JP6548647B2 - 変速機およびギア装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に筋力(muscle power)によって駆動され、複数のアイドラギアが取り付けられているシャフトを有する車両用のギア装置の変速機に関するものである。

前記シャフトは中空シャフトとして構成されており、前記アイドラギアを切換爪によって前記シャフトに連結することが可能であり、前記切換爪はカムシャフトによって回転可能に取り付けられて、選択的に作動させることが可能であり、前記カムシャフトは駆動手段に連結されて、前記切換爪を作動させるために前記シャフトに対して前記カムシャフトを回転させるようになされており、前記カムシャフトは各アイドラギアに割り当てられている前記切換爪を作動させるために複数の作動セクションを有する。

また、本発明は特に筋力によって駆動される車両用のギア装置の変速機に関し、第１の複数のアイドラギアおよび第２の複数のアイドラギアが取り付けられて、互いの背後に連結されるギア装置の２つのコンポーネントギアのアイドラギアを形成するシャフトを有し、前記アイドラギアは切換可能なフリーホイールによって前記シャフトに連結することが可能であり、前記切換可能なフリーホイールを作動させるための複数の作動セクションを有する少なくとも１つのカムシャフトを有し、前記少なくとも１つのカムシャフトは駆動手段に連結されて、前記切換可能なフリーホイールを選択的に作動させるために前記カムシャフトを前記シャフトに対して回転させるようになされている。

最後に、本発明は、特に筋力によって駆動され、入力シャフトと、出力シャフトと、アイドラギアとを有する車両用のギア装置に関するものである。

この種の変速機およびギア装置は駆動力、特に人の筋力を増幅(step up)および／または減少(step down)し、結果として車両の駆動を容易にする働きをする。

特許文献１は、変速機を備えるこの種の自転車ギアを開示している。前記自転車ギアは入力シャフトと、アイドラシャフトと、出力シャフトと、自転車ギアの２つのコンポーネントギアのギアペアを形成する切換可能なアイドラギアとを有し、入力シャフトと出力シャフトのギアホイールがアイドラシャフトに取り付けられている。アイドラシャフトのアイドラギアは切換可能なフリーホイールによって切り換えられ、フリーホイールはアイドラシャフトに配置されている回転可能なカムシャフトによって選択的に切り換えることが可能である。切換可能なフリーホイールは、それぞれの場合において、旋回可能に取り付けられている切換爪を有し、一緒に回転するようにアイドラギアをアイドラシャフトに固定して連結するために、カムシャフトの作動セクションによって作動させることができる。

異なるフリーホイールを作動させるためのカムシャフトの回転速度および／または周面は制限されるため、また２つのコンポーネントギアの切り換えは負荷変化に応じるように同期する必要があるため、少なくとも１つの切換爪は２個のコンポーネントギアでのこの種の切り換え操作後に外旋回したままであるか、または作動させられたままになり、自転車ギアの少なくとも２つのギア段で永久クリッキングを招く。さらに、切換可能なフリーホイールは、シフトダウンの場合に、各切換爪を作動させて、シフトダウンを可能にするために、負荷に応じた力をカムシャフトに及ぼさなければならないか、またはギアに導入される駆動力を減らさなければならない状況をもたらす。

独国特許出願公開第10 2011 106 107 A1号明細書

そのため、本発明の目的は、特に筋力によって操作される車両用の改良型の変速機および改良型のギア装置を提供することであり、それにより前記変速機およびギア装置は少ない技術費で、変速の快適性の改善および滑らかな走行の改善を可能にする。

冒頭で述べた変速機において、前記目的は、本発明の第１の側面により、作動セクションがそれぞれの場合において少なくとも１つの表面セクションを有し、異なるアイドラギアの切換爪に割り当てられている表面セクションは、切換爪に異なる力をかけるために異なるピッチを有するという構成により達成される。

冒頭に述べた変速機において、前記目的は、本発明の第２の側面により、異なるアイドラギアに割り当てられている切換爪および作動セクションは、各切換爪の作動時に、カムシャフトの回転角の変化が各切換爪の回転角に異なる変化をもたらすように構成されているということにより達成される。

冒頭に述べた変速機において、前記目的は、本発明の第３の側面により、カムシャフトの回転の結果としてカムシャフトの回転位置に応じるように、切換爪に異なる力を及ぼすために、少なくとも１つの作動セクションがピッチの異なる複数の表面セクションを有するという構成により達成される。

冒頭に述べた変速機において、前記目的は、本発明の第４の側面により、作動セクションが互いに連続する複数のステップで２つのコンポーネントギアのギアチェンジを行うように構成されており、作動セクションは、２つのコンポーネントギアのギアチェンジがコンポーネントギアの１つだけのギアチェンジよりも少なくとも１つ多くのステップを有するように異なる構成をもつということにより達成される。

冒頭に述べた変速機において、前記目的は、本発明の第５の側面により、作動セクションが、２つのコンポーネントギアのギアチェンジの場合に、２つのコンポーネントギアのそれぞれの場合において２つのアイドラギア間の負荷変化の前に、コンポーネントギアの第１のもので２つのアイドラギアのフリーホイールを同時に作動させて、コンポーネントギアの第２のものの負荷変化の後に、アイドラギアのうちの１つのフリーホイールを解放するように構成されているということにより達成される。

最後に、冒頭に述べたギア装置において、前記目的は、本発明によりアイドラシャフトが変速機を有するという構成により達成される。

本発明の状況において、表面セクションのピッチは、カムシャフトの回転角に応じるようなカムシャフトの半径の変化を意味すると理解される。本発明の状況において、フリーホイールまたは切換爪の作動はフリーホイールまたは切換爪の付勢を意味すると理解され、解放はフリーホイールまたは切換爪の解除を意味すると理解される。

異なるアイドラギアに割り当てられている作動セクションの表面セクションは異なるピッチを有するということから、切換爪はカムシャフトの回転に応じるように、異なる速度および／または異なる動力ステップアップもしくはステップダウン伝達比で動かすことができ、その結果それぞれの切換爪の個々の作動が可能である。

切換爪の作動の前記個々の設定の結果として、個々のギア段を個々に設定することができ、その結果として、２つのコンポーネントギアのシフト操作の場合、個々のアイドラギアの切換爪をより素早く内旋回または外旋回することができ、結果として、共回転する切換爪は負荷が変化した後に内旋回することができる。結果として、一定のギアの変速機の永久クリッキングを避けることができ、その結果として、低騒音の変速機を提供することができる。さらに、力の発揮は切換爪の作動の個々の適応によってギア段に依存するトルクに適応させることができ、その結果変速機のより快適なシフトが可能になる。

本発明の第２の側面において、切換爪は、さらに異なるアイドラギアの切換爪の作動時に、カムシャフトの回転角の変化が各切換爪の回転角の異なる変化をもたらすように構成されていることから、切換爪は異なる速度および異なる力で個々に内旋回または外旋回することができ、その結果として異なるギア段の切換爪の個々の作動が可能になる。その結果として、シフト操作を快適に設定することができ、同時に、切換爪は個々に内旋回および外旋回することができ、その結果、２つのコンポーネントギアのシフト操作の場合、共回転する切換爪の永久クリッキングを回避することができる。

本発明の第３の側面において、少なくとも１つの作動セクションがピッチの異なる複数の表面セクションを有することから、カムシャフトの回転位置に応じるようなカムシャフトの回転の結果として切換爪に異なる力を及ぼすために、負荷下のシフトダウン中に切換爪の旋回位置に応じて異なる力を及ぼすことができ、その結果、切換爪は少ない力でアイドラギアの内歯システムから解放することができるとともに、シャフトの方に素早く旋回することができ、その結果、負荷下のシフトダウンがより快適に可能である。

本発明の第４の側面において、両方のコンポーネントギアの同時ギアチェンジはコンポーネントギアの１つだけのギアチェンジよりも１つ多くの部分ステップを有することから、切換可能なフリーホイールは負荷の変化の後に解放することができ、その結果、負荷変化後のフリーホイールの永久共回転を回避することができ、そのため、低騒音ギアを提供することができる。

本発明の第５の側面において、作動セクションは負荷変化の前に第１コンポーネントギアの２つのアイドラギアのフリーホイールを作動させ、または付勢し、負荷変化の後に第２コンポーネントギアのアイドラギアの１つのフリーホイールを解放するように構成されていることから、２つのコンポーネントギアのギアチェンジの後に、フリーホイールの１つの永久共回転、またそのため永久クリッキングを回避することができる。

作動セクションは負荷変化の前に第１コンポーネントギアの２つのアイドラギアのフリーホイールを作動させ、または付勢するように構成されていることから、反対のシフト方向または両シフト方向でフリーホイールの１つの永久共回転を回避することができ、その結果、２つのコンポーネントギアのギアチェンジの後、２つのコンポーネントギアの２つのアイドラギアのフリーホイールだけが作動させられ、または付勢される。

その結果、本発明のさまざまな側面の結果として、少ない技術費で快適なシフトおよび低騒音運転が可能な変速機およびギア装置を提供することができる。

そのため、本発明の目的は完全に達成される。

ある好適な実施形態において、異なるアイドラギアの切換爪に割り当てられている作動セクションは、カムシャフトの対応する回転角位置にピッチの異なる表面セクションを有する。

その結果として、切換爪の内旋回または外旋回中に個々のてこ比(lever ratio)を達成することができ、その結果、切換爪の個々の作動が可能である。

ある好適な実施形態では、異なるアイドラギアの切換爪に割り当てられている作動セクションは、それぞれ対応して隣接するカムシャフトの周面に対して異なる傾斜角を有する少なくとも１つの表面セクションを有する。

その結果として、まず、シフトダウン中に切換爪の１つに大きな力を及ぼすことができ、同時に、シフトアップ中に別のアイドラギアの切換爪を素早く外旋回することができ、その結果、カムシャフトの小さな回転角内で複数の異なる切換爪の連続作動が可能である。

さらに、ギア装置のより高いギア段にシフトするためにカムシャフトを回転するとき、周面に隣接する表面セクションが切換爪を外旋回するように構成されていると好ましい。

その結果として、ギア段の切換爪は個々に素早く外旋回することができ、その結果カムシャフトの回転角が小さい場合の２つのコンポーネントギアでも複雑なシフト操作が可能である。

さらに、アイドラギアの第１のものに割り当てられている表面セクションのピッチが、複数の別のアイドラギアに割り当てられている表面セクションのピッチよりも大きいと好ましい。

その結果として、切換爪の内旋回および外旋回は各ギア段に個々に適応することができ、その結果快適なシフトが可能である。

第１アイドラギアをギア装置の少なくとも１つの別のギア段よりも低いギア装置のギア段に割り当てると、ここでは特に好ましい。

その結果として、前記低いギア段の切換爪は素早く外旋回することができ、その結果、２つのコンポーネントギアのシフト操作の場合、複数の切換爪をカムシャフトの小さい回転角で次々に作動させることができる。

さらに、表面セクションがピッチの異なる平らな表面を形成すると、特に好ましい。

その結果として、カムシャフトの平らな表面は単純に製造することができるので、カムシャフト、特に、作動セクションを少ない技術費で製造することができる。

さらに、作動セクションの少なくとも１つが、カムシャフトの割線に対して軸方向に見た方向に少なくとも部分的に凸状構成をしていると好ましい。

その結果として、アイドラギアの内歯システムにおける切換爪の静的摩擦または付着力を少ない力および少ない技術費で克服することができ、切換爪をその後素早く外旋回することができるため、負荷下のシフトダウンはより快適になる。

さらに、作動セクションが、カムシャフトの割線に対して軸方向に見た方向に少なくとも部分的に凹状構成であると好ましい。

その結果として、各カムシャフトはカムシャフトの小さな回転角および少ない技術費で完全に外旋回することができ、その結果２つのコンポーネントギアのシフト中に切換爪のさらなるシフトステップおよび作動が可能である。

ある特別な実施形態において、表面セクションのピッチは、各切換爪を内旋回するためにカムシャフトの回転方向に少なくとも部分的に増大する。

その結果として、負荷下のシフトダウンの場合、カムシャフトに及ぼされる力は徐々に減少させることができ、その結果切換爪は大きな力でアイドラギアの内歯システムから解放されて、素早い動きで内旋回することができる。

回転方向に互いに連続する少なくとも２つの表面セクションのピッチが増大すると、ここでは特に好ましい。

その結果、切換爪の力−変位プロファイルはカムシャフトの回転に応じるように正確に設定することができる。

ギア装置は好ましくは複数のギア段を形成する２つのコンポーネントギアを有し、アイドラギアの第１のものがコンポーネントギアのうちの１つの低いギア段を形成する。

その結果として、２つのコンポーネントギアのシフト操作の場合に、切換爪を内旋回および外旋回するために互いに連続する複数のステップを可能にするために、アイドラギアの第１のものの切換爪は作動セクションの特別構成の結果として素早く内旋回することができる。

さらに、負荷変化の場合に、それぞれの場合においてコンポーネントギアの異なるものに割り当てられている２つのアイドラギアの切換可能なフリーホイールの作動および解放を交互にするように、カムシャフトを同期すると好ましい。

その結果として、２つのコンポーネントギアのシフト中に特に正確な負荷変化が可能であり、その結果として複数のギア段にわたる急激なシフトアップまたは複数のギア段にわたる急激なシフトダウンを回避することができる。

さらに、作動セクションを、２つのコンポーネントギアのギアチェンジが互いに連続する実質的に３ステップで起こるように構成されていると好ましい。

その結果として、２つのコンポーネントギアの正確かつ確実なシフト操作が可能である。

さらに、作動セクションは、２つのコンポーネントギアの１つのみのギアチェンジが互いに連続する実質的に２ステップで起こるように構成されていると好ましい。

さらに、ギアチェンジのステップはカムシャフトの異なる回転位置で起こると好ましい。

その結果として、シフトステップはカムシャフトの回転によって少ない技術費で生じることができる。２つのコンポーネントギアのシフト操作中にカムシャフトが同じ方向に回転または共回転するとここでは特に好ましい。

全体として、ギアチェンジは第１コンポーネントギアの２つのアイドラギアのフリーホイールの同時作動の第１ステップと、負荷変化の第２ステップと、２つのコンポーネントギアの１つのアイドラギアのフリーホイールが解放される第３ステップとにより構成される。

さらに、第２コンポーネントギアの負荷変化の後に、アイドラギアの１つだけのフリーホイールが作動されると好ましい。ここでは、特に、第２コンポーネントギアの１つのアイドラギアのフリーホイールが解放された後に、アイドラギアの１つだけのフリーホイールが作動される。

その結果として、シフト操作を完全に終了することができ、その結果、シフト操作後、負荷を伝達するアイドラギアのフリーホイールだけが作動され、フリーホイールの共回転および永久クリッキングを回避することができる。

全体として、本発明の結果、異なるギア段または異なるアイドラギアの切換爪は異なる力−変位プロファイルで個々に作動させることができ、その結果、シフトはより快適になる。さらに、２つのコンポーネントギアのシフト操作の場合、低いギア段の切換爪はカムシャフトの低回転により素早く外旋回することができ、その結果カムシャフトの大きな回転角は切換爪のさらなる連続作動に利用することができる。さらに、負荷変化後のフリーホイールの解放の結果として、共回転する切換爪の永久クリッキングを回避することができ、そのため低騒音のギア装置を提供することができる。

上記文で述べ、以下の文でさらに説明する特徴は、それぞれ明記された組合せだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく他の組合せまたは単独でも使用できることは言うまでもない。

本発明の例示的な実施形態を図面に図示し、以下の説明で詳細に説明する。

多段速度ギアを備える自転車のフレームの側面図を示す。 ２つのコンポーネントギアおよび共通のアイドラシャフトを備える多段速度ギアの変速線図を示す。 内歯システムを備えるアイドラギアの斜視図を示す。 切換爪の斜視図を示す。 は、軸方向に見た方向の切換爪およびカムシャフトの操作方法を説明する概略図を示す。 重ね合わせた図で２つの異なる作動セクションを備える軸方向に見た方向のカムシャフトの概略図を示す。 作動セクションの操作方法を説明するための切換爪の回転角の線図を示す。 ２つのコンポーネントギアのシフト操作を説明するための概略図を示す。 ２つのコンポーネントギアのシフト操作を説明するための概略図を示す。

図１において、ギア装置の全体を１０で示している。

図１は、ギア装置１０を収容するギアハウジング１４を有する自転車のフレーム１２の側面図を示す。この図において、ギア装置１０は概略的にしか示されておらず、好ましくはギアケージ（ここには図示されていない）に配置されているコンパクトな装置として構成されている。

ここで、ギア装置１０の実施例として自転車での使用を説明するが、人の筋力で操作する他の車両での使用も可能である。ギア装置１０は、筋力と組み合わせて車両を駆動する駆動マシンを使用する車両でも使用できることは言うまでもない。

ペダルクランク１６および１６’と合わせて、ギア装置１０およびギアハウジング１４は多段速度ギア１８を形成する。

図２は、ギア装置１０の変速線図を示す。

ギア装置１０は入力シャフト２０および出力シャフト２２を有する。入力シャフト２０は貫通シャフトとして構成されている。出力シャフト２２は中空シャフトとして構成されている。入力シャフト２０および出力シャフト２２は互いに同軸上に配置されている。貫通シャフトとして構成されている入力シャフト２０は、入力シャフト２０を駆動するために両端でクランクに連結することができる。出力シャフト２２は一緒に回転するようにチェーンリング２４に固定して連結されて、チェーンリング２４はギア装置１０の出力要素を形成する。

ギア装置１０は第１コンポーネントギア２６および第２コンポーネントギア２８を有する。入力シャフト２０には複数の駆動ギア３０，３１，３２，３３，３４，３５が取り付けられている。第１コンポーネントギア２６はアイドラシャフト３６を有する。アイドラシャフト３６には従動ギア３８，３９，４０，４１，４２，４３が取り付けられている。従動ギア３、８〜４３はアイドラギアとして構成されている。

従動ギア３８〜４３は切換手段（図示せず）によってアイドラシャフト３６に連結することができる。従動ギア３８〜４３および駆動ギア３０〜３５は異なる伝達比を有するギアペアを形成し、その結果従動ギア３８〜４３をアイドラシャフト３６に選択的に連結することによって異なるギア段を実現することができる。

第２コンポーネントギア２８は入力シャフト４６を有する。入力シャフト４６には駆動ギア４８，４９，５０が取り付けられている。駆動ギア４８〜５０はアイドラギアとして構成されている。駆動ギア４８〜５０は、好ましくは切換可能なフリーホイールとして構成されている切換手段によって一緒に回転するように入力シャフト４６に固定して連結することができる。出力シャフト２２には従動ギア５２，５３，５４が取り付けられている。従動ギア５２〜５４は駆動ギア４８〜５０と噛み合い係合している。

異なる伝達比を有するギアペアは、互いに噛み合っている従動ギア５２〜５４および駆動ギア４８〜５０によって形成されている。駆動ギア４８〜５０は切換手段（図示せず）によって一緒に回転するように入力シャフト４６に固定して連結することができ、その結果第２コンポーネントギア２８の異なる選択可能なギア段が形成される。

第１コンポーネントギア２６のアイドラシャフト３６は、一緒に回転するように第２コンポーネントギア２８の入力シャフトに固定して連結されている。アイドラシャフト３６は好ましくは入力シャフト４６と一体に構成される。

実現可能な第１コンポーネントギア２６の可能なギア段は、第１コンポーネントギア２６が第２コンポーネントギア２８に連結されていることから、第２コンポーネントギア２８のギア段によって増倍される。そのため、図２に図示するギア装置１０によって、１８個のギアを実現することができる。

ここに図示されているギア装置１０の１８個のギアをシフトするために、初めに第１コンポーネントギア２６の６個のギアをシフトし、６番目のギアから７番目までシフトするために、第１コンポーネントギア２６において６番目のギアすなわちアイドラギア４３から１番目のギアすなわちアイドラギア３８までバックシフトを行い、同時に、第２コンポーネントギア２８で１番目のギアすなわちアイドラギア４８から２番目のギアすなわちアイドラギア４９までシフトを行う。１２番目から１３番目のギアのシフト操作は対応する方法で行う。

第２コンポーネントギア２８の入力シャフト４６に一体に連結されているアイドラシャフト３６は中空シャフトとして構成されている。切換爪がアイドラシャフト３６および入力シャフト４６に取り付けられていて、該切換爪は中空シャフトに配置されている２つの回転可能に取り付けられているカムシャフトによって作動させることができ、該切換爪は、個々のギア段を実現するために、２つのコンポーネントギア２６，２８のアイドラギアをアイドラシャフト３６または入力シャフト４６に一緒に回転するように固定して選択的に連結している。アイドラギアを一緒に回転するように中空シャフトに固定して連結するために、以下詳細に説明するように、内部ギアは内歯システムを有する。

ある代替の実施形態において、ギア装置１０は、一緒に回転するようにアイドラギアを中空シャフトに固定して連結するために、コンポーネントギア２６，２８のうちの１つのアイドラギアに適宜に割り当てられている１つのカムシャフトのみを有する。前記実施形態において、それぞれ他方のコンポーネントギア２６，２８は２つのギアホイールを備える単純なギアセットとして構成することができる。

図３は、全体を６０で示される内歯システムを備える切換可能なアイドラギアを示す。

アイドラギア６０は外歯システム６２および内歯システム６４を有する。外歯システム６２は外周面に形成されている。内歯システム６４はアイドラギア２２の内周面に形成されている。内歯システム６４は摺動セクション６６および係合セクション６８を有する。摺動セクション６６はアイドラギア６０の周方向に構成されている表面によって形成されている。係合セクション６８は摺動セクション６６に対して一定の角度で摺動セクション６６間に構成されている。

外歯システム６２は他のギアホイールと噛み合う働きをする。内歯システム６４はアイドラギア６０をアイドラシャフト３６または入力シャフト４６に取り付けて、それを切換手段によって一緒に回転するためにアイドラギア３６または入力シャフト４６に固定して連結する働きをする。ここで、摺動セクション６６はアイドラギア６０をシャフトに回転可能に取り付けて、シャフト上で前記アイドラギア６０を摺動させる働きをする。

以下詳細に説明する切換手段（ここでは図示していない）は係合セクション６８に係合することができ、それに対応してアイドラギア６０を一緒に回転するようにシャフトに固定して連結するようになされる。

図４は、アイドラギア６０を一緒に回転するようにアイドラシャフト３６または入力シャフト４６に固定して連結するための切換手段としての切換爪を示しており、前記切換爪は全体を７０で示されている。切換爪７０は切換爪７０の下側に形成されている作動セクション７２を有する。２つの側方セクションに、切換爪７０はそれぞれの場合において支承セクション７４を有する。切換爪７０は係合セクション７６を有する。係合セクション７６は作動セクション７２の反対にある切換爪７０の端部に形成されている。支承セクション７４は切換爪７０の両側に、正確に言うと作動セクション７２と係合セクション７６との間に構成されている。

支承セクション７４は、回転軸７８に対して回転または旋回できるように、切換爪７０をシャフトに取り付ける働きをしている。ここで、切換爪７０は作動セクション７２がシャフトの内部に向くようにシャフトに取り付けられている。さらに、切換爪７０は、無負荷状態で、作動セクション７２が半径方向内側に旋回され、係合セクション７６が半径方向外側に旋回するように、ばね要素（図示せず）によって予圧をかけられている。作動セクション７２はシャフトに配置されているカムシャフトによって半径方向外側に押圧される働きをして、それに対応して係合セクション７６を回転軸７８に対して半径方向内側に旋回するようになされる。

係合セクション７６が半径方向外側に旋回されて、シャフトに対して張り出すと、アイドラギア６０の回転方向にアイドラギア６０の内歯システム６４の係合セクション６８に係合させることができ、したがってアイドラギアを一緒に回転するように回転方向にシャフトに固定して連結することができる。

さらに、切換爪７０は、アイドラギア６０がシャフトに対して回転方向とは反対の方向に回転すると、切換爪７０を半径方向内側に旋回する働きをし、そのため切換可能なフリーホイールとして機能する摺動セクション８０を有する。

図５は、切換爪７０または切換可能なフリーホイールの操作方法を説明するために、アイドラギアの１つの軸方向に見た方向のギア装置１０の略断面図を示している。同一の要素は同一の符号で示しており、ここでは特別な特徴のみを説明する。

図５において、シャフトは全体を８２で示されており、アイドラシャフト３６または入力シャフト４６に対応する。シャフト８２にはカムシャフト８４が取り付けられており、以下詳細に説明するように、該カムシャフト８４は各切換状態を維持するためにシャフト８０と共回転し、ギア装置１０の切換状態を変えるためにシャフト８２に対して回転または転向される。一般に、カムシャフト８４は作動セクション８６を有し、この実施形態では、カムシャフト８４の円形周面８８の凹部として形成されている。作動セクション８６が切換爪７０の下の領域まで回転すると、切換爪７０の作動セクション７２は内側に旋回し、その結果係合セクション７６が外側に旋回してアイドラギア６０の係合セクション６８に係合する。その結果として、アイドラギア６０は一緒に回転するようにシャフト８２に回転方向に固定して連結される。

カムシャフトがさらに回転して、周面８８が切換爪７０の下に配置されると、作動セクション７２は外側に押圧され、それに応じて係合セクション７６が内旋回し、その結果アイドラギア６０が両回転方向に回転できるようにシャフト８２に取り付けられる。その結果として、アイドラギアの個々はカムシャフト８４の回転によって選択的に一緒に回転するようにシャフト８２に固定して連結することができ、そのため、個々のギア段はそれに応じて選択的にシフトすることができる。

ある代替の実施形態において、切換爪７０または切換可能なフリーホイールを作動させるために、作動セクション８６は周面８８に対して隆起した構成にすることもできる。

ギア装置１０のシフトアップ中、互いに連続するギア段の２つの切換爪７０は通常同時に外旋回され、その結果、より早く走行する高い方のギア段のアイドラギア６０がすぐに切換爪７０に係合し、まずフリーホイールで共回転する低い方のギア段の切換爪７０は第２ステップで内旋回する。ギア装置１０の高い方から低い方のギア段へのシフトダウン中、より早く走行するアイドラギア７０から、より遅く走行するアイドラギア７０にシフトが行われる。ここで、両アイドラギア６０の切換爪７０も同様に外旋回され、高い方のギア段の切換爪の能動的な内旋回により、より遅く走行する低い方のギア段のアイドラギアへの負荷変化のみが起こる。前記負荷変化は、内旋回のために切換爪７０の作動セクション７２に印加しなければならない力をより多く必要とし、そうでなければギア装置の負荷を取り消す必要があり、その結果それに応じて内歯システム６４の係合セクション７６の静的摩擦は減少する。

図６は、異なる構成の作動セクションを説明するために、軸方向に見た方向のカムシャフト８４を概略的に示す。図６は、違いを明確にするために、軸方向の投影図で重ね合わせて異なるギア段の異なるアイドラギアに割り当てられている作動セクションを示す。異なるギア段の異なるアイドラギアに割り当てられている作動セクションは、カムシャフト８４の異なる回転位置または角度位置でも構成できることは言うまでもない。

図６に概略的に示すカムシャフト８４の２つの作動セクションは、全体を９０および９２で示す。作動セクション９０，９２はカムシャフト８４の円形周面８８の凹部として構成されている。前記実施形態において、カムシャフト８４は、矢印９４で示すように、ギア装置１０のギア段をシフトダウンするためには右回りに回転し、矢印９６で示すように、ギア装置１０のギア段をシフトアップするためには左回りに回転する。

作動セクション９０，９２はそれぞれの場合において、割線形の平坦セクション９８，１００を有し、これが、シフトダウン中に、まず切換爪７０を外旋回し、切換爪７０が負荷変化後に内歯システム６４に係合する。

切換爪７０を内旋回するために、作動セクション９０は異なるピッチを有する表面セクションを有して、切換爪７０の作動セクション７２にカムシャフト８４の回転角αに応じるように異なる力を及ぼし、および／または各切換爪７０を回転角αに応じるように異なる程度まで回転させるようになされる。ここで、表面セクションのピッチは、カムシャフト８４の対応する回転角αの関数としての作動セクション９０の半径の変化である。

ここで、作動セクション９０は異なるピッチを有する３つの表面セクション１０２，１０４，１０６を有する。ここで、第１表面セクション１０２は、各表面端点Ｒ１，Ｒ２の半径の差と対応する回転角α_１，α_２から計算した低ピッチを有する。第２表面セクション１０４は、カムシャフト８４の対応する半径（Ｒ３−Ｒ２）がより小さい回転角（α_３−α_２）でより大幅に変化するのでより高いピッチを有し、第３表面セクション１０６は、カムシャフト８４の半径（Ｒ４−Ｒ３）がそれに応じた前記表面セクション１０６で、回転角（α_４−α_３）でもっとも大幅に変化するので、最大のピッチを有する。その結果、対応する切換爪７０は第１表面セクション１０２によってわずかしか移動せず、係合セクション７６に最大の力が及ぼされ、切換爪７０が第３表面セクション１０６によってもっとも素早く移動すると、作動セクション７２にもっとも少ない力がかけられる。言い換えると、作動セクション９０の表面セクション１０２，１０４，１０６は割線形表面９８に対して隆起したまたは凸状構成である。

第２作動セクション９２は、凹部を形成し、または割線形表面１００に対して凹状構成をもつ２つの表面セクション１０８，１１０を有する。前記作動セクション９２は切換爪７０を内旋回する働きをするのではなく、むしろ第１コンポーネントギア２６のもっとも低いギア段のアイドラギア６０に割り当てられて、そこからさらに低いギア段へのシフトが行われない。このため、作動セクション９２は凹状構成をもつことができる。その結果として、周面８８に隣接する表面セクション１１０は非常に顕著なピッチを有し、その結果、シフトアップ中、作動セクション７２は小さな回転角（α_４−α_３）だけカムシャフト９４を小さく回転した場合にそれに対応してすでに完全に外旋回し、その結果、以下詳細に説明するように、２つのコンポーネントギア２６，２８のシフト中により多くのシフト操作が可能になる。

凹状形の作動セクション９２は好ましくは他方のコンポーネントギア２６，２８のギア段と組み合わせられるコンポーネントギア２６，２８のうちの一方のもっとも低いギア段のアイドラギアにのみ割り当てられ、凸状形の作動セクション９０はギア装置１０の他のすべてのギア段に割り当てられている。その結果、負荷下でシフトダウンを単純かつ快適に行うことができ、もっとも低いギア段をカムシャフト８４の低い回転角によって素早く完全に外旋回することができるので、２つのコンポーネントギア２６，２８で同時により快適なシフト操作を行うことができる。

図７(ａ)および図７(ｂ)は、図６の表面セクション１０２，１０４，１０６に関してカムシャフト８４の回転角の変化の関数としての切換爪７０の回転角の変化と、３つの表面セクション１０２，１０４，１０６に関する角度変化の比を説明するための線図を示す。

図７(ａ)において、回転軸７８に対する切換爪７０の回転角は一般にφで示されており、カムシャフト８４の回転角αに対してプロット化されて示されている。第１表面セクション１０２に対応する第１セクションでは、切換爪７０の回転角φはカムシャフト８４の回転角αの関数としてわずかに変化する。その結果として、有利なてこ比が達成され、その結果カムシャフト８４は少ない力で回転することができ、同時に比較的大きな力を作動セクション７２に及ぼすことができる。その結果として、第１ステップでは、内歯システム６４の係合セクション７６の静的摩擦を克服することができ、そのため負荷下のシフトダウンを単純化することができる。

ピッチが第１表面セクション１０２のものよりも大きい第２表面セクション１０４によって、カムシャフト８４の回転角αの関数として回転角φのより大きな回転角の変化が達成され、その結果切換爪７０は静的摩擦をα_２で克服した後により素早く外旋回することができる。回転角α_３で、係合セクション７６は内歯システム６４との係合から外れ、その結果切換爪７０は最大のピッチを有する第３表面セクション１０６によって素早く小さい力で完全に内旋回する。

図７(ｂ)は、３つの表面セクション１０２，１０４，１０６について、切換爪７０の回転角φの角度変化の比を概略的に示す。第１表面セクション１０２の低ピッチによってカムシャフト８４の回転移動αの関数として切換爪７０の最小の回転移動が達成され、その結果、同時に作動セクション７２または係合セクション７６に最大の力が及ぼされることがここで明らかになる。係合セクション７６の静的摩擦はここではすでに克服されているため、第２表面セクション１０４の結果としての角度変化Δφは相当大きくなる。最大のピッチを有する第３表面セクション１０６の角度比Δα／Δφが最小になり、その結果カムシャフト８４の回転角αの関数として切換爪７０の最大の回転移動がここでは達成される。

作動セクション９０の前記特別な実施形態により、負荷下の単純なシフトダウンおよび／または負荷下の切換爪７０の単純な離脱を達成することができる。

表面セクション１０２，１０４，１０６は図６に図示されるように平らな表面として構成することができ、その間に縁もしくは折れ曲がりが形成され、または丸くした表面により互いに合体する。ある好適な実施形態では、表面セクション１０２，１０４，１０６は連続した曲面として構成されている。

図８(ａ)〜図９(ｂ)は、２つのコンポーネントギア２６，２８でシフトが行われるギア装置１０のシフトアップ操作を説明するためのギア装置１０の断面図を示す。

シャフト８２にアイドラギア３８，４３，４８および４９が取り付けられており、第１コンポーネントギア２６のアイドラギアを切り換えるためにシャフト８２にカムシャフト８４が取り付けられ、第２コンポーネントギアのアイドラギアをシフトするためにシャフト８２に第２カムシャフト１１２が取り付けられている。第２カムシャフト１１２は第１カムシャフト８４によって、例えば完全な各１回転後に運転者によってさらに回転され、そうでなければ個別の駆動手段を介して独立して回転される。
ある好適な実施形態では、第２カムシャフト１１２は一緒に回転するようにまたは第１カムシャフト８４と一体に構成されるように、第１カムシャフト８４に固定して連結されている。

図８(ａ)は軸方向に見た方向で切り換えられる各ギア段のアイドラギアを概略的に示す。ここに図示されるケースでは、シフトはギア装置１０で第６ギアから第７ギアに行われ、その結果第１コンポーネントギア２６では第６ギアすなわちアイドラギア４３から第１ギアすなわちアイドラギア３８にシフトが行われ、第２コンポーネントギア２８では第１ギアすなわちアイドラギア４８から第２ギアすなわちアイドラギア４９にシフトが行われる。

図８(ａ)は始動状態を示しており、アイドラギア４３の切換爪７０は外旋回され、アイドラギア３８の切換爪７０は内旋回されており、第２コンポーネントギア２８では、アイドラギア４８の切換爪７０は外旋回され、アイドラギア４９の切換爪７０は内旋回されている。図８(ａ)で分かるように、アイドラギア３８の切換爪７０は凹状作動セクション９２に割り当てられ、アイドラギア４３は凸状作動セクション９０に割り当てられている。

図８(ｂ)は、対応して関係するアイドラギア３８，４３，４８，４９のシフト操作の３つのステップのうちの最初のステップを示す。ここで、カムシャフト８４は約１５°〜２０°だけ右回り方向９６の反対に回転しており、その結果アイドラギア３８の切換爪７０は完全に外旋回している。これは、作動セクション９２の表面セクション１１０のピッチが特に大きいため可能である。作動セクションのそれぞれの形状のために、残りのアイドラギア４３，４８，４９の切り換え状態は図８(ａ)の状態と同一である。言い換えると、アイドラギア３８，４３の切換可能なフリーホイールが同時に作動し、または切換爪７０が同時に外旋回する。アイドラギア３８はこの切り換え状態ではアイドラギア４３よりもゆっくり回転することから、アイドラギア３８の切換爪７０はアイドラギア３８の摺動セクション６６上で摺動し、その結果負荷の変化が起こらない。

図９(ａ)は第７ギアへのシフト操作のさらなる第２ステップを示しており、カムシャフト８４がさらに２０°〜３０°の分だけ右回り方向９６の反対に回転している。第６ギアから第７ギアへのシフト操作の前記第２ステップ（図９(ａ)に示す）では、アイドラギア４３の切換爪７０が周面８８によって内旋回すると同時に、アイドラギア４９の切換爪７０が外旋回する。アイドラギア４３および４９はそれぞれの場合においてアイドラギア３８，４８よりも素早く回転することから、ギア段間の負荷変化またはアイドラギア３８および４９への負荷変化は、それぞれの切換爪７０の前記内旋回または外旋回によって起こる。切換爪７０の内旋回または外旋回は正確かつ順次起こらなければならず、その結果各切換爪はそれぞれの内歯システム６４と同時に係合しないので、第１２ギアへの急激なシフトアップが回避されることになる。前記正確なシフト操作は２つのカムシャフト８４，１１２のそれぞれの作動セクションの正確な成形によってもたらされる。負荷変化がすでに起こっている前記状態において、ギア装置１０は事実上第７ギアにあるが、アイドラギア４８の切換爪７０は外旋回されて、アイドラギア４８のより遅い回転速度の結果として共回転し、またはアイドラギア４８の摺動セクション６６上で摺動する。

図９(ｂ)は、第７ギアへのシフト操作の最後の第３ステップを概略的に示す。ここで、カムシャフト８４は約１５°〜２０°の分だけ右回り方向の反対にさらに回転しており、その結果アイドラギア４８の切換爪７０は第２カムシャフト１１２の作動セクションによって内旋回している。アイドラギア３８，４３および４９の切換爪７０の残りの切り換え状態は同一になるように維持される。前記第３ステップの後、アイドラギア４９の切換可能なフリーホイールが作動させられ、または付勢される。その結果として、アイドラギア４８の外旋回した切換爪７０の共回転が回避され、前記ギア段の永久クリッキングが抑制される。

それぞれの切り換え状態を維持するために、カムシャフト８４は個々のギア段が係合されるそれぞれの回転位置でシャフト８２に対して固定される。例えば、前記回転位置は、図８(ａ)および図９(ｂ)に図示される回転位置である。ギアチェンジは、カムシャフト８４がシャフト８２に対して固定される回転位置の１つから、カムシャフト８４がシャフト８２に対して固定される前または後の回転位置へのカムシャフト８４の回転を含む。このために、カムシャフト８４またはカムシャフト８４の駆動手段は、好ましくは、個々のギア段が係合される回転位置にカムシャフト８４をシャフト８２に対して固定するために、掛止手段を備えて構成されている。例えば、図９(ｂ)に図示するように、掛止位置間でシフト操作が起こり、それぞれの掛止位置に到達すると終了する。

ある特別な実施形態において、第１コンポーネントギア２６は、アイドラギア３８よりも低いギアホイールとのステップアップ伝達比またはステップダウン伝達比を有する少なくとも１つの追加のアイドラギアを有することができる。前記追加のアイドラギアまたは前記追加のアイドラギアのギアペアは、第２コンポーネントギア２８の最小のギア段との組み合わせだけでシフトされるもっとも低いギア段を形成する。前記最小のギア段は、例えば、特別なマウンテンギアとして選択することができ、第２コンポーネントギア２８のより高いギア段とは組み合わせられない。

前記実施形態において、アイドラギア３８は第１コンポーネントギア２６の最小のギア段を形成し、該ギア段は第２コンポーネントギア２８の複数のギア段と組み合わされるが、アイドラギア３８はなお凹状作動セクション９２に割り当てられている。言い換えると、アイドラギア３８〜４３は第２コンポーネントギア２８のアイドラギア４８，４９および５０との組み合わせでシフトされ、追加のアイドラギアはアイドラギア４８とのみ組み合わされる。

ある特別な実施形態において、第１コンポーネントギア２６は複数の追加のアイドラギアも有することができ、それぞれの場合においてギアホイールとともに、アイドラギア３８よりも低いステップアップ伝達比またはステップダウン伝達比を有するギアペアを形成し、第２コンポーネントギア２８の最小のギア段との組み合わせでのみシフトされる。その結果として、複数のマウンテンギアを提供することができる。

第６ギアから第７ギアへの３段での前記シフト操作は、図８(ｂ)の最初のステップが約１５°〜２０°の回転によってすでに行われていることから可能になる。その結果として、図８(ｂ)，図９(ａ)および図９(ｂ)の独立した３つの連続シフトステップは、カムシャフト４８，１１２を約６０°１回回転することによって実現することができる。個々のシフトステップは、作動セクションの形状に応じて、カムシャフト８４，１１２の異なる大きさの回転角度によって行うことができることは言うまでもない。

対して、コンポーネントギア２６の最初のもののみに行われるギアチェンジは、２つの連続ステップで起こり、第１ステップで次のギア段のアイドラギア６０の切換爪７０またはフリーホイールが作動させられ、第２ステップで前のギア段の切換爪７０が内旋回され、またはフリーホイールが解放もしくは解除される。それぞれの負荷変化は、シフトアップまたはシフトダウンが行われるかによって、第１ステップまたは第２ステップのいずれかで起こる。

２つのコンポーネントギア２６，２８のシフト中、第１ステップでアイドラギア４３の切換爪７０は外旋回されて、アイドラギア４９の切換爪は内旋回され、その結果アイドラギア４３を介して負荷が伝達される。ステップ２で、アイドラギア４３の切換爪７０は内旋回されると同時に、アイドラギア４９の切換爪７０が外旋回され、前記切換爪は同時にまたは交互に内歯システム４６と係合から外されるか、または係合される。すなわち、そうでなければ急激なアイドリングまたは第１２ギアへの急激なシフトが起こる可能性があるため、アイドラギア４３および４９の切換爪７０は内歯システム６４と同時に係合が外れない、または同時に係合しない。

ステップ３で、アイドラギア４３および４９の切換爪７０は対応して完全に内旋回または外旋回し、その結果切り換え状態および対応する負荷変化が終了する。対応する負荷変化はカムシャフト８４，１１２の作動セクションの特に正確な適応によって起こり、その結果２つのコンポーネントギア２６，２８の正確な同期が可能である。

Claims (20)

1. 複数のアイドラギア（６０）が取り付けられているシャフト（８２）を有する車両（１２）用のギア装置（１０）の変速機であって、
   前記アイドラギア（６０）は切換爪（７０）によって前記シャフト（８２）に連結することができ、前記切換爪（７０）はカムシャフト（８４）によって回転可能に取り付けられて、選択的に作動させることができ、前記カムシャフト（８４）は、前記切換爪（７０）を作動させるために前記カムシャフト（８４）を前記シャフト（８２）に対して回動させるために駆動手段に連結されており、前記カムシャフト（８４）は前記それぞれのアイドラギア（６０）に割り当てられている前記切換爪（７０）を作動させるために複数の作動セクション（９０，９２）を有し、
   前記各作動セクション（９０，９２）はそれぞれの場合において少なくとも１つの表面セクション（１０２，１０４，１０６；１０８，１１０）を有し、異なるアイドラギア（６０）の前記切換爪（７０）に割り当てられている前記表面セクションは、カムシャフトの回転角に応じてカムシャフトの半径の変化が異なる、変速機。
2. 異なるアイドラギア（６０）に割り当てられている前記切換爪（７０）および前記作動セクション（９０，９２）は、前記それぞれの切換爪（７０）の作動時に、前記カムシャフト（８４）の回転角の変化が前記それぞれの切換爪（７０）の回転角の異なる変化をもたらすように構成されている、請求項１に記載の変速機。
3. 異なるアイドラギア（６０）の前記切換爪（７０）に割り当てられている前記作動セクション（９０，９２）は、前記カムシャフト（８４）の対応する回転角位置で異なるようにカムシャフトの半径の変化をもつ表面セクション（１０２〜１１０）を有する、請求項１または請求項２に記載の変速機。
4. 異なるアイドラギア（６０）の前記切換爪（７０）に割り当てられている前記作動セクション（１０２’〜１１０）は、前記カムシャフト（８４）のそれぞれ対応して隣接する周面（８８）に対して異なる傾斜角を有する少なくとも１つの表面セクション（１０２〜１１０）を有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の変速機。
5. 前記ギア装置（１０）のより高いギア段にシフトするための前記カムシャフト（８４）の回転時、前記周面（８９）に隣接している前記表面セクション（１０６，１１０）は前記切換爪（７０）を外旋回するように構成されている、請求項４に記載の変速機。
6. 前記アイドラギア（６０）の第１のものに割り当てられている表面セクション（１１０）の半径の変化は、前記アイドラギア（７０）の複数の他のものに割り当てられている前記表面セクション（１０２〜１０６）の半径の変化よりも大きい、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の変速機。
7. 前記第１アイドラギア（６０）は、前記ギア装置（１０）の少なくとも１つの他のギア段よりも低い前記ギア装置（１０）のギア段に割り当てられている、請求項６に記載の変速機。
8. 少なくとも１つの作動セクション（９０）は、カムシャフトの回転角に応じてカムシャフトの半径の変化の異なる複数の表面セクション（１０２，１０４，１０６）を有して、前記カムシャフト（８４）の回転（９４）の結果として前記カムシャフト（８４）の回転位置に応じるように前記切換爪（７０）に異なる力を及ぼし、または前記切換爪（７０）を異なる回転速度で内旋回もしくは外旋回するようになされている、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の変速機。
9. 前記表面セクション（１０２〜１０６）は半径の変化の異なる平らな表面を形成する、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の変速機。
10. 前記作動セクション（９０）のうちの少なくとも１つは、前記カムシャフト（８４）の割線（９８）に対して軸方向に見た方向で少なくとも部分的に凸状構成である、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の変速機。
11. 作動セクション（９２）は、前記カムシャフト（８４）の割線（１００）に対して軸方向に見た方向で少なくとも部分的に凹状構成である、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の変速機。
12. 前記表面セクション（１０２〜１０６）の半径の変化は、前記それぞれの切換爪（７０）を内旋回するために、前記カムシャフト（８４）の回転方向に少なくとも部分的に増大する、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の変速機。
13. 前記回転方向に互いに連続する３つの表面セクション（１０２〜１０６）の半径の変化が増大する、請求項１２に記載の変速機。
14. 車両（１２）用のギア装置（１０）の変速機であって、第１のコンポーネントギア（２６）を構成する第１の複数のアイドラギア（３８〜４３）および第２のコンポーネントギア（２８）を構成する第２の複数のアイドラギア（４８〜５０）が取り付けられ、前記ギア装置（１０）の前記２つのコンポーネントギア（２６，２８）の各アイドラギアを装着するシャフト（８２）が備えられ、前記アイドラギアは切換可能なフリーホイール（７０）によって前記シャフト（８２）に連動することが可能であり、前記切換可能なフリーホイール（７０）を作動させるための複数の作動セクション（９０，９２）を有する少なくとも１つのカムシャフト（８４）が備えられ、前記少なくとも１つのカムシャフト（８４）は前記切換可能なフリーホイール（７０）を選択的に作動させるために前記カムシャフト（８４）を前記シャフト（８２）に対して回転させるために、駆動手段に連結され、
    前記作動セクション（９０，９２）は、互いに連続する複数のステップで２つのコンポーネントギア（２６，２８）のギアチェンジを行うように構成されており、前記作動セクション（９０，９２）は、前記２つのコンポーネントギア（２６，２８）の前記ギアチェンジが、前記コンポーネントギアが１つだけの場合のギアチェンジよりも少なくとも１回多いステップを有するように、異なる形状を備えている、変速機。
15. 前記作動セクション（９０，９２）は、２つのコンポーネントギア（２６，２８）のギアチェンジの場合に、それぞれの場合において前記２つのコンポーネントギアの各２つのアイドラギア（３８，４３，４８，４９）間の負荷変化の前に、前記第１のコンポーネントギア（２６）の２つのアイドラギア（３８，４３）のフリーホイール（７０）を同時に作動させ、前記第２のコンポーネントギア（２８）の負荷変化の後に前記アイドラギア（４８，４９）の一方のフリーホイール（７０）を解放するように構成されている、請求項１４に記載の変速機。
16. 前記カムシャフト（８４，１１２）は、負荷変化の場合に、それぞれの場合において前記第１、第２のコンポーネントギア（２６，２８）の異なるものに割り当てられている２つのアイドラギア（４３，４９）の前記切換可能なフリーホイール（７０）が交互に作動および解放されるように同期している、請求項１４または請求項１５に記載の変速機。
17. 前記作動セクション（９０，９２）は、前記２つのコンポーネントギア（２６，２８）のギアチェンジが互いに連続する実質的に３つのステップで起こるように構成されている、請求項１４〜請求項１６のいずれか１項に記載の変速機。
18. 前記ギアチェンジのステップは、前記カムシャフト（８４，１１２）の異なる回転位置で起こる、請求項１４〜請求項１７のいずれか１項に記載の変速機。
19. 前記第２コンポーネントギア（２６，２８）の負荷変化の後に、前記アイドラギア（４９）の１つのみの前記フリーホイールが作動される、請求項１４〜請求項１８のいずれか１項に記載の変速機。
20. 入力シャフト（２０）と、出力シャフト（２２）と、アイドラシャフト（３６）とを有する車両用のギア装置であって、請求項１〜請求項１９のいずれか１項に記載の変速機を有する、ギア装置。

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