CN113291405A - 自行车后轮小齿轮配置以及用于产生自行车后轮小齿轮配置的模块化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自行车后轮小齿轮配置，其具有支架小齿轮和自承式的小齿轮组，所述小齿轮组在所述支架小齿轮的连接区域内在外侧与所述支架小齿轮连接，以及一种用于产生不同的自行车后轮小齿轮配置或小齿轮飞轮的模块化系统。所述小齿轮配置包括多个构建为小齿轮环的其他小齿轮，其中所述小齿轮环在所述连接区域内布置在所述支架小齿轮上并与所述支架小齿轮连接。

Description

自行车后轮小齿轮配置以及用于产生自行车后轮小齿轮配置 的模块化系统

技术领域

本发明涉及一种用于自行车后轮的小齿轮配置及用于产生自行车后轮小齿轮配置的模块化系统。

背景技术

同类型的后轮小齿轮配置在自行车行业中以及在下文的描述中同样被简化地且同义地称为小齿轮飞轮或飞轮，其在自行车上构成传动系的组成部分，此传动系用于将驱动力从自行车中轴上的齿盘传递至后轮。

下文的描述中所应用的位置或方向说明，如“左”、“右”、“前”、“后”、“上”、“下”等，相当于自行车上的骑行者视角。对描述中所应用的行业常规方向说明“内侧”(左侧或向左)和“外侧”(右侧或向右)而言也是如此，其特指换挡过程或飞轮上的小齿轮位置。

自行车小齿轮飞轮包括多个在后桥轴向上有所间隔的小齿轮，这些小齿轮具有分级的不同齿数。视骑行者所选择的具体传动比，借助换挡机构将自行车链条放置在小齿轮中的一个上，从而在与中轴上的齿盘的齿数的共同作用下确定传动比以及骑行者所期望的踏频。

近些年来，自行车行业，主要是山地车领域内将中轴齿盘的数目由传统的三个大小不同的齿盘首先逐渐减少至两个齿盘，在此期间，至少在高端细分市场上，大多减少至单独一个齿盘。此点使得传动系简化并且使其可靠性增强。由此，对骑行者而言，减少至仅剩一个换挡杆的换挡操纵和换挡逻辑也得到简化。

此外，同样可以不在中轴区域内设置前链条转辙变速器和其控制装置，以及将此链条转辙变速器固定在自行车车架和自行车车把上所需的装置。在不设置转辙器、额外的齿盘以及换挡杆和附属装置的情况下，自行车的重量也会大幅减小。

在具有电辅助驱动器的自行车中，例如出于结构空间考虑以及为简化传动系，在大多数情况下不采用多个可换挡的齿盘，而是仅设置一个齿盘。

在不在自行车上设置传动比范围的某个子因数的情况下，有必要大幅增大小齿轮飞轮所提供的传动比范围，此子因数过去由中轴上的多个齿盘提供且通常处于180％至200％范围内。

这个必要性导致了小齿轮飞轮的发展，此小齿轮飞轮不仅在外侧具有下至11个齿及以下的极小的小齿轮，而且在内侧具有上至50个齿及以上的极大的小齿轮。借此，这些飞轮达到500％的传动比范围，这样就能在几乎所有骑行状况下提供适宜的传动比。

但特别是在飞轮以传统方式大部分由若干圆盘形小齿轮组成的情况下，在内侧具有如此大小的小齿轮的小齿轮飞轮会引起重量问题，其中每个小齿轮均直接布置在后轮毂的自由轮传动装置上。

这类小齿轮飞轮的较大重量一方面由主要是朝内侧方向逐渐变得极大的圆盘形小齿轮(其也被简化地称为插接式小齿轮)产生，另一方面由与单个小齿轮结构相关的从径向外侧的小齿轮轮齿至后轮毂的径向内侧的传动装置的转矩传递的冗余产生。这些冗余主要在于，每个单个小齿轮均形成其自有的从径向外侧的小齿轮齿部至径向内侧的传动装置的转矩传递路径，这会增加大量平行并排布置因而冗余的转矩传递路径，这些转矩传递路径相应地具有较高的材料成本。

特别是为了解决这类小齿轮飞轮的重量问题，迄今为止，执行两个基本的主方案。方案中的一个为，使用所谓的小齿轮星形轮(Ritzel-Spidern)，其中多个相邻的小齿轮环布置在共同的支架上。

其中，小齿轮环通过以下方式定义：不同于圆盘形的飞轮小齿轮或插接式小齿轮，这个小齿轮环并非直接布置在后轮毂的传动装置上并且与这个传动装置以传递转矩的方式连接，而是构建为在径向上相对更窄的环。

与传动装置的连接以及从小齿轮齿部至传动装置的转矩传递在小齿轮飞轮中实施，此小齿轮飞轮具有星形轮结构因而总是捆绑有大多数两个或多个相邻小齿轮环，这些小齿轮环一起被紧固在星形轮上。

但当前飞轮的小齿轮数目通常在十个或十个以上的小齿轮范围内且数目较大，因此，需要设置多个相对更扁平的星形轮并将通常2至4个小齿轮紧固在扁平星形轮中的每个上，或者需要为单个小齿轮星形轮立体地在轴向上配设较大的厚度或延伸度，以便将多个小齿轮环并排地安放在星形轮上。

因此，星形轮小齿轮飞轮的这两个已知方案对所期望的重量减小而言并非最佳，并且还会导致飞轮具有包含大量制造和安装难度较大的组件的复杂结构。

传动比范围极大的小齿轮飞轮的另一已知的重量减小方案为，将小齿轮飞轮至少部分地构建为自承式的所谓小齿轮组，其也可以被称为圆顶飞轮(Dom-Kassette)。

其中，要么由一块实心材料铣切出除内侧的最大小齿轮外的所有小齿轮，要么在最大和最小小齿轮之间构建尽可能多的中间小齿轮作为小齿轮环，通过连接元件，例如铆钉或销件，将这些小齿轮环连接成锥形的三维承载结构。最后一个方案在业内也被称为销接的小齿轮组。

一般而言，可以以与制造技术无关的方式将自承式齿轮组定义为由三个或三个以上的小齿轮组成，且具有内侧的起始小齿轮和外侧的末端小齿轮，其中起始小齿轮和末端小齿轮可以用连接构件，如星形轮、支架小齿轮或传动装置连接在一起，而第三小齿轮，通常即多个布置在起始小齿轮与末端小齿轮之间的中间小齿轮为自承载式的，且不存在自有连接或不与星形轮、支架小齿轮或传动装置直接连接，替代地，其仅直接或间接地与起始和末端小齿轮连接。

但小齿轮组的这个方案同样随着挡位数和小齿轮尺寸的不断增大而达到极限。由实心铣切而成的小齿轮组需要难度越来越大因而成本越来越高的制造步骤，而销接的小齿轮组因多个布置成一排的销件或铆钉结构，主要是因相关的公差链而导致制造费用越来越高。

发明内容

基于前述现有技术，本发明的目的是提供一种小齿轮配置，其用来在星形轮飞轮以及圆顶飞轮方面克服现有技术的上述缺点。

本发明用以达成上述目的的解决方案为一种小齿轮配置以及一种模块化系统。

同类型的小齿轮配置首先包括支架小齿轮以及自承式的小齿轮组。小齿轮组在支架小齿轮的外侧连接区域内与支架小齿轮连接。

所述小齿轮配置的特征在于多个其他小齿轮，其中所述其他小齿轮构建为小齿轮环。小齿轮环中的每个均在支架小齿轮的连接区域内布置在支架小齿轮上，且在连接区域内与支架小齿轮连接。

如此地布置在支架小齿轮上的其他小齿轮或小齿轮环与同样在支架小齿轮的连接区域内紧固在支架小齿轮上的小齿轮组的组合产生以下优点：以这种方式用与小齿轮环的数目对应的多个小齿轮为小齿轮组减轻负荷，这些小齿轮通常是指小齿轮飞轮的几个最大的小齿轮。

这样小齿轮组就能明显缩小，从而大幅减少本文开篇所述及的小齿轮组的成本、公差和重量问题。直径和高度均按比例减小的锥体的体积以该减小值的三次幂减小，因此，以这种方式就能通过将通常大体呈锥形的小齿轮组的外径和宽度减小30％来将小齿轮组的体积减小至约三分之一的大小。

在此过程中，可以将小齿轮环以不同的方式与支架小齿轮连接在一起。根据本发明的一种优选实施方式，所述小齿轮环中的至少一个借助多个连接元件与所述支架小齿轮连接。连接元件例如指螺钉、铆钉、销件或无铆连接件，最后一个也就是指借助于不应用填充材料的无铆钉铆接的形状配合的连接。

与支架小齿轮进行销件连接的铆钉要么可以作为相应小齿轮环的补充而设置，要么可以与小齿轮环一体式地构建，例如一体成型。

根据另一优选实施方式，所述小齿轮环中的至少一个材料接合地，也就是例如通过焊接或粘合与所述支架小齿轮连接在一起。

前述实施方式同样可以相互组合，使得小齿轮环中的一个例如可以与支架小齿轮粘合，而另一小齿轮环例如可以与支架小齿轮销接或铆接在一起。同样可以在小齿轮环与支架小齿轮的同一连接点上采用多个方法的组合，特别是材料接合与形状配合的组合，例如通过如压花或突出部等形状配合元件加强的粘合连接。

对支架小齿轮与小齿轮组间的连接而言也是如此。这个连接也可以通过例如上述的连接元件，通过材料接合的连接或通过这些连接方法的组合来实施。

根据一种特别优选的实施方式，所述支架小齿轮如此地构建为凹陷的，使得在支架小齿轮与小齿轮环的连接区域内，支架小齿轮在该处的横截面轮廓在平行曲线的意义上接近平行地跟随所述小齿轮配置的齿尖轮廓。

这一点例如可以通过以下方式实现：支架小齿轮至少局部地类似于环体区段地构建。在支架小齿轮、小齿轮环与小齿轮组的连接区域内，这个造型因连接路径最短而使得材料花费最小，从而实现所期望的重量尽可能小的小齿轮飞轮。

此外，通过这个最短的连接路径，小齿轮配置在连接区域内的刚度和疲劳强度得到优化。

根据另一优选实施方式，在所述小齿轮配置的一或多个小齿轮上，至少一个外链板间隔齿(Raumgebezahn)或输出齿的负荷齿面具有在周向上后缩的斜切的鲨鱼齿形状。这样就能在小齿轮飞轮的整个使用寿命范围内改善换挡精度、降低换挡噪音、减少小齿轮飞轮和链条的磨损，并且整体上延长传动系的使用寿命。

本发明还涉及一种用于提供多个不同的自行车后轮小齿轮配置的模块化系统。所述模块化系统包括针对组件“支架小齿轮”、“小齿轮组”和“小齿轮环”中的至少一个的至少一个组件系列，优选针对这些组件中的每个各包括一个组件系列。

以支架小齿轮为例，“组件系列”应指不同的材料或不同制造品质的一系列或一排支架小齿轮。例如由钢制成的支架小齿轮和由铝制成的支架小齿轮构成组件系列“支架小齿轮”。

其中，在每个组件系列内均以形状对应统一或机械上相一致的方式定义有与其他组件的连接接口(以支架小齿轮为例，即与小齿轮环中的一个的连接接口或与小齿轮组的连接接口)。这表明，基于统一定义的连接接口，相应的组件(例如支架小齿轮)可以在保留其余组件(例如小齿轮环或小齿轮组)的情况下用同一组件系列(例如组件系列“支架小齿轮”)中的另一组件(例如用另一支架小齿轮)替换。

根据一种可能的实施方式，所述支架小齿轮的连接接口中的至少一个构建为用于选择性地容置小齿轮环或小齿轮组的组合接口。换言之，这表明，要么可以将较大的小齿轮组紧固在支架小齿轮的相应组合接口上(其中在径向上更靠内的另一连接接口在此情形下可以保持不被使用)，或者将小齿轮环紧固在该组合接口上，而将较小的小齿轮组紧固在径向上更靠内的另一连接接口上。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式进行示例性描述。

其中：

图1：具有单速传动系，即具有单独一个齿盘且无前链条转辙变速器的山地车；

图2-图4：分别以剖视示意图示出现有技术中具有小齿轮星形轮和插接式小齿轮的小齿轮配置；

图5：现有技术中具有一体式小齿轮组的小齿轮配置的剖视示意图；

图6：现有技术中具有销接的小齿轮组的小齿轮配置的剖视示意图；

图7-图8：分别以剖视示意图示出本发明的实施方式中的小齿轮配置；

图9：根据图6的现有技术中的小齿轮配置与图7和图8中的实施方式的支架小齿轮的示意性重叠；

图10：图7和图8中的实施方式的视图，其用来以剖视示意图对所述模块化结构进行说明；

图11：具有一体式小齿轮组和销接的小齿轮环的小齿轮配置的实施例的剖视示意图；

图12：图11中的实施例的分解图；

图13：另一实施方式的支架小齿轮的从左侧或外侧观察的视图；

图14：图13中的支架小齿轮的从左侧或外侧观察的斜视图；

图15：图13和图14中的支架小齿轮的局部图；

图16：图13至图15中的支架小齿轮的剖视图；

图17为图16中的支架小齿轮的剖面；

图18：在从支架小齿轮向外换挡至下一更小的小齿轮时，链条负荷股的走向；以及

图19：具有对应齿部几何形状的支架小齿轮的向外换挡叉轴拨块凹槽。

具体实施方式

图1示出具有单速传动系的山地车。除小齿轮飞轮1、链条2和换挡机构3外，所述传动系仅具有单独一个齿盘4。如本文开篇所述，由此，传动系在制造难度、安装难度和设定难度以及重量和骑行者的换挡操作方面得到简化。

其中，必须通过相应地扩大小齿轮飞轮1的传动比范围来对因省去具有其他齿数的其他齿盘而损失的传动比范围进行补偿。

这一点特别是通过以下方式实施：小齿轮飞轮1在内侧具有数个极大的小齿轮。内侧相当于图1中小齿轮飞轮1的背侧。可以看出，小齿轮飞轮1的最大小齿轮具有明显更大的直径，因而具有比齿盘4大得多的齿数。以这种方式提供爬陡坡所需的减速，也就是在曲柄机构5与后轮6之间提供小于1的传动比。

图2至图4分别以沿图1中的自行车的后桥的轴向剖面图示出现有技术中的自行车小齿轮飞轮。图2至图4中以及部分地在图5至图8中应用的标记在图2的上区域内以图例的形式再次示出。

其中，标记7代表小齿轮飞轮1的传动装置11通过图1所示后轮上的(未示出的)自由轮的抗扭连接，标记8代表传动装置11通过其轴承结构12相对于自行车后桥的平移式固定，标记9的虚线代表在此从链条2通过小齿轮飞轮1至6处的后轮的力流或力矩流，以及两个方块10代表小齿轮飞轮1的不同组件间的力传递接口，或代表朝向绘图平面的链条力FC的作用。

图2至图4中的小齿轮飞轮1包括多个(在此为八个)构建为插接式小齿轮13的单个小齿轮以及小齿轮星形轮14，构建为小齿轮环15的其他四个单个小齿轮布置在该小齿轮星形轮上。插接式小齿轮13和小齿轮星形轮14借助可以被拧入传动装置11的内螺纹17的锁环16以常规方式轴向地张紧在传动装置11上。

结合图2至图4，对现有技术中存在的从自行车链条2经由小齿轮13、15至传动装置11的转矩传递的冗余进行说明。可以看出，在小齿轮飞轮内部存在不少于九个用于转矩的径向传递路径9，因为八个插接式小齿轮13中的每个和小齿轮星形轮14各具有一从相应小齿轮齿部至传动装置的自有径向转矩传递路径9。

因此，产生多个(在此为九个)平行并排布置但仅作为替代使用因而冗余的转矩传递路径9，其相应地具有较高的材料成本，且小齿轮飞轮1的重量较大。

不同于根据图2至图4的现有技术中具有插接式小齿轮和小齿轮星形轮的小齿轮飞轮，图5和图6示出现有技术中构建为小齿轮组的小齿轮飞轮的示例。其中，图5中小齿轮飞轮包括由一块实心材料铣切而成的小齿轮组18，而图6中的小齿轮飞轮指的是销接的小齿轮组19，也就是说，该小齿轮组由在此借助销件20连接在一起的多个单个小齿轮组成。在这两个情形下，小齿轮组18或19均分别与一个支架小齿轮21连接。

结合图1，从图5和图6一方面可以看出现有技术揭示过的这类小齿轮飞轮中的小齿轮组的巨大尺寸。因此，图5中的由实心材料铣切而成的小齿轮组的制造难度极大，因而成本极高，而图6中的销接的小齿轮组特别是基于多个布置成一排的连接结构，在此即不少于10个布置在11个小齿轮组之间的分别具有多个销件20的销件平面，而在保持轴向和径向同轴度公差方面给制造提出巨大的挑战。

同样绘示在图5和图6中的力流和力矩流9用于对这个现有技术中的另一缺点进行说明。特别是在山地车和电动自行车上越来越常见的类似于图1的单速传动器的小齿轮飞轮中，飞轮的中间区域内的中等尺寸的小齿轮的使用频率远大于左侧的较大和极大的小齿轮，或者右侧的较小和极小的小齿轮。

图5和图6中，使用频率特别高的小齿轮的一个示例为，2处的链条放置在(通常从内侧(左侧)向外侧(右侧)数的)第七挡位的小齿轮22上。可以看出，首先将力流9从当前使用的小齿轮22经由所有处于小齿轮22更左边的小齿轮径向地朝外导引，随后，该力流必须经由支架小齿轮21再径向朝内地走过另一路径直至支架小齿轮21与传动装置11的接口23，参阅图5和图6中的箭头P。

力流9的这个长路径不仅在几何形状上可见，而且会在操作中导致除支架小齿轮21以外，小齿轮组18、19的所有有力流9经过的区域24均受到实际的连续负荷或交变负荷。

因此，几乎在所有挂入的挡位中均有力流9经过且处于当前使用的小齿轮左侧的区域24必须在材料疲劳或疲劳强度方面针对这个永久性的交变负荷，特别是在环绕弯曲方面进行设计，而不是仅针对处于区域24内的挡位或小齿轮实际上极少被使用的情形下的负荷来进行设计。因此，现有技术中所需的这个设计同样导致小齿轮飞轮的重量非期望地增大。

下文将在针对图15中的描述中对图5中所绘示的支撑半径R1进行说明。

图7示出本发明的实施方式中的小齿轮飞轮或小齿轮配置1的对应于图5和6的情况，同样绘示有力流9。其中，链条2同样如图5和图6中那样放置在第七小齿轮22上，其相当于小齿轮飞轮1的第七挡位。

图8示出与图7相同的小齿轮配置1，区别在于，链条2在此放置在第二小齿轮25上，其相当于小齿轮飞轮1的第二挡位。相应地，图8示出第二挡位中从链条2经由第二小齿轮或小齿轮环25至支架小齿轮21的力流，该力流从这个支架小齿轮到达传动装置11，最后重新在6处到达后轮。

除支架小齿轮21外，图7和图8中可以看出(在此一体式铣切而成的)小齿轮组18以及其他多个(在此为三个)构建为小齿轮环25、26和27的小齿轮，这些小齿轮环在支架小齿轮21的连接区域V内与支架小齿轮21连接。

可以清楚地看到，例如与根据图5的现有技术中的小齿轮飞轮相比，小齿轮组18减少了三个较大的小齿轮25至27并且有所缩小。小齿轮组18的形状大体呈截锥形，因此，在所示实施例中，通过大幅缩小直径和高度，将小齿轮组的体积减小约三分之二，相应地，在可制造性和制造成本方面具有较大优势。这样小齿轮组的质量也大幅减小。

作为图7和图8所示实施方式中的铣切而成的小齿轮组18的替代，也可以选择性地将销接的小齿轮组(参阅图6)用于另一(未示出的)实施方式，并且将其与图7和图8中的支架小齿轮连接在一起。

结合图7和图8与图6可以看出，图6所述现有技术中的销接的小齿轮组中因小齿轮组之间的无数销件平面而存在的公差链较长的问题可以通过小齿轮组的缩小而得到大幅减少。特别是在销接的小齿轮组中，以这种方式在合理的制造难度下形成同轴度大幅改善且刚度更大的小齿轮组。

特别是在使用销接的组(参阅图6)的情况下，稍逊地在图7和图8所示铣切组中，公差链随着小齿轮组的缩小而缩短，因此，整个小齿轮飞轮1的轴向公差状况同样得到改善。

这体现在，借助本发明，就能使得锁管28、传动装置11和支架小齿轮21的与轴向公差链相关的尺寸之间的差动间隙G减小，该差动间隙为在轴向预应力下无间隙地安装小齿轮飞轮1所必需的。这样在安装飞轮时，飞轮的轴向预应力所引起的齿部几何形状的前表面距离29的变化也得到减少，从而改善飞轮的换挡精度，在进行安装时，轴向的差动间隙G闭合。

结合图7与图5看出力流9是如何借助本发明相对于现有技术得到改善并缩短的。在图7和图8所示实施例中，这一点体现在，不同于图5所示现有技术，三个较大的小齿轮25至27，以及支架小齿轮21的布置在径向外侧的最大部分T被从飞轮1的中间区域内的最常使用的小齿轮的力流中移除。因此，这些区域，在此即小齿轮25至27以及支架小齿轮21的径向外侧部分T，可以大体针对其在骑行操作中所预期的使用频率进行设计，因此，其针对小得多的连续负荷进行设计且相应地具有小得多的重量。

图8还示意性地示出小齿轮飞轮1在图7和图8所示实施方式中的齿尖或齿尖轮廓的包络线30。可以看出，支架小齿轮21的环形拱起或凹陷导致支架小齿轮21的横截面轮廓在连接区域V内(在平行曲线的意义上)接近平行地跟随齿尖轮廓30，在该连接区域内，支架小齿轮21与小齿轮环25至27以及与小齿轮组18连接。如图所示，这导致小齿轮环25至27之间或小齿轮组18与支架小齿轮21之间的连接路径和力流最大程度地缩短，并且相应地导致小齿轮飞轮的材料用量和重量最小化。

图9示意性地示出图7和图8所示实施方式中的支架小齿轮21与图6所示现有技术中的飞轮组的图形重叠。相较于图5所示现有技术中的铣切而成的小齿轮组18，图9所示原理和相关优点同样适用。

从图9可以看出，得益于支架小齿轮21的环形凹陷，后轮6的轮辐31(参阅图1)与支架小齿轮21之间的区域A内的结构空间在很大程度上被释放出来。这个结构空间可以相应地用于其它组件或其他目的，例如用于(未示出的)右轮辐凸缘，或用于安装支架小齿轮21的位于图左侧的另一与支架小齿轮21相比还要更大的小齿轮，以便进一步增加小齿轮飞轮1的挡位数并增大传动比范围。

图10示意性地示出小齿轮飞轮1的模块化结构的借助于本发明所实现原理。为此，在所示实施例中，针对支架小齿轮21、小齿轮环25-27以及小齿轮组18定义组件系列，其可以包含相应组件(也就是支架小齿轮21、小齿轮环25-27中的每个和小齿轮组18)的不同的实施方案、材料、制造方式或品质。

其中，在每个组件系列内，接口S₁至S₄以形状对应统一或机械上相一致的方式定义。换言之，这表明在每个组件系列内，可以用其他材料、其他制造方式或其他品质的组件来替换相应组件，而其他组件保持不变。

例如在组件系列“支架小齿轮”内提供由不同材料(例如钢、铝或钛)制成的不同的支架小齿轮，以及/或者表面处理不同的支架小齿轮。在其余组件也就是小齿轮环25-27、小齿轮组18保持不变的情况下，以这种方式就能以较小的研发和制造难度提供多个使用目的不同的以及品质不同的小齿轮飞轮1。

这一点同样适用于这个实施例中的其他组件，例如小齿轮环25-27中的每个以及小齿轮组18。对这些组件中的每个而言，制造商可以在其他全部组件均保持不变的情况下，提供其他材料、其他制造方式或其他品质的相应组件。

对小齿轮组18的构建方式而言也是如此。这表明，例如组件系列“支架小齿轮”和“小齿轮环”保持不变，而设置销接的小齿轮组(参阅图6)作为图10和图11所示一体式铣切而成的小齿轮组的替代。

由此，用所述模块化系统整体上形成小齿轮飞轮1的多个变体，其可以分别针对不同的价格区间或细分市场以及相关的使用目的，例如针对第一市场领域内偶尔的业余时间使用，以及另一完全不同的市场领域内在体育运动方面的极限使用进行调整或优化，而不必偏离小齿轮飞轮的基本结构，例如根据图10所示实施方式的基本结构。

结合图10中的示意图还可以说明模块化结构的另一实施方式，在该实施方式中，支架小齿轮21的连接接口中的一个，在此即连接接口S₃，被设置为用于选择性地容置小齿轮环或小齿轮组的组合接口。

这表明，可以将外径大于图10所示小齿轮组18的小齿轮组紧固在支架小齿轮21的组合接口S₃上。在此过程中，在径向上更靠内的连接接口S₄保持不被使用。替代地，可以如图所示地将小齿轮环27紧固在连接接口S₃上，并且如图10所示地，将小齿轮组18紧固在径向上更靠内的连接接口S₄上。

从图10还可以看出，特别是与例如图5和图6所示现有技术中的具有组结构的小齿轮飞轮相比，支架小齿轮21通过与小齿轮组18的连接还在连接接口S₄区域内得到更加明显的支撑或加固。这样就能改善支架小齿轮21对故障的抵抗能力，该故障特别是因较大的驱动负荷下的翘曲或弯折而产生。相应地，可以减小支架小齿轮21的尺寸，这同样有利于实现所期望的重量较小的小齿轮飞轮。

下文将在针对图15中的描述中对图10中所绘示的支撑半径R₁和R₂进行说明。

图11和图12示出本发明的实施方式中的小齿轮配置的实施例的轴向剖面图(图11)和分解图(图12)。所述小齿轮配置是指具有一体式小齿轮组18和小齿轮环25、26的小齿轮配置，这些小齿轮环与支架小齿轮21销接在一起。

在所述小齿轮配置或所述模块化系统的所示实施方式中，针对全部四个组件系列，也就是针对组件系列“支架小齿轮21”、两个组件系列“小齿轮环25”和“小齿轮环26”以及组件系列“小齿轮组18”，定义形式为多个销件20连接接口S₁、S₂和S₄，这些连接接口分别沿一个假想的齿轮节圆分布。

特别是从图12看出，对前述组件系列中的每个而言，均可以用其他材料或其他品质的相应组件来替换相应组件，而其余组件保持不变或无需进行较大调整。例如也可以设置销接的小齿轮组(参阅图6)作为此处由一块钢铣切而成的小齿轮组18的替代，以便以这种方式提供另一价格区间或细分市场的小齿轮飞轮。这一点同样适用于其他组件，也就是小齿轮环25和26以及支架小齿轮21。

从图12同样可以看出，小齿轮环25和26在径向上高度最小，这一点特别是通过支架小齿轮21的凹陷实现。这样就能进一步减小小齿轮飞轮的重量。

在这个实施方式中，支架小齿轮21的另一特性在于连接臂32和33的设计，这些连接臂在此将连接接口S₁和S₂与支架小齿轮21的齿部区域34连接在一起。可以看出，齿部区域34与在径向上布置得更靠外的连接接口S₁之间的连接臂32大体无轴向分量地在径向上延伸，而齿部区域34与在径向上布置得更靠内的连接接口S₂之间的连接臂33除径向的延伸分量外还在周向上具有延伸分量，特别是在轴向上具有延伸分量。后者使得支架小齿轮21在连接接口S₁和S₂的区域内对非期望的弯曲或弯折具有较强的抵抗能力。

图13至图19示出小齿轮配置的另一实施方式的支架小齿轮21。其与图12中的支架小齿轮21的实施方式的区别特别是在于径向内支架臂35的实施方案，首先，这些支架臂在此并非如图12所示实施方式那样弯曲地延伸，而是呈直线地延伸。此外，这些将支架小齿轮21的中间环36与支架小齿轮21的轮毂区域37连接在一起的支架臂35的数目相对于图12所示实施方式减少一半，在此情形下，在图13所示实施方式中仍设有某些支架臂，沿旋转方向D观察，这些支架臂从径向内侧朝径向外侧向前倾斜地延伸。

由此，一方面，重量相对于图12所示实施方式有所减小。另一方面，在图13所示实施方式的支架小齿轮21中，支架臂35的仍向前倾斜的走向使得支架小齿轮21还通过(在此未示出的)链条沿旋转方向D所施加的转矩得到加固，具体方式是，在支架臂35中通过其前向倾斜产生压力F。

在支架臂35中，这个压力F的沿周向或旋转方向D的周向分量将驱动转矩从链条经由齿部区域34以及连接臂32、33并且经由中间环36传递至轮毂区域37，而这个压力F的沿径向R的径向分量将中间环36相对轮毂区域37均匀地朝径向外部挤压。这样又在中间环36中形成环绕的张拉力Z，该张拉力使支架小齿轮21稳定并且抵消支架小齿轮21的侧向屈曲，该侧向屈曲由特别是在链条发生偏移时所产生的作用于齿部区域34的轴向力所引起。

从图13还可以看出如图7和图8所示的用于将支架小齿轮21与小齿轮环25、26连接在一起的连接接口S1和S2，和如图10至图12所示的用于将支架小齿轮21与小齿轮组18连接在一起的连接接口S₄。

下文将在针对图15中的描述中对支架小齿轮21的区域B₁、B₂、B₃和B₄和齿轮节圆TK进行说明。

图14将图13中的支架小齿轮以从外侧观察的斜视图再次示出。可以再次看到支架小齿轮21的环形拱起，特别是如图7、图8和图10所示，该环形拱起使得支架小齿轮21的横截面轮廓在连接区域V(参阅图7、图8和图10)接近平行地跟随齿尖轮廓30，在该连接区域内，支架小齿轮21被设置为用于借助连接接口S1、S2和S4与小齿轮环25至27以及与小齿轮组18(参阅图12)连接。

图15示出图13和图14中的支架小齿轮21的局部图。首先，可以再次看到连接区域V(参阅图7、图8和图10)，在该连接区域内布置有用于与小齿轮环25至27以及与小齿轮组18(参阅图12)连接的连接接口S1、S2和S4，还可以看到支架小齿轮21的结构，包括径向内支架臂35、中间环36、径向外连接臂32和33以及齿部区域34。

不同于现有技术中揭示过的具有小齿轮组的小齿轮飞轮，根据图7至图19中的实施方式的支架小齿轮21不再在相对较大的支撑半径R1(参阅图5和图10)上受到现有技术中尺寸极大的小齿轮组的特别是反向于支架小齿轮21的侧向屈曲的支撑，该侧向屈曲由特别是在链条从后轮上的小齿轮组上所挂入的挡位朝中轴上的前链轮偏移时所产生的沿后桥轴向的力所引起。

这表明，与例如图5和图6中的已知支架小齿轮21相比，根据图7至图19中的实施方式的支架小齿轮21，特别是在连接臂32和33的区域内的支架小齿轮21径向外区域内，必须采用刚度更大的构建方案。

为此，支架小齿轮21的区域B1、B2、B3和B4必须如下文将要阐述的那样以特殊方式构建，以使得支架小齿轮21获得特别是抵抗侧向屈曲的尽可能大的刚度，这个支架小齿轮在这些区域内分别沿后桥轴向偏移，以获得在图7至图12中可见的环形拱起。

因此，支架小齿轮21的区域B1至B4并非精确地沿支架小齿轮21的周向齿轮节圆(参阅图13和图15中的周向齿轮节圆TK)延伸，支架小齿轮21在这些区域内分别沿轴向偏移。替代地，该处的弯边或沿后桥轴向的偏移在周向上分别具有弯折的走向。以这种方式使得在臂部32、33和35的走向中在区域B₁至B₄内分别形成的弯折有所缓和，且相应的弯折走向沿更大的径向区域分布。

此外，还通过以下方式使得弯边或相应的弯折在此至少在区域B₁和B₂内有所缓和：弯边在相应的弯折区域B₁或B₂内尽可能扁平，或者使其在不同的区域内具有不同的弯边角度。从图15看出，图中右侧的弯边在弯折区域B₁和弯折区域B₂内均具有相对陡峭的例如约30°的角α，而图中左侧的相应弯边具有相对平缓的例如约45°的角β。这两个角中更加陡峭的一个，在本实施例中也就是30°角，在支架小齿轮21例如通过切削制成的情况下也可以为0°。在任何情形下，均如上所述地通过在相应的弯折区域B₁至B₄内应用不同的弯边角度来进一步增强支架小齿轮21的抗弯折刚度。

此外，如此地将臂部32、33成型在设有区域B₁的齿轮节圆TK的区域内，使得这些臂部在该处在不同的后桥轴向平面内延伸，从而进一步将支架小齿轮21的抵抗非期望的侧向屈曲的刚度最大化。

后者特别是可以从图16看出。图16示出根据图12至图15的实施例中的支架小齿轮21的剖面，其中该剖面的走向X-X在图17中用虚线示出。

从图16看出臂部32和33的走向，其在不同的径向高度上被剖面X-X切割。从图16中的切割面可以看出，在区域B₂(参阅图15)内起始于就后桥HA而言的同一轴向位置的臂部32和33在进一步向外的径向走向中，在其在径向上更加靠外地在即将进入齿部区域34的过渡区前占据后桥轴向HA上的同一位置之前(参见图16中的切割面32_S1和33_S1)，首先采用不同的轴向走向(参阅切割面32_S2和33_S2或者切割面32_S3和33_S3沿后桥轴向HA的不同后桥轴向位置)。

此外，通过局部地扭转图16中结合切割面32_S2可见的臂部32，来进一步增大臂部32在臂部32的这个径向区段中的平面惯性力矩，从而进一步增大支架小齿轮21的抗弯曲和抗弯折强度。

图18示出图13至图17所示支架小齿轮21，以及两个借助销件或铆接20紧固在支架小齿轮21上的小齿轮环25、26。图18还示出处于驱动力FC下的自行车链条2的负荷股。

图18仅示出链节在图中的后半部分，因而仅示出内侧或左侧链条链板以及链条的铆钉，而省略了图中的前链条链板，也就是外侧或右侧链条链板，以便示出链条与支架小齿轮21的齿部34的啮合，以及与下一更小的小齿轮也就是小齿轮环25的啮合。其中，链条外链板K_AL用实线示出，而链条内链板K_IL用点划线示出。

图18示出向外换挡时，也就是从小齿轮飞轮的最慢的挡位换挡至下一更快的挡位时，链条从支架小齿轮21过渡至下一更小的小齿轮环25的最后一瞬间。支架小齿轮21针对这个向外换挡过程具有特殊的凹口或换挡辅助件，即所谓的向外换挡叉轴拨块凹槽38。

特别是从图19中的支架小齿轮21的局部放大图可以看出，向外换挡叉轴拨块凹槽38包括形状特殊的凹陷的凹口40和41，其布置在支架小齿轮21在齿部34区域内的外侧表面中。其中，凹口40用于在外侧换挡中容置左侧链条外链板。其在图18中为图中的后链条外链板K_A3。图19中的凹口41用于在外侧换挡中容置左侧链条内链板或供其通过。其在图18中为图中的后链条内链板K_I2。

支架小齿轮21在其周边具有四个均匀分布且大体相同的向外换挡叉轴拨块凹槽38。支架小齿轮21还具有四个同样均匀地沿小齿轮周边分布的向内换挡叉轴拨块凹槽39，其构成用于从第二大的小齿轮25至最大的小齿轮21的(未示出的)向内换挡的换挡辅助件。

从图18可以看出链条是如何在向外换挡过程中实现业内被称为“切向条件”的换挡中的理想状态的，具体方式是：链条从与将要离开的小齿轮(在此为较大的小齿轮21)的齿部啮合沿与较小的小齿轮25的直线切线转入与刚进入的小齿轮(在此下一更小的小齿轮25)的齿部啮合。遵循这个切向条件是符合期望且极为有利的，因为其特别是通过将所谓的换挡冲击最小化或消除，实现了基本上无噪音和低磨损的换挡。

如果链条事先没有如图18中那样被切向地拉伸和张紧，而是以松弛的弧线移至刚进入的小齿轮(在此为下一更小的小齿轮25)，由此，一旦链条与较大小齿轮的齿部脱离啮合，松弛的链条弧线会被猛地一拉而突然张紧，这样在链条从将要离开的小齿轮(在此为较大的小齿轮21)离开的最后一瞬间就可能产生非期望的换挡冲击。

图18示出链条与将要离开的小齿轮21的齿部脱离啮合的一瞬间。在这一瞬间，自行车链条2的处于链条力或驱动力F_C所引起的张应力下的负荷股的左侧外链板的前底缘K_VU刚好仍与将要离开的小齿轮21的所谓的外链板间隔齿或输出齿43的负荷齿面F_L接触(参阅图19)。

外链板间隔齿或输出齿43在其图中的背侧(内侧)变窄，也就是说，其在该处具有扁平部或所谓的间隔凹口，其使得这个区域内的左侧链条外链板K_A1以及链条2在向外换挡的过程中相对于将要离开的小齿轮21向外侧或向右位移足够的程度(图中即从图18的绘图平面位移出来)。

链条2需要在左侧链条外链板K_A1的区域内或在输出齿43区域内进行这个侧向位移，以使得在向外换挡过程中，最初仍在将要离开的小齿轮21上移动的链条2能够向右，也就是朝外侧方向偏移足够的程度，从而使得链条2在外侧通过旋转方向D上的下一内链板排推齿(Abweisezahn)44，从而过渡至较小的小齿轮25。否则，链条可能会骑上较大的小齿轮21的齿尖，或者较大的小齿轮21的齿可能非期望地继续与链条2的链板中间空隙啮合在一起，而链条并未在向外换挡叉轴拨块凹槽38所预设的位置上转移至较小的小齿轮25。

与图18相对地，在小齿轮飞轮1发生旋转或换挡过程之前的一瞬间，左侧链条外链板K_A1仍处于左侧或内侧，也就是在图中处于外链板间隔齿或输出齿43后面，并且在其布置在背侧的间隔凹口的区域内从径向内部朝输出齿43的齿尖方向向径向外部滑动。

在这个瞬间，左侧链条外链板K_A1与输出齿43背侧间的摩擦式接触，和/或左侧链条内链板K_I2的前底缘K_VU与输出齿43的负荷齿面F_L(参阅图19)间的同样为摩擦式的接触形成链条2与将要离开的小齿轮21之间的唯一的和最后的接触。

与图18相对地，在小齿轮飞轮1沿驱动旋转方向D旋转之后的一瞬间，左侧链条外链板K_A1的内侧与输出齿43的背侧间的接触终止，从而使得链条2的负荷股突然地完全离开较大的小齿轮21。在此过程中，链条的负荷股侧向地向外侧也就是向右侧小幅跳动，并且从该处起在竖直方向上以及水平方向上呈直线地从与前齿盘的齿部的啮合进入与刚进入的小齿轮25的齿部的啮合。

但在最后离开较大的小齿轮21时，可能会导致左侧链条内链板K_I2的前底缘K_VU和/或左侧链条外链板K_A1的下腰缘K_TU在将要离开的小齿轮21的输出齿43的负荷齿面F_L(参阅图19)上发生横向的滑动或刮擦。这一点可能会在视需要在较大的负荷下和较大的链条力F_C下进行换挡时对这个负荷齿面F_L造成极大的负荷。

就这一点而言，发明人发现，链条的负荷股以及左侧链条内链板K_I2的前底缘K_VU和/或左侧链条外链板K_A1的下腰缘K_TU在输出齿43的负荷齿面F_L上的这个最后的弹跳或横向滑动会对输出齿43的负荷齿面F_L造成极大的负荷或磨损。此方案更加不利，因为输出齿43还具有背侧间隔凹口，该凹口会进一步减弱输出齿43的稳定性以及其负荷齿面F_L的有效宽度。发明人甚至观察到，在根据现有技术的小齿轮飞轮中，在向外换挡时，输出齿43基于这个特殊情况而发生弯曲。

出于这个原因，相对于在小齿轮21的其他齿上可见的标准的负荷齿面，图13至图19所示实施方式中的输出齿43在其负荷齿面F_L的区域内具有在周向上后缩的斜切的鲨鱼齿形状。从图19以及图18中的例如位于图中下方的输出齿43可以特别清楚地看出输出齿43的负荷齿面F_L的这个造型。借助输出齿43的负荷齿面F_L的这个造型，使得左侧链条内链板K_I2的前底缘K_VU和/或左侧链条外链板K_A1的下腰缘K_TU与输出齿43的负荷齿面F_L间的接触以及相关的负荷或相关的磨损最小化。

除了最大小齿轮21的输出齿43以外，这种斜切的鲨鱼齿形状也可以设在数个或除最小的小齿轮外的其他全部小齿轮中，因为不会从这个最小的小齿轮朝外侧方向进行换挡。

通过输出齿43的斜切的鲨鱼齿形状，在小齿轮飞轮1的整个使用寿命范围内改善换挡精度、降低换挡噪音、减少小齿轮飞轮1和链条2的磨损，从而整体上延长传动系的使用寿命并增强可靠性。

Claims (7)

1.一种自行车后轮小齿轮配置，包括支架小齿轮和自承式的小齿轮组，所述小齿轮组在所述支架小齿轮的连接区域内在外侧与所述支架小齿轮连接，

其特征在于，

还包括多个构建为小齿轮环的其他小齿轮，其中所述小齿轮环在所述连接区域内布置在所述支架小齿轮上，且在所述连接区域内与所述支架小齿轮连接。

2.根据权利要求1所述的自行车后轮小齿轮配置，

其特征在于，

所述小齿轮环中的至少一个以多个连接元件与所述支架小齿轮连接。

3.根据权利要求1或2所述的自行车后轮小齿轮配置，

其特征在于，

所述小齿轮环中的至少一个与所述支架小齿轮材料接合地连接。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的自行车后轮小齿轮配置，

其特征在于，

所述支架小齿轮如此地构建为凹陷的，使得在所述连接区域内，所述支架小齿轮的横截面轮廓接近平行地跟随所述小齿轮配置的齿尖轮廓。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的自行车后轮小齿轮配置，

其特征在于，

在一或多个小齿轮上，至少一个外链板间隔齿或输出齿的负荷齿面具有在周向上后缩的斜切的鲨鱼齿形状，以在向外换挡时减少磨损。

6.一种用于产生根据权利要求1至5中任一权利要求所述的自行车后轮小齿轮配置的模块化系统，

其特征在于，

所述模块化系统包括针对组件支架小齿轮、小齿轮组和小齿轮环中的至少一个组件的至少一个组件系列，其中在每个组件系列内均以形状对应统一的方式如此地定义有连接接口，使得所述至少一个组件可以在保留其余组件的情况下用同一组件系列中的不同材料或不同制造品质的另一组件替换。

7.根据权利要求6所述的模块化系统，

其特征在于，

所述支架小齿轮的至少一个连接接口构建为用于选择性地容置小齿轮环或小齿轮组的组合接口。

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