CN1278502A - 用于自行车变速轮毂的变速装置 - Google Patents

Abstract

自行车用变速轮毂变速装置包括一个轮毂轴,一个驱动器,一个轮毂套筒,一个行星减速器,减速器包括一个内齿轮,一个行星齿轮托架,数个行星齿轮和一个中心齿轮,其中用于变速的控制装置设置在变速轮毂与遥控器之间,此外变速只通过棘爪的拉起或顶压产生,棘爪可以通过变速单元控制,变速单元具有突出部位和凹槽并可以在各自的棘爪根部下面移动,由此可以强制控制棘爪。其优点是各棘爪在负载条件下的可操纵性,而且不必由遥控器施加较大的操纵力。

Description

用于自行车变速轮毂的变速装置

本发明涉及如权利要求1前序部分所述的变速轮毂变速装置。

通过德国专利DE 42 29 023已知一种变速轮毂，该变速轮毂在变速轮毂的两个棘轮机构平面之间具有变速装置，该变速装置在负载条件下也可以反复接通。这一点通过以强迫方式保持同步啮合的、重叠设置的推进棘爪来实现，其齿轮啮合的倾斜度这样来选择，使得推进棘爪在负载条件下可以移动分离。一个控制圆盘可以在推进棘爪下面移动，由此使推进棘爪交替地在其附属的棘爪啮合处固定并调整。控制圆盘通过棘爪托架上的同步圆盘以驱动转速同步地转动而且相对于推进棘爪还有一个向后的必需的空转-转动行程，以便在刹车时利用反转产生的第一角度来控制以强制方式固定的推进棘爪。在上述形式的变速机构中具有优点，通过将力传递分解到驱动分量和指向内部的控制分量在负载条件下就只需掌握较小的操纵分量。

相比之下本发明的内容涉及非常简化且价廉的变速单元，此变速单元同样可以在负载条件下操纵棘爪控制的变速轮毂的棘爪并保持这种控制状态。在图示实施例中涉及一个围绕轮毂轴设置的变速套筒，以及一个与这个变速套筒可转动连接地变速衬套，它们在其各自端面上具有突出部位，突出部位相互间通过凹槽间隔，这些凹槽具有足够的宽度，以便在各被拉起的棘爪下移动，其中棘爪在两侧由突出部位闭锁。当变速套筒以及变速衬套分别具有与棘爪不同的转速，特别是比棘爪慢的转速的时候，在突出部位移动到棘爪面前以后，通过骑行者的驱动转矩的推进，突出部位移动到棘爪下面并拉起棘爪。对于上述的变速过程不需要特别大的操纵力，但是在此要注意，外型靠近各棘爪不总是按照所期望的那样进行：因为当一个突出部位与棘爪相遇时，在高速邻近转矩情况下这个棘爪可能不被突出部位拉起。只有当棘爪位于两个突出部位之间时，突出部位才能移动到棘爪下面并将棘爪解除转矩连接。但是如果从这个棘爪没有传递额定转矩，突出部位可能已经拉起棘爪。这个在减速器静止状态也存在的用于档级变速的连接优点来源于棘爪上的附加倾斜面。此外建议，由此提高连接能力，对于棘爪上的倾斜面附加锥形斜面设置于突出部位的端面和／或突出部位之间的凹槽的端面上，其方向基本上与棘爪上的倾斜面重合。此外变速套筒和变速衬套上的外型突出部位具有设置在圆周方向上的倾斜面，该斜面可以起到限制负载的作用，由此当超过棘爪的大转矩旋转时，变速套筒或变速衬套由棘爪分离。这一点具有这样的优点，变速衬套和／或变速套筒与一个可由骑行者操纵的遥控器通过储能弹簧连接，只有在达到确定的拉起转矩时储能弹簧才允许变速并放慢变速过程。通过这个储能弹簧的设计，能够实现所需的拉起转矩的设置，由此避免太强烈的变速冲击。当转矩减小时，变速套筒或变速衬套将在棘爪下面位于另一个用于啮合的位置，然后将棘爪拉起。

对于三速轮毂，第一棘爪支承在内齿轮上并啮合于轮毂套筒的齿部。因为内齿轮以驱动行星齿轮托架的转速以强制方式快于托架旋转，要求变速衬套与离合器环连接，离合器环以行星齿轮托架的转速一起旋转。另一方面变速衬套必须可以轴向移动，这只能通过连接部件，尤其是通过与遥控器连接在一起的滑块实现。上面所述的两个运动可以被变速衬套分开，一部分通过变速衬套的可转动支承传递到与滑块抗扭转连接的变速套筒而另一部分通过离合器环空隙里的变速衬套的支承，离合器环在接通快速档的情况下比与轮毂套筒位于功能连接的棘爪旋转得慢。

如果驱动器与行星齿轮托架的连接同样通过棘爪建立，则如同在上面对于变速套筒所述的那样，只要慢速旋转的行星齿轮托架及其棘爪超越与轮毂轴抗扭转但可轴向移动连接的变速套筒及其外型，就能够出现对于棘爪的相同拉起条件。为了在出现倒转时保证功能，建议，在棘爪根部处配置一个外型，该外型具有倒圆的外形或状态并保证，对于棘爪还没有拉起但是仍处于突出部位之间的状况下棘爪被拉起并且不咬死。因为出现倒转时没有负载作用于棘爪，因此只需设计成一个足够大的倒圆。

最后一个优点是，变速衬套的位置在变速套筒上轴向不是刚性固定的，而是通过储能弹簧固定，因为在那里如同所描述的那样，当要求遥控器能够无阻力的被操纵的时候，必须平衡短暂的变速阻滞。

因此本发明的任务在于，实现一种变速轮毂用的变速装置，该装置不仅在静止状态而且在负载条件下可以在不增加遥控力的情况下进行变速。

本任务的解决在主权利要求特征中描述。其它结构在从属权利要求中给出。

下面通过实施例描述负载条件下接通变速轮毂的控制装置。图示为：

图1带有变速单元的变速轮毂局部截面图，变速单元由变速衬套和变速套筒所组成，变速衬套和变速套筒在其端面上具有用于拉起棘爪的外型；

图2带有变速突出部位和凹槽作为外型结构的变速衬套；

图3带有用于滑块的缺口和用于拉起棘爪的外型的变速套筒；

图4通过弹簧预紧的棘爪支承在离合器环的销钉上；

图5带有根部的并在其上带有斜面的棘爪；

图6被分成两部分的变速套筒，带有摩擦离合器用于在棘爪下面外型接合时限定负载；

图7由图2所示变速衬套和图3所示稍加改变的变速套筒所组成的带有储能弹簧的变速单元。

当以1来表示变速轮毂的轮毂轴时，在这个轴上通过第一轴承2可转动地支承驱动器3。第二轴承4可转动地连接轮毂套筒5与驱动器3和轮毂轴1。在轮毂套筒5内部是行星减速器，行星减速器由内齿轮6、支承在行星齿轮托架9内的行星齿轮7和设置在轮毂轴1上的固定中心齿轮8所组成。在此变速轮毂涉及一个棘爪控制的三速轮毂，该轮毂按照图1以接通快速档画出。在驱动环14与内齿轮6之间的第一棘爪10弹性地支承在第一销钉16上并以驱动棱边33啮合在轮毂套筒5的第一齿部18上。由内齿轮和驱动环构成的内齿轮单元15越过棘爪空程与驱动器3连接。同样与驱动器抗扭转连接的是带有空隙27和第二销钉17的离合器环12，第二棘爪11弹性地支承在第二销钉上并以其驱动棱边33啮合在行星齿轮托架9的第二齿部19上。变速衬套20通过连接臂28与离合器环12抗扭转但可轴向移动地固定在空隙27里面，由此可以使带有变速突出部位23和凹槽30的外型移动顶靠第一棘爪10的根部34。

由图2可以看到，带有突出部位23和凹槽30的外型还具有倾斜面36，倾斜面至少在一侧连接突出部位23与凹槽30。变速衬套20在变速套筒21上可转动但在轴向上固定地连接并与变速套筒构成变速单元22。按照图3变速套筒21具有缺口23，在其中嵌接滑块13，滑块与遥控装置建立连接并通过一个在此没有画出的变速装置可以在轮毂轴1的空隙里轴向移动。变速套筒21在其朝着第二棘爪11的端面上同样具有带有突出部位24和凹槽30的外型，外型可以移动顶靠带有倾斜面26的第二棘爪11的根部34。棘爪10和11的根部34具有足够大的外型43，当棘爪10或11直接位于突出部位23或24之间的时候，以防止在出现倒转时棘爪10或11咬死。棘爪10和11脱离各自的突出部位并被拉起；则肯定没有转矩。

按照图4和5画出了第二棘爪11在离合器环12里的销钉17上的位置。弹簧25围绕销钉17设置并移动第二棘爪11以其驱动棱边33顶靠行星齿轮托架9上的齿部19。棘爪10和11具有孔31，通过这个孔棘爪可转动地支承在销钉16和17上。

按照图6画出了带有中间接上超荷离合器的分成两部分的变速衬套作为可能的变型，其中分成两部分的变速衬套由环20b和衬套20a组成，它们通过摩擦离合器39相互连接。摩擦离合器39可以在最大负载情况下阻止或放慢变速过程并且可以在转矩范围内设计成较小的尺寸。当自行车以脚踏骑行时最小转矩的范围以位于垂直的脚踏板曲柄臂来实现时，则较小转矩将总是出现。

按照图7解释变速单元22a，该变速单元相对于上述的变速单元22由变速衬套20和变速套筒21a所组成，它们相互间可转动并附加地可轴向移动地连接。变速套筒21a在变速衬套20上的轴向位置通过储能弹簧40来保证，弹簧设置在变速衬套20与固定环41之间并且移动变速衬套20顶靠在变速套筒21a的止挡上。在变速衬套20移动顶靠第一棘爪10的情况下变速套筒21a上的变速衬套20在储能弹簧40张紧的同时这样长时间的移动，直到变速阻滞去除并且变速突出部位23可以盖住第一棘爪10。最后外型可以在变速突出部位23，24和／或凹槽30的各端面上具有倾斜面42，倾斜面在其方向上与棘爪11上的斜面26重合并且由于其圆周形转动而构成锥形。

为了解释三速轮毂的功能描述能流行程：

在按照图1所示的变速单元22位置上两个棘爪10和11以其齿部18，19投入运行，由此快速档能流如下运行：驱动器3、离合器环12、第二棘爪11、行星齿轮托架9、行星齿轮7、内齿轮6、棘爪10、轮毂套筒5上的齿部18。

在中速档，滑块13与变速单元22被移动到轮毂轴1上的空隙中间，由此使变速套筒20上的突出部位23移动到第一棘爪10下面并且棘爪从其附属的轮毂套筒5的齿部18上拉起。变速衬套20以其圆柱形外表面37位于第一棘爪10下面，由此使棘爪持久地保持拉起。在这种情况下能流从驱动器3通过离合器环12、第二棘爪11、行星齿轮托架9通过一个在这里没有画出的并总是位于啮合的与行星齿轮托架9连接的第三棘爪传递到轮毂套筒5。内齿轮6由于其变速比而较快地同时旋转，但是由于拉起的第一棘爪10而对于轮毂套筒5的旋转不起作用。

为了实现慢速，通过滑块13变速套筒21，21a以其突出部位24移动到第二棘爪11下面，由此使棘爪在变速套筒21的圆柱形外表面38上转动并同样从与其配合的行星齿轮托架9的齿部19上保持拉起。因此两个棘爪10和11不起作用而能流由驱动器3通过一个总是处于啮合的位于驱动器3与驱动环14之间的第四棘爪通过第一销钉16传递到内齿轮6，并通过行星齿轮7驱动行星齿轮托架9进入慢速，在慢速下同样总是处于啮合的上述第三棘爪可以由行星齿轮托架9作用于轮毂套筒5。

影响三速轮毂的负载接通特性的首先是变速衬套20和变速套筒21，21a端面上的外型。以棘爪10为例描述在负载条件下从齿部18上拉起棘爪的技术如下：

变速突出部位23相互间通过带有宽度29的凹槽30连接，其中宽度29的尺寸要足够大，当变速衬套20移动时分别排列一个突出部位23位于第一棘爪前后。当第一棘爪10以不同于变速突出部位的转速转动时，突出部位相互间必须具有足够大距离，以实现带有变速突出部位23的外型的接通位置。因为第一棘爪10比变速突出部位23旋转得快的时候，在接合状态下棘爪根部34在变速突出部位23中的一个上旋转并解脱驱动棱边33与第一齿部18的啮合。用于第一棘爪10从第一齿部18拉起的操纵力不是必需的，因为拉起力只由推进力通过脚踏板驱动得到。

如果要在较小转矩情况下，特别是在减速器静止状态情况下能够换挡，对于这种情况在棘爪10和11上分别设置斜面26，斜面可以与上述的变速突出部位23和凹槽30共同作用。对于这种情况需要一定的操纵力，以使对于这种情况或者实现棘爪10和11的拉起或者运动存储在控制装置的储能弹簧直到在棘爪10或11下面实现变速套筒21或变速衬套20的各外型的适宜啮合位置。如同已经叙述过的，为了棘爪10，11的拉起，变速突出部位23，24与凹槽30之间的倾斜面36限定最大转矩。

Claims (25)

1．自行车用变速轮毂变速装置包括：

-一个轮毂轴(1)；

-一个驱动器(3)；

-一个轮毂套筒(5)；

-一个减速器，尤其至少是行星减速器，减速器包括常规部件，即至少一个内齿轮(6)，至少一个行星齿轮托架(9)，数个行星齿轮(7)和至少一个中心齿轮(8)；

-一个在减速器中用于挡位变换的控制装置，带有至少一个可控制的空程离合器，用于将能流变换到另一个离合器，

-其中控制装置可以由遥控器控制，

其特征为，控制装置具有由变速套筒(21，21a)和变速衬套(20)组成的变速单元(22，22a)，变速套筒和变速衬套分别在面对空程离合器的一侧具有这样的外型，即在换档时即使带有负载的条件下也可以将空程离合器分离。

2．如权利要求1的变速装置，其特征为，空程离合器为棘爪(10，11)。

3．如权利要求1或2的变速装置，其特征为，所述外型为变速衬套(20)和／或变速套筒(21，21a)端面上的变速突出部位(23，24)和凹槽(30)。

4．如权利要求1的变速装置，其特征为，变速套筒(21)和变速衬套(20)在轴向上相互固定并相互可转动地连接。

5．如权利要求1的变速装置，其特征为，变速套筒(21a)和变速衬套(20)可在轴向上相对移动并相互可转动地连接。

6．如权利要求5的变速装置，其特征为，变速衬套(20)通过储能弹簧(40)固定在变速套筒(21a)上的一个优选位置上。

7．如权利要求5或6的变速装置，其特征为，变速衬套(20)相对于接通的变速套筒(21a)可以暂时保留至少一个档的距离。

8．如权利要求1至7之一的变速装置，其特征为，为了换挡，变速单元(22，22a)可以通过遥控器而轴向移动。

9．如权利要求1至8之一的变速装置，其特征为，变速套筒(21，21a)直接或间接地与轮毂轴(1)可纵向移动但抗扭转地连接。

10．如权利要求9的变速装置，其特征为，变速套筒(21，21a)与控制装置通过一个接通部件，尤其是一个滑块(13)，建立功能连接。

11．如权利要求1或9的变速装置，其特征为，变速套筒(21，21a)与控制装置通过一个滑移部件建立功能连接。

12．如权利要求1或11的变速装置，其特征为，滑移部件在轮毂轴里／轮毂轴上导向。

13．如权利要求1的变速装置，其特征为，棘爪(10)和(11)围绕各自的支承位置(16)和(17)可转动地支承并具有各自的控制区(34)，为了拉起棘爪(10，11)，控制区与变速单元(22)的外型共同作用。

14．如权利要求1，2或13的变速装置，其特征为，控制区(34)在指向变速单元(22，22a)侧具有一个斜面(26)，斜面与变速单元(22，22a)的外型共同作用。

15．如权利要求1或3的变速装置，其特征为，突出部位(23，24)的端面和／或凹槽的端面各自具有一个锥形倾斜面(42)，该倾斜面与棘爪(10，11)的斜面(26)共同作用，尤其是在行星减速器静止状态。

16．如权利要求1至15之一的变速装置，其特征为，在变速突出部位(23)和／或(24)之间的凹槽(30)分别具有足够大的宽度(29)，以在自行车行驶过程中将变速衬套(20)和／或变速套筒(21，21a)这样远的移动顶靠棘爪(10)和／或(11)，使位于凹槽(30)里的端面可以与棘爪(10)和／或(11)共同作用。

17．如权利要求1至16之一的变速装置，其特征为，突出部位(23，24)在与棘爪(10，11)的斜面(26)共同作用的棱边上同样具有斜面(36)用于在负载条件下需要限制拉起转矩的情况下。

18．如权利要求6的变速装置，其特征为，当超越一个对于一定的并可确定误差的拉起转矩界限时，为此变速衬套(20)和／或变速套筒(21)以一个一定的界限值设计出来的储能弹簧通过棘爪(10，11)排斥并相对变速方向在储能弹簧预应力作用下移动。

19．如权利要求1至8之一的变速装置，其特征为，变速单元(22，22a)在其外径上各具有一个圆柱形表面(37，38)，在变速过程中该表面在棘爪(11)拉起以后在棘爪(10，11)的控制区(34)的下面移动并使棘爪保持脱离。

20．如权利要求1至19之一的变速装置，其特征为，变速单元(22，22a)例如变速衬套(20a，20b)为了在负载条件下限制拉起转矩可以具有一个摩擦离合器(39)。

21．如上述权利要求之一的变速装置，其特征为，棘爪(10)和(11)相互间是等同的。

22．如权利要求1至21之一的变速装置，其特征为，棘爪(10，11)各具有一个驱动棱边(33)，该棱边与齿部(18，19)共同作用，其中驱动棱边(33)以弹簧(25)的预应力顶压齿部(18，19)。

23．如权利要求1至22之一的变速装置，其特征为，变速衬套(20)抗扭转但可轴向移动地支承在与驱动器(3)抗扭转连接的离合器环(12)上。

24．如权利要求23的变速装置，其特征为，变速衬套(20)以驱动器(3)的转速一起旋转，其中同步转动通过连接臂(28)实现，连接臂位于离合器环(12)的空隙(27)里面，其中变速衬套(20)穿进离合器环(12)。

25．如权利要求1至23之一的变速装置，其特征为，在自行车行驶过程中第一棘爪(10)在减速器换挡之前比变速衬套(20)旋转更快，第二棘爪(11)同样比变速套筒(21，21a)旋转更快。

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