in den 9(a) und 9(b) dargestellt ist.
In 9(a) bezeichnet das Bezugszeichen 31 einen Ring mit kreisförmigem Querschnitt, der auf einem äußeren Umfang 16c1' eines Nabenteils 16c' eines Gehäuses 16' montiert ist, wobei ein spezifischer Zwischenraum in einer Radialrichtung zwischen dem Ring mit kreisförmigem Querschnitt und dem äußeren Umfang 16c1' beibehalten wird. Das Bezugszeichen 32 bezeichnet eine Schiebefeder als Drehwiderstands-Aufbringungsmittel, das in einem Raum 31a in einer solchen Weise angeordnet ist, dass es sowohl den Nabenteil 16c' als auch den Ring mit kreisförmigem Querschnitt 31 berührt. Bei diesem Ausbau ist in einer Drehrichtung zwischen dem äußeren Umfang des Nabenteils 16c' des Gehäuses 16' und dem inneren Umfang des Ringes mit kreisförmigem Querschnitt 31 ein kontinuierlicher Raum 31a vorhanden. 9(b) zeigt eine Außenansicht des Drehwiderstands-Aufbringungsmittels.
Wie in 9(a) dargestellt, ist ein nutförmiger Kopplungsteil 31b auf dem äußeren Umfang des Ringes mit kreisförmigem Querschnitt 31 ausgebildet. Ferner wird ein Auskragungsteil 14d' des Käfigs im ringsektorförmig ausgesparten Kopplungsteil 31b aufgenommen. Dadurch werden der Kopplungsteil 31b und der Auskragungsteil 14d' des Käfigs sowohl in der positiven als auch der negativen Drehrichtung aneinander gekoppelt. Somit dreht sich der Ring mit kreisförmigem Querschnitt 31, der durch die Drehung des Käfigs betätigt wird, mit. Die Schiebefeder 32 ist ein Ringelement mit Enden, das aus einem gewellten elastischen Verformungselement hergestellt, in eine ringförmige Form gebogen und an einem Teil 32a aufgeteilt ist. Die Teile 32b, die sich zur Außendurchmesserseite des größeren Umfangs der Schiebefeder 32 hin erheben, berühren den inneren Umfang 31c des Ringes mit kreisförmigem Querschnitt 31. Ferner berühren die Teile 32c, die sich zur Innenseite hin absenken, den äußeren Umfang 16c1' des Nabenteils 16c'.
Wenn bei dem oben beschriebenen Aufbau ein Drehmoment auf den Antriebsaußenring (nicht dargestellt) aufgebracht wird, dreht sich der Käfig durch die Verbindungswirkung der Zentrierfeder mit dem Antriebsaußenring mit. Außerdem berührt die Vorderfläche in einer Drehrichtung des Auskragungsteils 14d' des Käfigs eine Stirnfläche des Kopplungsteils 31b des Rings mit kreisförmigem Querschnitt 31. Somit wird das Drehmoment auf den Ring mit kreisförmigem Querschnitt 31 aufgebracht, um zu bewirken, dass er sich mitdreht. Wenn sich der Ring mit kreisförmigem Querschnitt 31 durch das auf ihn aufgebrachte Drehmoment zu drehen beginnt, wird die Schiebefeder 32, die sowohl den Ring mit kreisförmigem Querschnitt 31 als auch den Nabenteil 16c' berührt, während sie dem Gleitreibungswiderstand ausgesetzt ist, in Drehung versetzt. Der Gleitreibungswiderstand der Schiebefeder 32 wird durch den Ring mit kreisförmigem Querschnitt 31 zum Drehwiderstand des Käfigs.
Es ist für die Schiebefeder 32 ausreichend, wenn es sich um ein solches Element handelt, das sowohl den Nabenteil 16c' des Gehäuses 16' als auch den Ring mit kreisförmigem Querschnitt 31 berührt, während es sich zwischen ihnen befindet, um zu bewirken, dass der Gleitreibungswiderstand auf den Ring mit kreisförmigem Querschnitt 31 wirkt. Folglich ist die Schiebefeder 32 nicht auf die konkrete, oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann sie ein elastisches Verformungselement (wie z.B. ein Gummielement) sein, das zwischen dem Nabenteil 16c' des Gehäuses 16' und dem Ring mit kreisförmigem Querschnitt 31 zwischengeschaltet ist, um dieselben zu berühren.
Als Nächstes wird nachstehend eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der die Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 eines Innenringantriebstyps auf ein Achswellenteil eines elektrisch unterstützten Handwagens angewendet wird.
Die Kupplung 10 ist, wie in 10 dargestellt, mit einem Kupplungsinnenring 42, der als antriebsseitiges Drehelement auf eine Achswelle 41 montiert ist, einem Kupplungsaußenring 43, der als antriebsseitiges Drehelement auf ein Gehäuse 44 montiert ist, Rollen 45 als Drehmomentübertragungselementen, einem Käfig 46, einer Zentrierfeder 47 als elastischem Verformungselement, einem Fahrzeugaufbaurahmen 48 und einem Schiebefedereinbauring 49, die beide als stationärseitige Elemente fungieren, und einer Schiebefeder 50 zum Aufbringen des Drehwiderstandes auf den Käfig 46 versehen. Die Verbindung zwischen der Achswelle 41 und dem Kupplungsinnenring 42 sowie der zwischen dem Gehäuse 44 und dem Kupplungsaußenring 43 kann z.B. mittels einer mehrflächigen Verbindungskonstruktion, eines Keilprofils, eines Kerbzahnprofils oder einer Passfeder hergestellt werden. Der Ausdruck „mehrflächige Verbindungskonstruktion" steht, im Allgemeinen, für eine Verbindungskonstruktion, bei der ein abgeflachter Teil oder eine Vielzahl von abgeflachten Teilen jeweils auf sowohl dem inneren Umfang einer Nabe als auch dem äußeren Umfang einer in die Nabe einzusetzenden Welle bereitgestellt wird. Wenn die zwei Gegenstücke an den abgeflachten Teilen aneinander gefügt werden, sind sie in einer Drehrichtung gesichert.
Die Achswelle 41 ist direkt oder über ein Kraftübertragungsmittel, z.B. eine Kette, mit einem Antriebsteil (nicht dargestellt; beispielsweise bestehend aus einem Elektromotor und einem Untersetzungsgetriebe) verbunden. Ferner ist die Achswelle 41 in einer freitragenden Weise an einer Endseite (linke Seite der Figur; an der mittleren Seite der Achswelle 41) der Kupplung 10 durch einen Fahrzeugaufbaurahmen 48 mittels eines Rollenlagers 51 drehbar gelagert. Bei dem Rollenlager 51 handelt es sich um eine abgedichtete Ausführung, bei der an jedem ihrer Endteile oder auf einer Seite an einer Endflächenseite der Kupplung eine Dichtung eingebaut ist. Der Kupplungsinnenring 42 ist auf dem äußeren Umfang der Achswelle 41 angebracht und auf demselben befestigt.
Bei dem in der Figur dargestellten Beispiel, bildet das Gehäuse 44 eine Nabe, die mit einem Rad 52 verbunden ist. Ein Flanschteil 44a, der sich in einer Radialrichtung erstreckt, ist in einer selbsttragenden Weise auf dem äußeren Umfang des Gehäuses 44 ausgebildet und das Rad 52 ist mittels Nabenbolzen (nicht dargestellt) mit dem Flanschteil 44a verbunden. Ein Reifen 60 ist auf das Rad 52 montiert. Der Kupplungsaußenring 43 ist an einer Endseite des Gehäuses 44 in den inneren Umfang eingepasst und an demselben befestigt. Das Gehäuse 44 und das Rad 52 können zusammen selbsttragend ausgeführt sein. Außerdem ist das Gehäuse 44 durch die Achswelle 41 mittels der zwei Rollenlager 54 und 55 drehbar gelagert, die mit einem Zwischenraum in einer Axialrichtung angeordnet sind. Von den zwei Rollenlagern 54 und 55 ist das an der Außenseite (Seite, die dem Rollenlager 54 gegenüber liegt) angeordnete Rollenlager 55 eine abgedichtete Ausführung, die eine Dichtung aufweist, die an jedem der Endteile oder auf einer Seite dieses Rollenlagers an einer Endflächenseite der Kupplung eingebaut ist. Die Kupplung, deren Tragkonstruktion auf diese Weise realisiert ist, kann Schnelllauf- und Hochlastvorgängen standhalten. Indem ferner eine abgedichtete Ausführung als Rollenlager 51 eingesetzt und das Rollenlager 55 an einer Endseite bzw. der anderen Endseite der Kupplung angeordnet wird, wird es Fremdstoffen, wie z.B. Staub, Schlamm oder Wasser, erschwert, in das Innere der Kupplung 10 einzudringen.
11 zeigt eine Querschnittsdarstellung längs der Schnittlinie X–X in 10. Auf dem äußeren Umfang des Kupplungsinnenringes 42 werden mit gleichem Abstand in einer Umfangsrichtung abflachungsartige Nockenlaufflächen (Kupplungsflächen) 42a bereitgestellt, die die gleiche Anzahl wie die Rollen 45 aufweisen. Außerdem sind zwischen den Nockenlaufflächen 42a und dem hohlzylinderförmigen inneren Umfang (der Kupplungsfläche) 43a des Kupplungsaußenringes 43 Keilspalte s2 ausgebildet, von denen jeder Spalt sich sowohl in der positiven als auch der negativen Drehrichtung symmetrisch reduziert.
Der Käfig 46 ist in einer im Wesentlichen hohlen Zylinderform ausgebildet und weist eine Vielzahl (deren Anzahl mit der der Rollen 45 übereinstimmt) von Taschen 46a mit einer Fensterform für die Aufnahme der Rollen 45 auf. Die einzelnen Rollen 45 sind in ihren korrespondierenden einzelnen Keilspalten s2 angeordnet, wobei jede der Rollen 45 jeweils in ihrer korrespondierenden Tasche 46a des Käfigs 46 aufgenommen und gehalten wird.
Der Durchmesser der einzelnen Rollen 45 ist in einer Radialrichtung etwas kleiner gewählt als der Abstand zwischen den einzelnen Nockenlaufflächen 42a des Kupplungsinnenringes 42 an den Mitten c2 in einer Umfangsrichtung der Keilspalte s2 und dem hohlzylinderförmigen inneren Umfang 43a des Kupplungsaußenringes 43. Folglich sind in einer Radialrichtung zwischen den einzelnen Rollen 45 und ihren korrespondierenden einzelnen Nockenlaufflächen 2b sowie zwischen den einzelnen Rollen 45 und dem hohlzylinderförmigen inneren Umfang 43a Spalte vorhanden.
Wie in 10 dargestellt, ist der Käfig 46a an einem Endteil mit einem hohlzylinderförmigen Teil 46b versehen. Ein Teil des hohlzylinderförmigen Teils 46b ist in einer spezifischen Umfangsrichtung offen, damit die Schiebefeder 50 an die Öffnung gekoppelt werden kann. Außerdem wird ein Anschlagteil 46c mit einer aufgeschnittenen Form am anderen Endteil des Käfigs 46 bereitgestellt. Der Anschlagteil 46c stellt die Kopplung mit der Zentrierfeder 47 her, um den Käfig 46 gegenüber dem Kupplungsinnenring 32 zu positionieren.
12 zeigt eine Querschnittsdarstellung längs der Schnittlinie Y–Y in 10. Die zwischen dem Kupplungsinnenring 42 und dem Käfig 46 zwischengeschaltete Zentrierfeder 47 ist mit einem ringförmigen Teil 47a und einem Paar von Kopplungsteilen 47b versehen, die sich von beiden Enden des ringförmigen Teils 47a aus zur Innendurchmesserrichtung hin erstrecken. Korrespondierend zu den Kopplungsteilen 47b der Zentrierfeder 47 werden der Anschlagteil 46c und ein Anschlagteil 42c, die eine aufgeschnittene Form aufweisen, am Käfig 46 bzw. am Kupplungsinnenring 42 bereitgestellt. Der ringförmige Teil 47a der Zentrierfeder 47 ist auf den äußeren Umfang des Käfigs 46 montiert. Ferner ist das Paar von Kopplungsteilen 47b der Zentrierfeder 47 in die Anschlagteile 46c und 42b des Käfigs 46 bzw. des Kupplungsinnenringes 42 eingebaut und eingepasst.
Im Zustand, der in 12 dargestellt ist, berührt das Paar von Kopplungsteilen 47b in einer Umfangsrichtung einzeln und elastisch die Seitenwände der Anschlagteile 46c und 42b. Bei dieser Anordnung sind der Kupplungsinnenring 42 und der Käfig 46 in einer Drehrichtung miteinander verbunden, während gleichzeitig der Käfig 46 in Bezug auf den Kupplungsinnenring 42 in einer Umfangsrichtung (zentriert) positioniert ist. 11 zeigt einen Zustand, bei dem der Käfig 46 durch die Zentrierfeder 47 zentriert ist. In diesem Zustand stimmen die einzelnen Mitten in einer Umfangsrichtung der Taschen 46a des Käfigs 46 hinsichtlich der Lage mit den einzelnen Mitten in einer Umfangsrichtung der Nockenlaufflächen 42 überein. Die einzelnen Rollen 45 sind somit an den Mitten in einer Umfangsrichtung der korrespondierenden einzelnen Keilspalte s2 positioniert.
13 zeigt eine Querschnittsdarstellung längs der Schnittlinie Z–Z in 10. Die Schiebefeder 50 ist ein offenes, ringförmiges, elastisches Verformungselement, das auf dem inneren Umfang des Schiebefedereinbauringes 49 montiert wird und das mit den Kopplungsteilen 50a und 50b versehen ist, von denen beide Endteile der Öffnung sind, die zur Innendurchmesserseite hin gebogen sind. Die Kopplungsteile 50a und 50b der Schiebefeder 50 sind in den Öffnungsteil eines hohlzylinderförmigen Teils 46b des Käfigs 46 eingefügt. Wenn sich der Käfig 46 dreht, berührt er eines der beiden Kopplungsteile 50a und 50b, das in einer Drehrichtung der Öffnungsendteile des hohlzylinderförmigen Teils 46b am vorderen Ende positioniert ist, was das Mitdrehen der Schiebefeder 50 bewirkt.
Die Kupplung 10 überträgt das auf den Kupplungsinnenring 42 aufgebrachte Drehmoment von der Achswelle 41 auf den Kupplungsaußenring 43. Ferner dient die Kupplung als Umkehrantriebsabschaltkupplung, um das auf den Kupplungsaußenring 43 aufgebrachte Drehmoment abzuschalten. Das heißt, wenn das Drehmoment auf den Kupplungsinnenring 42 aufgebracht wird, bringt die Schiebefeder 50 den durch die Gleitreibung erzeugten Drehwiderstand auf den Käfig 46 auf. Dies führt zu einer elastischen Verformung der Zentrierfeder 47, wodurch der Drehzeitversatz des Käfigs 46 bewirkt wird. Wenn der Käfig 46 hinsichtlich der Drehung einen zeitlichen Versatz aufweist, werden die Rollen 45 in die Keilspalte s2 eingerückt und das auf den Kupplungsinnenring 42 aufgebrachte Drehmoment wird durch die Rolle 45 auf den Kupplungsaußenring 43 übertragen. Andererseits wird der Gleitreibungswiderstand der Schiebefeder 50 nicht gegen das Drehmoment erzeugt, das von dem Gehäuse 44 auf den Kupplungsaußenring 43 aufgebracht wird. In diesem Fall wird der Käfig 46 durch die Wirkung der Zentrierfeder 47 zentriert gehalten. In einem Zustand, in dem der Käfig 46 zentriert wird, werden die Rollen 45 an den Mitten c2 in einer Umfangsrichtung der Keilspalte s2 positioniert und sie können sich um ihre eigenen Achsen drehen. Deshalb wird das Drehmoment vom Kupplungsaußenring 43 gegenüber dem Kupplungsinnenring 42 abgeschaltet.
Nachstehend erfolgt eine detaillierte Beschreibung der Wirkung der Schiebefeder 50, die den Drehwiderstand auf den Käfig 46 aufbringt, wenn das Drehmoment auf den Kupplungsinnenring 42 aufgebracht wird.

(1) In einem Anfangszustand, in dem das Drehmoment noch nicht auf den Kupplungsinnenring 42 aufgebracht wird, wird, wie in 12 dargestellt, der Käfig 46 durch die Zentrierfeder 47 zentriert. Ferner sind die in den Taschen 46a des Käfigs 46 aufgenommenen Rollen 45, wie in 14 dargestellt, an den Mitten in einer Umfangsrichtung der Keilspalte s2 zwischen den Nockenlaufflächen 42a des Kupplungsinnenringes 42 und dem inneren Umfang 43a des Kupplungsaußenringes 43 positioniert.
(2) Wenn beispielsweise das Drehmoment in der Figur im Gegenuhrzeigersinn auf den Kupplungsinnenring 42 aufgebracht wird, beginnt sich der Käfig 46 mit dem Kupplungsinnenring 42 zu drehen, weil der Käfig 46 über die Zentrierfeder 47 mit dem Kupplungsinnenring 42 verbunden ist. Wenn sich der Käfig 46 außerdem um einen spezifischen Winkel gedreht hat, gibt es, wie in 16 dargestellt, einen Zustand, in dem eine Seitenfläche 46b1 an der Rücklaufseite in einer Drehrichtung des Öffnungsteils des hohlzylinderförmigen Teils 46b des Käfigs 46 den Kopplungsteil 50b der Schiebefeder 50 berührt.
(3) Wenn sich der Kupplungsinnenring 42 weiterdreht, dreht sich die Schiebefeder 50 mit, wobei der hohlzylinderförmige Teil 46b des Käfigs 46 mit dem Kopplungsteil 50b der Schiebefeder 50 in Kontakt bleibt. In dem Maße, wie sich die Schiebefeder 50 in einer gleitenden Weise auf dem inneren Umfang des Schiebefedereinbauring 49 dreht, ist sie, während sie sich dreht, dem Gleitreibungswiderstand ausgesetzt. Der Gleitreibungswiderstand wird von dem Kopplungsteil 50b auf den hohlzylinderförmigen Teil 46b des Käfigs 46 übertragen und wird zum Drehwiderstand des Käfigs 46. Andererseits ist der Drehwiderstand (das Drehmoment) des Käfigs 46, der (das) durch den Gleitreibungswiderstand der Schiebefeder 50 hervorgerufen wird, größer als die Federkraft (das Federdrehmoment) der Zentrierfeder 47. Folglich verformt sich, wie in 17 dargestellt, die elastische Zentrierfeder 47 elastisch und beim Käfig 46 kommt es jetzt hinsichtlich der Drehung gegenüber dem Kupplungsinnenring 42 um ein Ausmaß zu einem zeitlichen Versatz, das dem Grad der Verformung entspricht.
(4) Der durch die elastische Verformung der Zentrierfeder 47 hervorgerufene Drehzeitversatz des Käfigs 46 bewirkt, dass die in der Tasche 46a aufgenommene Rolle 45 in den jeweiligen Keilspalt s2 zwischen den Nockenlaufflächen 42a des Kupplungsinnenringes 42 und dem inneren Umfang 43a des Kupplungsaußenringes 43 eingerückt wird. Dies bewirkt, dass das auf den Kupplungsinnenring 42 aufgebrachte Drehmoment durch die Rollen 45 auf den Kupplungsaußenring 43 übertragen wird. Weil der Gleitreibungswiderstand der Schiebefeder 50 von der Drehzahl unabhängig ist, koppelt sich der hohlzylinderförmige Teil 46b des Käfigs 46 an das Kopplungsteil 50b der Schiebefeder 50, wenn das Drehmoment auf den Kupplungsinnenring 42 aufgebracht wird. Anschließend biegt sich die Zentrierfeder 47 durch, die Rollen 45 werden in die Keilspalte s2 eingerück und das Drehmoment wird auf den Kupplungsaußenring 43 übertragen. Als Folge davon werden das Rad 52 und der Reifen 60, die an das Gehäuse 44 montiert sind, durch das aufgebrachte Drehmoment in Drehung versetzt.
Auf diese Weise wird das auf den Kupplungsinnenring 42 aufgebrachte Drehmoment auf den Kupplungsaußenring 43 übertragen. Wenn ferner der Kupplungsinnenring 42 aufhört, sich zu drehen, werden die Rollen 45 durch die Rückstellkraft der Zentrierfeder 47 aus dem Keilspalt s2 ausgerückt und an den Mitten c2 in einer Umfangsrichtung der Keilspalte s2 zentriert.

Es kann jedoch vorkommen, dass die Rollen 45 in den Keilspalten s2 eingerückt bleiben, selbst nachdem der Kupplungsinnenring 42 aufgehört hat, sich zu drehen. Dies tritt ein, wenn beispielsweise die Einrückkraft (das Restdrehmoment), die (das) auf die Rollen 45 wirkt, größer ist als die Rückstellkraft der Zentrierfeder 47.
Falls dies geschieht, lassen sich die Rollen 45 in der folgenden Weise aus den Keilspalten s2 ausrücken. Das heißt, das in einem Uhrzeigersinn (Richtung, die der des aufgebrachten Drehmomentes entgegengesetzt ist) gerichtete Drehmoment wird (bei einem angeordneten Umkehrlaufmittel) sowohl auf die Achswelle 41 als auch den Kupplungsinnenring 42 aufgebracht. Anschließend wird der Antriebsinnenring 42 gegenüber dem Käfig 46 (indem er in der umgekehrten Richtung gedreht wird) in einem Uhrzeigersinn verschoben und somit können die Rollen 45 aus den Keilspalten s2 ausgerückt werden. Sobald dies erfolgt ist, wird der Käfig 46 durch die Rückstellkraft der Zentrierfeder 47 zentriert und die Rollen 45 bewegen sich in einer Umfangsrichtung der Keilspalte s2 zu den Mitten c2. Somit befindet sich die Kupplung 10 im Anfangszustand. Oben wurde ein Fall beschrieben, bei dem das Drehmoment in einem Gegenuhrzeigersinn auf den Kupplungsinnenring 42 aufgebracht wurde; das gleiche Verfahren gilt jedoch auch für einen Fall, bei dem das Drehmoment in einem Uhrzeigersinn aufgebracht wird.
Es wurde die Kupplung 10 der zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung beschrieben; die Kupplung 10 ist jedoch nicht auf die offenbarten und oben beschriebenen Details beschränkt. Beispielsweise lässt sich die Schiebefeder 50 zum Aufbringen des Drehwiderstandes auf den Käfig 46 durch die Drehwiderstands-Aufbringungskonstruktion ersetzen, die in den 9(a) und 9(b) dargestellt ist.
Obwohl oben die erfindungsgemäße Umkehrantriebsabschaltkupplung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Beispielsweise kann das Drehwiderstands-Aufbringungsmittel zum Hervorrufen eines Gleitreibungswiderstandes, der auf einen Käfig gegen die Drehung des Käfigs gegenüber einem stationärseitigen Element wirkt, folgendermaßen aufgebaut sein. Das heißt, das Mittel kann so beschaffen sein, dass der Käfig und das stationärseitige Element sich einander direkt berühren (oder so beschaffen sein, dass am Käfig oder am stationärseitigen Element ein Element, das das andere Bauteil der zwei Bauteile berührt, so bereitgestellt wird, dass der Käfig und das stationärseitige Element sich einander indirekt berühren). Bei einer solchen Anordnung dreht sich der Käfig, während er das stationärseitige Element berührt.
Außerdem ist bei beiden Ausführungsformen für die Kupplung 10 und die Schiebefeder 17 (Schiebefeder 50) als Schiebeelement jeweils an den Käfig 14 (Käfig 46) gekoppelt, wobei sie gegenüber dem stationärseitigen Element gleitet. Die Anordnung des Drehwiderstands-Aufbringungsmittel ist nicht auf dieses Merkmal beschränkt. Beispielsweise kann das Drehwiderstands-Aufbringungsmittel in einer solchen Weise angeordnet werden, dass es gegenüber dem Käfig, der sich dreht, gleitet, wobei es selbst in einer Umfangsrichtung an das stationärseitige Element gekoppelt ist und sich in einem stationären Zustand befindet. In diesem Fall bewirkt das Schiebeelement, wenn der Käfig sich gegenüber dem stationärseitigen Element dreht, dass der Gleitreibungswiderstand auf den Käfig wirkt. Außerdem lässt sich das Schiebeelement beispielsweise aus einem elastischen Verformungselement, wie z.B. einer Feder, herstellen. Darüber hinaus kann dieses Schiebeelement auch ein Element sein, das mit einem Ring mit kreisförmigem Querschnitt und einem elastischen Verformungselement versehen ist, die jeweils in der folgenden Weise angeordnet sind. Das heißt, der Ring mit kreisförmigem Querschnitt ist hinsichtlich seiner Lage in einer Radialrichtung mit einem spezifischen Zwischenraum angeordnet, die vom Käfig beibehalten wird, und ist in einer Umfangsrichtung an das stationärseitige Element gekoppelt. Ferner ist das elastische Verformungselement, während es sowohl den Ring mit kreisförmigem Querschnitt als auch das stationärseitige Element berührt, in einem kontinuierlichen Raum zwischengeschaltet, der in einer Umfangsrichtung zwischen dem Ring mit kreisförmigem Querschnitt und dem Käfig vorhanden ist.
Die oben beschriebene Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 lässt sich nicht nur in den elektrisch unterstützten Handwagen, sondern auch in diverse Mechanismen und Vorrichtungen montieren. Ein diesbezügliches Beispiel sind die Anwendungen für Antriebsmechanismen von Systemen, wie z.B. elektrisch angetriebene Vorhänge oder elektrisch unterstützte Rollstühle. Bei solchen Anwendungen wird ein zu betätigendes Objekt durch eine Drehantriebsquelle, wie z.B. einen Motor, angetrieben, während außerdem verlangt wird, dass sich das Objekt manuell betreiben lässt. In einem solchen Fall lässt sich die erforderliche Funktion realisieren, indem die Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 in den Drehmomentübertragungsweg zwischen der Drehantriebsquelle und dem anzutreibenden Objekt zwischengeschaltet wird. Das heißt, weil bei dieser Kupplung 10 sich ein abtriebsseitiges Drehelement (wie z.B. der Abtriebsinnenring 12) gegen das Umkehrantriebsdrehmoment, das von der Abtriebsseite aufgebracht wird, frei drehen kann, lässt sich ein Systemelement als anzutreibendes Objekt, wie z.B. ein Vorhangsystem oder ein Rad, manuell bewegen.
Wenn außerdem die Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 in die Antriebsquellen für verschiedene Arten von Türen eines Kraftfahrzeuges, wie z.B. eine hintere Tür, Seitentür, Schiebetür, Kofferraumtür und Motorhaube, montiert wird, lässt sich das Öffnen und Schließen nicht nur mithilfe elektrischer Energie realisieren, sondern es lässt sich auch die manuelle Betätigung erleichtern.
Zusätzlich kann die Umkehrantriebsabschaltkupplung in einen Papiervorschubmechanismus eines Kopiergerätes oder eines Druckers montiert werden. Ein Papiervorschubmechanismus weist, wie in den 18 und 19 dargestellt, eine Konstruktion auf, die zum Antreiben der Papiervorschubrollen 61 dient, wobei ein Motor 63 mit einem Untersetzungsgetriebe 62 zur Anwendung kommt. Bei diesem Papiervorschubmechanismus kann aus dem einen oder anderen Grund ein Papierstau auftreten, und wenn es dazukommt, muss ein gestautes Papier 64 mit der Hand herausgezogen werden, wobei der Motor abgeschaltet ist. Die Papiervorschubrollen 61 drehen sich, während das Papier zur Entfernung gezogen wird und das Drehmoment des Motors 63, der mit den Papiervorschubrollen verbunden ist, wird auf das Papier aufgebracht, was das Herausziehen erschwert. Speziell im Fixierteil wird ein großer Walzenanpressdruck P auf die Rollen 61 aufgebracht, wodurch bewirkt wird, dass der Motor 63 ein großes Drehmoment ausübt. Deshalb ist das Herausziehen des Papiers 64 mit Schwierigkeiten verbunden.
Üblicherweise wurde zwischen dem Motor 63 und den Papiervorschubrollen 61 eine Einwegkupplung 65 montiert. Durch die Einwegkupplung können sich die Rollen 61 in einer Richtung bzw. der Richtung, die zum Herausziehen des Papiers dient und in 19 abgebildet ist (gleiche Richtung wie für den Papiervorschub, dargestellt durch den Pfeil) frei drehen, so dass das Motordrehmoment nicht auf das Papier 64 aufgebracht wird. In diesem Fall wird jedoch, weil die Ziehrichtung für das Papier 64 auf eine Richtung eingeschränkt ist, das Herausziehen des Papiers schwierig, und zwar je nachdem an welchem Teil des Papiers der Stau aufgetreten ist.
Wenn andererseits, wie in 20 dargestellt, die Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 zwischen dem Motor 63 und den Papiervorschubrollen 61 angeordnet ist, wird die Antriebskraft vom Motor 63 aus auf die Papiervorschubrollen übertragen, wobei es gleichzeitig möglich ist, das gestaute Papier 64 in Bezug auf die Rollenwellen 67 in beiden Richtungen (in der Figur entweder in der Aufwärts- oder der Abwärtsrichtung) herauszuziehen, was die Arbeit des Freigebens des gestauten Papiers erleichtert. Wenn außerdem ein Papier von den langsam laufenden Rollen (nicht dargestellt) aus zugeführt wird, die sich auf der davor angeordneten Seite des Papierdurchlaufs befinden, dreht sich die Umkehrantriebsabschaltkupplung, die mit den schnell laufenden Rollen auf der dahinter angeordneten Seite des Papierdurchlaufs verbunden ist, frei, um den Drehzahlunterschied zwischen den Rollen aufzunehmen.
21 zeigt einen Fall, bei dem die Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 in den Antriebsteil eines automatischen Türsystems (Elektroschiebetür) eingebaut ist. Der Antriebsteil überträgt das Drehmoment eines Motors 71 oder dergleichen mittels der Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 auf eine Riemenscheibe 72, um einen um die Riemenscheibe 72 geschlungenen Riemen 73 anzutreiben. Ein Linearlager 75 ist über ein Verbindungselement 75 mit dem Riemen 73 verbunden. Das Linearlager 75 wird mit einer Schiene 77 geführt, die sich längs einer Bewegungsrichtung (senkrecht zu dieser Papierfläche) einer Tür 76 erstreckt. Ferner ist der untere Teil der Tür 76 über ein Tragelement 78 mit dem Linearlager 75 verbunden. Wenn der Motor 71 in einer positiven oder einer negativen Dichtung angetrieben wird, drehen sich die Riemenscheibe 72 und der Riemen 73 mittels der Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 in einer positiven oder einer negativen Richtung, wodurch das Linearlager 75 und außerdem die Tür 76 hin und her geschoben werden.
Bei einer gewöhnlichen automatischen Tür ist die Anordnung so, dass ein Fußgänger, der sich der Tür nähert, mit einem Sensor 79 detektiert wird und anschließend der Motor 71 angetrieben wird. Deshalb lässt sich in diesem Fall die Tür 76, sobald der Sensor 79 ausfällt, erst öffnen oder schließen, wenn die Stromzufuhr zum Motor abgeschaltet ist. Wenn andererseits, wie in 21 dargestellt, die Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 in den Antriebsteil eingebaut ist, lässt sich die Tür 76 mühelos manuell öffnen und schließen, ohne dass, selbst wenn der Sensor 79 ausfällt, die Stromzufuhr zum Motor abgeschaltet werden muss. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Abtriebswelle der Kupplung 10 zum Öffnen und Schließen der Tür 76 in beide Richtungen frei drehen lässt.
Außerdem kann die Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 in die hintere Achswelle eines Fahrrades eingebaut werden. Im Allgemeinen wird in der hinteren Achswelle eines Fahrrades die Kraft von den Pedalen aus auf das Hinterrad übertragen, und zwar mittels einer Klinken-Einwegkupplung, bei der die freie Drehung des Klinkenrades Geräusche (Klinkengeräusche) erzeugt, wenn das Fahrrad in umgekehrter Antriebsrichtung betrieben wird. Wenn dagegen die Umkehrantriebsabschaltkupplung in die Achswelle eingebaut ist, wird diese Art von Geräusch nicht erzeugt, was das Qualitätsimage verbessert.
Außerdem kann die Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 in einen Schraubenteil eines größeren oder kleineren Schiffes eingebaut werden. Bei einem Schiff wird im Allgemeinen die Schraube durch den Motor angetrieben, dessen Kraft über eine Kupplung und eine Transmissionswelle auf die Schraube übertragen wird. Deshalb ist, wenn man versucht, ein Schiff bei abgeschaltetem Motor mit der Trägheit fortzubewegen, das Schiff zusätzlich zum Widerstand der Schraube dem Drehwiderstand der Transmissionswelle ausgesetzt. Wenn die Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 zwischen der Transmissionswelle und der Schraube zwischengeschaltet wird, kann man die Schraube alleine drehen lassen, wenn sich das Schiff mit der Trägheit fortbewegt, was den Widerstand zur Verbesserung der Betriebsverhaltens des Schiffes verringert.
22 zeigt einen Fall, bei dem die Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 in einen rotierenden Antriebsteil einer vollautomatischen Waschmaschine, die das Waschen, Spülen und Trockenschleudern unter Verwendung einer Waschtrommel bewerkstelligt, eingebaut ist.
Bei dieser vollautomatischen Waschmaschine ist ein Pulsator 31 in der Mitte der oberen Fläche des Bodens einer Waschtrommel 30 drehbar angeordnet und eine hohle Waschtrommelwelle 32 ist mit dem unteren Teil in der Mitte des Bodens verbunden. Die Waschtrommelwelle 32 ist mit einem oberen Wellenteil 32a und einem unteren Wellenteil 32b versehen und die beiden Wellenteile 32a und 32b sind über einen Bremstrommelteil 32c, der einen großen Durchmesser aufweist, miteinander verbunden. Der obere Wellenteil 32a ist durch ein Waschmaschinengestell 34 mittels eines oberen Lagers 33a drehbar gelagert und der untere Wellenteil 32b ist durch das Waschmaschinengestell 34 mittels eines unteren Lagers 33b drehbar gelagert. Eine Einwegbremse oder beispielsweise ein Bremsriemen B ist auf dem äußeren Umfang des Bremstrommelteil 32c angeordnet. Die Waschtrommelwelle 32 wird einer Bremskraft ausgesetzt, wenn der Bremsriemen B an das Bremstrommelteil 32c gedrückt wird.
Der Pulsator 31 ist mit einer Pulsatorwelle 35 verbunden, die drehbar durch den Bohrungsteil der Waschtrommelwelle 32 eingeführt ist. Die Pulsatorwelle 35 ist mit einem oberen Wellenteil 35a und einem unteren Wellenteil 35b versehen. Die beiden Wellenteile 35a und 35b sind über ein Untersetzungsgetriebe oder, beispielsweise, ein Planetenrad-Untersetzungsgetriebe (wobei die Figur weggelassen wurde), das im Bohrungsteil des Bremstrommelteils 32c angeordnet ist, miteinander verbunden. Der Pulsator 31 ist außerdem mit dem Wellenende des oberen Wellenteils 35a der Pulsatorwelle 35 verbunden und ein Kraftübertragungsmittel, wie z.B. eine Antriebsriemenscheibe 36, ist mit dem Wellenende des unteren Wellenteils 35b verbunden. Das positive und das negative Drehmoment werden von einer Antriebsquelle (nicht dargestellt), wie z.B. einem Elektromotor, über ein Kraftübertragungsmittel, wie z.B. einen Riemen, auf die Antriebsriemenscheibe 36 aufgebracht. Somit werden die Pulsatorwelle 35 und der Pulsator 31 in der positiven und der negativen Richtung in Drehung versetzt.
Die Umkehrantriebsabschaltkupplung 10, die zum Steuern der Übertragung und zum Abschalten des Drehmomentes dient, das von der Pulsatorwelle 35 auf die Waschtrommelwelle 32 übertragen wird, ist zwischen dem unteren Wellenteil 35b der Pulsatorwelle 35 und dem unteren Wellenteil 32b der Waschtrommelwelle 32 zwischengeschaltet. Bei der Umkehrantriebsabschaltkupplung 10, die in diesem Beispiel eingesetzt wird, handelt es sich um den Innenringantriebstyp, der unter Bezugnahme auf die 10 bis 17 beschrieben wurde. Bei der nachstehenden Beschreibung werden die Elemente und Bauteile, die die gleichen Funktionen und Wirkungen wie jene der in den 10 bis 17 veranschaulichten Ausführungsform aufweisen, durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet. Außerdem werden die Beschreibungen für diese Elemente und Bauteile weggelassen. Bei dieser Ausführungsform wird der Schiebefedereinbauring 49 in 10 durch ein ringförmiges Steuerungselement 21 ersetzt. Bei dieser Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 wird zusätzlich zu der oben beschriebenen Funktion des Abschaltens des Umkehrantriebsdrehmomentes das Umschalten der Zustände zwischen einem Betriebszustand und einem Nichtbetriebszustand ermöglicht. Der Betriebszustand ist gleichbedeutend mit einem Zustand zum Übertragen des Drehmomentes, und zwar auf den Außenring 43, wobei das Drehmoment auf den Innenring 42 aufgebracht wird, und der Nichtbetriebszustand ist gleichbedeutend mit einem Zustand zum Abschalten der Übertragung des Drehmomentes, und zwar auf den Außenring 43, wobei das Drehmoment auf den Innenring 42 aufgebracht wird. Das Umschalten zwischen den zwei Zuständen lässt sich durch Begrenzen der Drehung des Steuerungselementes 21 und die Entfernung der Begrenzung bewerkstelligen.
Zuerst wird nachstehend ein Fall beschrieben, bei dem die Drehung des Steuerungselementes 21 begrenzt wird. Das Steuerungselement 21 ist in diesem Fall ein stationärseitiges Element. Wenn das Drehmoment in diesem Zustand auf den Innenring 42 aufgebracht wird, wird der Käfig 46 durch das Drehmoment gedreht, das vom Innenring 42 mittels einer Zentrierfeder (nicht dargestellt; es kann beispielsweise die Feder 47 in 12 eingesetzt werden) aufgebracht wird. Zu diesem Zeitpunkt bringt die Schiebefeder 50 den Drehwiderstand, der durch deren Gleitreibungswiderstand erzeugt wird, auf den Käfig 46 auf, der zu einer Verformung der Zentrierfeder führt, um zu bewirken, dass es beim Käfig 46 hinsichtlich der Drehung zu einem zeitlichen Versatz kommt. In diesem Fall nehmen die Rollen 45 den eingerückten Zustand ein, so dass das auf den Innenring 42 aufgebrachte Drehmoment durch die Rollen auf den Außenring 43 übertragen wird.
Andererseits wird der Reibungswiderstand der Schiebefeder 50 nicht durch das Umkehrantriebsdrehmoment, das auf den Außenring 43 aufgebracht wird, erzeugt und deshalb wird der Käfig 46 durch die Wirkung der Zentrierfeder zentriert. Die Rollen werden folglich aus den Keilspalten ausgerückt und die Übertragung des Drehmomentes von dem Außenring 43 auf den Innenring 42 wird abgeschaltet.
Als Nächstes wird ein Fall beschrieben, bei dem die Drehbegrenzung vom Steuerungselement 21 entfernt wird. Wenn das Drehmoment in diesem Zustand auf den Innenring 42 aufgebracht wird, und zwar in der gleichen Weise wie beim Betriebszustand, wird der Käfig 46 durch das Drehmoment gedreht, das mittels der Zentrierfeder vom Innenring 42 aufgebracht wird. Weil zu diesem Zeitpunkt jedoch die Drehbegrenzung für das Steuerungselement 21 entfernt wurde, dreht sich das Steuerungselement 21 synchron mit dem Innenring 42 und dem Käfig 46 oder dreht sich gegenüber dem Innenring 42 und dem Käfig 46 mit einem zeitlichen Versatz. Dies geschieht wegen der Reibungskraft, die an einem Kontaktteil zwischen dem inneren Umfang des Steuerungselementes 21 und dem Innenring 42 oder an einem Kontaktteil zwischen dem Steuerungselement 21 und einem Käfigring 24, der an einer Endfläche des Innenringes 42 montiert ist, erzeugt wird. Das heißt, in diesem Fall ist das Steuerungselement 21 kein stationärseitiges Element, sondern ein drehseitiges Element. Ferner wird, in diesem Fall, die Beziehung zwischen dem Federdrehmoment K1 der Zentrierfeder und dem Reibungsdrehmoment K2, das durch die Schiebefeder 50 erzeugt wird, durch K1 > K2 ausgedrückt. Folglich biegt sich die Zentrierfeder nicht durch und der Käfig 46 dreht sich, während er in Bezug auf den Innenring 42 zentriert wird. Deshalb werden in den beiden oben beschriebenen Fällen die Rollen 45 nicht in die Keilspalte eingerückt und befinden sich in einem Zustand, in dem sie aus dem Innenring 42 und dem Außenring 43 ausgerückt sind. Als Folge davon wird die Übertragung des Antriebsdrehmomentes von dem Innenring 42 auf den Außenring 43 abgeschaltet und somit befinden sich der Innenring 42 und der Außenring 43 in einem Zustand, in dem sie sich in Bezug zueinander frei drehen können. Auf diese Weise kann die Kupplung 10 durch Entfernen der Drehbegrenzung des Steuerungselementes 21 in den Nichtbetriebszustand versetzt werden.
Bei dieser Ausführungsform wird das Umschalten der Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 zwischen dem Betriebs- und dem Nichtbetriebszustand bzw. das Umschalten des Steuerungselementes 21 zwischen dem Zustand der Drehbegrenzung und dem Zustand, in dem die Begrenzung entfernt ist, durch ein Betätigungselement 25 realisiert, wie dies in 22 dargestellt ist. Das Betätigungselement 25, das als Beispiel in der Figur dargestellt ist, ist in einer Weise angeordnet, in er es um eine spezifische Achse schwenken kann und ist mit einem Kopplungselement versehen, das sich an das Steuerungselement 21 koppeln lässt. Das Betätigungselement 25 wird durch ein Betätigungsmittel, wie z.B. einen Draht oder einen Arm, geschwenkt und betätigt und zwischen der Position (nachfolgend als „Begrenzungsposition" bezeichnet), in der das Steuerungselement 21 hinsichtlich der Drehbewegung durch die Kopplung des Betätigungselementes 25 an einen Kopplungsteil 21b1, der am Steuerungselement 21 bereitgestellt wird, begrenzt wird, und der Position (nachfolgend als „Entfernungsposition" bezeichnet), in der die Drehbegrenzung vom Steuerungselement 21 entfernt wird, indem das Betätigungselement 25 von dem Kopplungsteil 21b1 entkoppelt wird. Das Umschalten des Betätigungselementes 25 erfolgt in einer automatischen Weise, die mit dem Umschalten zwischen einer Waschbetriebsart und einer Trockenschleuderbetriebsart der vollautomatischen Waschmaschine verriegelt ist. Das Betätigungselement 25 kann in einer solchen Weise aufgebaut sein, dass es sich in Bezug auf das Steuerungselement 21 in einer Radialrichtung vorwärts und rückwärts bewegt. Dadurch wird das Umschalten des Steuerungselementes 21 zwischen der Drehbegrenzung und der Begrenzungsentfernung realisiert, indem das Betätigungselement 25 vorwärts und rückwärts betätigt wird.
Wenn sich die vollautomatische Waschmaschine im Waschbetrieb befindet, wird das Betätigungselement 25 an der Entfernungsposition gehalten und der Bremsriemen B wird im Nichtbetriebszustand (bei dem der Bremsriemen B die Bremstrommel 32c nicht berührt) gehalten. Wenn sich das Betätigungselement 25 in der Entfernungsposition befindet, befindet sich die Kupplung 10 im Nichtbetriebszustand. Folglich wird die Übertragung des Drehmomentes zwischen der Pulsatorwelle 35 und der Waschtrommelwelle 32 durch die Kupplung 10 abgeschaltet und die Pulsatorwelle 35 und die Waschtrommelwelle 32 können sich in Bezug zueinander frei drehen. Wenn das positive und das negative Drehmoment in diesem Zustand von einem Elektromotor (nicht dargestellt) auf die Pulsatorwelle 35 aufgebracht werden, wird die Übertragung des Drehmomentes von dem Pulsator 35 auf die Waschtrommelwelle 32 durch die Kupplung 10 abgeschaltet. Das Antriebsdrehmoment wird deshalb nur auf die Pulsatorwelle 35 aufgebracht, was bewirkt, dass die Pulsatorwelle 35 und der Pulsator 31 sich in einer positiven und einer negativen Richtung drehen. Folglich werden, während sich der Pulsator 31 in der positiven und der negativen Richtung dreht, Wasserströme in der Waschtrommel 30 erzeugt. Da sowohl die Kupplung 10 als auch der Bremsriemen B im Nichtbetriebszustand gehalten werden, werden die Waschtrommelwelle 35 und die Waschtrommel 30 durch die Antriebskraft der Wasserströme sowohl in der positiven als auch der negativen Richtung frei gedreht. Deshalb tritt zu dem Zeitpunkt, an dem eine Drehrichtung umgeschaltet wird, eine Relativdrehung zwischen dem Pulsator 31 und der Waschtrommel 30 auf, die sich noch infolge der Trägheit in der Richtung dreht, in der sich die Waschtrommel 30 vor der Umschaltung gedreht hatte, wodurch das Waschvermögen der Waschmaschine verbessert wird.
Wenn die vollautomatische Waschmaschine nach Beendigung des Waschvorganges in die Trockenschleuderbetriebsart geschaltet wird, wird das Betätigungselement 25 auf die Begrenzungsposition umgeschaltet.
Wenn sich das Betätigungselement 25 in der Begrenzungsposition befindet, befindet sich die Kupplung 10 im Betriebszustand. Folglich wird das Drehmoment über die Kupplung 10 zwischen der Pulsatorwelle 35 und der Waschtrommelwelle 32 übertragen. Wenn das Drehmoment in diesem Zustand in einer spezifischen Richtung (der positiven oder der negativen Richtung) von einem Elektromotor (nicht dargestellt) auf die Pulsatorwelle 35 überragen wird, wird das aufgebrachte Drehmoment über die Kupplung 10 auf die Waschtrommelwelle 32 übertragen. Dies hat die synchronisierte Drehung der Pulsatorwelle 35 und der Waschtrommelwelle 32 zur Folge. Somit dreht sich die Waschtrommel 30 in einer spezifischen Richtung, um den Trockenschleudervorgang auszuführen. Wenn die vollautomatische Waschmaschine nach Beendigung des Trockenschleudervorganges in die Anhaltebetriebsart übergeht, hält der Elektromotor an und der Bremsriemen B wird auf den Betriebszustand umgeschaltet. Bei Betrieb mit dem Bremsriemen B hören die Waschtrommelwelle 32 und die Waschtrommel 30 zum Beenden des Trockenschleuderns auf, sich zu drehen.
Bei einer konventionellen vollautomatischen Waschmaschine wurden verschiedene Steuerelemente, die oben beschrieben wurden, unter Verwendung eines Bremsriemens, einer Einwegkupplung und einer Federkupplung realisiert. Wenn die Umkehrantriebsabschaltkupplung 10 eingesetzt wird, wird jedoch die Zahl der Kupplungselemente von einer konventionellen vollautomatischen Waschmaschine um ein Element verringert. Somit ist die Konstruktion kompakter und einfacher und es werden ferner die Kosten reduziert.
Die erfindungsgemäße Umkehrantriebsabschaltkupplung ist mit einem Drehwiderstands-Aufbringungsmittel versehen, das zum Hervorrufen eines Reibungswiderstandes dient, der auf einen Käfig wirkt, und zwar gegen dessen Drehung gegenüber einem stationärseitigen Element. Der Drehwiderstand, der auf den Käfig wirkt, ist deshalb unabhängig von der Drehzahl des Käfigs und lässt sich durch den Drehwinkel des Käfigs ermitteln. Als Folge davon wird eine verbesserte Anlaufreaktion als Lösung für die diesbezügliche Problematik bereitgestellt, so dass das Drehmoment, das auf ein antriebsseitiges Drehelement aufgebracht wird, sofort auf ein abtriebsseitiges Drehelement übertragen wird. Weil der Drehwiderstand, der auf den Käfig wirkt, nicht durch die Temperatur beeinflusst wird, ändern sich die Betriebseigenschaften der Kupplung bei Änderungen der Umgebungstemperatur nur wenig.
Die erfindungsgemäße Drehantriebseinrichtung wird mit der oben beschriebenen Kupplung montiert. Es wird deshalb eine verbesserte Anlaufreaktion als Lösung für die diesbezügliche Problematik bereitgestellt und das von einer Drehantriebsquelle aufgebrachte Drehmoment wird relativ schnell auf ein antriebsseitiges Drehelement überragen. Ferner ändern sich die Betriebseigenschaften der Kupplung, sogar wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, nur wenig. Außerdem lässt sich ein Element als anzutreibendes Objekt auch manuell betätigen, indem man ein abtriebsseitiges Drehelement gegen das Drehmoment von einer Abtriebsseite frei drehen lässt. Dies erweitert außerdem die Anwendungsgebiete der Kupplung.

Claims

Umkehrantriebsabschaltkupplung (10), umfassend: ein antriebsseitiges Drehelement (11); ein abtriebsseitiges Drehelement (12); ein Drehmomentübertragungselement (13), das in das antriebsseitige Drehelement (11) und das abtriebsseitige Drehelement (12) eingerückt und aus denselben ausgerückt werden kann, und zwar sowohl in positiver als auch negativer Drehrichtung; einen Käfig (14), der zum Halten des Drehmomentübertragungselementes (13) und zum Schalten zwischen dem Einrückzustand und dem Ausrückzustand des Drehmomentübertragungselementes (13) dient, und zwar durch die Relativdrehung des Käfigs (14) gegenüber dem antriebsseitigen Drehelement (11); und ein stationärseitiges Element (16); ein elastisches Verformungselement (15) für die Verbindung des antriebsseitigen Drehelementes und des Käfigs (14) sowohl in positiver als auch negativer Richtung; dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung außerdem Folgendes umfasst: ein Drehwiderstands-Aufbringungsmittel (17), das zum Hervorrufen eines Gleitreibungswiderstandes dient, der am Käfig (14) gegen dessen Drehung gegenüber dem stationärseitigen Element (16) wirkt, wobei der Drehwiderstand des Käfigs (14), der durch den Gleitreibungswiderstand (17) hervorgerufen wird, größer ist als die Federkraft des elastischen Verformungselementes (15), und wobei über die Steuerung einer Drehphasendifferenz zwischen dem antriebsseitigen Drehelement (11) und dem Käfig (14) die Übertragung des positiven und des negativen Drehmomentes von dem antriebsseitigen Drehelement (11) auf das abtriebsseitige Drehelement (12) durch die Einrückung des Drehmomentübertragungselementes (13) am antriebsseitigen und am abtriebsseitigen Drehelement bewerkstelligt wird, während die Übertragung des positiven und des negativen Drehmomentes von dem antriebsseitigen Drehelement (12) durch die Ausrückung des Drehmomentübertragungselementes (13) abgeschaltet wird.
Umkehrantriebsabschaltkupplung nach Anspruch 1, bei der sich das abtriebsseitige Drehelement (12) gegen das positive und das negative Drehmoment von der Abtriebsseite frei drehen kann.
Umkehrantriebsabschaltkupplung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Drehwiderstands-Aufbringungsmittel (17) ein Schiebeelement ist, das so angeordnet ist, dass es in einer Umfangsrichtung entweder an den Käfig (14) oder das stationärseitige Element (16) gekoppelt werden kann und sich gegenüber dem jeweils anderen Teil verschieben kann.
Umkehrantriebsabschaltkupplung nach Anspruch 3, bei der das Schiebeelement (17) so angeordnet ist, dass es sich gegenüber dem stationärseitigen Element (16) verschiebt, wobei es selbst in einer Umfangsrichtung an den Käfig (14) gekoppelt ist.
Umkehrantriebsabschaltkupplung nach Anspruch 4, bei der das Schiebeelement (17) eine Schiebefeder (32) ist, die einen am stationärseitigen Element (16) eingebauten Schiebeteil und einen Kopplungsteil (31b), der sich von dem Schiebeteil aus in einer Radialrichtung erstreckt, aufweist, der mit dem Käfig (14) in einer Umfangsrichtung verbunden werden kann.
Umkehrantriebsabschaltkupplung nach Anspruch 4, bei der das Schiebeelement (17) mit einem Ring mit kreisförmigem Querschnitt (31) versehen ist, der in einer Umfangsrichtung an den Käfig (14) gekoppelt werden kann, und bei der das elastische Verformungselement (15) zwischen dem Ring mit kreisförmigem Querschnitt (31) und dem stationärseitigen Element (12) zwischengeschaltet ist.
Drehantriebseinrichtung, umfassend: eine Drehantriebsquelle (22); einen Untersetzungsgetriebe-Teil (G) zur Verringerung des Drehmoments, das von der Drehantriebsquelle (22) ausgeübt wird; und die Umkehrantriebsabschaltkupplung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Drehantriebseinrichtung nach Anspruch 7, die außerdem ein Gehäuse (16) für die Unterbringung des Untersetzungsgetriebe-Teils (G) und der Umkehrantriebsabschaltkupplung (10) umfasst.