具有承载结构和过载保护装置的换挡机构滚子的制作方法

1.本发明涉及一种用于自行车换挡机构的链条滚子。
2.下文也称换挡机构滚子的同类型链条滚子用于自行车链式换挡装置的后自行车换挡机构，并且在该处为链罩配置的功能性组成部分，其也被简化地称为换挡机构罩或链罩。后自行车换挡机构的链罩配置包含通常布置在链罩的两个导向板之间的上链条滚子和下链条滚子。
3.其中，上链条滚子承担对链条的运行至小齿轮飞轮的空链股的导引任务，以特别是精确控制小齿轮飞轮的不同小齿轮之间的换挡。下链条滚子承担容置多余的链条长度的任务，以及在所有操作条件下尽可能可靠地将链条的空链股导入换挡机构的任务。
4.本发明既可以应用于上链条滚子，又可以应用于下链条滚子。


背景技术：

5.传统的换挡机构滚子大多以注塑法由塑料制成，且通常包含用于以可低摩擦地旋转的方式紧固在链罩中的球轴承。注塑法能够低成本地制造换挡机构滚子，其中以这种方式同样可以在换挡机构滚子上成型复杂的几何形状。
6.球轴承通常在链条滚子的这个初级成型中就已经被注塑包封进而成型在链条滚子中，从而节省了形成轴承配合和用于轴承装配的成本。塑料制成的换挡机构滚子的特征还在于较强的运转平稳性。为此，当链节在操作中径向地撞击在滚子上时，滚子材料的阻尼特性起决定性作用。
7.这个结构的链条滚子的缺点在于较小的刚度以及收缩过程所引起的制造公差。这些缺点特别是在链条滚子的直径较大的情况下尤为明显。
8.塑料制成的链条滚子的另一缺点在于，链条滚子的轴承区域与轮齿区域之间的承载结构质量较大且经常开裂，但几乎没有任何空隙。传统链条滚子的这个承载结构在结构上是由基于给定的结构空间和结构要求的材料特性产生的。
9.实践表明，特别是在气候条件不利的情况下，沉积物和污染物会在传统链条滚子的这种承载结构的区域内积聚。这样就会增加磨损、因摩擦而减小传动效率，以及因异物夹在换挡机构滚子与链罩之间而产生换挡滚子完全卡住的危险。
10.整体而言，以注塑法制成的塑料换挡滚子会产生以下缺点：
11.1.侧向刚度较小
12.2.节圆直径和侧向偏摆的精度较低
13.3.脏污严重时的自清洁功能较弱
14.4.缺点1
‑
3随着换挡滚子直径的增大而增强。
15.这类链条滚子的优点是：
16.1.成本较低
17.2.制造复杂齿形时的设计自由度
18.3.噪声排放较少。
19.替代地，换挡机构滚子以切削加工制成，其中大多采用铝合金。即使在采用具有轮辐状承载结构的较大链条滚子的情况下，这类铝合金的相较于塑料而言明显更大的弹性模量同样能改善侧向刚度。这类较大的链条滚子不仅因运转平稳且摩擦较小，还因其外观而越来越受欢迎。
20.即使在链条滚子相对较大的情况下，同样可以极为精确地以切削加工制成对链条啮合而言非常重要的节圆公差和横向偏摆公差。如此地制成的链条滚子的精度特别是在链条滚子、链条和换挡机构罩的复杂相互作用中有助确保换挡机构在不同的骑行状况下的无错操作。
21.这个结构的链条滚子的缺点在于成本较高、在实现复杂齿形时存在制造相关的限制，以及与塑料链条滚子相比，在骑行操作中因与链条的相互作用而产生较大的噪声。
22.在链条滚子在轮辐承载结构中具有原本期望的较大的材料缺口的情况下特别不利。如上所述，较大的材料缺口有助于自清洁且易于清洁。但实践证明，缺口的增大同样会导致相应长度和厚度的较大异物(特别是较小的树枝)进入缺口且链轮卡住的可能性增大。如果在这种情况下不立即停止踩踏，则可能会导致换挡机构断裂并且造成传动系和车架的其他后续损伤。
23.整体而言，由金属铣切而成的换挡机构滚子的主要缺点在于：
24.1.成本较高
25.2.特别是在较为复杂的轮齿几何形状中，设计可能性有限
26.3.噪声产生
27.4.因异物而卡住的危险。
28.这类由金属制成的换挡机构滚子的优点是：
29.1.侧向刚度较大
30.2.精确性
31.3.在开放式设计的承载结构中的良好的自清洁能力
32.4.技术上和外观上的设计自由度。


技术实现要素：

33.有鉴于此，基于前述现有技术，本发明的目的是提供一种克服前述缺点的用于自行车换挡机构的链条滚子。其中，特别是应保留上述两个结构的优点，也就是由塑料以及由金属制成的换挡机构滚子的优点。
34.本发明提供一种链条滚子，以达成上述目的，并提供进一步的优选实施方式。
35.同类型的链条滚子首先具有旋转轴承、齿圈连同构建在其上的轮齿，以及将旋转轴承的外圈与齿圈相互连接在一起的承载结构。下文中也将承载结构比喻为“骨架”。视具体应用范围和价格档次而定，可以将球轴承或滑动轴承用于旋转轴承。
36.链条滚子的特征在于，齿圈和承载结构由不同的材料形成，承载结构优选由金属形成，齿圈优选由塑料形成，其中齿圈与承载结构在径向和轴向上形状匹配地相连。
37.这样就能优选借助注塑与链条滚子的承载结构无关地以较高的设计自由度和精度制成齿圈，从而与链条最佳地且吸声地啮合，而链条滚子的优选由金属制成的承载结构带来较高的径向跳动精度、较强的侧向刚度和自清洁能力，且同样可以实现较高的设计自
由度。
38.其中，承载结构与齿圈之间的连接在径向以及轴向上均形状配合地固定，但在周向上优选构建为自由的或构建为可以摩擦配合地旋转运动的。
39.因此，如果链条滚子的承载结构或骨架例如因异物而相对于换挡机构罩卡住，那么通过链条驱动的齿圈就能以相应的摩擦力矩相对于承载结构继续旋转。这样链条滚子就能获得内置的过载保护，并且可以有效避免上文所描述的对换挡机构或传动系甚至对自行车车架的损伤。
40.链条滚子的承载结构与齿圈之间的连接优选设计为包覆成型。为此，可以将承载结构嵌入注塑模具的用于齿圈的空穴，随后用聚合物进行注塑包封或包覆成型，从而首先形成齿圈。其中，因是通过注塑包封链条滚子骨架来进行制造，由塑料制成的齿圈同样具有较高的精度和径向跳动精度，因为骨架的刚性承载结构使得齿圈的收缩相关的公差或形状变化大幅减少。
41.链条滚子优选配设有球轴承，其优选同样通过注塑包封与承载结构连接。轴承与承载结构之间的连接通过用聚合物一体式地围绕轴承的外圈注塑包封的轴承罩来实施，该轴承罩既形状配合地包围轴承的外圈，又形状配合地包围承载结构的内凹口，并且以这种方式将外圈与承载结构固定地相互连接在一起。
42.借助以这种方式注塑包封的轴承罩在轴承与承载结构间形成的连接会使得公差最小化、径向跳动良好并且增强链条滚子的负载能力。除球轴承外，这个实施方式也可以采用滑动轴承。
43.其中，承载结构优选构建为由金属片，特别优选由铝硬质合金制成的冲压件。这样也能实现特别是具有较大直径的链条滚子，其将较小的重量、良好径向跳动与较少的噪声产生以及美观的外观相结合。
附图说明
44.下面结合附图对本发明的实施方式进行示例性描述。
45.其中：
46.图1：现有技术中的后自行车换挡机构；
47.图2：图1所示自行车换挡机构中的根据现有技术的链条滚子；
48.图3：根据本发明的一个实施例的链条滚子；
49.图4：图2中的链条滚子的分解图；
50.图5和图6：图3和图4所示链条滚子的两个视图；以及
51.图7和图8：图3至6中所示链条滚子的两个剖视图。
具体实施方式
52.图1示出本身已知的具有链式换挡装置的自行车的后换挡机构2。可以看出具有可以紧固在自行车的车架后叉端上的b转向节bk的换挡机构2的常规结构，该b转向节通过换挡机构平行四边形与p转向节pk连接，该p转向节可以向一侧偏转以进行换挡。
53.此外，换挡机构2同样以已知方式具有链罩配置8。链罩配置8包括内导向板9和外导向板10、上链条滚子11和下链条滚子1。
54.链罩配置8可以围绕p转向节pk的轴线pa相对p转向节pk偏转，以及通过以已知方式包含在p转向节pk中拉伸弹簧被顺时针地施加弹簧负载，从而在链条中产生操作自行车传动系所需的张力。
55.图2示出图1中的换挡机构2的下链条滚子1，其中下文对现有技术以及对本发明的阐述同样合理地适用于图1中的换挡机构2的上链条滚子11。
56.可以看出布置在径向内部的轴承结构3、布置在径向外部的齿圈4连同构建在其上的轮齿5，以及将轴承或轴承外圈与齿圈4连接在一起的承载结构6。在这个由现有技术已知的链条滚子中，齿圈4连同轮齿5与承载结构6一起作为注塑件一体式构建。
57.特别是在链条滚子的直径较大的情况下，这个一体式构建方案的缺点已在上文对现有技术的描述中阐述过。其中特别是包括，侧向刚度和径向跳动精度较小，以及由于承载结构6区域内的缺口12因材料和制造条件而相对较小且同时较深且经常开裂，而无法实现最佳的自清洁。
58.图3示出根据本发明的链条滚子1的实施例。链条滚子1包括在此构建为球轴承3的轴承结构、齿圈4连同一体式构建在其上的轮齿5，以及将球轴承3与齿圈4连接在一起的承载结构6。在所示实施例中，承载结构6具有缺口12和轮辐13。
59.在图3所示的斜视图中，同样可以看出齿圈4以及构建在齿圈4上的轮齿5的区域内的复杂几何形状。这些几何形状特别是包括具有不同宽度的特殊齿形，以专用于容置链条内链板或链条外链板，以及用于链条引导和自清洁的其他几何元件。
60.图4示出图3中的链条滚子1的分解图。可以看出齿圈4连同一体式构建在其上的轮齿5、承载结构或骨架6以及球轴承3。骨架6的圆环形外区域连同与其形状匹配的凹槽在齿圈4的内周上的b处形成摩擦面，该摩擦面用作齿圈4与骨架6之间的旋转滑动离合器。
61.因此，如果骨架6在骑行期间例如因异物而卡住，那么在进一步踩踏时齿环4可以继续围绕静止的骨架6旋转，从而避免如本文开篇所述及的那样因换挡机构断裂而造成传动系或自行车车架受到严重损伤。这个优点特别是在具有电辅助驱动器的自行车中尤为明显，在这些自行车中起作用的驱动功率或驱动力矩往往更大，且在传动系中发现卡阻时，电辅助驱动器可能无法足够快速地断开。
62.图4还示出轴承罩7，其在此构建为一体式的注塑包封件。特别是结合图8可以看出，轴承罩7既形状配合地包围球轴承3的外圈14，又形状配合地包围骨架6的内凹口15，从而至少在轴向上相对骨架6固定地固设该球轴承。
63.骨架6的用于容置球轴承3的内凹口或轴承配合部15在其外周上具有附加的凹口16，由轴承3和骨架6的共同注塑包封形成的轴承罩7形状配合地穿过这些凹口。在注塑包封轴承3时，凹口16用塑料填满，从而形成轴承罩7的连接条18。轴承罩7包括通过连接条18一体式相连的两个半罩17。
64.在所示实施方式中，骨架6实施为由高品质铝硬质合金制成的简单冲压件。这样就能在制造成本较小的情况下实现极佳的制造公差。同时，骨架6的轮辐13和缺口12具有较高的设计自由度。由于骨架6的缺口12较大且构建为呈棱柱状贯通的，还能实现链条滚子1的良好的自清洁。其中，齿圈4的轮齿5的复杂自由表面可以与骨架6的设计无关地以高精度由塑料以注塑法制成。
65.在齿圈4的初级成形中，将骨架6嵌入注塑模具的空穴，并由齿圈4的材料注塑包
封。因此，骨架6与齿圈4之间的径向和轴向形状配合(参阅图8的b处)可以以低成本且精确配合方式形成。基于这个过程，骨架6与齿圈4在b处沿周向u的旋转摩擦连接(参阅图7和图8)同样与这两个构件的公差无关，而是可以在包覆成型时通过过程参数最佳地进行设定。通过齿圈4在注塑后的冷却过程中的收缩，在b处提供齿圈4与骨架6之间所需的用以确保该连接作为过载或滑动离合器的期望功能的压力。
66.图5和图6示出图3和图4所示链条滚子1在安装在图1所示换挡机构2或自行车上的安装状态下的侧视图和后视图。可以看出齿圈4连同一体式构建在其上的轮齿5、具有缺口12和轮辐13的承载结构或骨架6、球轴承3以及将球轴承3与骨架6连接在一起的轴承罩7。
67.图7和图8对应于图5和图6所示视图，但为剖视图。特别是可以清楚地在b处看出骨架6与齿圈4之间的连接。可以看出，由于骨架6在b处槽形地啮合在齿圈4的内周上(另见图4)，骨架6与齿圈4在径向r上以及在轴向a上形状匹配地固定相连，其中同时在周向u上，在骨架6与齿圈4之间存在旋转自由的，但因齿圈4在注塑包封后发生收缩而带有摩擦的连接。
68.图7中同样可以看到骨架6的轴承配合部15区域内的凹口16，这些凹口被轴承罩7的条边18充填并穿过，另见图4。
69.轴承罩7包括两个半罩17和条边18，其由轴承3和骨架6的共同注塑包封形成(参阅图3和图4以及对应的描述)，由此，轴承罩既形状配合地包围球轴承3的外圈14，又在骨架的轴承配合部15区域内形状配合地包围骨架6的内周，并且以这种方式在骨架6与轴承3之间提供固定连接。
70.优选地同时在单独一个共用模具中通过同时注塑包封轴承3和骨架6来制成轴承罩7和齿圈4，从而与特别是骨架6的构件公差无关地实现整个链条滚子1的最佳径向跳动。