CN106240732A - 用于自行车特别是电动自行车的后轮齿轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于自行车特别是电动自行车的后轮齿轮装置。用于自行车的后轮齿轮装置(26)包括具有不同齿数的至少七个同轴布置的齿轮(38，40，42，44，46，48，50，52)，其中齿轮装置(26)的定义为最大齿轮(38)的齿数与最小齿轮(52)的齿数之比的全变速范围至少为350％，并且其中平均百分比变速级阶跃以个体百分比变速级阶跃的总和除以变速级阶跃的数量来计算，其中，进而，个体百分比变速级阶跃被定义为两个轴向直接相邻齿轮(38，40，42，44，46，48，50，52)的齿数差除以相邻齿轮(38，40，42，44，46，48，50，52)中的较小者的齿数，位于15％到30％的范围内。

Description

用于自行车特别是电动自行车的后轮齿轮装置

技术领域

本发明涉及一种用于自行车的后轮齿轮装置，涉及一种用于具有这样的后轮齿轮装置的自行车的驱动组件，并且涉及一种具有这样的后轮齿轮装置或/和具有这样的驱动组件的自行车。

背景技术

属于Morse的US 3 748 916 A被认为是最接近的现有技术。这项专利公开了一种具有500％的非常大的变速范围的后轮齿轮装置，该后轮齿轮装置由总共五个同轴布置的齿轮产生，即具有以下齿数：9、14、20、30和45。变速范围也被称为“变速比范围”，或者就与之相关的扭矩传递而言，被称为“扭矩范围”或“扭矩比范围”。变速范围是最大齿轮与最小齿轮的齿数比。

在该公知的后轮齿轮装置中，个体百分比变速级阶跃(individual percentagegear stage step)很大，导致使用齿轮装置的骑行者可清楚感知负载跃变。在本申请中，“个体百分比变速级阶跃”应理解为意指轴向直接相邻的齿轮的齿数差除以较小相邻齿轮的齿数。根据US 3 748 916 A公知的齿轮装置的个体百分比变速级阶跃从最小齿轮到最大齿轮相应为55.6％、42.9％、50％和50％，在五个齿轮中总共有四个变速级阶跃。就算术平均值而言，即个体百分比变速级阶跃的总和除以目前的变速级阶跃数，以这种方式计算的平均百分比变速级阶跃为49.6％，即仅略小于50％。

此外，现有技术公开的后轮齿轮装置具有大量的齿轮，并且与此关联，具有较小的平均百分比变速级阶跃，特别是因为尽管它们的齿轮数较大，但是所述公知后轮齿轮装置具有相当小的变速范围。

EP 2 048 075 A由此公开了一种具有总共九个齿轮的后轮齿轮装置，其齿轮具有以下齿数：11、13、15、17、20、23、26、30、34。该齿轮装置因此具有大约309％的变速范围，平均百分比变速级阶跃为15.2％。

作为现有技术的另一个例子，应该参考根据EP 2 022 712 A公知的12倍齿轮装置。其可以具有例如含以下齿数的齿轮：11、12、13、14、15、17、18、19、21、23、25和27。该齿轮装置具有大约245.5％的变速范围，平均百分比变速级阶跃仅为8.5％。

这些公知的后轮齿轮装置不再总是满足强加在其上的现代人的需求。首先，由于倾向于减少自行车上前链轮的数目，可选地甚至只使用单个链轮，并且由于倾向于为自行车配备电动辅助马达，所以强加在齿轮装置上的新的需求出现。最后提到的自行车目前一般被称为“电动自行车”。

特别是，操作“电动自行车”的技术和法律框架(其驱动器由电动马达辅助)导致强加在后轮齿轮装置上的要求，涉及较大的变速范围及各个齿轮之间相对适中的间距，以便通过变速时可能发生的扭矩跃变不使骑行者过载。此外，应当指出的是，在此还被称为“辅助电动马达”的电动辅助马达可能一般仅输出其辅助扭矩，直到达到预定的自行车速度或预定的自行车速度范围。相比之下，在较高的速度下，骑行者仅仅依赖于他的肌肉力量。

在被称为“电动自行车”的情况下，不仅存在比在仅仅靠肌肉力量操作自行车的情况下基本上更高的作用在后轮齿轮装置上的连续峰值负载。自行车的变速行为还因为因辅助马达扭矩而获得的较高动力而改变。然而，在仅仅通过肌肉力量驱动的常规自行车的情况下，一般在负载下或仅在很小负载下不会做出从齿轮装置的一个齿轮到轴向相邻齿轮的改变；在由电动马达辅助的自行车的情况下，在全马达负载下，即在加速操作期间，频繁地做出改变，特别是从一个齿轮到下一个更小齿轮的改变。在此应当指出的是，在现代“电动自行车”的情况下，由电动马达输出的辅助扭矩经由后轮齿轮装置被如同骑行者的肌肉力量传递到自行车的后轮。因能在“电动自行车”的情况下通过一方面基于肌肉力量的扭矩和另一方面的电动马达的辅助扭矩的组合能够获得较高整体扭矩，尤其是在低速范围中(依据法规)，由电动马达辅助骑行者的肌肉力量允许行驶速度直达介于20到30km/h之间(不期望获取这样高的加速度值)，这被称为“多个变速操作”，其中在完成后轮齿轮装置处的时间上在前的变速操作之前，启动时间上在后的变速操作。

当前链轮的数量减少时进一步的改变需求出现，因为由后轮齿轮装置所提供的自行车的扭矩传递范围必须增加。到目前为止，在单个前链轮的情况下，可获得的整个扭矩传递范围仅仅取决于后轮齿轮装置的构造。

链轮数量的减少有时还造成在操作期间在一个或多个链轮与后轮齿轮装置之间运转的自行车链条的倾斜情形加剧。

发明内容

本发明的目的是发展用于自行车的公知的后轮齿轮装置，使之可以比现有技术后轮齿轮装置的情况更好地符合上述需求。

该目的根据本发明由一种用于自行车的后轮齿轮装置实现，所述后轮齿轮装置包括具有不同齿数的至少七个同轴布置的齿轮，其中所述齿轮装置的全变速范围至少为350％，优选地至少为400％，特别优选地至少为435％，并且其中平均百分比变速级阶跃位于15％到30％的范围内，优选地位于20％到30％的范围内。

所述个体百分比变速级阶跃在一开始被定义为两个轴向直接相邻齿轮的齿数差除以相邻齿轮中的较小齿轮的齿数。所述后轮齿轮装置的所述平均百分比变速级阶跃被定义为个体百分比变速级阶跃的总和除以变速级阶跃的数目。具有齿数不同的k个齿轮的齿轮装置在每种情况下在此具有k-1个变速级阶跃。

齿轮装置的全变速范围被定义为最大齿轮的齿数与最小齿轮的齿数之比。

借助规定的至少350％的最小变速范围，本发明的后轮齿轮装置可以在宽广范围内传递扭矩，所述扭矩在自行车的踏板曲柄处被引入并由在链轮与齿轮装置之间运行的自行车链条传递到所述后轮齿轮装置。因此，当前链轮的数量减少时以及当除了骑行者所供应的肌肉力量之外辅助扭矩由电动马达可选地引入时，适合相应骑行情形的扭矩可以经由所述后轮齿轮装置传递到自行车的后轮。在所述踏板曲柄处以及因此在前链轮处引入的扭矩可以由此向下阶跃至所述后轮齿轮装置的“快模式”或“弱模式”，或者例如当爬坡行驶时可以向上阶跃至“慢模式”或“强模式”。

利用15％到30％的平均百分比变速级阶跃，优选地甚至17％、18％或20％到30％，虽然所述平均变速级阶跃大于具有较多数量齿轮的公知齿轮装置的情况，但是其显著小于具有较大变速范围的公知齿轮装置的情况。因此，在操作所述齿轮装置期间，当从一个齿轮到轴向相邻齿轮进行改变时，得以避免非期望的较大扭矩跃变。与此同时，对于齿轮的数量为已经至少七个同轴布置的齿轮，所述齿轮装置所需要的安装费用和构建空间可以有利地保持在极限内。

利用提出的后轮齿轮装置，当所述后轮齿轮装置用在“电动自行车”上时，“多个变速操作”的问题也得以避免：参照所述平均百分比变速级阶跃的值的规定范围借助提出的所述后轮齿轮装置的间距，不仅可以避免在变速期间可察觉的过度扭矩跃变，而且轴向直接相邻齿轮传动比之间的距离增加到这样的限度，即当使用商购的辅助电动马达时，甚至当将高扭矩引入到踏板曲柄轴中时，在两个连续变速操作之间具有在时间上足够大的间隔，在时间上在第一变速操作之后的变速操作开始以前，可以完成两个变速操作中在时间上在前的变速操作。

为了避免各个变速级阶跃的过大差异，有利的是，所述个体百分比变速级阶跃的值位于15％到35％的范围内，即所述个体百分比变速级阶跃不小于15％且不大于35％。因此，所述个体百分比变速级阶跃的特定变化性在预定极限内，因此，依据相应选择的变速级，可以提供与下一较小变速级或与下一较大变速级的不同大小的阶跃。以这种手段，可以考虑不同骑行情形下的不同扭矩需求。但是，总体上，经由所述后轮齿轮装置的变速级使传动比尽可能均匀地改变被骑行具有根据本发明的后轮齿轮装置的自行车的骑行者察觉。

此外，为了能够考虑不同骑行情形的上述不同扭矩需求，可设想以针对性的方式调整轴向直接相邻齿轮之间的所述个体百分比变速级阶跃。可由此设想所述后轮齿轮装置包括逐渐变大的一组轴向连续齿轮，并且在这一组轴向连续齿轮之间，轴向连续的个体百分比变速级阶跃的值(当在从最小齿轮朝向最大齿轮的轴向方向上观察时)从一个变速级增加到下一较大变速级。在经由该组沿最大齿轮的方向变速期间，因此总体可以通过较大的扭矩传递范围，传动比的百分比变化随着齿轮变大而变得更大。例如，当变速向下(即向具有较大齿数的齿轮变速的操作)时，变速可以越来越急速地取得“慢模式”或“强模式”。这样的变速级范围可以极好地用作自行车的马达辅助加速的加速度范围。

同样，所述后轮齿轮装置可以包括递减式变大的一组轴向连续齿轮，并且在这一组轴向连续齿轮之间，轴向连续的个体百分比变速级阶跃的值(当在从最小齿轮朝向最大齿轮的轴向方向上观察时)从一个变速级降低到下一变速级。在这种情况下，当经由所述组沿齿轮的方向变速变大时传动比的百分比变化因此变得更小。具有递减式变大的齿轮的组可以特别用于这些变速级范围，对此，预期肌肉驱动动力的部分与其它变速级范围相比有所增加。

在这个时刻应该澄清的是，齿轮可以属于所提到的两组。这是例如针对边界齿轮的情况，因此在每种情况下，这一组的最大齿轮可以是另一组的最小齿轮。

所述后轮齿轮装置优选地具有递减式变大的两组轴向连续齿轮，其中，此外优选地，累进式变大的上述一组轴向连续齿轮沿轴向放置在递减式变大的两组轴向连续齿轮之间。如之前，基准方向在此是从最小齿轮朝向最大齿轮的轴向方向。

递减式变大的变速级范围可以因此放置在例如最小两个或三个齿轮的最小齿轮的区域中，因为，当在这些“急速”档位下骑行时，仅电动马达对骑行者的减小(如果有的话)辅助一般由于前面说明的将马达辅助限制为低于预定极限速度的速度而发生。在这些变速级中，骑行者主要依赖于他的肌肉力量。出于人体工程学的原因，如果变速级阶跃选择为小于可由电动马达获得的全辅助的情况，则驱动器主要依赖于肌肉力量以便实现推进时是有利的。

意外地，还可以有利地构造完全“缓慢”档位，即具有最大齿轮(例如齿轮装置的两个或三个最大齿轮)的档位，作为递减式变大的变速级范围。这些变速级毫无疑问确实提供了如下传动比：在该传动比下，在另外习惯操作条件下自行车速度应该预期低于极限值，并为此允许电动马达对骑行者进行完整辅助。但是，这些变速级一般为“爬坡档位”，当上坡行驶(“行驶爬坡”)时选择它，并且其中在延长的周期上还要求高驱动扭矩以及因此要求高驱动动力。

通常，为了借助电动马达辅助骑行者，由辅助电动马达输出的连续动力存在极限。所述连续动力可确实在短时间内被超越，以便迅速应付短而高的负载需求。但是，如果上坡的旅程持续较长的时期，例如持续多于30或60秒的时期，则辅助电动马达仅可以输出法律允许的连续动力，并因此甚至针对该负载情形应该预期肌肉驱动动力的增加部分。

累进变大的变速级范围可以因此有利地放置在递减式变大的两个上述变速级范围之间。

为了能够实现低速范围内特别高的加速度值，这对上述“电动自行车”是特别有利的，因为，其中辅助电动马达可仅输出其扭矩，直到自行车的预定极限速度，有利的是，最大的个体百分比变速级阶跃发生在分配给允许电动马达的扭矩辅助的速度范围的齿轮之间。这是因为大的个体百分比变速级阶跃则不需要仅仅由肌肉力量克服，尽管这在维持上述条件时可能容易。因为后轮齿轮装置总是与至少一个前链轮一起用在自行车上，考虑到可能的链轮和后轮并且还假设可能通常由骑行者输出的动力(可选地由电动马达辅助)，自行车速度或至少自行车速度范围可能容易分配给所述齿轮装置的每个齿轮。因此如果最大的个体百分比变速级阶跃发生在第三大齿轮与第四大齿轮之间或/和第四大齿轮与第五大齿轮之间，则出于上述原因是特别有利的。如果第三大齿轮与第四大齿轮之间以及第四大齿轮与第五大齿轮之间的两个个体百分比变速级阶跃大小相同，则在此还可设想并且这在目前情况下甚至是首选的。对于正好具有八个齿轮的齿轮装置而言，后者是特别首选的。

为了确保期望的大变速范围同时避免自行车链条同时负载较高，最大齿轮可以具有多于40个齿，例如至少44个齿，优选地至少48个齿。如将在下面还进一步示出的，相比于44个齿，48个齿对于最大齿轮是首选的，因为数量48具有比数量44更多的一体部分(integral part)。这对朝向该齿轮的变速操作的精确顺序是有利的。同样，最小齿轮可以具有至少10个齿，优选地至少11个齿。为了不必不必要地限制可以用所述齿轮装置实现的变速范围，最小齿轮不应该具有多于13个齿。

为了确保各个齿轮之间的精确变速操作，有利的是，所述后轮齿轮装置的四个大齿轮中每个的齿数是4的整数倍。但是，为了尤其是在最大齿轮的情况下实现上述个体百分比变速级阶跃的值，首选地，齿数是8的整数倍。在这种情况下，可以达到有利地实现非常精确的变速操作的情形，其中轴向直接相邻齿轮(在此为四个大齿轮)的齿数可以被轴向直接相邻齿轮的齿数差除尽。

但是，对于较小齿轮，其它条件一般必须应用于前面提到的四个最大齿轮。如果八个齿轮的上述阶跃在此继续，则朝向最小齿轮的所述个体百分比变速级阶跃会非期望地变大。这可以通过一组四个轴向连续齿轮中的三个齿轮的每个的齿数来避免，其中该组包括从第四大齿轮到第七大齿轮的齿轮，是3的整数倍，甚至更佳是6的整数倍。又应该澄清的是，例如如果包括24个齿，并且因此其齿数可以被8除、被6除、被4除、被3除，则第四大齿轮优选地满足所有上述条件。

对于尽可能精确的变速行为的上述原因，根据本发明的有利发展，所述后轮齿轮装置具有至少五个齿轮，优选地具有至少六个齿轮，为此以下可除尽条件应用于，两个轴向直接相邻齿轮的齿数可以被所述齿数的差除尽而没有余数。这优选地涉及所述齿轮装置的五个最大齿轮，优选地六个最大齿轮。每当所述齿轮装置总共具有正好七个齿轮，它可以具有正好五个齿轮来满足提到的可除尽条件。在齿轮装置具有总共正好八个齿轮的情况下，所述齿轮装置可以具有正好六个齿轮，来满足提到的可除尽条件。

使用具有至少七个齿轮的后轮齿轮装置的优点在于，所述最大齿轮不必要呈杯状或另外形成诸如弯曲横截面。存在足够的构建空间来提供作为平坦齿轮的最大齿轮。以这种手段，由于较高的可获得扭矩，甚至特别是加载的最大齿轮可以经受在电动马达辅助期间较高的链条负载，由此无需接受例如由于额外加强手段等带来的重量缺点。

所述最大齿轮优选地本身不直接设计成将扭矩传递到自行车后轮轮轴。这优选地借助以本身公知的方式联接到自行车后轮轮轴的驱动器来进行。所述最大齿轮优选地也本身不直接设计成将扭矩传递到驱动器。反之，规定所述最大齿轮具有供驱动器从中穿过的中央开口，其中在最大齿轮本身与驱动器之间不存在用于在最大齿轮与驱动器之间传递扭矩的直接形状配合接合。

扭矩可以借助适配器元件在最大齿轮与驱动器之间传递，所述适配器元件布置在最大齿轮与驱动器之间的扭矩传递路径中。所述最大齿轮可以因此由传递扭矩的适配器元件联接到驱动器，其中所述适配器元件优选地放置在最大齿轮的远离其余齿轮的那一侧。在此提到的一个驱动器可以是前面段落中提到的驱动器。虽然设想将适配器元件仅部分地放置在最大齿轮的远离较小齿轮的那一侧，但是首选将适配器元件完全放置在该侧。以这种手段，可以将整个后轮齿轮装置布置在自行车上距自行车的纵向中心平面的更大轴向距离(相比适配器元件沿轴向布置在所述齿轮装置内的情况)处。以这种手段，特别在链条与大齿轮接合的情况下可以减少链条歪斜。大齿轮由于其直径大，被链条歪斜加载得最高，由于其大小，具有比所述齿轮装置的较小齿轮更大的屈曲倾向。

为了方便制造和安装并且为了获取所述齿轮装置的尽可能大的稳定性和刚性，可以规定多个齿轮形成为所述后轮齿轮装置内的单件齿轮部件。整个后轮齿轮装置可以原则上设计为单件齿轮部件，但是这并非首选。所述最大齿轮优选地设计为分离的单独齿轮，例如以便能够为该齿轮选择合适的材料，其中最大扭矩传递到自行车后轮，而不论所述齿轮装置的其它齿轮的材料。所述最大齿轮还可以作为传递扭矩的单独齿轮直接连接到与之轴向相邻的第二大齿轮。这一般确实是尽可能有效传递扭矩的情况。

所述齿轮装置的最小齿轮还可以分开地形成为单独齿轮，以便使所述齿轮易于更换。以这种手段，高负荷、磨损或变形的齿轮可以易于更换，或者扭矩传动比可以通过更换齿轮而适应改变的需求。

作为更容易更换的单独齿轮的设计方面优选地应用于如下齿轮：利用该齿轮，假设65到75转/分钟范围内的习惯踏板频率并考虑自行车的公知链轮和公知后轮，实现了对应于上述辅助极限速度的骑行速度，超过所述辅助极限速度则不允许电动马达对骑行者辅助。观察表明，“电动自行车”的骑行者倾向于用尽技术上可获得的电动马达辅助的范围，但一般不愿使用他们自己的肌肉力量超越。在这方面，在“电动自行车”的情况下，应该预期到分配给辅助极限速度(如上所述，在德国为25km/h)的所述齿轮的超过平均的高加压。特别是该齿轮因此优选地构造为可更换的单独齿轮。这在许多情况下是所述齿轮装置的第六大齿轮。依据所述齿轮装置的齿轮总数，该齿轮也可以是第五大齿轮或第七大齿轮。

所述后轮齿轮装置的优选至少三个，特别优选至少四个，最优选正好四个齿轮因此设计为在所述后轮齿轮装置内的单件齿轮部件。所述单件齿轮部件优选地包含第二大齿轮。相比之下，第二小齿轮(也可能是第三小齿轮)优选地设置为分开形成的单独齿轮以方便更换。

替代或除了多个齿轮的单件设计，多个齿轮特别是在每种情况下的两个轴向直接相邻齿轮还可以通过诸如销或/和铆钉或/和螺钉的连接手段彼此直接连接。为了尽可能地实现高刚性，所述连接手段沿径向设置在所述齿轮之间、在彼此直接连接的两个齿轮中的较小者的径向范围的最外50％的区域中，优选地设置在彼此直接连接的两个齿轮中的较小者的径向范围的最外33％的区域中，特别优选地设置在最外25％的区域中，最优选地设置在最外20％的区域中。所述连接手段可以与两个直接连接齿轮中的一个一体形成，优选地与较小齿轮一体形成。所述连接手段设计成围绕共同齿轮轴线来传递扭矩，优选地还沿着齿轮轴线传递轴向力。为了在径向外侧尽可能远地实现尽可能稳定的连接，所述连接手段可以在其齿根区域中连接到两个齿轮中的较小者，这两个齿轮直接轴向相邻且彼此连接。

针对所述连接手段提到的首选径向区域，用于将所述连接手段附接至一对轴向直接相邻齿轮上或附接至它们之间，还应用于两个轴向直接相邻齿轮彼此直接单件连接的设计。

虽然在开始时指出所述后轮齿轮装置包括至少七个齿轮，但是所述后轮齿轮装置当然还可包括显著多于七个齿轮。但是，这对实现具有上述平均百分比间距的期望较大变速范围根本不必要。所述后轮齿轮装置有利地包括正好七个或正好八个或正好九个齿轮。这样的齿轮数量允许作为平坦齿轮的最大齿轮的上述设计具有上述优点。提到的齿轮的精确数量还允许所述齿轮装置轴向外侧的适配器元件的上述有利布置，即位于所述最大齿轮的远离较小齿轮的那一侧，上述结果有利地减少较大齿轮处的链条歪斜。

原则上，任何链条都可以供所述后轮齿轮装置使用。但是，为了实现所述齿轮装置的较小轴向构建空间需求，有利的是，轴向直接连续齿轮之间的前表面距离介于4.2mm到4.4mm之间，优选地介于4.3mm到4.4mm之间，特别优选地是4.35mm。“前表面距离”在此是轴向直接相邻齿轮的前表面的之间的距离，该前表面相对于齿轮的共同旋转轴线正交，在齿轮的在每种情况下面向较小齿轮或者在每种情况下远离较大齿轮的那一侧的齿的附近、位于齿轮体的区域中。专家理解术语“前表面”，因为变速器的后棘轮机构的位置与所述表面对准。“前表面”一般是齿轮侧的表面，在装设状态下其远离自行车纵向中心平面，并且在该表面上，忽视掉存在的任何轴向突出的齿以及存在于轮毂附近的任何突起，齿轮抵靠在平坦的下方表面上。

与所述后轮齿轮装置相互作用的自行车链条应该依据选定的前表面距离进行选择。

在7叠(fold)齿轮装置的情况下，根据本发明的后轮齿轮装置从最小齿轮朝向最大齿轮优选地具有以下间距：12、14、18、24、32、40和48。相比之下，在8叠齿轮装置的情况下，首选间距如下：11、13、15、18、24、32、40和48。

根据本发明的另一方面，本申请涉及一种用于自行车的后轮齿轮装置，所述后轮齿轮装置包括具有不同齿数的至少七个同轴布置的齿轮，其中所述齿轮装置的全变速范围(定义为最大齿轮的齿数与最小齿轮的齿数之比)至少为350％，优选地至少为400％，特别优选地至少为435％，该后轮齿轮装置另外具有附加特征。

本发明此外涉及一种用于自行车的驱动组件，所述驱动组件具有如上所述的后轮齿轮装置并具有前链轮，其中前链轮的齿数小于最大齿轮的齿数且大于第三大齿轮的齿数。“爬坡档位”使得可以克服甚至大的坡度，因此在前链轮与最大齿轮之间实现“爬坡档位”，同时甚至当链条放置到第三大齿轮上时，扭矩向下阶跃至“快模式”或“弱模式”。链轮和第二大齿轮在此可以具有相同的齿数，因此，当链条放置到第二大齿轮上时，链轮处引入的扭矩被未加改变地(除了不可避免的摩擦损失)传递到后轮。

因为本后轮齿轮装置尤其还旨在满足强加于具有正好一个前链轮的自行车的驱动组件上的需求，所述驱动组件优选地包括正好一个前链轮。倘若存在多于一个前链轮，则前述条件旨在应用于最大链轮。

决定因素在此意指链轮的“有效齿数”，即考虑可能布置在引入扭矩的位置与链轮之间的传动装置以及所述传动装置的传动比时出现的齿数。如果例如在引入扭矩的位置与仅具有16个齿的链轮之间，设置传动装置，其将引入扭矩朝向链轮增加2.5的因子，即将所述扭矩向上阶跃至“强模式”，其中，出于维持能量的原因，引入扭矩的旋转速度减少相同的因子，链轮的有效齿数增加2.5倍；即在该例中为40个齿。

因为本后轮齿轮装置与辅助骑行者的电动马达相互作用是特别合适的，所述驱动组件此外优选地包括辅助电动马达，所述辅助电动马达被设计或/和布置成经由所述后轮齿轮装置将其辅助扭矩传递到后轮。所述辅助电动马达可以联接或能在此联接到链轮以便传递扭矩。例如，所述电动马达可以联接或能联接到踏板曲柄轴，由骑行者致动的踏板曲柄也联接到所述踏板曲柄轴。电动马达与链轮或踏板曲柄轴的联接可以借助传动装置(例如行星传动装置)进行。

本发明最后涉及一种具有如前所述的后轮齿轮装置或/和具有如前面已描述的驱动组件的自行车。

附图说明

下面参照附图更详细地说明本发明，其中：

图1是使用根据本发明的后轮齿轮装置配备有根据本发明的驱动组件的自行车的大致侧视示意图(后轮齿轮装置仅仅以大致示意的方式表示)；

图2示出了具有八个齿轮的后轮齿轮装置的根据本发明的实施方式的包含共同齿轮轴线的详细纵向截面图；以及

图3示出了图1的齿轮装置的立体纵向截面图。

具体实施方式

在图1中，设置有根据本发明的齿轮装置的自行车由10总体表示。前轮12和后轮14紧固到自行车框架16，以便能围绕正交于图1平面的相应轮轴旋转。前轮12可以经由弹簧叉18连接到自行车框架16。后轮14也可以经由弹簧悬架20连接到自行车框架16。

后轮14能经由驱动组件22驱动，驱动组件22包括单独前链轮24和后轮齿轮装置26，其仅仅以大致示意的形式图示在图1中。驱动扭矩可以经由踏板曲柄28以及与之连接的踏板曲柄轴28a传递到前链轮24，并且从前链轮24经由后轮齿轮装置26借助自行车链条30传递到后轮14。为了辅助骑行者用肌肉力量驱动踏板曲柄28，辅助电动马达32可以布置在自行车框架16上，使得自行车框架16也将其辅助驱动扭矩经由踏板曲柄轴28a传递到前链轮24。传动装置(特别是行星传动装置)可以设置在踏板曲柄轴28a与链轮24之间。在链轮24的有效齿数的计算中应该考虑到该传动装置的传动比。链轮24的实际齿数应该在此乘以如下因子：利用该因子，传动装置将引入到所述传动装置中的扭矩朝向其输出侧传递。借助传动装置的扭矩增加因此造成链轮24的有效齿数相对于实际齿数增加，反之亦然。

作为用于辅助电动马达32的蓄能器的电池34可以设置在框架16中或框架16上。

如图2和图3所示，后轮齿轮装置26也可以是仅齿轮装置26具有齿数不同的一系列同轴齿轮，其中，在图1的装设状态下，齿数从自行车10的平行于图1平面的纵向中心平面朝向外侧连续降低。

自行车链条30可以以本身公知的方式由棘轮机构36带动而与骑行者从齿轮装置26的多个齿轮中选择的齿轮啮合，以便将扭矩传递到后轮14。自行车链条30是本身公知且典型用于自行车上的滚子链条。

在该例中，骑行者的肌肉扭矩和电动马达32的辅助扭矩两者均经由自行车10上的后轮齿轮装置26传递到后轮14。电动马达32因此具有这样的效果，就像骑行者可以触发踏板动力，该踏板动力由电动马达32的辅助动力而增大。

因为以举例的方式示出的自行车10正好具有一个前链轮24，自行车10的全变速范围由后轮齿轮装置26实现。穿过所述齿轮装置26的纵向截面图在图2中示出。图3示出了穿过图2的齿轮装置26的立体纵向截面图。

以举例的方式示出的齿轮装置26具有相对于共同齿轮轴线A同轴布置的八个齿轮38、40、42、44、46、48、50和52。齿轮轴线A也是后轮14的旋转轴线。齿轮轴线A相对于图1平面是正交的，并且位于图2平面中。

在提到的齿轮38至52中，齿轮38为最大齿轮，而齿轮52为最小齿轮。

在本例中，优选为平坦设计的最大齿轮38具有48个齿。齿轮40至52的齿数按提到的顺序为40、32、24、18、15、13和11。如齿轮48、50和52，最大齿轮38设计为单独齿轮。相比之下，齿轮40、42、44和46优选地设计为单件齿轮拱顶件54。齿轮48、50和52因此可以分别根据需要进行更换。

齿轮拱顶件54的齿轮40至46优选地由与相应齿轮一体形成的幅板56、58、60连接，该幅板在每种情况下布置在两个轴向直接相邻的齿轮之间。幅板56至60在此沿径向尽可能设置在外侧，以便获取尽可能稳定且刚硬的齿轮拱顶件54。在每种情况下依据齿轮的大小，幅板位于彼此直接连接的两个轴向相邻齿轮中的较小者的范围的径向区域的径向最外15％至25％中(在每种情况下距齿轮轴线A测量而得)。幅板优选地在两个直接连接的齿轮中的较小者处终止于齿根区域中。

幅板62有利地一体形成在齿轮拱顶件54的最大齿轮40上，所述幅板在齿轮拱顶件54的较小齿轮42、44和46的方向上远离最大齿轮突出且用于连接到最大齿轮38。但是，所述幅板并未一体地连接到最大齿轮38。

齿轮40与最大齿轮38的替代连接以举例的方式图示在图2的上半图像中。穿过齿轮38的销64可以由此在齿轮40上一体形成为单个件，位于面对最大齿轮38的那一侧。代替一体形成在齿轮40上的销，销64还可以与由所述销连接的齿轮38和40分开地形成，或者销64可以一体形成在齿轮38上，尤其是在面对齿轮40的那一侧，并且可以穿过齿轮40。

齿轮40至46彼此一体连接以便形成齿轮拱顶件54，该一体连接可以通过图示或者使用销64通过上文说明的销连接完全或部分地替代。

利用齿轮38至52的上述间距，齿轮装置26具有48除以11的变速范围，即大约436.4％。从最小齿轮52到最大齿轮38的个体百分比变速级阶跃为：13减去11再除以11，即大约18.2％；15减去13再除以13，即大约15.4％；18减去15再除以15，即20％；24减去18再除以18，即大约33.3％；32减去24再除以24，即还是大约33.3％；40减去32再除以32，即25％；以及48减去40再除以40，即20％。所有的变速级阶跃因此介于15.4％到33.3％之间的范围内。因此可以将较大变速范围相对均匀地划分为同样相对较少的变速级。与此同时，无变速级阶跃是这样的大小，即在变速操作为进入变速级或脱离变速级期间，骑行者会察觉令人不快的较大扭矩跃变。

在图示的例子中，上文计算的个体百分比变速级阶跃的算术平均值(即平均百分比变速级阶跃)大约为23.6％。

前链轮24有利地具有40个齿的有效齿数，这在这里图示并由电动马达辅助的“电动自行车”10的情况下通常由具有16个齿的链轮和传动装置实现，所述传动装置连接到上游并且具有从引入扭矩的位置朝向链轮24放大2.5倍的扭矩。

如果在以举例的方式图示的自行车10的情况下，初始点为65转/分钟的完全习惯踏板频率，然后，使用大小同样公知的特定后轮与链条一起，最大齿轮38实现大约7.5km/h的速度，第二大齿轮40实现大约9km/h的速度，第三大齿轮42实现11.2km/h的速度，第四大齿轮44实现大约15km/h的速度，第五大齿轮46实现大约19.9km/h的速度，第六大齿轮48实现大约23.9km/h的速度，第七大齿轮50实现27.6km/h的速度，并且最小齿轮52实现32.6km/h的速度。

依据相应的法律法规，在由电动马达辅助的自行车的情况下，仅允许电动马达的辅助扭矩输出达到预定的速度极限。在德国，例如，允许骑行者由辅助电动马达32的全扭矩辅助只能达到25km/h的速度。在更高的速度下，任何辅助都不再被允许；或者在略高于25km/h极限速度的速度下，仅允许通过部分扭矩进行部分辅助，该部分扭矩与完全辅助扭矩相比有所减小。

在图示例子的本后轮齿轮装置26的情况下，在具有有效齿数40和65转/分钟的踏板频率的前链轮24的规定假设下，电动马达32扭矩对骑行者的完全辅助由此仅在由六个最大齿轮38至48形成的变速级中发现。在目前的情况下，齿轮48因此是分配给25km/h的辅助极限速度的齿轮，为此出于在说明书的前言部分中提到的原因，可以预期到特别严重的磨损。

为了有利地利用辅助电动马达32对骑行者的最大可行辅助，最大的个体百分比变速级阶跃位于由六个最大齿轮38至48形成的该“辅助范围”内。在每种情况下为33.3％的最大的个体百分比变速级阶跃有利地位于第三大齿轮42与第四大齿轮44之间以及第四大齿轮44与第五大齿轮46之间。25％(名义上实际为第二大的个体百分比变速级阶跃)的第三大的个体百分比变速级阶跃设置在第二大齿轮40与第三大齿轮42之间。以这种手段，实现高的加速，同时避免非期望的多个变速操作。

三个最小齿轮52、50和48形成第一组齿轮，当在从最小齿轮52朝向最大齿轮38在轴向方向上观察时这组齿轮递减式变大。这意味着，放置在所述齿轮52至48之间的个体百分比变速级阶跃在从最小齿轮52朝向最大齿轮38的方向上变小。

三个轴向上直接连续的齿轮48、46和44形成第二组齿轮，当在从最小齿轮52朝向最大齿轮38的轴向方向上观察时这组齿轮累进式变大。这意味着，放置在齿轮48至44之间的个体百分比变速级阶跃在规定的观察方向上变大。

三个轴向上直接连续的最大齿轮42、40和38形成第三组齿轮，当在从最小齿轮52朝向最大齿轮38的轴向方向上观察时这组齿轮递减式变大。放置在齿轮42至38之间的个体百分比变速级阶跃又在规定的观察方向上变小。

齿轮48属于第一组与第二组两者的边界齿轮。

对于齿轮48至38，自行车链条30从齿轮48至38中的一个齿轮到齿轮48至38中的轴向直接相邻齿轮精确变速的特别有利的条件适用的是，两个轴向直接相邻的齿轮中的每个的齿数可以被其齿数差除尽而没有余数。

齿轮装置26沿轴向被驱动器66穿过。利用所述驱动器66，齿轮装置26在驱动方向上连接到后轮14的后轮轮轴(图2和图3中未图示)以传递扭矩，并与驱动方向相反地由飞轮连接。

优选平坦的最大齿轮38在其最接近齿轮轴线A的边界处具有开口68，驱动器66同样穿过开口68。在最大齿轮38与驱动器66之间没有直接扭矩传递连接。相反，所述扭矩传递连接仅由适配器元件70产生，适配器元件70首先以传递扭矩的方式连接到最大齿轮38，并且其次以传递扭矩的方式连接到驱动器66。

适配器元件70设置在最大齿轮38的后侧38b上，该后侧远离剩余齿轮40至52。适配器元件70的这种异常布置首先可能是因为齿轮装置26的总共仅有的八个齿轮的齿轮数量，其次可能是因为前表面38a、40a、42a、…、50a和52a之间的距离相对较小，在本例中，该距离介于4.2到4.4mm之间，详细精确为4.35mm。

因齿轮的数量达到九个的缘故，在图示的例子中精确是八个，同时前表面距离较小，所以齿轮装置26需要如此小的轴向构建空间，以致于适配器元件70可以布置在沿轴向被齿轮装置26占用的构建空间的外侧。以这种手段，特别是通过链条歪斜被加载的齿轮装置26(特别是最大齿轮38)可以沿轴向布置得进一步远离自行车10的纵向中心平面，因此在所述自行车链条在整个最大齿轮38上运行的情况下自行车链条30相对于自行车10的纵向中心平面的歪斜角度小于适配器元件70布置在最大齿轮38的前表面38a那一侧的情况。结果，因为其直径相当大而呈现增加的屈曲倾向，最大齿轮38的负载可以在操作期间大大减少。

限定最大齿轮38距齿轮拱顶54的最小齿轮46的轴向距离的间隔器套筒72有利地布置，以便在驱动器66附近沿轴向支撑最大齿轮38。

Claims (15)

1.一种用于自行车(10)的后轮齿轮装置(26)，所述后轮齿轮装置(26)包括具有不同齿数的至少七个同轴布置的齿轮(38，40，42，44，46，48，50，52)，其中所述齿轮装置(26)的全变速范围至少为350％，优选地至少为400％，特别优选地至少为435％，所述全变速范围被定义为最大齿轮(38)的齿数与最小齿轮(52)的齿数之比，并且其中平均百分比变速级阶跃以个体百分比变速级阶跃的总和除以变速级阶跃的数量来计算，其中，进而，个体百分比变速级阶跃被定义为两个轴向直接相邻齿轮(38，40，42，44，46，48，50，52)的齿数之差除以所述相邻齿轮(38，40，42，44，46，48，50，52)中的较小者的齿数，所述个体百分比变速级阶跃位于15％到30％的范围内，优选地位于20％到30％的范围内。

2.根据权利要求1所述的后轮齿轮装置(26)，

其特征在于，所述个体百分比变速级阶跃的值位于15％到35％的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的后轮齿轮装置(26)，

其特征在于，当在从最小齿轮(52)朝向最大齿轮(38)的轴向方向上观察时，所述后轮齿轮装置(26)包括累进式变大的一组轴向连续齿轮(48，46，44)，并且在所述累进式变大的一组轴向连续齿轮(48，46，44)之间，所述个体百分比变速级阶跃的值从一个变速级向下一变速级增加；并且其中所述后轮齿轮装置(26)包括递减式变大的一组轴向连续齿轮(52，50，48；42，40，38)，并且在所述递减式变大的一组轴向连续齿轮(52，50，48；42，40，38)之间，所述个体百分比变速级阶跃的值从一个变速级向下一变速级减小。

4.根据权利要求3所述的后轮齿轮装置(26)，

其特征在于，所述累进式变大的一组轴向连续齿轮(48，46，44)沿轴向放置在递减式变大的两组轴向连续齿轮(52，50，48；42，40，38)之间。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的后轮齿轮装置(26)，

其特征在于，最大的个体百分比变速级阶跃发生在第三大齿轮(42)与第四大齿轮(44)之间，或/和发生在第四大齿轮(44)与第五大齿轮(46)之间。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的后轮齿轮装置(26)，

其特征在于，所述最大齿轮(38)具有供一驱动器(66)从中穿过的中央开口(68)，其中在所述最大齿轮(38)与所述驱动器(66)之间不存在用于将扭矩从所述最大齿轮(38)传递到所述驱动器(66)的直接形状配合接合。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的后轮齿轮装置(26)，

其特征在于，所述最大齿轮(38)借助一适配器元件(70)联接到一驱动器(66)以传递扭矩，其中所述适配器元件(70)放置在、优选地完全放置在所述最大齿轮(38)的远离其余齿轮(40，42，44，46，48，50，52)的那一侧(38a)。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的后轮齿轮装置(26)，

其特征在于，至少三个、优选地至少四个、特别优选地正好四个齿轮(40，42，44，46)被设计为位于所述后轮齿轮装置(26)内的单件式齿轮部件(54)。

9.根据权利要求8所述的后轮齿轮装置(26)，

其特征在于，所述最大齿轮(38)和所述最小齿轮(52)均独自形成为单独齿轮。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的后轮齿轮装置(26)，

其特征在于，所述后轮齿轮装置(26)具有正好七个或正好八个或正好九个齿轮(38，40，42，44，46，48，50，52)。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的后轮齿轮装置(26)，

其特征在于，轴向直接连续的齿轮(38，40，42，44，46，48，50，52)之间的前表面距离介于4.2mm到4.4mm之间，优选地介于4.3mm到4.4mm之间，特别优选地为4.35mm。

12.一种用于自行车(10)的驱动组件(22)，所述驱动组件(22)包括根据权利要求1至11中的任一项所述的后轮齿轮装置(26)，并包括前链轮，优选地包括正好一个前链轮(24)，其中所述前链轮(24)的齿数小于最大齿轮(38)的齿数且大于第三大齿轮(42)的齿数。

13.根据权利要求12所述的用于自行车(10)的驱动组件(22)，

其特征在于，所述前链轮(24)和第二大齿轮(40)具有相同的齿数。

14.根据权利要求12或13所述的用于自行车(10)的驱动组件(22)，

其特征在于，所述驱动组件(22)此外还具有辅助电动马达(32)，所述辅助电动马达(32)被设计或/和布置成经由所述后轮齿轮装置(26)将其辅助扭矩传递到后轮(14)，其中所述辅助电动马达(32)优选地联接或能联接到所述链轮(24)以便传递扭矩。

15.一种自行车(10)，该自行车具有根据权利要求1至11中的任一项的后轮齿轮装置(26)或/和具有根据权利要求12至14中的任一项的驱动组件(22)。