专利名称：自行车后轮上的驱动单元的制作方法
技术领域：
本发明的主题是自行车后轮上的驱动单元，其具有复合链轮的齿轮和滚子链，其中复合齿轮安置在自行车后轮毂的空转体上。空转体由链盒毂套(Kassettennabe)的推动件或者可螺纹固定在毂套上的自由轮的外圈构成。它以可相对毂套轴线转动的方式支撑并且具有在向前转动方向上相对于毂套的转动连接机构并且可以在向后转动方向上相对于毂套自由转动。
背景技术：
后车轮上的齿轮是现代山地车和赛车的驱动系统的主要组成部件。目前所提供的复合链轮中拥有多达12个齿轮。齿轮属于承受高载荷的零部件并且是磨损件。传统齿轮在其内轮廓上具有接合构造(Mitnahmeprofil),在该接合构造上存在与链盒毂套的推动件或自由轮外圈的卡合连接。相邻齿轮在周向上的“相互对应”对于将链条从一个齿轮拨换到相邻齿轮有着决定性的意义，这样的对应关系根据齿轮的接合构造如何与推动件或者自由轮外圈接合得到。复合链轮的发展趋势是减轻重量。为了在满足基本要求的同时达成设定目标，齿轮由轻型材料制成，例如由铝制成。此时的缺点是，硬度较低并且构件表面承受压力的承载能力较低。这主要发生在承受压力的接触面的空间延伸尺寸还被缩小的场合中，就像在用于支持沿一条换挡路径的变速换挡功能的不同类型换挡辅助手段时那样。换挡路径沿着从一个齿轮到相邻齿轮的滚子链延伸，确切说，不仅用于将链条从小齿轮拨换到相邻的大齿轮，而且也用于从相邻的大齿轮拨换到相邻的小齿轮。此时省掉了这样的表面部分，其对于驱动滚子链的滚子和传递载荷的齿面之间的配合和接触而言是必需的。在被削弱的齿上不利地出现较大磨损，磨损在使用例如铝制齿轮情况下很快超出极限值，超出极限值无法再保证齿轮按规定运行。
发明内容
因此，本发明的任务是给由比钢材更柔软的材料制造的齿轮配设换挡辅助手段，使得只出现还能容忍的磨损。如此完成该任务，即，换挡辅助手段设置在与滚子链啮合的多个齿上，从而在接触面上没有或者只出现最轻微的损害。该做法基本原理是，只能在规定情况下拨移滚子链，该滚子链由交替布置的外链板节和内链板节构成。在由钢制成的传统齿轮中，当在变速换挡中外链板节和内链板节都在轴向上与一个标准齿相邻时，就是说当存在两种不同的“链板节-齿-对应”(Kettenlaschen-Zahn-Zuordnungen)时,换挡辅助手段允许这样的变速换挡操作。与此不同，利用本发明的做法，在会遇到小齿轮的齿和相邻大齿轮的齿之间的有利相对位置的周向位置上，没有针对两种链板-齿-对应提供换挡路径，此时上述齿相互间隔一定间距，该间距对应于链距的整数倍。在本发明齿轮中，只在一个内链板节贴靠标准齿时，才允许变速换挡操作。
“通过结合换挡路径的相应设计或者在有利的相对位置省掉换挡路径，避免了链条以外链板节啮合在有利定位的标准齿上”的做法已经被实现在复合链轮上，但其设定目的与本发明不同。在EP I 522 490中，有意地如此构成某个齿，使得没有出现与外链板节的外链板的啮合。该齿因为就其距在小齿轮上尚处于啮合的最后一个齿的距离来说满足条件而非常适于使链条外链板与该齿啮合。利用这样的设计远离，可以代替唯一的但大的压印，在齿轮上设置作为换挡路径一部分的许多压印，既针对外链板相对相邻齿的对应情况，也针对内链板布置在齿上的情况。在EP I 188 658中，在一个齿轮上的一个位置上(用于从相邻小齿轮拨换到相关齿轮的换挡路径位于该位置)，完全放弃了该换挡路径，以便为从相关齿轮至相邻小齿轮的 换挡路径的设置提供地方。与之不同，在本发明的齿轮设计中力求获得大的表面用于链条滚子和负载齿面的接触。为此，这些齿轮齿通常在垂直于其主延伸平面的方向上很厚，这些齿的承载齿面沿着换挡路径的削弱被减小到最低程度。此外，该换挡路径只针对这样的啮合情况来设计，S卩，内链板节对应于标准齿。在外链板节对应于该标准齿的其它情况下，通过齿的设计结构来避免链条移位到该齿轮上。为此，标准齿具有防止外链板啮合的倒棱。在本发明的齿轮设计结构中，在链条从小齿轮切换到大齿轮时，外链板节通过凹面的边缘径向朝内地支撑在标准齿上并且被提升到更高的径向高度。凹面没有延伸到承载齿面，而且没有影响承载齿面。在滚子链和标准齿在没有变速换挡操作的正常啮合时(此时在链条滚子和承载齿面之间出现接触并且传递力)，据此提供了大的接触面积。凹面的边缘在优选实施方式中一直延伸到齿尖。该凹面在周向上具有到达在转动方向上跟随于后的下一个齿的延伸尺寸。用在转动方向的反方向上跟随的多个齿的设计来补充该构型，在这些齿上只在沿径向在链条滚子和承载齿面之间的接触面之外设置一些凹槽。在本发明的凹面和凹槽与US 5，464，373和US 5，876，296中的凹面之间存在单纯的形状相似，但在上述两篇文献中，凹面的设置导致了链条滚子和承载齿面之间的接触面的显著缩小。关于DE 44 18 407，也出现与链条外链板在凹面边缘上支撑相关的相似状况。但在这里也没有力求保持不受损害的承载齿面。
以下将描述本发明齿轮的优选实施方式，附图具体示出图I示出本发明的齿轮，其中下图从下一个小齿轮侧观察，中间图是从径向外侧观察，上图从背对该相邻小齿轮的那一侧观察，图2从背对相邻小齿轮那一侧倾斜观察示出根据图I的齿轮，图3示出常用的滚子链，左侧视图是平行于链板延伸平面的方向观察的，右侧视图是沿着平行于链销中心轴线的方向观察的。
具体实施例方式在图I中可以看到在齿轮的平面侧12上的凹面14，在这里，该平面侧12朝向较小相邻齿轮侧。凹面14的边缘15 —直延伸到标准齿的齿尖16。标准齿被称为支撑齿17，因为它支撑链条。在那里，图3所示的、与链销10中心轴线同轴的外链板8外圆28放置在凹面14中，并且在有相应的力施加时也相对于齿轮I径向朝内支撑。沿着边缘15走向的条带状表面具有垂直于齿轮I平面侧12的相应宽度，该宽度对应于该凹面的深度。外链板在滚子链2滚入所观察的齿轮I时来到此位置。凹面14的深度可以朝向一端递减。该凹面的纵向延伸尺寸对应于这样一个空间，所述空间是在换位时倾斜设置的外链板8所要求的。在所示的实施例中，凹面14从支撑齿17起经过在转动方向D上在后的转向齿18，一直延伸到后续的齿的承载齿面4。在滚子链节5、6在齿轮齿上的啮合过程中，链节从径向外侧先后移动至带有凹面14边缘15的支撑齿17、外链板齿19以及内链板齿23。支撑齿17、外链板齿19和内链板齿23沿着齿轮I转动方向D的反方向构成一连串齿。当外圆28支撑在边缘15上时，内链 板7定位在对应于齿轮I平面侧12的支撑齿17侧上。在齿轮I转动方向D的反方向上跟在所关注的内链板7之后的链条外链板8跨越外链板齿19，从而外链板齿19定位在相关外链板节6的一对外链板8之间。为此，与其端部在该齿轮平面侧在凹面14中位于支撑齿17上的外链板相比，该外链板8更为靠近齿轮I的与平面侧12相对的相对侧13。这对应于从小齿轮换至大齿轮的切换方向。从齿轮的相对侧13起，外链板齿19具有外链板凹槽29，外链板伸入其中并且在此时径向朝内落座在外链板边缘20上。在内链板齿23的相对侧13上设有内链板边缘，内链板7伸入其中并且落座在该内链板边缘24上。在前后相继的齿17、29和23上设置凹面14、外链板凹槽29和内链板凹槽30，这对应于链条在拨链换位时在垂直于齿轮I平面侧12的方向上弯曲的可能性。给链条的所有可能与齿轮齿碰撞的组成部分提供了空间。为此，在凹面14、外链板凹槽29和内链板凹槽30之外的齿的其它组成部分可以粗厚地构成，这对应于平面侧12和相对侧13之间距离的增大，进而对应于齿厚Z的增大。平面侧12和相对侧13之间距离的增大也直接以链条滚子9和齿轮齿3上的承载齿面4之间的接触面的增大起到效果，这是因为没有变速辅助手段“结束”在该接触面中。支撑齿17上的凹面14、外链板凹槽29和内链板凹槽30没有结束在接触面中。当滚子链2和齿轮齿3在没有变速换挡操作的情况下接合时，齿厚Z由内链板7之间的距离I减去修正值来规定。考虑修正值是因为齿必须总是能够进入内链板之间的间隙。齿厚Z也可以选择为从径向外侧朝向径向内侧增大，这尤其在车削制造齿轮时是有意义的。本发明的齿轮适于用在复合链轮的最大末端齿轮上。这样，该末端齿轮也可具有未示出的接合构造，其具有接合元件用于将链条所接受的力继续传递至后轮毂上的推动件。所述齿轮可以与复合链轮的其它由板材冲压成的独立齿轮联合使用。但是也建议按照锥体形支承结构连成一体的多个齿轮的应用。对此，可采用借助连接销的连接结构。
本发明的齿轮也可以是复合链轮的小齿轮。当然，这样还要利用换挡辅助手段实现其它功能，这些换挡辅助手段例如在从相关齿轮换挡到下个较大的相邻齿轮时干扰了总体设计。换挡延迟也更加明显了，这是因为由于相邻齿轮之间的较小齿数差而也可能设置少量的换挡路径，并且因为这些换挡路径有50%的概率恰好对于紧靠在标准齿上的链节(内链板节或外链板节)而言，不适于并且未被设计用于拨链换位。所述实施方式涉及以下个较小齿轮为起点将链条拨换至一个齿轮。通过针对齿轮设计措施的相应调整，这种创新性做法也可被用于复合链轮的最小末端齿轮。此时，调整尤其涉及到以下一个较大的齿轮为起点将链条拨换至最小末端齿轮。该设想的变型方案可以在于，支撑齿17上的凹面14边缘15从齿尖16起延伸向相对齿面31上的一个点。但是，待支撑的链节在这样的设计结构中相应不太稳固地被支撑。变型方案的另一个可能方式在于，凹面14首先设置在齿间隙21中，确切说在齿间 隙21的底面22上。该变型方案的缺点是，在设计外链板凹槽29和内链板凹槽30时出现诸多限制条件。外链板边缘20和内链板边缘24于是必须设置在一个更加靠内的径向位置上，链条滚子和承载齿面之间的接触面已经位于所述更加靠内的径向位置上，这导致接触面缩小。根据自行车后轮上的齿轮情况而示出的原理在做出相应调整的情况下，也可被用于自行车曲柄机构的多级链轮组件的一个链轮。附图标记列表I-齿轮；2_滚子链；3_齿轮齿；4_承载齿面；5-内链板节；6_外链板节；7_内链板；8_外链板；9_链条滚子；10-链销；11-套环；12-平面侧；13-相对侧；14_凹面；15_边缘；16_齿尖；17_支撑齿；18_转向齿；19_外链板齿；20_外链板边缘；21_齿间隙；22_齿间隙底面；23_内链板齿；24_内链板边缘；28_外圆；29_外链板凹槽；30_内链板凹槽；D-齿轮转动方向；I-内链板宽度；Z-齿厚。
权利要求
1.一种自行车后轮上的驱动单元，其包括 复合链轮的齿轮(I)和滚子链(2); 在所述齿轮(I)的外周面上的齿轮齿(3)，所述齿轮齿(3)具有承载齿面(4)和相对齿面(31)，用于使所述滚子链(2)的链条滚子(9)接触所述承载齿面(4)，其中，所述滚子链(2)由内链板节(5)和外链板节(6)组成，内链板节(5)具有链条滚子(9)和一对内链板(7)，所述链条滚子(9)与链销(10)同心并且以能够相对于所述内链板(7)转动的方式设置，并且外链板节(6)具有一对外链板(8)，而且链销(10)将内链板节(5)与相邻的外链板节(6)可转动地连接在一起； 其中，在朝向相邻的较小齿轮的平面侧(12)上，在齿轮(I)上的支撑齿(17)具有包括边缘(15)的凹面(14)，在与所述平面侧(12)相反地设置在所述齿轮上的相对侧(13)上，在所述齿轮齿上设有多个凹槽(29、30)，所述凹槽旨在给为了换挡而从相邻的较小齿轮拨换到所述齿轮(I)的滚子链(2)提供空间，并且所述凹槽旨在提供与所述滚子链(2)的所述链板(7、8)接触的接触面， 其特征在于， 所述凹面(14)的边缘(15)从径向内侧朝向径向外侧一直延伸至齿尖，或延伸至所述支撑齿(17)的相对齿面，但没有延伸到所述支撑齿(17)的承载齿面，并且提供沿着所述边缘的一个表面，用于接触滚子链(2)的外链板(8)的外圆(28)，并且相关的外链板(8)被容置在所述凹面(14)中， 其中，所述支撑齿(17)上的凹面(14)具有从边缘(15)到相对齿面(31)的延伸，并且设置在转向齿(18)的平面侧(12)区域内，所述转向齿在转动方向(D)的反方向上与所述支撑齿(17)彼此相邻。
2.根据权利要求I所述的驱动单元，其特征是，所述支撑齿(17)构成为不出现在一对外链板(8)之间的间隙中。
3.根据权利要求I或2所述的驱动单元，其特征是，在所述齿轮(I)上，在平面侧(12)和相对侧(13)之间的距离大到一对内链板(7)之间的净宽减去一个修正值的程度，所述修正值是当齿轮齿(3)伸入这对内链板(7)之间的空间时使内链板(7)和齿轮齿(3)之间相对运动所必需的。
4.根据权利要求2或3所述的驱动单元，其特征是，在所述齿轮(I)上的、在转动方向(D)上与所述支撑齿(17)相邻设置的外链板齿(19)在相对侧(13)上具有包括沿周向延伸的外链板边缘(20)的外链板凹槽(29)，外链板(8)能够径向向内支撑在所述外链板边缘上。
5.根据权利要求4所述的驱动单元，其特征是，所述外链板边缘(20)大致位于在齿尖(16)和齿间隙(21)的底面(22)之间的径向中央位置上，并且所述外链板边缘(20)在外链板齿(19)的承载齿面(4)上结束于链条滚子(9)接触该承载齿面(4)的接触点上方。
6.根据权利要求2或3所述的驱动单元，其特征是，在所述齿轮上的、在转动方向(D)上与外链板齿(19)相邻设置的内链板齿(23)在相对侧(13)具有包括沿周向延伸的内链板边缘(24)的内链板凹槽(30)，内链板(7)能够径向向内支撑在所述内链板边缘上。
7.根据权利要求6所述的驱动单元，其特征是，所述内链板边缘(24)大致位于齿尖(16)和齿间隙(21)的底面(22)之间的径向中央位置上，并且所述内链板边缘(24)在内链板齿(23)的承载齿面(4)上结束于链条滚子(9)接触承载齿面(4)的接触点上方。
8.根据权利要求5或7所述的驱动单元，其特征是，所述齿间隙(21)在齿轮(I)的周向上仅比链条滚子(9)的外径略大，但至少大到能容纳符合滚子链(2)换挡运动到齿轮(I)时的倾斜走向而倾斜设置的链条滚子(9)的程度。
9.根据前述权利要求之一所述的驱动单元，其特征是，齿轮(I)在其内周面上具有接合构造，用以将从滚子链(2)传递至齿轮(I)的链条拉力传递到径向靠内布置的后轮毂部分。
10.根据前述权利要求之一所述的驱动单元，其特征是，齿轮(I)借助连接销与下一个较小齿轮连接。
11.根据前述权利要求之一所述的驱动单元，其特征是，齿轮(I)由轻型材料制成，例如由招或钦制成。
全文摘要
本发明涉及自行车后轮上的驱动单元，其包括复合链轮的齿轮(1)和滚子链(2)，其中该齿轮由更软的轻型材料构成，在这里，避免在链条滚子接触齿的承载齿面的位置上设置呈在齿轮齿上的凹面和凹槽形式的换挡辅助手段。
文档编号B62M9/10GK102673727SQ201210061718
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月9日 优先权日2011年3月11日
发明者亨里克·布雷特 申请人:Sram德国有限公司