玩具齿轮箱的制作方法

本发明涉及玩具齿轮箱，其包括齿轮支撑结构，该齿轮支撑结构具有齿轮轴，该齿轮轴由齿轮支撑结构可旋转地支撑并且具有至少一个花键以及可旋转地布置在该齿轮轴上的齿轮，并且其中齿轮连接至第一离合器构件，其可旋转地布置在齿轮轴上，以及第二离合器构件，其包括驱动环，该驱动环被固定为不能绕齿轮轴旋转并且可滑动地布置在齿轮轴上，并且包括引导构件和至少一个爪式离合器，用于选择性地与第一离合器构件接合或脱离，从而接合齿轮与齿轮轴一起旋转或脱离齿轮不与齿轮轴一起旋转，并且其中使用齿轮拨叉，其与轴向可滑动的驱动环的引导构件接合并且构造成用于使第二离合器构件在齿轮轴上轴向滑动。

背景技术：

尤其是在与玩具构造套件一起使用时，使用齿轮元件是为了使使用者能够构造不同设计的齿轮箱并以不同的构造来使用这种齿轮箱，比如不同类型的车辆。

美国专利号5687610公开了一种具有齿轮拨叉机构的齿轮箱，该齿轮拨叉机构布置成用于给使用者构建用于例如玩具车辆的变速杆的选择。

技术实现要素：

在这种背景下，本发明的目的是提供一种齿轮箱，允许使用者以比需要基于变速杆的齿轮箱的构造更多不同的构造来使用齿轮箱。

这是通过在引言中限定的本发明而获得的，其中齿轮拨叉机构包括轴向凸轮，该轴向凸轮布置在齿轮拨叉轴上，该齿轮拨叉轴安装在齿轮支撑结构中，并且具有平行于齿轮轴延伸的对称轴线，并且使得轴向可滑动的驱动环上的引导构件与轴向凸轮接合。

由此，仅通过旋转轴向凸轮即可获得齿轮的换档或简单地接合齿轮绕齿轮轴旋转和脱离齿轮不绕齿轮轴旋转，而不需要根据现有技术的复杂变速杆机构。

在优选实施例中，引导构件包括环形引导凹槽，并且轴向凸轮包括至少一个凸轮凸缘，其沿着轴向凸轮部分轴向地延伸并且从轴向凸轮径向突出。

在这种关系下，凸轮凸缘可以有利地围绕轴向凸轮连续延伸。

此外，凸轮凸缘可优选地包括布置在轴向凸轮上的第一轴向位置和第一径向位置处的第一部分、布置在分别不同于第一轴向和第一径向位置的第二轴向位置和第二径向位置处的第二部分，并且其中凸轮凸缘还包括由在第一和第二轴向和径向位置之间延伸的凸缘形成的中间部分。

在该关系中，凸轮凸缘的第一和第二部分的轴向方向上的宽度可以对应于引导构件上的环形引导凹槽的宽度，并且凸轮凸缘的中间部分的对应宽度可以明显较小。

齿轮拨叉轴还可具有在轴的轴向方向上延伸的一个或多个花键，并且其中轴向凸轮是固定地安装在齿轮拨叉轴上的单独单元。

本发明对于玩具构建组特别有用，其中齿轮支撑结构包括经由布置在每个构建块的上表面上的联接旋钮和布置在其底表面上的互补形状的联接承窝相互连接的构建块组件，并且其中至少一些构建元件具有在每个构建块的上表面和下表面之间延伸的侧表面上的通孔，通孔适于插入至少一个齿轮轴和齿轮拨叉轴。

在另一优选实施例中，齿轮箱包括彼此平行且与齿轮拨叉轴平行布置的两个或更多个齿轮轴，两个或更多个齿轮轴中的每个具有安装在其上的一个或多个齿轮。

优选地，两个或更多个齿轮轴每个都具有可滑动地安装在齿轮轴上的驱动环，并且其中两个或更多个齿轮轴中的每个相对于齿轮拨叉轴等距地安装，并且使得轴向凸轮与每个驱动环的引导构件接合。

本发明还提供了一种包括计算机可读指令的计算机可读模型，该计算机可读指令配置为当由用于执行增材制造过程的设备处理时使所述设备制造如上定义的玩具构建元件。

附图说明

在下文中，将参考附图更详细地描述本发明的一个或多个实施例，其中：

图1是原理图，示出了根据现有技术的齿轮箱。

图2是与图1所示的齿轮箱相对应的齿轮箱的原理图，但是具有根据本发明的一个实施例的齿轮拨叉机构。

图3是示出如图2所示的轴向凸轮的实施例的图。

具体实施方式

图1示出了如在美国专利号5687610中公开的现有技术玩具齿轮箱，该专利的内容通过引用合并于此。该现有技术的齿轮箱具有输入轴或主从动轴1，其带有固定地安装在轴上的齿轮3。齿轮3驱动齿轮4，齿轮4固定地安装在与主从动轴1平行的另一轴2上。

齿轮3和4永久接合，因此两个轴1和2彼此旋转连接，并且由于齿轮3和4的尺寸不同，轴1和2具有不同的旋转速度。在这方面，这些轴1和2具有与从动轴相同的功能，并且在下面的表述中，主从动轴用于轴1，而表述副从动轴用于轴2。

齿轮箱具有带有两个固定齿轮29、30的输出轴或驱动轴20。驱动轴20上的齿轮29与齿轮27、26、25、23和21永久旋转连接，且驱动轴20上的齿轮30与齿轮22和24永久旋转连接。齿轮21和22在固定的轴向位置可旋转地安装在副从动轴2上，且齿轮23和24在固定的轴向位置同样可旋转地安装在主从动轴1上。

主从动轴1承载第一驱动环41，其旋转地连接到轴1，并且其可以在轴1上轴向滑动。副从动轴2同样承载第二驱动环42，其与第一驱动环41相同并且旋转地连接到轴2，并且在轴2上可轴向滑动。

在下文中，仅在图2上示出了爪46和角间隙47的附图标记，其表示相同类型的元件。

驱动环41由管构件构成，该管构件在外侧具有两个径向突出的凸缘44。两个凸缘44限定环形引导凹槽45，其底部由管构件的一部分形成。爪46从每个凸缘44沿轴向方向突出。爪46的尖端背离所涉及的凸缘44。此外，爪46与管构件牢固连接。爪46是狭窄的，并且每组爪在爪46之间限定角间隙47，其比单个爪46的角范围大得多。此外，驱动环41在管构件的内侧上具有突起(未示出)，以与每个从动轴1和2中的相应轴向延伸的凹部(未示出)接合，以便如上所述，驱动环41和42与相应的从动轴1和2牢固地旋转连接，并且在这些上可轴向滑动。在驱动环41上，具有轴向突出爪46的每个凸缘44构成爪式离合器的一个离合器半部，这将在下面说明。

另一个离合器半部50由在内侧具有爪52的外管或环构件51构成，每个爪具有与爪46基本相同的形状。此外，离合器半部50还具有位于与外管构件51同轴的内管或环构件，并且通过该内管或环构件，联接半部50可自由旋转地安装在轴上。管构件51和53通过共同的凸缘(未示出)邻接。爪52和内管构件中的每个在它们之间限定能够在驱动环41上容纳管构件的端部的径向间隙，使得爪52可以容纳在爪46之间的角间隙47中。因此，在爪52之间存在角间隙54，爪46可容纳在其中。外管构件51的外圆柱表面55可设置有径向突出齿，从而离合器半部50用作齿轮，其可自由旋转地安装在轴上。

驱动环41和离合器半部50可以安装在驱动环41在其上可轴向滑动的公共轴上，并且具有爪46的管构件的端部可以容纳在外管构件51与内管构件之间的间隙中，从而提供爪式离合器。由于在联接区域中的爪46和爪52均较窄且具有大间隙，因此在实践中总是可以进行这种联接，而与驱动环41和离合器半部50的相互角位置无关。

齿轮21、22、23和24中的每个都像离合器半部50那样构造，具有径向突出齿和轴向突出爪52。驱动环41和42可分别在主从动轴1和副从动轴2上轴向滑动，从而如上所述，爪46可插入爪52之间的角间隙54中。因此，齿轮箱具有四个爪式离合器，它们可单独接合。通过爪式离合器选择玩具齿轮箱的第一齿轮，然后将旋转能量从主从动轴1经由齿轮3和4传递到副从动轴2，其驱动第二驱动环42，旋转能量从第二驱动环42通过爪式离合器传递到齿轮21、23、25、26、27、28和29并传递到驱动轴20。

类似地，将看到爪式离合器分别对应于玩具齿轮箱的第一、第二、第三和第四齿轮。

玩具齿轮箱如图1所示处于四个爪式离合器齿轮都脱开的位置，因此旋转运动不能从任何从动轴1、2传递到驱动轴20，反之亦然。这意味着玩具齿轮箱处于空档。两个驱动环41和42在此具有彼此相对布置的引导凹槽45，图1示出了该现有技术的齿轮箱具有“变速杆”齿轮杆61，其相对于所示的引导凹槽45的位置居中地安装在球轴承63中并位于由从动轴1和2限定的平面之外。因此，齿轮杆可以在球轴承中倾斜，并且其运动受到h形引导件60的限制。齿轮杆可在h形引导件的中央部分横向移动，齿轮杆61的接合端可以因此与引导凹槽45中的选定一个接合。当齿轮杆沿从动轴1和2的纵向方向进一步倾斜时，齿轮杆由于其与相关的引导凹槽45的接合而轴向地移动相关的驱动环，直到接合相关的抓紧爪。由于齿轮杆的接合端从一个驱动环的引导凹槽到另一个驱动环的引导凹槽的运动可以仅通过h形引导件60的中央部分而发生，所以h形引导件60确保一次最多只能接合一个爪式离合器，在该中央部分，两个驱动环都处于所示的空档位置。

通过这种结构，齿轮杆直接接合驱动环的引导凹槽，即没有中间机构。

所示的玩具齿轮箱是往复的，使得驱动轴20可以用作从动轴，并且当省略一对齿轮3、4时，所示的齿轮箱使其能够选择是否要将旋转能量从轴20传递至轴1或轴2。玩具齿轮箱可由此用于驱动机构，其中每个都联接至轴1和2中的相应一个，然后可一次或同时驱动它们。

根据本发明，提供了用于例如上述现有技术的“变速杆”齿轮箱的替代变速机构，并且该替代变速机构的原理在图2中示出，其示出了齿轮轴1和2、齿轮22、23、24和25以及驱动环41和42，它们在原理上都具有与图1上的相应元件相同的功能。

为了清楚起见，图2上的所有轴和轮轴都可旋转地安装在由许多如图1所示的构建元件组装的齿轮支撑结构(未示出)中。

在该实施例中，变速机构包括轴向凸轮10，其固定地安装在具有4个花键的十字轴形式的齿轮拨叉轴11上。如图3所示，轴向凸轮10具有一组肋，该肋布置在通孔内，与齿轮拨叉轴11上的花键接合，从而将其旋转地连接至齿轮拨叉轴。此外，在轴向凸轮10的每一侧上布置有一组摩擦套12，从而轴向凸轮被固定为不能沿着齿轮拨叉轴11滑动。

在该实施例中，也在图3上详细示出的轴向凸轮包括凸轮凸缘，其具有相对于彼此轴向移位并且相对于彼此径向布置在轴向凸轮10的相对侧上的第一凸轮凸缘部分13和第二凸轮凸缘部分14，并且在第一和第二凸轮凸缘部分13、14之间，中间凸轮凸缘部分15延伸以形成连续的凸轮凸缘，该凸轮凸缘与每个驱动环41、42上的凹槽45接合，从而当轴向凸轮绕齿轮拨叉轴11的纵向轴线旋转时，爪46则与离合器半部上的爪52接合，该离合器半部连接到齿轮21、22、23或24之一，并且如图2所示，在轴向凸轮的角位置，驱动环与离合器半部50接合。连接到齿轮21和驱动环41，与齿轮23和24都断开。

根据该实施例，凸轮凸缘的第一和第二部分13、14具有与凹槽45几乎相同的宽度。在每个驱动环41和42上，使得当驱动环41和42与连接到齿轮21、22、23或24中的任何一个的离合器半部接合时，它们被非常精确地定位，并且凸缘部分15的中间部分非常狭窄，以在驱动环与任何离合器半部50断开时也允许与驱动环上的凹槽45连续接合。

对于本领域技术人员将显而易见的是，本发明可以用于齿轮结构以用于不同的目的，并且其可以仅用于使单个齿轮接合和脱离绕轴旋转，或者用于齿轮轴和功能比上述公开的更多的更复杂齿轮结构。作为示例，齿轮箱可被扩展到与凸轮等距间隔的三个或可选地更多个平行从动轴，从而增加了可选择的齿轮传动装置的数量。

在这种关系中，对于本领域技术人员同样显而易见的是，针对特定目的，可以相对于具有更多凸轮凸缘或具有不同凸缘设计来改变轴向凸轮10的设计。

此外，本领域技术人员通常建议通过在常规的注射成型设备中进行注射成型来生产上述类型的任何一种塑料玩具构建元件。

然而，作为本发明的一方面，通过3d打印或其他增材制造过程来生产例如轴向凸轮将是有利的，原因是这样的事实很容易实现，即可以针对玩具构造套件中的特定用途自定义轴向凸轮凸缘的形状和尺寸。本公开还涉及一种包括计算机可读指令的计算机可读模型，该计算机可读指令配置为当由用于执行增材制造过程的设备处理时使所述设备制造如本文所公开的玩具构建元件。该计算机可读模型可以包括至少指示玩具构造元件的形状的几何信息。计算机可读模型可被实现为其上存储有表示计算机可读模型的数据结构的计算机可读介质。例如，计算机可读介质可以包括硬盘、存储器或另一合适的存储设备。增材制造过程可以包括3d打印过程。