具有肾形牵引元件的牵引元件传动装置的制作方法

专利名称：具有肾形牵引元件的牵引元件传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于车辆或用于应用在传动技术中的牵引元件传 动装置，其具有支承在机架上的输入轴和输出轴，其中输入轴和输出
轴从机架中引导出来，具有以下特征
a )在输入轴与输出轴之间设有多个带有传动齿轮的传动部，所述 传动部构造成牵引元件传动装置；
b)所有传动齿轮在运行期间持续旋转；
c )位于输入轴与输出轴之间的传动部构造成带有作为牵引元件的 齿形带和带有作为传动齿轮的齿形带盘的牵引元件传动装置；
d)牵引元件通过芳族聚酰胺、凯夫拉尔(Kevlar)、碳纤维或其 它纤维材料加强。
背景技术：
近百年以来，可换档的传动装置在机动车领域内是不可或缺的。 同样，它们在大量机器的驱动技术中得到应用。经常涉及这样的传动 结构，它们借助于齿轮作为圆柱齿轮传动装置或行星齿轮传动机构(行 星齿轮传动装置)工作。但这种传动装置的制造技术通常非常复杂和 昂贵。因为这些传递力的传动构件通常由钢制成，因此重量目前总是 作为批评的焦点并且被视为缺陷。较轻的传动装置会降低例如能耗。 下面要描述的本发明可以在所有可设想的产品分支中应用并且鉴于轻
的重量特别适合于在车辆中应用，因为将纤维加强的塑料用作传递力 的构件。例如在这里可考虑农用车辆、飞机和轮船，它们可以装备有 内燃机、电机或其它机组。同样可设想在通过肌肉力驱动的车辆中应 用。为了保证轻松的推进，车辆必须特别轻。因此，对传动装置的功 能描述要示例地以自行车进行。在过去的四十年中，在自行车中在后轴上推广使用具有换档可能 性的链驱动装置。为此，在框架上装配具有一个或多个链盘的能旋转
的脚踏支承(Tretlager)，该框架形成自行车的承载的组成部分，具有 其所有的用于前轮叉、鞍座支撑以及后轮的安装点。由直到十个不同 大小的小齿轮组成的塔轮(Kassette)位于后轮的轮毂上。在直接位 于后轴上的终端部(Ausfallende )处安装换档机构，该换档机构的任 务是，将链条引导到塔轮的各小齿轮上并实现换档过程。通过通常安 装在座管上的翻转器可以在脚踏支承上在不同的链盘之间变换。
通过换档的可能性，驾驶员可以使其传动装置的传动比与相应的 行驶状况相匹配。如上所述，具有换档系统的自行车通常称为具有链 换档装置的自行车。
因为在具有链换档装置的自行车中由于结构的原因各部件在外面 装配在框架上，所以它们特别强烈地受到环境影响。因此，污物和水 无阻碍地进入换档机构、链条、塔轮和其它构件。由此链换档装置的 原本非常好的效率急剧降低，使得为了克服换档装置内部的阻力必须 消费大部分力。为了保证功能，需要定期地维护链换档装置的部件； 它包括清洁和润滑部件以及非常细致的调整。该调整可以例如在跌倒 或与物体(石头、树枝等)接触时容易改变。因为即使在最彻底的维 护时极小的污物颗粒也总是滞留在换档装置中和尤其是在轴承中，所 以必须定期更换一些部件。正是易磨损的部件如链盘和链条需要每年 更换，这也造成附加的成本。
在链换档装置中的换档只可以在旋转的小齿轮中实现，因为否则 链条不能翻转。因此被视为另一缺陷的是，由于设计结构在静止时不 能换档。此外，部件可能在跌倒或与石头或树枝接触时被损坏或与框 架断裂。所述的情况被视为链换档装置的缺陷。
替代于"链换档装置"，已经开发出所谓的"轮毂换档装置"，其 中换档过程在后轮毂内的传动装置中进行。由此省去在链换档装置中 必需的部件一一换档机构、翻转器和塔轮。这样的自行车一般称为具 有轮毂换档装置的自行车。轮毂换档装置因而避免链换档装置的缺陷。但通过集成到后轮毂中的传动装置增加了后轮的重量。尤其是在所谓 的、越野骑行的山地车中，后轮上重量的增加可以非常明显地感觉到。 这主要适用于具有后轮悬架的那些自行车。对于弹簧悬挂的轮的行驶 性能，簧载质量与非簧载质量的比例具有决定性的意义。非簧载重量 与簧载重量相比越大，轮的行驶性能就越临界。由于行驶道路不平度 引起的冲击在大的非簧载质量(重的后轮)时不能最佳地由行驶机构 承受。
在已知的自行车(参见DE 103 39 207 )中，传动装置位于自行车 框架内部。传统自行车框架的脚踏支承壳体被省去并由传动装置壳体 代替。传动装置壳体在这里是指用于传动装置和脚踏支承的共同的壳 体。与具有传动轮毂的自行车类似，在传动齿轮中通过链条或齿形带 将力传递到后轮。链条和后轮毂在该系统中没有换档功能。因此后轮 毂可以构造得非常轻，这导致更有效的后轮悬架。此外，重心位于车 轮的中心、直接位于骑车人下面。结果是更敏捷的和受控的行驶性能。 此外，借助于集成在框架中传动装置能够应用所谓的"平台策略"。此 前在构造自行车时通常首先构造框架，然后事后为该框架配备其部件， 则通过集成在框架内的传动装置的方案首次可以使来自汽车构造的平 台策略应用在自行车制造中。在作为平台的传动装置壳体内，例如固 定地安装部件如换档装置、悬架、完整的传力装置、但也包括制动器、 发电机和照明装置。然后在这样装备的传动装置上装配客户特定的部 件，它们使自行车根据客户或制造者的愿望完备。按照DE 103 39 207 的传动装置由行星齿轮传动装置和初级驱动装置组成。初级驱动装置 是必需的，因为为应用在传动装置轮毂中开发的行星齿轮传动装置承 受不住在脚踏支承中作用的高力矩。行星齿轮传动装置由初级驱动装 置带到较高的转速，以便承受作用力。但通过这种结构使驱动装置的 效率下降。这与本发明相比被视为是缺陷。例如由US5，553，510、 US 4,955,247、 US 5,924,950、 DE 20 201 787 Ul、 WO 2006/039880 Al、 US 2004/0067804 Al和US 2004/0066017 Al同样已知类似的传动装 置。其结构通常非常重并且复杂。通过本发明为所述的传动装置类型提供一种轻且简单地构造的解决方案。所有这些传动装置在两个平行 轴之间建立不同的传动部。在此，其中一个轴通常是主动轴，而另一 轴通常是从动轴。主动轴在下面也称为输入轴。从动轴在下面也称为 输出轴。如果在下面只使用轴的概念，则指的是输入轴或输出轴。
因此，本发明改善具有输入轴和输出轴的多级传动装置，其中输 入轴构造成用于接收输入转矩，而输出轴通常从传动装置壳体中引导 出来并且在该端部上构造成用于将转矩继续传导至车轮。在壳体中， 牵引元件轮平行地例如安装在输入轴和输出轴上并且与牵引元件成对 地连接。借助于换档控制装置可以使牵引元件轮与输出轴联接。车辆 例如可以是自行车，其中在那里输入轴构造成用于容纳脚踏曲柄并且 以其两个端部从传动装置壳体中引导出来。输出轴在其端部上具有用 于将转矩传递到后轮的小齿轮。车辆同样可以是摩托车，其中传动装 置有利地位于曲轴箱后面。输入轴以适合的方式与曲轴连接。输出轴 通过另一机械元件(例如链条、齿形带、万向节)将转矩传递到后轮。 也可以设想以有利的方式应用在机动车辆中。
例如由US4，158，316已知这样的牵引元件传动装置。在该传动装 置中，多个不同直径的链轮能旋转地支承在轴上。通过离合器可以使 各链轮与轴抗旋转地连接并因此传递转矩。该发明的缺陷一方面在于 大的重量，尤其是由于使用钢链，另一方面在于大的空间需求、离合 器以及离合器控制装置的复杂性。
例如由US 2004/0067804 Al和US 2004/0066017 Al已知类似的牵 引元件传动装置。在这些自行车传动装置中，在主动轴和从动轴上安 装不同的牵引元件轮，它们成对地与牵引元件连接。不同的传动比这 样实现，即，使换档元件在从动轴内部借助于牵引绳索轴向移动。在 换档元件上的连接元件接合到所期望的牵引元件轮中并且在从动轴与 牵引元件轮之间产生抗旋转的连接。但所述结构存在下面将详细描述 的缺陷。
两个专利在其主权利要求中指出，各牵引元件轮并排地安装，使 得它们形成锥形包络的形状。当各牵引元件轮的直径从小到大地在轴
9上增加时，便形成锥形包络的形状。正是US 2004/0067804 Al和US 2004/0066017 Al的这种特征被^见为是不利的
自行车上的传动比应该在0.7-4.0的范围内增速。如果在US 2004/0067804 Al和US 2004/0066017 Al中考察链轮的尺寸及其齿数， 则该传动比带宽度与本发明相比难以实现。此外，由运动生物学方面 观察，仅小于15%的档位跳跃能通过机械机构很好地完成。
所谓的次级传动通过两个另外的牵引元件轮形成，它们将转矩从 传动装置传递到后轮。有利的是，这些牵引元件轮通过其比例不对脚 踏曲柄和后轮毂的功能产生不利影响。如果要在次级传动、总传动和 档位跳跃方面实现边界条件，按照US 2004/0067804 Al和US 2004/0066017 Al的结构将非常大和体积大地构成。本发明与上述结构 相比小得多地构造。
各牵引元件传动装置通常具有离散的轴距，该轴距仅仅取决于牵 引元件的节距和长度、以及所使用的牵引元件轮的直径或齿数。
该轴距可通过下面的公式可以描述
a = p/4 Z - (z, + z2)/2 + # - (z' + z2)/2]2 - 8[(z2 - a )/(2;r)f
a =轴距
p二链条的链节距 X-链条的链节数 Zl =小链轮的齿数 z2=大链轮的齿数
如果将该z^式应用于US 2004/0067804 Al和US 2004/0066017 Al，则发现不是每个单个的牵引元件轮都具有正确的轴距。因此按照 US 2004/0067804 Al和US 2004/0066017 Al的结构是有缺陷的，因为 某些链条是张紧的而另一些太松。这与本发明相比可看作是大的缺陷， 因为错误张紧的牵引元件具有过大的磨损。
该缺陷在下面称为"仅离散的轴距是可能的"。在US 4,158,316 中，由于使用的牵引元件也仅仅离散的轴距是可能的。这也可被视为 缺陷。另外要注意，在齿轮传动装置中也出现这种离散轴距的缺陷。
10在US 4,158,316、 US 2004/0067804 Al和US 2004/0066017 Al中，
另一大的缺陷能在换档控制装置内部发现。如果要执行换档，则首先 将牵引元件轮与从动轴去联接，接着才将另 一牵引元件轮与轴联接。 结果，在这些驱动装置中不保证在轴与齿轮之间的持续的抗旋转的连 接。在换档期间可能出现空转位置。对于骑车人来说，这意味着突然 脚踏"蹬空"。由此可能出现伤害、尤其是在膝盖部位。本发明构成为， 使得在换档期间在各个档位之间不会出现空转。这可看作大的优点。
在过去，总是能找到带有平行运行的牵引元件的牵引元件传动装 置，其中各牵引元件轮与一轴联接(也参见CH 167367、 US 6,146,296 和US 5，871，412 )。但所有这些结构都存在这样的缺陷，即在两个被联 接的传动部之间总是可能产生小的具有空转的时间窗口。尤其是在负 载下不能保证在该时间窗口期间可能发生短时间的滑转。同样，这样 的滑转导致在离合器上的巨大磨损。长久下去或许不能排除损坏。本 发明的优点是，在两个档位之间在换档期间传递转矩的构件始终接合。
总而言之，按照现有技术的许多传动装置在重量、制造成本、负 载作用下的能换档性、空转和静止时的能换档性方面存在问题。

发明内容
从这些问题出发，要改善开头所述的多级传动装置。 为了解决问题，同类型的多级传动装置的特征在于
e) 至少一个构件在离合机构内部具有带有磁性北极和南极的永久 磁铁的特性，
f) 离合机构的状态通过在离合机构内部或紧邻附近的附加磁场的 改变而改变，
g )在至少 一 个换档过程期间同时改变至少两个离合机构的状态，
以及
h)至少一个离合机构只能在一个旋转方向上传递转矩。 至少一个构件在离合机构内部具有带有磁性北极和南极的永久磁 铁的特性，离合机构的状态通过在离合机构内部或紧邻附近的附加磁场的改变而改变，在至少一个换档过程期间同时改变至少两个离合机 构的状态，以及至少一个离合机构只能在一个旋转方向上传递转矩， 由此排除由于换档错误而无意地转换到传动装置的空转位置，由此可 能出现对传动装置的损坏以及可能对骑车人的伤害。因为为了换档只 改变磁场，因此可以在负载下和也在静止时换档。
如果在两个相同极性的磁场相向运动之后，至少一个构件相对于 离合机构的啮合齿部隔开距离地占据一位置，则可以保证，换档力与 现有技术相比减小。
因为形锁合的离合机构通过能啮合到啮合齿部中的各单向离合齿
(Freilaufzahn )形成，所以可以使整个结构保持非常简单。
当啮合齿部在离合机构内部构造成内啮合齿部时，得到非常节省 空间的结构。
优选地，各单向离合齿对称于啮合齿部地设置在离合机构内部，
以便均匀地传递力。
如果单向离合齿能翻转地支承在离合机构所在的轴内部的钢轴
上，则以有利的方式继续传导转矩。
当至少一个离合机构由永久磁铁和钢构件组成时，由此还实现低 的制造成本。当轴向移动的各永久磁铁为此插入到控制滑阀构件中时， 就得到同样的优点。
当磁场的改变通过各永久磁铁沿离合机构所在的轴的旋转轴线的 轴向移动而实现时，就实现对传动装置的有利的控制。
当各永久磁铁的轴向移动在空心的从动轴内部进行时，就避免过 度的重量。
如果各永久磁铁的轴向移动在输入轴外部进行，按照本发明也可 以构造受结构空间限制而不能接近轴内部的传动装置。
当轴向移动的各永久磁铁为此插入到控制滑阀构件中时，由此还 实现低的制造成本。
优选地，各永久磁铁以不同的极性插入到控制滑阀构件中，以便 通过使用很多相同的部件可以使制造成本保持得低。当支承结构位于控制滑阀构件内部，以将换档信号从旋转的构件 传递到静止的构件时，则有利地给出简单的换档控制装置。
当控制滑阀构件与一牵引元件处于连接时，就实现用于使控制滑 阀构件轴向运动的非常经济的解决方案。
控制滑阀构件优选在其相对于轴的轴向运动之内占据各锁定点， 以按能重复的相同的方式改变在离合机构内部或紧邻附近的磁场。由 此改善换档精度。
如果通过永久磁铁保持单向离合齿在钢轴上的翻转的位置，则实 现在来自外部的振动时的无干扰性。
当该永久磁铁插入到离合机构所在的轴中时，该永久磁铁的安装 特别简单。
当在轴与传动齿轮之间的形锁合的抗旋转的连接能借助于在时间 上在去联接之前存储在磁场中的能量取消时，使必需的换档力保持得 小。
如果在离合机构内部或紧邻附近的附加磁场的改变通过电磁铁进 行，则可以实现离合机构的状态的完全电子式的控制。这在传动装置 的某些应用领域中可能是有利的。
如果传动装置的机架构造成封闭的壳体，则保护传动装置免受外 界污染。
当位于输入轴与输出轴之间的传动部构造成带有作为牵引元件的 齿形带和作为传动齿轮的齿形带盘的牵引元件传动装置时，则明显减 轻自重。
当牵引元件通过芳族聚酰胺、凯夫拉尔或碳纤维加强时，可以传 递特别高的功率和转矩。
如果齿形带的纤维材料通过聚氨酯包围，则可以得到牵引元件的 特别小的磨损。
如果牵引元件在无负载地在齿形带轮上旋转期间被至少 一个构件 压成类似肾的形状，而在负载作用下该构件不接触牵引元件，则可以 得到小的摩擦。另外最佳的是，牵引元件的类似肾的形状在无负载旋转期间通过工作分支的凸形拱曲和通过空载分支的凹形拱曲形成。
如果牵引元件的类似肾的形状在负载作用下通过工作分支的直的
形状和通过空载分支的增强的凹形拱曲形成，则可以以有利的方式由
此实现齿形带在齿形带盘上的跳跃。
另外，如果牵引元件在换档过程期间改变它们的带张力，则可以
降低齿形带的摩擦。
如果牵引元件在换档过程期间改变它们在齿形带轮上的缠绕角，
则实现防止齿形带在齿形带盘上跳跃的更高的安全性。
如果将牵引元件压成肾形形状的至少一个构件构成为滚轮，则可
以附加地降低摩擦。
如果在空载分支侧附加的导向装置无接触地设置在齿形带紧邻附 近，所述导向装置类似于齿形带外轮廓地成形，则通过这种方式实现 防止在来自外部的负载冲撞和扰动时齿形带在齿形带盘上跳跃的更高 的安全性，而不附加地增加摩擦。
全部内容地参考专利申请DE 10 2007 013 443.8。


下面要借助于附图详细解释本发明的实施例。附图中
图l以侧视图示出摩托车，具有集成在框架内的牵引元件传动装
置，
图2以侧视图示出机动车辆，具有集成在框架内的牵引元件传动 装置，
图3以侧视图示出自行车，具有集成在框架内的牵引元件传动装
置，
图4a以分解图示出牵引元件传动装置， 图4b以透视图示出牵引元件传动装置，
图5a示出牵引元件传动装置，没有换档控制装置、壳体、牵引元 件和牵引元件盘，
图5b以分解图示出牵引元件传动装置，没有换档控制装置、壳体、牵引元件和牵引元件盘，
图6a以分解图示出从动轴组件的结构，
图6b以透视图示出从动轴组件的结构，
图7a以分解图示出牵引元件盘在主动轴和从动轴上的结构，
图7b以透视图示出牵引元件盘在主动轴和从动轴上的结构，
图8a以分解图示出牵引元件组件，
图8b以透视图示出牵引元件组件，
图9a以分解图示出换档装置，
图9b以透视图示出换档装置，
图10a示出在从动轴内部的换档过程一一第一位置，
图10b示出在从动轴内部的换档过程——第二位置，
图10c示出在从动轴内部的换档过程——第三位置，
图lla示出单向离合齿的位置一一去接合，
图llb示出单向离合齿的位置一一接合，
图llc示出单向离合齿的位置_—初始位置，
图12a示出传动装置在负载下的视图，
图12b示出传动装置无负载时的视图。
具体实施例方式
下面描述的实施方式例如使用牵引元件传动装置作为级传动。但 所述的机构同样可以用于齿轮传动装置。
图1以侧视图示出具有新型的传动装置的摩托车。可看到内燃机 44以传统的位置安装在油箱45下方并且由管框架46包围。在管框架 46上支承平衡杆2。后轮12位于平衡杆2的端部上。在简图中可看到 所有常见的摩托车部件，但是不再进一步详细描述这些部件。在传动 装置壳体43内部的新型传动装置在行驶方向上位于曲轴后面。输入轴 7通过未示出的初级传动与平行的曲轴连接。输出轴8具有未示出的 从动小齿轮4,该从动小齿轮将转矩通过链条11传递到后轮12。
图2示出本发明在机动车辆内的实施。示意示出各驱动部件。在
15该俯视图中存在横向于行驶方向安装的传统的发动机44。在传动装置 壳体43内部的新型传动装置以输入轴7直接连接至曲轴。输出轴8 将转矩传到差动传动装置47。由此驱动两个前轮48。辅助机组49如 发电机、用于伺服转向的液压泵、冷却风机和类似设备可以通过该新 型的牵引元件传动装置驱动。所有这些应用领域在过去难以实施为可 控的牵引元件传动装置，因为没有适合的牵引元件供使用。通过引入 新型的牵引元件、尤其是引入新型的齿形带，现在可以制造具有功率 重量比的传动装置，该传动装置等同于、甚至优于传统地由钢构成的 圆柱齿轮传动装置或行星齿轮传动装置。下面借助于自行车描述详细 的技术设计。
图3以侧视图示出自行车，在该自行车的框架l内，新型的牵引 元件传动装置设置在具有脚踏曲柄5的传动装置壳体43内部。后轮平 衡杆2固定在铰链上，而减振元件3固定在框架或在传动装置壳体上。 输入轴7和输出轴8由传动装置壳体43引导出来。输入轴7与脚踏曲 柄5连接。在壳体部件43外部，从动小齿轮4固定在输出轴8上，通 过该从动小齿轮经由链条11驱动后轮12。壳体部件43在这里例如安 装在鞍座管10与下部管9之间。后轮12以常见的方式和方法支承在 平衡杆2的终端部中。
下面借助于图4至12详细描述新型牵引元件传动装置的示例性实 施例。新型牵引元件传动装置18安装在多件式的壳体43内，如图4a 和4b所示，该壳体由右侧和左侧的壳体盖13和14以及壳体中间部件 15组成。在壳体盖13和14中设置有平衡杆支承容纳部20和19，它 们构成与后轮平衡杆2 (不可见)的连接。在其上面能旋转地支承从 动小齿轮组件6。两个换档控制装置16和17位于从动小齿轮组件6 外部。在壳体部件13和14中并与输入轴7同轴地支承脚踏支承偏心 件21和22。脚踏曲柄5位于脚踏支承偏心件21和22的左侧和右侧， 这两个脚踏曲柄通过六角容纳部抗旋转地与牵引元件传动装置18固 定并因此可以传递转矩。
图5详细示出新型牵引元件传动装置的壳体支承结构。在输入轴7上设置有球轴承26，其中该球轴承又设置在脚踏支承偏心件壳体50 和51中。压紧环27和28位于偏心件壳体50和51内部，这些压紧环 用作球轴承26的间隔垫。此外，固定环37位于左侧，它防止球轴承 侧向滑动。在两侧，在脚踏支承螺母36上安装有密封件40和密封套 圏39，它们保护牵引元件传动装置18免受环境影响。偏心件壳体50、 51通过五个螺钉29固定在壳体盖13和14(不可见)上。通过脚踏支 承偏心件21和22的能旋转的固定可以改变输入轴7与输出轴8的轴 距。在两侧，驱动曲柄5通过六角容纳部固定在轴上并且还通过长螺 母35和位于轴内的拉杆24固定。
从动轴8位于新型牵引元件传动装置18内部并且在两侧通过深沟 球轴承25和轴承止推环55支承在平衡杆支承容纳壳体52和53内部。 五个螺钉38将这两个平衡杆支承容纳部19和20固定在未示出的壳体 盖13和14上。
免受外部环境影响(如污物和水)的保护通过同样位于平衡杆支 承容纳壳体52和53内的密封件40和密封套圏39实现。三个在图5a 中只局部可见的多齿轴23位于从动轴8内部，这些多齿轴将转矩通过 小齿轮法兰31继续传导到从动小齿轮4上。通过三个螺钉30实现从 动小齿轮4与小齿轮法兰31的连接。为了使从动轴8轴向固定在壳体 43中，借助于旋到上述的多齿轴23上的三个螺母32，终端罩54在左 侧将深沟球轴承25以及轴承止推环41固定至平衡杆支承容纳壳体52 和53。
在图6a和图6b中示出各牵引元件盘60和61在主动轴7和从动 轴8上的结构。脚踏支承轴7通过花键轴轮廓抗旋转地与主动牵引元 件盘60相连接并因此被防止径向移动。平挡圏59用作间隔垫并且在 运行期间确保主动牵引元件盘60相对于牵引元件66的轴向位置。从 动牵引元件盘61与主动牵引元件盘60叠合地支承在输出轴8上。牵 引元件组件56包围相应所属的牵引元件盘60和61。
牵引元件盘60和61在尺寸和布置方面选择成，使得各个档位可 以均匀分级。各主动牵引元件盘60分别以下面的顺序和齿数34、 31、41、 38、 40、 45和49相应地位于脚踏支承轴7上。各从动牵引元件 盘61以下面的顺序和齿数34、 27、 31、 25、 23和22固定。这些齿 数只示例性地被选择用于为了解释结构，并且同样可以不同地选择。 根据哪个从动牵引元件盘与从动轴通过还要描述的机构联接，得到在 主动轴与从动轴之间的不同的传动比。在有利的实施方式中，牵引元 件构造成纤维加强的齿形带。
在图7a和图7b中示出从动轴组件65的结构。在这三个多齿轴 23上，分别在各从动牵引元件盘61之间支承单向离合齿(飞轮齿) 58。单向离合齿58在多齿轴23上的运动通过在该图中不可见的换档 部件87控制。轴向花键96被装入在从动轴8中，用于轴向确保各深 沟球轴承62的内圏并且将它们间隔地保持在轴的确定位置上。在各球 轴承的内圏之间，从动轴8具有凹陷部，单向离合齿58可以在这些凹 陷部中执行翻转运动。通过该翻转运动可以在单向离合齿与单向离合 体63的内啮合齿部之间建立形锁合的连接。这些单向离合体63与球 轴承62的外圏连接并且以这种方式能旋转地支承在轴上。单向离合体 63本身又抗旋转地并与从动牵引元件盘61连接。通过这种方式将主 动轴7的转矩能选择地通过不同的牵引元件66继续传导到从动轴8。
在图8a和图8b中可看到牵引元件组件56的详图。牵引元件导向 装置68例如借助于压紧支承69将牵引元件66压向牵引元件盘60和 61的方向。嵌入盘69确保至固定装置68的距离并且螺钉67将压紧 支承69固定在牵引元件导向装置68上。在有利的实施方式中，牵引 元件在其结构方面设计成，只需一个压紧支承用于将牵引元件压成肾 形轮廓。
在图9a和图9b中详细解释换档控制装置16、 17的结构。两个牵 引壳体86在外面旋紧在传动装置壳体43上并且通过牵引盖80封闭， 并通过一牵引绳索76处于连接。换档部件87在中间与牵引绳索76 轴向连接，并且为了保证换档部件的能旋转性而借助两个径向球轴承 89支承。牵引绳索76通过支承在销78上的转向轮90在未示出的从 动轴8内部在两侧导引至牵引巻轴72。牵引巻轴72支承地位于两个
18牵引壳体86内部。另两个牵引绳索77和76同样被导入到牵引壳体86中并且用于控制导杆的转换。两个牵引绳索76和77在牵引巻轴72的圆周上的两个平行槽内延伸并且通过夹紧螺钉88或通过圆柱形的端部体固定。通过牵引巻轴的旋转以这种方式巻绕或退巻牵引绳索，并且在这里换档部件87在未示出的从动轴8内部轴向运动。为了使换档部件87可以在从动轴8内部仅占据确定的、能重复的位置，用于锁定杆73的锁定凹陷部位于牵引巻轴72的圆周面上。螺旋扭力弹簧74将在锁定杆73上的径向球轴承75压靠到牵引巻轴72的波形表面上。通过牵引巻轴72上的凹处，该牵引巻轴可以仅在确定的角位置上占据静止位置。螺旋扭力弹簧74位于销81上的滑动轴承83上。嵌入盘84确保径向球轴承75到牵引盖80的距离，该牵引盖用螺钉82固定在牵引壳体86上。要注意，径向球轴承70在牵引巻轴72的内部能实现巻轴的旋转运动并且一固定环71确保该轴承不移动。因为牵引绳索76也必须被引导通过未示出的从动小齿轮组件6，所以空心的专用螺栓34是必需的，该专用螺栓位于密封环85内部并且通过螺母33固定。因此，通过该整体结构，使用者可以借助于牵引绳索77使换档部件87在未示出的从动轴8内部在轴向上运动到七个能重复的位置上。如果注意到这种情况，即在换档部件87上附加地在三侧分别设置五个磁铁79，则使用者可以在从动轴8内部调节七个能重复的磁场。换档部件87包括位于其上的磁铁79在下面也称为控制滑阀100。
在图7b内示出剖切平面A。图10a示出在两个牵引元件盘61之间的、从动轴在该平面A中的剖面图。为每个齿形带盘61装配一个带有内啮合齿部的单向离合体63。可看到三个单向离合齿58对称地设置在单向离合体63内部并且能翻转地支承在多齿轴23上。各单向离合齿58在该图10a中以未接合的状态示出。单向离合齿58的接触面B"去联接地"与单向离合体63的内啮合齿部隔开一定距离。剖切的从动轴8在从动轴8与单向离合齿58之间的止挡面上支承小的吸持磁铁92，这些吸持磁铁使各单向离合齿本身在来自外部的干扰时(振动等)时持续地保持在去联接的状态。在这里前提当然是，单向离合齿51由磁性材料制成。换档部件87在该图中在中间可以看到并且没有示出牵引绳索76。同样与中心点对称地，在换档部件87内部设置有矩形的磁铁79。其磁场在该构型中向外推三个单向离合齿磁铁91。因为单向离合齿磁铁91固定地嵌入到单向离合齿58中，所以通过这种方式控制这三个单向离合齿58的翻转运动。各多齿轴优选由钢制成并且将转矩直接传递到从动小齿轮组件6。由此使过度的材料应力远离从动轴。单向离合齿磁铁91和磁铁79的两侧的负极在图10a内通过负号示出。因此，图10a的该状态可称为"磁性去接合"。
图10b同样示出在两个牵引元件盘61之间的、从动轴在平面A内的剖面图。在这里也可看到三个单向离合齿58对称地设置在单向离合体63内部并且能翻转地支承在多齿轴23上。但单向离合齿58在该图10b中以接合的状态示出。单向离合齿58的接触面B "联接地"与单向离合体63的内啮合齿部处于形锁合的连接。设置在从动轴8内部的吸持磁铁92在该位置不接触单向离合齿。转换部件87在该图中在中间可以看到并且没有示出牵引绳索76。同样与中心点对称地，在换档部件87内部设置有矩形磁铁79。其磁场在该构型中向内吸引这三个单向离合齿磁铁91。因为单向离合齿磁铁91固定地嵌入到单向离合齿58中，所以通过这种方式控制所述三个单向离合齿58的翻转运动。单向离合体63的内啮合齿部设计成，使得只有当牵引元件盘61在顺时针方向上旋转时，单向离合齿才能传递转矩。在逆时针方向旋转时，该结构空转运行。在图10b中通过正号和负号示出磁铁相互吸引的情况。因此，图10b的该状态可以称为"磁性联接"。
图10c同样示出在两个牵引元件盘61之间的、从动轴在平面A中的剖面图。在这里也可看出三个单向离合齿58对称地设置在单向离合体63内部并且能翻转地支承在多齿轴23上。但各单向离合齿58在该图10c中与在图10a —样以去接合的状态示出。单向离合齿58的接触面B"去联接地"与单向离合体63的内啮合齿部隔开一定距离。
向离合齿58，并将它们固定地保持就位。在这里，换档部件不是位于
20单向离合齿58下方，而是轴向偏移地位于另一牵引元件盘内部。因此， 图10c的该状态可称为"自由去接合"。要注意，该离合机构原则上可 以设置在传动装置的每个轴上。在这里示例地示出在输出轴上的离合 机构。
换档过程例如在图lla、 llb和llc中详细示出。图lla纵向截切 地示出从动轴8，包括七个离合机构，没有单向离合体63并且没有牵 引元件盘61。已经在图9中描述的换档控制装置限于对换档部件87 的阐述，在该换档部件中插入有磁铁79。这些磁铁的极性通过正号和 负号示出。同样可看出三个多齿轴23中的两个，它们在下面通常也称 为钢轴。在这些多齿轴23上，单向离合齿58可以执行翻转运动。一 般而言，在这里在内部至少一个构件相对于啮合齿部能旋转或能移动 地支承。
中间的磁铁97以其正的一侧对准单向离合齿地固定地插入到换 档部件87中。换档部件87在该图示中正好居中地位于接合的单向离 合齿93下方。单向离合齿磁铁91以其负极指向换档部件97，并由此 被吸引。由此通过单向离合齿的摇杆形式将在图10a中所示的接触面 B压到未示出的单向离合体的内啮合齿部中。通过这种方式，在输入 轴与输出轴之间通过该形锁合的离合机构建立抗旋转的连接。或者一 般而言，在离合机构内部至少一个构件可以在啮合齿部中占据形锁合 的位置。在换档部件87的两个外棱边上同样插有磁铁98，但它们以 其负的一侧在单向离合齿93方向上定向。通过该定向使单向离合齿磁 铁91以其负极被换档部件97排斥并且通过这种方式有效地去联接。 所谓的相交磁铁(tberschneidungsmagnet) 99紧靠负极的磁铁98旁 边，这些相交磁铁以其正的一侧对准单向离合齿地牢固地插入到换档 部件87中。相交磁铁99在该图lla中对单向离合齿58、 93和94没 有影响。因此，在该图lla中第二档位从左侧挂上。另外要注意，换 档部件在该图lla中位于一锁定点上，并且因此第二档处于啮合的状 态。
图lib示出从该二档到三档的换档过程。如果从左侧观察第三单向离合齿94,则三档的接合过程与该单向离合齿94的翻转运动意义 相同。同样在图lib中可看到在其向右运动期间的换档部件87。 一旦 换档部件87已经走过一定的行程，相交磁铁99已经引起单向离合齿 94的接合过程。但是在这种状况下，单向离合齿93总还是处于啮合。 因为由于在各个级传动内部的不同的传动比两个单向离合齿不能传递 力，在该瞬间这两个单向离合齿93和94中的一个以其空程功能工作 并且对于用户无感觉地在内啮合齿部中跳跃。但在此重要地表明，传 动装置由于此原因不能占据空转位置。另外要注意，换档部件在该图 lib中不位于锁定点上并且通过在图9中所述的机构被强制占据在图 lie中所示的位置。
图lie示出从二档到三档的结束的换档过程。如果从左侧观察第 二单向离合齿93，则它被在换档部件上的负极的磁铁从单向离合体的 形锁合中压出来。 一般而言，在这里在离合机构内部至少一个构件可 以相对于啮合齿部隔开距离地占据一位置。在图llc中同样可看到换 档部件87再次正好居中地在其在第三单向离合齿94下方的锁定位置 中。因此结束换档过程。在此示例地以七档多级传动装置为例示出， 通过本发明可以实现在负载下的能换档性以及在静止时的能换档性。 同样清楚的是，无意的挂上空转同样是不可能的。因此，图ll示例地 示出，本发明的特征有利地还在于，在两个相同极性的磁场相向运动 之后，至少一个构件相对于啮合齿部隔开距离地占据一位置。
图12示出传动部，具有牵引元件66和驱动用牵引元件盘60以及 从动用牵引元件盘61。优选地，牵引元件66构成为齿形带以及牵引 元件盘60和61构成为齿形带盘。但该情况在该图中未示出。图12a 示出处于受载状态的传动部。
可看出，压紧支承9在该负载状态下不接触牵引元件。这防止齿 形带在齿形带轮上的跳跃，因为负载的加大导致缠绕角的增大并且也 导致空载分支的增强的凹形拱曲。但是没有负载时，如在图12b中所 示，齿形带试图通过其固有张力在工作分支和空载分支中引起形成凸 形形状。但这在空载分支侧通过压紧支承被防止。一般而言，在无负载旋转期间通过至少一个构件将牵引元件压成
类似肾的形状。在工作分支侧，在图12b中可清楚地看出，带实现其 凸起形状。
以有利的方式这样来防止齿形带在齿形带盘上的跳跃，即，牵引 元件的类似肾的形状在负载作用下通过工作分支的直的形状和通过空 载分支的增强的凹形拱曲形成。当负载沖击和扰动从外部作用到传动 装置上时，这可能导致齿形带从齿形带轮上抬起。在图12a和12b中 用阴影示出这样的区域，这些区域在空载分支侧上无接触地在齿形带 紧邻附近形成附加的导向装置并且类似于齿形带外轮廓地成形。这些 导向装置防止齿形带完全从齿形带盘中脱出，并且因此防止由于压紧 滚轮与齿形带盘之间的挤压作用损害带。
附图标记清单
1主框架
2后轮平衡杆
3减振元件
4从动小齿轮
5脚踏曲柄
6从动小齿轮组件
7主动轴/输入轴
8从动轴/输出轴
9下部管
10鞍座管
11链条
12后轮
13壳体盖，右侧
14壳体盖，左侧
15壳体中间部件
16换档控制装置，右侧
2317换档控制装置，左侧
18牵引元件传动装置
19平衡杆支承容纳部，左侧
20平衡杆支承容纳部，右侧
21脚踏支承偏心件，右侧
22脚踏支承偏心件，左侧
23多齿轴
24拉杆
25深沟球轴承
26深沟球轴承
27压紧环，右侧
28压紧环，左侧
29螺钉
30螺钉
31小齿轮法兰
32螺母
33螺母(换档装置)
34专用螺栓(换档装置)
35长螺母
36脚踏支承螺母
37固定环
38螺钉
39密封套圏
40密封件
41轴承止推环
42深沟球轴承
43牵引元件/传动装置壳体部件
44内燃机
45油箱
2446管框架
47差动传动装置
48前轮
49辅助机组
50脚踏支承偏心件壳体，右侧
51脚踏支承偏心件壳体，左侧
52平衡杆支承容纳壳体，右侧
53平衡杆支承容纳壳体，左侧
54终端罩
55轴承止推环
56牵引元件组件
57螺钉
58单向离合齿
59平挡圏
60牵引元件盘(主动)
61牵引元件盘(从动)
62深沟球轴承
63单向离合体
64从动轴组件
65主动轴组件
66牵引元件
67螺钉
68牵引元件导向装置
69压紧支承
70径向球轴承
71固定环
72牵引巻轴
73锁定杆
74螺旋扭力弹簧75径向球轴承(小) 76牵引绳索(传动装置) 77牵引绳索(换档杆) 78销
79磁铁(转换部件)
80牵引导向盖
81销
82 螺钉
83滑动轴承
84 嵌入盘
85 密封环
86 牵引壳体 87转换部件
88 夹紧螺钉
89 径向球轴承
90 转向轮
91 单向离合齿磁铁
92 吸持磁铁 93单向离合齿 94单向离合齿
95 磁铁
96 轴向花键
97 具有正极的磁铁 98具有负极的磁铁 99相交磁铁
100控制滑阀
权利要求
1.用于车辆或用于应用在传动技术中的牵引元件传动装置，具有支承在机架上的输入轴和输出轴，其中输入轴和输出轴从机架中引导出来，具有以下特征a)在输入轴与输出轴之间设有多个带有传动齿轮的传动部，所述传动部构造成牵引元件传动装置；b)所有传动齿轮在运行期间持续旋转；c)位于输入轴与输出轴之间的传动部构造成带有作为牵引元件的齿形带和带有作为传动齿轮的齿形带盘的牵引元件传动装置；d)牵引元件通过芳族聚酰胺、凯夫拉尔、碳纤维或其它纤维材料加强；其特征在于，e)牵引元件在无负载地在齿形带轮上旋转期间被至少一个构件压成类似肾的形状，而在负载作用下该构件不接触牵引元件；f)牵引元件的类似肾的形状在无负载旋转期间通过工作分支的凸形拱曲和通过空载分支的凹形拱曲形成；以及g)牵引元件的类似肾的形状在负载作用下通过工作分支的直的形状和通过空载分支的增强的凹形拱曲形成。
2. 如权利要求1所述的多级传动装置，其特征在于，所述传动齿 轮能旋转支承地位于输入轴或输出轴上，所述传动齿轮能通过适合的 机构抗旋转地与轴连接。
3. 如权利要求2所述的多级传动装置，其特征在于，在离合机构 内部至少一个构件相对于啮合齿部能旋转或能移动地支承。
4. 如权利要求3所述的多级传动装置，其特征在于，在离合机构 内部至少一个构件能在啮合齿部中占据形锁合的位置。
5. 如权利要求3所述的多级传动装置，其特征在于，在离合机构 内部至少一个构件能相对于啮合齿部隔开距离地占据一位置。
6. 如权利要求1所述的多级传动装置，其特征在于，至少一个构件在离合机构内部具有带有磁性北极和南极的永久磁铁的特性。
7. 如权利要求1所述的多级传动装置，其特征在于，所述离合机 构的状态通过在离合机构内部或紧邻附近的附加磁场的改变而改变。
8. 如权利要求l所述的多级传动装置，其特征在于，在至少一个 换档过程期间同时改变至少两个离合机构的状态。
9. 如权利要求l所述的多级传动装置，其特征在于，至少一个离 合机构只能在一个旋转方向上传递转矩。
10. 如权利要求3所述的多级传动装置，其特征在于，在两个相 同极性的磁场相向运动之后，至少一个构件相对于啮合齿部隔开距离 地占据一位置。
11. 如权利要求3所述的多级传动装置，其特征在于，所述形锁 合的离合机构通过能啮合到啮合齿部中的各单向离合齿形成。
12. 如权利要求11所述的多级传动装置，其特征在于，所述啮合 齿部构造成内啮合齿部。
13. 如权利要求11所述的多级传动装置，其特征在于，所述单向 离合齿对称于啮合齿部地设置。
14. 如权利要求11所述的多级传动装置，其特征在于，所述单向 离合齿能翻转地支承在离合机构所在的轴内部的钢轴上。
15. 如权利要求3所述的多级传动装置，其特征在于，至少一个 离合机构由永久磁铁和钢构件组成。
16. 如权利要求7所述的多级传动装置，其特征在于，所述磁场 的改变通过永久磁铁沿着离合机构所在的轴的旋转轴线的轴向移动实 现。
17. 如权利要求16所述的多级传动装置，其特征在于，永久磁铁 的所述轴向移动在空心的从动轴内部进行。
18. 如权利要求16所述的多级传动装置，其特征在于，永久磁铁 的所述轴向移动在输入轴外部进行。
19. 如权利要求16所述的多级传动装置，其特征在于，轴向移动 的所述永久磁铁为此插入到控制滑阀构件中。
20. 如权利要求19所述的多级传动装置，其特征在于，所述永久 磁铁以不同的极性插入到控制滑阀构件中。
21. 如权利要求19所述的多级传动装置，其特征在于，支承结构 位于所述控制滑阀构件内部。
22. 如权利要求19所述的多级传动装置，其特征在于，所述控制 滑阀构件为了轴向运动而与一牵引元件处于连接。
23. 如权利要求19所述的多级传动装置，其特征在于，所述控制 滑阀构件在它的相对于轴的轴向运动之内占据各锁定点。
24. 如权利要求14所述的多级传动装置，其特征在于，通过永久 磁铁保持所述单向离合齿在钢轴上的翻转的位置。
25. 如权利要求24所述的多级传动装置，其特征在于，所述永久 磁铁插入到离合机构所在的轴中。
26. 如权利要求2所述的多级传动装置，其特征在于，在轴与传 动齿轮之间的形锁合的抗旋转的连接能借助于在时间上在去联接之前 储存在磁场中的能量取消。
27. 如权利要求7所述的多级传动装置，其特征在于，在离合机 构内部或紧邻附近的附加/P兹场的改变通过电》兹4失进行。
28. 如权利要求1所述的多级传动装置，其特征在于，所述传动 装置的机架构造成封闭的壳体。
29. 如权利要求1所述的多级传动装置，其特征在于，所述纤维 材料用聚氨酯包围。
30. 如权利要求1所述的多级传动装置，其特征在于，所述牵引 元件在换档过程期间改变它们的带张力。
31. 如权利要求1所述的多级传动装置，其特征在于，所述牵引 元件在换档过程期间改变它们在齿形带轮上的缠绕角。
32. 如权利要求1所述的多级传动装置，其特征在于，将牵引元 件压成肾形形状的至少一个构件构成为滚轮。
33.如权利要求1所述的多级传动装置，其特征在于，在空载分支侧，附加的导向装置无接触地位于齿形带的紧邻附近并且类似于齿 形带外轮廓地成形。
全文摘要
一种用于车辆或用于应用在传动技术中的牵引元件传动装置，具有支承在机架(43)上的输入轴(7)和输出轴(8)，其中输入轴和输出轴从支架中引导出来，具有以下特征a)在输入轴与输出轴之间设有带有传动齿轮(60，61)的传动装置，该传动装置构造成牵引元件传动装置；b)所有传动齿轮在运行期间持续旋转；c)位于输入轴与输出轴之间的传动装置构造成带有作为牵引元件的齿形带(66)和带有作为传动齿轮的齿形带盘的牵引元件传动装置；d)牵引元件通过芳族聚酰胺、凯夫拉尔、碳纤维或其它纤维材料加强；其特征在于e)牵引元件在无负载地在齿形带轮上旋转期间被至少一个构件(68)压成类似肾的形状，而在负载作用下该构件不接触牵引元件；f)牵引元件的类似肾的形状在无负载旋转期间通过工作分支的凸形拱曲和通过空载分支的凹形拱曲形成；以及g)牵引元件的类似肾的形状在负载作用下通过工作分支的直的形状和通过空载分支的增强的凹形拱曲形成。
文档编号B62M1/36GK101668676SQ200880012752
公开日2010年3月10日 申请日期2008年3月20日 优先权日2007年3月21日
发明者卡尔海因茨·尼古拉, 阿瑟·杰克·克拉克 申请人:盖茨公司