变速器的制作方法

本发明涉及一种根据处于权利要求1的前序部分中的特征的变速器。

背景技术：

这样的变速器尤其可装设在自行车中并且负责通过由骑车者导入的力使扭矩增大。在该应用中使变速器的壳体与框架构件适配并且力传递件、例如齿圈将由骑车者所产生的扭矩通过链条传递到后轮上。然而根据本发明的变速器同样例如可设置在带有竖直的旋转轴线的风力设备处。

文件de102010033211b4形成这种类型的现有技术，其带有自行车变速器，在其中太阳轮、行星轮和传动曲柄(triebkurbel)布置在共同的曲轴箱内并且曲柄臂借助于导辊支撑在同样在曲轴箱中布置的导轨处。传动曲柄从两侧作用在曲柄臂的曲柄臂头部处并且在此吸收可能存在的翻倾力矩。与此相反，导辊空转(freilaufen)且在导轨上有侧向间隙地行进(ablaufen)，因为否则曲柄臂头部的支承将是超定的。对于已知的变速器证实为不利的是，由于导辊空转踩踏被感觉为冲击式(ruckartig)并且此外已知的带有在两侧支承的曲柄臂头部的结构型式导致了较大的q-因子。对于自行车来说q-因子表示两个踏板曲柄的外表面彼此间的侧向距离。q-因子越大，踏板彼此离开越远。这提高了该风险，即在狭窄的且快速行驶的弯道中弯道内侧的踏板上抬(aufsetzen)并且过大的q-因子从人体工学的角度是有害健康的。在其他技术领域中也值得追求能够实现尽可能在中心轴的轴向上紧凑地构造的变速器。

技术实现要素：

因此本发明目的在于提供一种变速器，其具有在中心轴的轴向上紧凑构造的尺寸并且尽可能无隙地来引导其旋转的驱动曲柄。

根据本发明，该目的利用权利要求1的特征部分的特征来实现。摆臂被理解成一刚性构件，其从中间位置出发以端部在两个方向上围绕支承点摆动。由此产生该优点，即可放弃尽管在运动学上最佳的、但是在运行中易受干扰的旋转-滑移-关节并且所使用的所有轴承可实施为旋转轴承。

根据本发明的变速器使能够在沿着均匀的轨道引导引入力的元件的同时通过力传递的辅助措施形成最大力矩。引入力的元件例如可以是骑车者的脚。均匀性不仅由连续凸出的轨道形状而且由在引入力的元件的区域中绝对加速度的减小而产生。在绝对速度的最大值与最小值之间的比在任何轨道点处不超过值2.5。

第一和/或可能存在的第二太阳轮优选地和与其共同作用的行星轮产生1：2的传动比。原则上在实践中也合理的传动比备选地可为1：4。

在根据本发明的作为总系统的变速器中，驱动曲柄、优选地在踏板-轴承的轴承轴线p中用作驱动部而承载板用作从动部(abtrieb)。

有利地，摆臂以其第一端部借助于摆臂-承载板-轴承可旋转运动地支承在承载板处而在其第二端部处借助于摆臂-驱动曲柄-轴承可旋转运动地支承在驱动曲柄处。在此，行星轮-轴承、驱动曲柄-曲柄臂-轴承、摆臂-驱动曲柄-轴承和摆臂-承载板-轴承在变速器的总系统内形成四关节(viergelenk)，其中，四关节就此而言由连续旋绕的曲柄臂驱动。曲柄臂始终具有在四关节内最小的长度。四关节的从动部借助于摆臂实现，该摆臂实施围绕摆臂-承载板-轴承的摇摆运动。曲柄臂和摆臂通过联结部(koppel)相互连接，该联结部由驱动曲柄的在其驱动曲柄-曲柄臂-轴承与摆臂-驱动曲柄-轴承之间的区段形成。不仅曲柄臂、而且摆臂可旋转地支承在承载板处，其中，曲柄臂固定地与旋绕的行星轮的轴相连接。摆臂-驱动曲柄-轴承代替旋转-滑移-关节的线性运动仅在带有很大半径的圆形轨道上执行近似线性的运动。

如果曲柄臂和摆臂布置在驱动曲柄的共同侧上，证实为特别有利的。驱动曲柄因此关于变速器在中心轴的轴向上外置，这有助于特别小的q-因子。那么还有利地，曲柄臂和摆臂在中心轴的轴向上布置在承载板与驱动曲柄之间。

优选地，在承载板的一整转中由摆臂围绕摆臂-承载板-轴承扫过25°至50°的最大的摆动角。在该最大的摆动角下变速器特别高效地工作。

适宜地，摆臂-承载板-轴承在中垂线上占据一位置，该中垂线垂直于在摆臂-驱动曲柄-轴承的在其0°和90°位置中的轴承轴线之间伸延的连接线。这两个轴承轴线由此在其终端位置中处于一直线上，该直线与变速器的旋转轴线相交。该四关节那么是中央曲柄摇杆机构(kurbelschwinge)。

根据特别有利的实施形式，摆臂-承载板-轴承和/或驱动曲柄-曲柄臂-轴承布置在力传递件的外周缘之内。由此在力传递件的径向上获得特别紧凑的结构型式，在该结构型式中与驱动曲柄的位置无关地(除驱动曲柄之外)没有构件伸出超过力传递件，从而可设置例如传统的链盒或其他容纳部(einhausung)用于力传递件，而力传递件不与其相撞。

在摆臂-承载板-轴承与摆臂-驱动曲柄-轴承之间的距离可实施成大于在摆臂-驱动曲柄-轴承与驱动曲柄-曲柄臂-轴承之间的距离。对于能旋转的变速器此外还应存在以下前提：

g>d>c

d>b>c

s≠0

其中，g：在行星轮-轴承的轴承轴线(a0)与摆臂-承载板-轴承的轴承轴线(b0)之间的距离。

其中，d：在摆臂-承载板-轴承的轴承轴线(b0)与摆臂-驱动曲柄-轴承的轴承轴线(b,b')之间的距离。

其中，c：在行星轮-轴承的轴承轴线(a0)与驱动曲柄-曲柄臂-轴承的轴承轴线(a)之间的距离。

其中，b：在驱动曲柄-曲柄臂-轴承的轴承轴线(a)与摆臂-驱动曲柄-轴承的轴承轴线(b,b')之间的距离。

其中，s：伸延通过摆臂-承载板-轴承的轴承轴线(b0)的中垂线的长度，该中垂线垂直于在摆臂-驱动曲柄-轴承的在其0°和90°位置中的轴承轴线(b,b')之间伸延的连接线。

术语“轴承轴线”被理解成相应的轴承的旋转轴线的位置(独立于其尺寸或其他结构特性)。

优选地，摆臂-承载板-轴承、摆臂-驱动曲柄-轴承和驱动曲柄-曲柄臂-轴承始终撑开一三角形。

有利地，行星轮-轴承和/或驱动曲柄-曲柄臂-轴承和/或摆臂-承载板-轴承和/或摆臂-驱动曲柄-轴承分别单独地密封以防污物和喷水。前面提及的、处于外部的轴承的密封可借助于接触式密封唇实现。该或多个中心轴轴承优选地通过盖板(缝隙密封)来密封。由此可获得有效的密封效果。此外可放弃例如借助于波纹膜盒的大范围包封。其一方面易受损坏而另一方面影响变速器的外观。

有利地，第一太阳轮布置在框架元件的第一侧处。该安装位置例如与自行车的常规安装的踩踏轴承对应。

尤其在根据本发明的变速器应用于自行车的情况下，相当特别优选的是，在关于框架元件与第一侧相对而置的第二侧处设置有第二太阳轮，其与相对于框架元件旋转的第二变速器组件共同作用，其中，第二变速器组件相对于第一变速器组件偏移了180°并且包括承载板，

-其第一区段抗扭地与中心轴相连接并且在其第二区段处借助于行星轮-轴承支承有行星轮，行星轮与第二太阳轮啮合并且在行星轮处刚性地作用有曲柄臂，以及

-驱动曲柄，曲柄臂借助于驱动曲柄-曲柄臂-轴承旋转铰接地支承在驱动曲柄处并且该驱动曲柄通过摆臂相对于承载板来支撑。

由此提供一种变速器，其从布置在中心的中心轴出发在每侧上具有太阳轮和环绕太阳轮的、对称的变速器组件。相对于中心轴位置固定地布置的力传递件仅需布置在框架元件的一侧上。

优选地，中心轴和/或该至少一个中心轴轴承同心地布置在第一和/或第二太阳轮之内。该实施形式的优点在于，变速器在中心轴的轴向上具有特别紧凑的尺寸。

第一和第二太阳轮可单块式地来制造。根据优选的实施形式，第一和第二太阳轮分别构造为齿轮。在该情况中单块式的制造意味着，第一和第二太阳轮的齿轮借助于空心柱体固定地相互连接并且通常两个相互连接的齿轮的齿部在一共同的成型工序中产生。由此，第一太阳轮的齿尽可能精确地与第二太阳轮的齿对齐。容纳相互连接的齿轮的框架元件在其下部区段中具有上轴瓦和下轴瓦，它们在组装在一起的状态中构造有与空心柱体互补的形状。为了装配首先将空心柱体插入上轴瓦中并且接着将下轴瓦与上轴瓦连接、尤其拧紧。原则上，空心柱体以夹持的方式由上轴瓦和下轴瓦来保持。

有利地，该力传递件是齿圈，该齿圈优选地与链条或齿形皮带共同作用或接合到其中。备选于此，也可能将力传递件设置成驱动轮的形式，该驱动轮在无形状配合元件的情况下例如驱动皮带。

适宜地，齿圈固定在第一和/或第二变速器组件的承载板处。因此得到变速器的在中心轴的轴向上紧凑的结构型式，因为对于承载板总归要预留相应的结构空间并且齿圈同样与框架元件的最近的第一侧有间距地来布置，以便实现链条的自由运转。

附图说明

为了更好的理解，接下来根据四个附图来阐述本发明。其中：

图1：示出了对带有在0°-位置中的驱动曲柄的变速器的透视图；

图2：示出了对带有在0°-位置中的驱动曲柄的变速器的侧视图；

图3：示出了对带有在90°-位置中的驱动曲柄的变速器的侧视图以及

图4：示出了相应于图2中的剖切平面a:a穿过变速器的纵剖面。

附图标记清单

1中心轴

2框架元件

2a框架元件的第一侧

2b框架元件的第二侧

2c框架元件的上轴瓦

2d框架元件的下轴瓦

3中心轴轴承

4a第一太阳轮

4b第二太阳轮

4c空心柱体

5力传递件

6a第一变速器组件

6b第二变速器组件

7承载板

7a承载板的第一区段

7b承载板的第二区段

8行星轮

8a行星轮的轴

9行星轮-轴承

10曲柄臂

11驱动曲柄

12驱动曲柄-曲柄臂-轴承

13运动学上的联结件

14摆臂

14a摆臂的第一端部

14b摆臂的第二端部

15摆臂-承载板-轴承

16摆臂-驱动曲柄-轴承

17齿圈

18a前管的联接凸缘

18b鞍状管(sattelrohr)的联接凸缘

18c后部结构的联接凸缘

19踏板

20踏板-轴承

α摆臂的摆动角

a0行星轮-轴承的轴承轴线

a驱动曲柄-曲柄臂-轴承的轴承轴线

b0摆臂-承载板-轴承的轴承轴线

b摆臂-驱动曲柄-轴承的轴承轴线，0°位置

b'摆臂-驱动曲柄-轴承的轴承轴线，90°位置

m总系统的旋转轴线

p踏板-轴承的轴承轴线

a距离

b距离

c距离

d距离

g距离

s中垂线。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的变速器在安装位置中的透视图，该变速器可借助于框架元件2例如与这里未示出的自行车框架连接。为此，框架元件2具有三个联接凸缘18a、18b、18c用于联接到前管(联接凸缘18a)、鞍状管(联接凸缘18b)和后部结构(联接凸缘18c)处。

在框架元件2的第一侧2a上布置有第一变速器组件6a而在相对而置的第二侧2b上布置有第二变速器组件6b。邻近于第二侧2b的第二变速器组件6b处于在框架元件2之后的图画平面(bildebene)中并且大部分被框架元件遮盖。

第一和第二变速器组件6a、6b作用于中心轴1，该中心轴横向地通过框架元件2伸延并且其前端侧可见。中心轴1限定了在图4中绘出的变速器(总系统)的旋转轴线m。

关于中心轴1的旋转方向，第二变速器组件6b相对于第一变速器组件6a偏移了180°取向，使得第一变速器组件6a的驱动曲柄11指向上而第二变速器组件6b的驱动曲柄11指向下。

在中心轴1的两个轴向的端部区段处抗扭地装设有承载板7，其在变速器的运行中与中心轴1一起实施圆形的旋转运动。承载板7与中心轴1的连接在布置在承载板7中央的第一区段7a中实现。在承载板7的径向上在外部设置有第二区段7b，其承载行星轮8(见图4)，该行星轮借助于行星轮-轴承9相对于承载板7可旋转地来支承。行星轮-轴承9作用在行星轮8的柱状成形的轴8a处。

在轴8a的关于框架元件2在外面的端部处抗扭地装设有或者整体地一件式地成形有曲柄臂10。曲柄臂10相对于轴8a在径向上伸出并且借助于驱动曲柄-曲柄臂-轴承12可旋转运动地作用在驱动曲柄11处。

此外与承载板7可旋转运动地连接有以摆臂14的形式的运动学上的联结件13。为此，在承载板7与摆臂14的第一端部14a之间设置有摆臂-承载板-轴承15，其特别良好地在根据图4的图示中可见。与第一端部14a相对而置的第二端部14b借助于摆臂-驱动曲柄-轴承16可旋转地作用在驱动曲柄11的面向框架元件2的侧面处(同样见图4)。

第一变速器组件6a的承载板7在周向上完全被力传递件5围绕，该力传递件在所示出的自行车变速器的实施例中构造为齿圈17。齿圈17在此同心于中心轴1取向。

总系统的力导入通过分别第一和第二变速器组件6a、6b的两个驱动曲柄11来实现，这些变速器组件在中心轴1的轴向上向外限制变速器。图1、2和4示出了在0°-位置中的驱动曲柄11和相应所属的变速器组件6a、6b，在该位置中驱动曲柄11和所属的曲柄臂10伸展开，也就是说曲柄臂10从行星轮8的轴8a出发径向向内指向中心轴1的方向。驱动曲柄11的自由的端部由此位于最大驶出的位置中。

根据图2和3在变速器的侧视图中对比了驱动曲柄11的0°-位置(图2)和90°-位置(图3)，其中，出于简化原因主要根据第一变速器组件6a来阐述标记和关系。

在图2中在驱动曲柄11的自由的端部处示例性地分别固定有踏板19，其借助于踏板-轴承20相对于所属的驱动曲柄11可旋转地来支承。踏板-轴承20具有关于驱动曲柄位置固定的轴承轴线p。

摆臂14在第一端部14a处借助于摆臂-承载板-轴承15固定在承载板7处并且在旋绕的变速器中围绕轴承轴线b0摆动。摆臂14以第二端部14b通过摆臂-驱动曲柄-轴承16可旋转地与驱动曲柄11连接。摆臂-驱动曲柄-轴承16具有轴承轴线b、b'，其中，轴承轴线b的终端位置与在图2中示出的0°-位置对应而轴承轴线b'的终端位置与在图3中示出的90°-位置对应。轴承轴线b'、b的相应其他终端位置通过驱动曲柄11的位置变化来达到并且通过点划线来表示。摆臂14在轴承轴线b0处在轴承轴线b、b'的终端位置之间扫过摆动角α，其优选地可在25°与50°之间。

轴承轴线p和轴承轴线b、b'以距离a彼此相间隔。距离a独立于第一或第二变速器组件6a、6b的位置始终恒定。对于安装在自行车处的变速器，距离a优选地为100mm至200mm、特别优选地为130mm至160mm并且相当特别优选地为145mm至155mm。

曲柄臂10借助于驱动曲柄-曲柄臂-轴承12相应可旋转地装设在驱动曲柄11处且同时在行星轮-轴承9处，其中，驱动曲柄-曲柄臂-轴承12具有关于驱动曲柄11位置固定的轴承轴线a而行星轮-轴承9具有关于承载板7位置固定的轴承轴线a0。行星轮8的轴8a围绕轴承轴线a0旋转。

轴承轴线b、b'和轴承轴线a以距离b彼此相间隔。距离b独立于第一和第二变速器组件6a、6b的位置始终恒定。

在变速器的优选的且所示出的实施形式中，为了实现最大扭矩在90°-位置中轴承轴线b'刚好位于总系统的旋转轴线m(见图4)中。轴承轴线b'在轴承轴线a方向上的偏移在相应于图3的90°-位置中引起负的扭矩，其例如在中心轴1的区域中反作用于变速器的真正的旋转方向并且应尽可能避免。轴承轴线b'在轴承轴线p的方向上的偏移虽然引起附加的推动有效的扭矩，然而变速器的结构尺寸增大。根据本发明，轴承轴线b'相对于旋转轴线m的偏移在两个方向上都应小于距离b的10%。

精确地在轴承轴线b(图2)与轴承轴线b'(图3)之间横向于驱动曲柄11的轴向的延伸伸延有中垂线s，摆臂-承载板-轴承15的轴承轴线b0布置在该中垂线上。中垂线s原则上具有大于0的值，也就是说，总是存在轴承轴线b0相对于驱动曲柄11的偏移。在该前提下，在轴承轴线b与轴承轴线b0之间也始终存在距离d。

这两个轴承轴线a、a0以距离c彼此取向，该距离在0°-位置中和在90°-位置中在数值上相等。然而轴承轴线a、a0从相应于图2的0°-位置出发与相应于图3的90°-位置对比交换了其位置。这导致，驱动曲柄11在0°-位置中占据关于旋转轴线m推出的位置，在该位置中距离a、b、c相加。反之在90°-位置中，距离a、b、c的相加减小了距离c并且驱动曲柄11关于旋转轴线m(见图4)占据了被拉入的位置。

轴承轴线a0相对于轴承轴线b0以距离g取向，该距离由于行星轮-轴承9和摆臂-承载板-轴承15分别位置固定地布置在承载板7处而独立于第一和第二变速器组件6a、6b的位置是恒定的。距离g在数值上应大于距离b、c或d。

图4的纵剖面还示出了关于框架元件2固定的第一和第二太阳轮4a、4b，其中，第一太阳轮4a布置在框架元件2的第一侧2a上而第二太阳轮4b布置在相对而置的第二侧2b上。太阳轮4a通过空心柱体4c与太阳轮4b固定地连接，其中，太阳轮4a、4b和空心柱体4c实施为一件式的、整体的结构单元。一件式、整体的结构单元被理解成不可无破坏地分开的连接。第一和第二太阳轮4a、4b通过空心柱体4c以夹持的方式与框架元件2连接。为此，框架元件2具有至少部分地与空心柱体4c的外轮廓互补地成形的上轴瓦2c，其在图画平面中从上面贴靠在空心柱体4c处。从另一侧，下轴瓦2d靠向空心柱体4c，该下轴瓦与上轴瓦2c固定地张紧。空心柱体4c的轴向延伸相应于上和/或下轴瓦2c、2d的宽度，使得第一和第二太阳轮4a、4b在它们之间精确地定位并且在运行期间侧向地被保持。

中心轴1在空心柱体4c内同心地伸延，该中心轴在第一和第二太阳轮4a、4b的区域中分别借助于中心轴轴承3可旋转地来支承。由于在中心轴1的轴向上尽可能远地在外地、同轴地在第一和第二太阳轮4a、4b内布置的中心轴轴承3，可特别好地吸收作用到中心轴1上的翻倾力矩。