CN105936321B - 具有适配器的小齿轮装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有适配器的小齿轮装置(10),其包括:小齿轮(12),其具有中心孔(11)以及外齿结构;适配器(14),其独立于小齿轮(12)构造而成并且适于以抗旋转的方式连接到小齿轮(12),并且包括中心孔(13),在该中心孔的边缘(13b)处设有多个承载元件(15),这些承载元件从适配器(14)的中心孔(13)的边缘(13b)径向向内延伸并且被构造成将扭矩从连接到适配器(14)的小齿轮(12)传递至自行车后轮毂上的驱动器。小齿轮(12)的中心孔(11)的最小半径(11rmin)比适配器(14)的中心孔(13)的最大半径(13rmax)小,小齿轮(12)的中心孔(11)的半径(11r)至少在分布在周缘上、优选地分布在整个周缘上的三个位置处具有最小值(11rmin)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于自行车驱动的小齿轮装置,该小齿轮装置包括:小齿轮,该小齿轮具有中心孔以及外齿结构;适配器,该适配器独立于小齿轮构造而成并且适于以抗旋转的方式连接到小齿轮,并且适配器包括中心孔,在该中心孔的边缘处设有多个承载元件,这些承载元件从适配器的中心孔的边缘径向向内延伸并且被构造成将扭矩从连接到适配器的小齿轮传递至自行车后轮毂上的驱动器。
背景技术
这种小齿轮装置可以从比如文献EP1688345B1中得知。在这个示例中,适配器被构造成小齿轮承载元件或者“三角架”,具有内环以及从其径向向外延伸以固定一个或多个小齿轮的固定臂。由承载元件形成的适配器的内轮廓在这种情况下确保了扭矩从小齿轮到设有对应的外轮廓的驱动器的传递以及小齿轮装置在驱动器上的径向居中。
这对于适配器的生产精度提出了较高的要求,这特别是因为适配器优选地被构造成基本上在轴向上比小齿轮宽,以便形成传递最大可能力的表面区域,这继而使得正确的径向居中变得更为困难。
另一方面,比如可以从EP2319752A2中得知这样一种小齿轮装置,在这种小齿轮装置中根本没有设置独立的适配器,取而代之的是,承载元件被构造成直接在小齿轮自身的内周缘上与驱动器的外轮廓相互作用。
尽管由此能够实现相对精确的居中,但承载元件的宽度被限制到小齿轮的宽度,从而使得传递力的表面相对较小。
特别是由于钢的小齿轮和铝的驱动器这样的材料组合,导致小齿轮可能会嵌入到驱动器中,这会损坏驱动器,并使小齿轮装置和驱动器的装配和拆卸更为困难。
在用于特定类型的驱动器(如,XD驱动器)的小齿轮筒中,所有小齿轮的力和合成扭矩进一步仅经由单个终端小齿轮引入,结果只会落在驱动器中的单个位置上,这会进一步增加以上所解释的问题。
作为生产方法的结果,很多驱动器在轴向止动件上额外地具有根切。特别地,这会导致最后一个(最大)小齿轮,也即终端齿轮,额外地损失与驱动器的覆盖表面。
上述及现有技术已知的小齿轮装置都具有这样的特征,每个承载元件都用于小齿轮装置在驱动器上的径向居中,以及扭矩从小齿轮装置到驱动器的传递。
发明内容
在此背景下,本发明的目的在于进一步研发从现有技术已知的小齿轮装置,使得径向居中得以改进,而且在这种情况下还不会显著地减弱扭矩传递。
为此目的,根据本发明,小齿轮的中心孔的最小半径比适配器的中心孔的最大半径小,其中小齿轮的中心孔的半径至少在分布在周缘上、优选地分布在整个周缘上的三个位置处具有最小值。
因此,设置了这种情况,当齿轮和适配器被放置在驱动器上时,驱动器与小齿轮之间的径向间隙比驱动器与适配器之间的径向间隙小。因此,根据本发明,小齿轮装置在驱动器上的居中由小齿轮的内轮廓来实现,而扭矩传递进一步经由适配器的承载元件来实现。因此,功能“力或者扭矩的传递”以及“小齿轮的居中”分散在两个不同的部件上。
功能的这种区分便于各个部件的生产。通过对功能进行分离,由于更好的居中的原因,小齿轮在驱动器上的同轴度得以改进。此外,驱动器上小齿轮的轴向膨胀不再像EP2319752A2那样限制传递力的表面。该表面在根据本发明的方案中可以在适配器的宽度上自由地进行调整而不会影响居中。传递力的表面区域的增加减少了损害驱动器的危险。
根据本发明,适配器和小齿轮以抗旋转的方式连接到彼此。这种连接主要用于将扭矩从小齿轮传递到适配器,这是因为径向力经由小齿轮内轮廓上的居中而得到支撑。原则上,抗旋转连接有各种不同的可能性,比如突出物、销、弯臂或任何其它正向锁定、非正向锁定或者材料啮合连接。
优选地,小齿轮由比适配器的材料硬的材料制成。在特别优选的方式下,适配器的材料所具有的硬度不大于驱动器的材料所具有的硬度。在极大的传递力的情况下,较硬材料可能会被压入到较软材料中,因此不是驱动器而主要是适配器由此变得受损,适配器比起驱动器来说更容易被替换,并且可以以更为符合成本效益的方式进行生产。
在成本效益和简单的方式下,适配器可以优选地利用注塑方法由铝或者玻璃纤维增强的塑性材料(GRP)制成。
适配器和小齿轮可以比如以抗旋转方式借助于来自适配器和小齿轮中的一者(优选地,小齿轮,其包括多个轴向凹部)以及来自适配器和小齿轮中的另一者(优选地,适配器,其包括多个轴向突起,这些轴向突起被构造成优选地通过压配合而啮合在所述轴向凹部中)连接到彼此。
在这种情况下,轴向凹部优选地被构造成完全贯穿所述一者延伸的轴向通孔,这是因为在这种方式下,所述另一者的容纳在所述一者的轴向通孔中的轴向突起可以从所述一者的背离所述另一者的这一侧接触到,并且通过从这一侧施加到轴向突起的压力,安装到彼此的两者可以简单地再次得到释放。
可替换地,适配器和小齿轮均可以包括多个轴向凹部,其中小齿轮装置进一步包括多个销,优选为钢销,这些销被引入到、优选地被压入到适配器和小齿轮的轴向凹部中,使得销以抗旋转的方式将适配器和小齿轮连接到彼此。
这种方案提供了重量方面的优势,这是因为,操作期间出现的剪切力易于被钢销吸收,而适配器可以由较轻的材料制造,比如,铝。小齿轮和适配器中不存在突起,且因此具有相对简单的“二维”几何形状,从而使得能够实施符合成本效益的方法,比如,挤压或者冲压。
根据另一个优选实施方式,在小齿轮的中心孔的边缘处设有多个凹部,并且适配器被构造成由第一周缘部和第二周缘部形成的环,所述第一周缘部和所述第二周缘部在周缘方向上交替并且具有圆环段的基本形状,其中第二周缘部在径向向内的方向上突出超过第一周缘部,并且在组装的状态下,第二周缘部在轴向上朝向面对小齿轮的那一侧突出。
在这种情况下,第二周缘部的在径向向内的方向上突出超过第一周缘部的那些部分形成适配器的承载元件,并且第二周缘部的在轴向上突出超过第一周缘部的那些部分被构造成啮合在小齿轮的凹部中,且因此以抗旋转的方式将小齿轮组装在适配器上。这种适配器可以利用注塑方法以特别简单的方式进行制造,并且能够进一步实现扭矩从小齿轮到适配器的良好传递。
最后,还要求保护一种用于自行车的驱动装置,该驱动装置包括:根据前述方面中任一方面所述的小齿轮装置;以及具有多个承载元件的驱动器,所述驱动器的多个承载元件被构造成啮合在适配器的多个承载元件中,以便确保扭矩经由适配器从小齿轮传递到驱动器,其中驱动器与小齿轮之间的径向间隙比驱动器与适配器之间的径向间隙小。
在特别优选的方式中,在这种情况下,小齿轮与驱动器之间的配合是过渡配合或者压配合,而适配器和驱动器之间的配合是间隙配合。
还可能的是,小齿轮与驱动器之间的配合是压配合,而适配器和驱动器之间的配合是过渡配合。
然而,不应排除的是,小齿轮与驱动器之间以及适配器与驱动器之间可以是过渡配合或者压配合,只要小齿轮与驱动器之间的配合比适配器与驱动器之间的配合更为牢固即可。
附图说明
将在下面参考附图中示出的三个优选实施方式来说明本发明。
图1a到图1d示出了根据本发明的第一实施方式的小齿轮装置10的不同视图,并且图1e到图1f示出了相对于图1a到图1d进行了轻微修改的适配器的不同视图。
图2a示出了根据本发明的第二实施方式的带有相关联的驱动器的小齿轮装置110的截面图,并且图2b和图2c示出了相对于图2a进行了轻微修改的适配器的两个立体图。
图3a到图3d示出了根据本发明的第三实施方式的小齿轮装置210的不同视图,并且图3e到图3h示出了属于这种小齿轮装置的适配器的不同视图。
附图标记列表
小齿轮装置 10;110;210
小齿轮 12;112;212
小齿轮的中心孔 11;111;211
小齿轮的中心孔的边缘 11b;111b;211b
适配器 14;114;214
适配器的轴向突起 14v
适配器的中心孔 13;113;213
适配器的中心孔的边缘 13b;113b;213b
适配器的中心孔的半径 13r
适配器的中心孔的最小半径 13rmin
适配器的中心孔的最大半径 13rmax
适配器的承载元件 15;115;215
小齿轮装置的旋转轴线 A
固定突起或者固定孔 17;117
固定突起中的凹部 17d
小齿轮的内环 18
小齿轮的连接臂 19
小齿轮的轴向通孔或者凹部 12o;112o;212o
适配器的轴向通孔 114o
销 116
隔离套筒 121
额外的小齿轮 125
额外的小齿轮中的凹部 125o
小齿轮组 126
驱动器 130
驱动器的凸缘部 130a
驱动器的内螺纹 130t
驱动器的弹性部分或者承载元件 132
驱动器的槽部 134
减重通孔 222
适配器的第一周缘部 214.1
适配器的第二周缘部 214.2
特定的承载元件 215.1
特定的第一周缘部 214.1a
具体实施方式
为了不让附图过于复杂,所有的部件并不总是标注有附图标记,特别是当一个附图中提供有多个相同的部件时。
图1a是根据本发明的小齿轮装置10的主要部分的平面图,该小齿轮装置包括:小齿轮12,该小齿轮具有中心孔11以及因为空间而未在附图中示出的外齿结构;以及适配器14,该适配器以抗旋转的方式安装在小齿轮12上。图1b是小齿轮装置10的从背离图1a的视角看到的那一侧的平面图。
适配器14以基本上环状的方式构造而成。适配器14在内侧具有中心孔13,在中心孔的边缘13b处设有多个承载元件15,这些承载元件基本上是圆弧状突起啮合齿的形式,并且从适配器14的中心孔13的边缘13b径向向内延伸,用于将扭矩从连接到适配器14的小齿轮12传递到未在图中示出且位于电动自行车的后轮毂上的驱动器。这种驱动器通常在其外周缘上具有啮合在适配器14的承载元件15之间以进行扭矩传递的承载元件。
如图1a所示,适配器14的中心孔13的半径13r是绕着小齿轮装置10的旋转轴线A的角度的函数,并且交替地具有最小值13rmin(在承载元件15上)和最大值13rmax(在相邻的承载元件15之间)。
除了以下描述的细节(特别是与中心孔11的形状和尺寸相关的那些细节)之外,小齿轮12是用于自行车后轮毂的小齿轮装置的常规小齿轮,由于这个原因,诸如小齿轮12的精确装置或者外齿结构的细节未在附图中示出。在这种情况下,可以大体上看到以已知方式从小齿轮12的内环18倾斜地向外延伸的多个连接臂19的近端部分。
小齿轮12在本实施方式中具有中心孔11,如可以从图1b的平面图中看到的,中心孔11的半径11r在该中心孔11的整个周缘上是恒定的,且因此在整个周缘上都具有最小值11rmin(=11r)。
如可以从图1a的平面图中特别清楚地看到的,小齿轮12的中心孔11的半径11r且因此其最小半径11rmin小于适配器14的中心孔13的最大半径13rmax,也就是说,小于适配器14的中心孔13在相邻的承载元件15之间的半径13r。
当小齿轮12和以抗旋转的方式安装于其上的适配器14被放置在驱动器上时,经由小齿轮12的内轮廓来实现小齿轮装置10在驱动器上的径向居中,而经由适配器14的内周缘上的承载元件15来实现扭矩传递。
在适配器14的外周缘上,设有多个(在该实施例中为6个)径向固定突起17,这些径向固定突起以均匀的方式分布在适配器14的周缘上,并且在平面图中基本上是圆形的,适配器14的轴向突起14v(参看图1b))在图1a的突起平面中延伸。作为制造的结果,在径向固定突起17的表面(该表面可以在图1a中看到)上设置了圆形的凹部17d,该凹部的轮廓对应于轴向突起14v在相对于旋转轴线A垂直的截面中的横截面。然而,这些凹部不是必须存在的。
小齿轮12具有对应于轴向突起14v的轴向凹部或者通孔12o,用于容纳适配器14的轴向突起14v,且因此使适配器14和小齿轮12以抗旋转的方式相互连接。优选地,适配器14被按压在小齿轮12上。
由于小齿轮12的轴向凹部12o在所示示例中被构造为通孔,因此适配器14的容纳在该通孔中的轴向突起14v可以从小齿轮的一侧(该侧可以在图1b中看见并且背离适配器12)接触到,且因此如果需要,轴向突起14v可以从这一侧被按压而离开通孔12o以使适配器14和小齿轮12再次相互释放。
图1c和图1d示出了图1a和图1b中的主题的不同立体图。可能需要注意的是,仅仅因为所选择的视角以及尺寸关系的原因,不能在图中看到或者仅能非常困难地看到以下事实:与适配器14的中心孔13的边缘13b在相邻承载元件15之间的区域相比,根据本发明的小齿轮12的中心孔11的边缘11b更向内突出。
图1e和图1f示出了修改的第一实施方式的适配器14,该适配器相对于图1a到图1d的适配器14仅进行了轻微的修改,因此该实施方式中使用了与第一实施方式中相同的附图标记。与此相反,在图1e和图1f中,轴向突起14v的直径不小于而是等于径向固定突起17的直径。小齿轮的轴向凹部或者通孔自然地据此进行调整。
在图1a至图1f中,小齿轮12的中心孔11的半径11r在整个周缘上是恒定的(11r=11rmin)。可替换地,可以使半径仅仅在某些选定的位置上具有最小值,小齿轮在这些选定的位置处被定位在或者被径向地支撑在驱动器的承载元件上。因此为了实现小齿轮装置10的正确居中,根据本发明,小齿轮的中心孔的半径至少在三个不同的位置或者周缘部处具有最小值,优选地,这些不同的位置或者周缘部在整个周缘上均匀地分布。
在第二和第三实施方式中,与第一实施方式中对应的那些部件和特征的附图标记通过在第一实施方式中的对应附图标记上增加100或者200而获得。将主要宽泛地记载这些额外的实施方式与第一实施方式的不同之处,其它的地方可以参考上述说明。
在图2a到图2c所示的根据本发明的小齿轮装置110的第二实施方式中,适配器114借助于单独的销116连接到小齿轮112,这些销插入到小齿轮112和适配器114的轴向通孔112o、114o中。销116可由能够吸收高剪切力的材料制成,比如钢。这种情况下,适配器114反而可由相对较轻并且符合成本效益的材料制成。
除了在这种情况下替代径向突起而设置的轴向孔114o之外,就其外部形状而言,适配器114基本上对应于图1中的适配器14,因此具有圆环的基本形状,在该圆环的外周缘上设有径向固定突起117或者固定孔,在该圆环的中央定位轴向孔114o,并且在该圆环的内周缘上设有基本上圆弧状的径向向内延伸的承载元件115。
如图2a所示,小齿轮112借助于隔离套筒121与小齿轮装置110的另一个小齿轮125间隔开,所述另一个小齿轮形成图2a中所示小齿轮组126的最小小齿轮,而小齿轮112构成小齿轮组126的最大小齿轮。
例如,借助于销、铆钉,或者还可以借助于通过对板进行冲压成形而一体形成的多个轴向间隔开的小齿轮,小齿轮组126的各个小齿轮以任意所需的抗旋转的方式连接到彼此。
在图2a中,还进一步示出了驱动器130,沿着该驱动器的外周缘,弹性部分以已知的方式交替地设置成在每一种情况下都在轴向方向上延伸的承载元件132和槽部134,其中驱动器130的承载元件132被构造为啮合在适配器114的相邻的承载元件115之间以便传递扭矩。
由小齿轮装置110和驱动器130形成的自行车驱动装置用附图标记500表示。
在小齿轮装置110中,驱动器130和小齿轮112之间的径向间隙小于驱动器130和适配器114之间的径向间隙(然而,在附图中看不到这一内容),因此,在这种情况下,小齿轮装置110在驱动器130上的径向对中也由小齿轮112来实现。
因此,在每一种情况下,适配器114的承载元件115与驱动器130的槽部134之间的径向间隔以及适配器114的中心孔113的边缘113b(该边缘113b位于相邻的承载元件115之间)与驱动器130的弹性部分或者承载元件132之间的径向间隔都大于小齿轮112的(圆形)中心孔111的边缘111b与驱动器130的承载元件或者弹性部分132之间的径向间隔。
当销116在小齿轮112的面朝隔离套筒121的那一侧(与图2a所示的情况相反)在轴向上稍稍突出超过小齿轮112时,在拆卸状态下也能够实现隔离套筒121的居中,因此,可以避免在小齿轮112中用单独的操作来生成凹部,例如,最小小齿轮125中的凹部125o。
小齿轮组126和(未示出的)额外的单独小齿轮或者小齿轮组(如果需要的话)以已知方式轴向固定在驱动器130的如图2a中右侧所示的凸缘部130a与端接螺钉(未示出)之间,该端接螺钉用于螺接到适配器120的内螺纹130t上。
在图2b和图2c中示出了适配器114,该适配器114相对于图2a中的适配器114仅稍稍进行了修改,且因此与图2a中的适配器具有相同的附图标记,而且与图2a中的适配器的主要不同之处在于,在这种情况下,没有设置径向向外突出的固定孔,而是在每一种情况下,在圆环状的适配器114中,在承载元件115的周缘区域中引入了轴向通孔114o。
最后,在图3a到图3d中示出了根据本发明的小齿轮装置210的第三实施方式的各种视图,并且在图3e到图3h中示出了这种情况下所使用的适配器214的不同视图。
在这种情况下,在小齿轮212的中心孔211的边缘处设置了多个凹部212o,这些凹部在径向方向上稍稍向外膨胀,并且可以被看作是径向凹部和轴向通孔或者凹部。出于简化的原因,没有示出小齿轮212的通常具有多个减重通孔222的外齿结构。
适配器214被构造成由在周缘方向上交替的第一周缘部214.1和第二周缘部214.2形成的环(参见图3e到图3h),每一个周缘部都具有圆环段的基本形状,其中第二周缘部214.2在一些图示中由虚线表示,这些第二周缘部214.2在径向向内的方向上突出超过第一周缘部214.1,并且在组装状态下(图3a)朝着面对小齿轮212的那一侧轴向突出。
在这种情况下,第二周缘部214.2的在径向向内的方向上突出超过第一周缘部214.1的那些部分用作适配器214的承载元件215。
第二周缘部214.2的在轴向上突出超过第一周缘部214.1的部分214v被构造成啮合在小齿轮212的凹部212o中,并且因此以抗旋转的方式将小齿轮212固定到适配器214。
在这种情况下,特定的承载元件215.1(参见图3g)可被构造成在周缘方向上比其它承载元件长。该特定的承载元件215.1以已知方式对应于未在这种情况下示出的驱动器的特定的槽部,并且用于将小齿轮装置210以特定的预定角度位置定位在驱动器上。可替换地,也可以说,特定的第一周缘部214.1a被构造成稍稍不同于其余的第一周缘部214.1。
同样,在图3的实施方式中,小齿轮212的中心孔211的最小半径211rmin(在这种情况下,假设最小半径211rmin处于中心孔211的分布于周缘上的九个周缘部处)比适配器214的中心孔213的最大半径213rmax小,但是不幸地,由于尺寸关系而难以在附图中看到这一内容。
小齿轮中的用于适配器214的啮合元件214v的凹部或凹痕212o的尺寸根据所使用的材料的表面压力规格而定。这同样适用于驱动器(未示出)上的径向啮合轮廓的轴向膨胀。
图3e到图3h所示的适配器环214可以按照特别简单的方式制造成利用注塑方法以集成方式构造而成的部件,并且可以简单地通过推压或按压而被安装到小齿轮212上。
Claims (11)
1.一种用于自行车驱动的小齿轮装置,该小齿轮装置包括:
小齿轮,该小齿轮具有中心孔以及外齿结构;
适配器,该适配器独立于所述小齿轮构造而成并且适于以抗旋转的方式连接到所述小齿轮,并且所述适配器包括中心孔,在该中心孔的边缘处设有多个承载元件,这些承载元件从所述适配器的所述中心孔的所述边缘径向向内延伸并且被构造成将扭矩从连接到所述适配器的所述小齿轮传递至自行车后轮毂上的驱动器,
其特征在于,所述小齿轮的所述中心孔的最小半径比所述适配器的所述中心孔的最大半径小,其中所述小齿轮的所述中心孔的半径至少在三个位置或周缘部处具有最小值,所述三个位置或周缘部分布在周缘上。
2.根据权利要求1所述的小齿轮装置,其特征在于,所述小齿轮由比所述适配器的材料硬的材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的小齿轮装置,其特征在于,所述适配器利用注塑方法由铝或者玻璃纤维增强的塑性材料制成。
4.根据权利要求1或2所述的小齿轮装置,其特征在于,所述适配器和所述小齿轮中的一者包括多个轴向凹部,并且所述适配器和所述小齿轮中的另一者包括多个轴向突起,所述多个轴向突起被构造成通过压配合啮合在所述多个轴向凹部中,其中所述多个轴向凹部被构造成轴向通孔。
5.根据权利要求1所述的小齿轮装置,其特征在于,所述适配器和所述小齿轮均包括多个轴向凹部,其中所述小齿轮装置进一步包括多个销,所述销被引入到所述适配器和所述小齿轮的所述多个轴向凹部中,使得所述销以抗旋转的方式将所述适配器和所述小齿轮连接到彼此。
6.根据权利要求1所述的小齿轮装置,其特征在于,在所述小齿轮的所述中心孔的所述边缘处设有多个凹部,并且所述适配器被构造成由第一周缘部和第二周缘部形成的环,所述第一周缘部和所述第二周缘部在周缘方向上交替并且具有圆环段的基本形状,其中所述第二周缘部在径向向内的方向上突出超过所述第一周缘部,并且在固定到所述小齿轮的状态下,所述第二周缘部在轴向上朝向所述适配器的面对所述小齿轮的那一侧突出,其中所述第二周缘部的在径向向内的方向上突出超过所述第一周缘部的那些部分形成所述适配器的所述承载元件,并且所述第二周缘部的在轴向上突出超过所述第一周缘部的那些部分被构造成啮合在所述小齿轮的所述多个凹部中。
7.根据权利要求1所述的小齿轮装置,其特征在于,所述三个位置或周缘部分布在整个周缘上。
8.根据权利要求5所述的小齿轮装置,其特征在于,所述销为钢销。
9.根据权利要求5所述的小齿轮装置,其特征在于,所述销被按压到所述适配器和所述小齿轮的所述多个轴向凹部中,使得所述销以抗旋转的方式将所述适配器和所述小齿轮连接到彼此。
10.一种用于自行车的驱动装置,该驱动装置包括:
根据前述权利要求中任一项所述的小齿轮装置;以及
具有多个承载元件的驱动器,所述驱动器的所述多个承载元件被构造成啮合在所述适配器的所述多个承载元件之间,以便确保扭矩经由所述适配器从所述小齿轮传递到所述驱动器,其中所述驱动器与所述小齿轮之间的径向间隙比所述驱动器与所述适配器之间的径向间隙小。
11.根据权利要求10所述的驱动装置,其特征在于,所述小齿轮与所述驱动器之间的配合是过渡配合或者压配合,而所述适配器和所述驱动器之间的配合是间隙配合。
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