TWI554439B - Bicycle rear wheel drive unit - Google Patents

Description

腳踏車後輪的驅動單元 發明領域

本專利標的是一種腳踏車後輪的驅動單元，其具有一多鏈輪裝置之一齒輪以及一滾子鏈，其中該多鏈輪是設置在腳踏車後輪輪轂的飛輪座體(Freilaufkörper)上。飛輪座體是由飛輪之助推器或由旋設在軸套處之自轉輪的外環件所形成。該飛輪座體是可相對於輪轂軸旋轉地支撐並相對於軸套在前轉方向上具有一旋轉偶合器，且在後轉方向上可相對於該軸套空轉。

發明背景

後輪齒輪是目前登山車與競速車的主要動力構件。在這同時，在一個多鏈輪裝置中可提供至多11個齒輪。

齒輪屬於高負載零件而且是磨損部件。習知齒輪在其內輪廓處具有一曳引輪廓件(Mitnahmeprofil)，在該曳引輪廓件處有一用於飛輪之助推器或用於自轉輪之外環件的曳引連結(Mitnahmeverbindung)。彼此相鄰的齒輪在環周方向上的配置是透過齒輪的曳引輪廓件嵌接於助推器處或自轉輪之外環件處的方式而形成，此配置在鏈條由一個齒輪切換至相鄰齒輪的過程中相當重要。

輕量化是多鏈輪裝置的趨勢。為達此目的，由輕量材料(例如，鋁)所製造的齒輪滿足了所述基本需求。然而，因為零件表面上的壓力，有硬度較低且可負載量較小的缺 點。這個方面尤其是因為承受壓力的接觸面的延伸空間被縮減所致，如同在不同類型之用於沿著切換匣(Schaltgasse)輔助切換功能的切換輔助器的情況下。切換匣沿著從一個齒輪往相鄰齒輪行進之滾子鏈延伸，且不僅是鏈條從較小齒輪切換至相鄰較大齒輪，還有從較大齒輪切換至相鄰較小齒輪。一部分表面對於助推器-滾子鏈之滾子與在齒處運送負載之側邊之間的嵌接與接觸來說是必須的。

在脆弱的齒處，較大的磨損是不利的，磨損在使用例如鋁製齒輪時會過快超出邊界值，超出邊界值將無法確保齒輪按規律來運作。

發明概要

因此，本發明之課題在於，提供僅會產生可承受的磨損之由比鋼還軟的材料製成的齒輪以及切換輔助器。此課題係透過將在與滾子鏈嚙合之齒上的切換輔助器設置成在接觸面不會或僅會產生最小耗損這樣的方式而獲得解決。該方法的基本考量為，外鏈板節與內鏈板節交替構成的滾子鏈僅被允許在特定情況下進行切換。

在習知的鋼製齒輪中，切換輔助器能夠進行切換，當在切換過程中，不僅外鏈板節還有內鏈板節在軸向上與參考齒相比鄰，且具有兩種不同的鏈板-齒-配置。

相對地，借助本發明之方法，未備妥切換匣供兩種鏈板-齒-配置之用，在環周位置上，在較小與相鄰較大齒輪之齒之間找到適宜相對位置，以相對所述齒彼此之間距，該 間距對應於節距的整數倍數。在本發明之齒輪中，僅在內鏈板比鄰參考齒時容許切換事件。

避免鏈條在經適當定位之參考齒處與外鏈板節嵌接而與切換匣的對應構形相連接或脫離切換匣的方法已實施在多鏈輪裝置處，預期是本發明的其他目的。

在EP 1 522 490中已知一種被建構成與外鏈板節之外鏈板不嵌接的特定齒。

為達到關於間距的要求，該齒最後在仍與現有齒嵌接之較小齒輪處最適於鏈條之外鏈板與該齒嵌接。利用這個構形的概念，針對外鏈板相對於所述齒或該齒上之內鏈板這兩種配置情況，在齒輪處可提供更多個刻槽來取代一個單獨但大的刻槽作為切換匣的基本構件。

在EP 1 188 658中，在用於從較小相鄰齒輪切換至所述齒輪之切換匣設置處之位置的齒輪上，捨棄了此切換匣，以在從所述齒輪向下至相鄰較小齒輪有供切換匣的位置使用。

相對地，在本發明的齒輪組設中力求達致一個較大的表面供滾子與負載齒側接觸。就此，齒輪齒通常在垂直於其主要延伸面的方向上具有大的厚度，並且使該齒沿著切換匣被削弱的負載側減至最低。

此外，該切換匣僅建構成針對嵌接的情況，在此情況下內鏈板節配置一個參考齒。在外鏈板節配置參考齒的其他情況下，透過齒的構形避免鏈條切換至齒輪上。就此，該參考齒具有防止外鏈板嵌接的凹槽。

在本發明的齒輪構形中，於鏈條從一個較小齒輪切換至一個較大齒輪時，外鏈板節透過凹口(Aussparung)的緣端徑向往內支撐在參考齒之處並提高至一個較大的徑向水平面處。該凹口不僅延伸至負載側，還使其不受到影響。在滾子鏈與參考齒正常嵌接而沒有切換事件的情況下，其中滾子鏈與負載側相接觸並傳輸力，因而有較大的接觸面可供使用。凹口的端緣在較佳實施態樣中延伸至齒的尖端。凹口在環周方向上延伸至旋轉方向上的次一齒。

此設計受限於相對於旋轉方向上接續齒的構形，在該等齒上設有僅徑向在滾子鏈與負載側之接觸面以外之齒處的槽道(Kehlen)。

在本發明凹口及槽道一方面與US 5,464,373的凹口，而另一方面與US 5,876,296的凹口之間只有些許幾何相似性，其中設置凹口會使得滾子鏈與負載側之間的接觸面大大地減少。

同樣關於將鏈條之外鏈板支撐在凹口之端緣處的還有DE 44 18 407。但在此處並不力求維持一個完整的負載側。

接著將說明本發明齒輪之較佳實施態樣。

圖式簡單說明

圖式分別顯示：

第1圖：由次一個較小齒輪(圖中下方)那側從徑向外側(圖中中央)以及由避開較小相鄰齒輪那側(圖中上方)來看本發明之齒輪。

第2圖：由避開較小相鄰齒輪的那側斜向來看第1圖之 齒輪。

第3圖：在圖左平行於鏈板延伸之平面的方向，以及在圖右以平行於鏈條插銷中軸線的方向來看的慣用滾子鏈。

較佳實施例之詳細說明

在第1圖中可見齒輪之平坦側12處的凹口14，其中該平坦側12面向較小相鄰齒輪的一側。凹口14的一端緣15延伸直至一參考齒的齒尖16。此參考齒稱作支撐齒17，因為它支撐著鏈條。那裡有可在第3圖中看到的外鏈板8之外圓化部28，該外圓化部28與鏈條插銷10的中軸線共軸，插入凹口14內並在考量到關於齒輪1之相鄰對應力的情況下徑向往內支撐。呈端緣15方向的帶狀平面具有一垂直於齒輪1之平坦側12的寬度，其與凹口的深度相對應。在滾子鏈2切換至所述齒輪1時，該外鏈板來到這個位置。該凹口14的深度可朝一端減小。該凹口具有一對應於該空間的長向延伸部，該空間是在切換時時受載斜置的外鏈板8。在所述實施例中，凹口14從支撐齒17經由在旋轉方向D上的次一個脫離齒18延伸直至次一齒的負載側4。

在內鏈板節5與外鏈板節6在嵌接的過程中，鏈條節齒輪齒上依次從徑向往外位移至具有凹口14之端緣15的支撐齒17到外鏈板齒19與內鏈板齒23上。該支撐齒17、該外鏈板齒19以及該內鏈板齒23相對該齒輪1之旋轉方向D形成連續的齒。當外圓化部28支撐在端緣15時，一內鏈板7係定位於支撐齒17對應於齒輪1之平坦側12的那側。鏈條在相對於 齒輪1之旋轉方向D之所述內鏈板7之後的外鏈板8嚙咬該外鏈板齒19往外，使得該外鏈板齒19定位在所述外鏈板節6的一對外鏈板8之間。藉此，該外鏈板8更為接近齒輪的相對側13，該相對側13與該平坦側12相對立，作為外鏈板，其末端區在支撐齒17處位於齒輪之平坦側的凹口中。這對應於鏈條從較小齒輪切換至較大齒輪的方向。

自齒輪之相對側13起，該外縫板齒19具有一外鏈板槽道29，該外鏈板插入至該外鏈板槽道29中並因而徑向往內設在一外鏈板緣20處。在內鏈板齒23的相對側13設有一內鏈板槽道，一內鏈板7沒入至該內鏈板槽道中並裝設在一內鏈板緣24處。

在連續齒17、19及23處設有凹口14、外鏈板槽道29與內鏈板槽道30，於鏈條切換時使鏈條能夠轉向至垂直於齒輪1之平坦側12的方向。其將空間提供給鏈條所有可能與齒輪齒直接撞擊的組成構件。藉此，在凹口14、外鏈板槽道29以及內鏈板槽道30之外，齒的其他組成構件可以建構成更厚，平坦側12與相對側13之間的間距增大，且齒的厚度Z對應地增大。平坦側12與相對側13之間的間距亦直接隨著滾子9與負載側4之間在齒輪齒3處的有效接觸面增大而增大，因為切換輔助器不會突出在此接觸面。支撐齒17上的凹口14、外鏈板槽道29以及內鏈板槽道30不會突出在接觸面。

在滾子鏈2與齒輪齒3嵌接而沒有切換事件的情況下，齒厚度Z是透過內鏈板7之間的間距設定而使校正值降低。 因為該等齒會進入內鏈板之間的間隙，此校正值必須被包括在內。

齒厚度Z亦可選定為從徑向外側往徑向內側逐漸增加，在透過旋轉加工來製造齒輪時特別重要。

使用本發明齒輪顯示使用在多鏈輪裝置的最大封端齒輪。那麼，此封端齒輪亦可具有一個未示出曳引輪廓件以嵌接元件將從鏈條接收的力量遞送至後輪輪轂的助推器上。所述齒輪可與多鏈輪裝置的更多由銅沖壓而成的單齒輪組合而一起使用。亦顯示，使用數個於錐形支撐結構中一體連結的齒輪。就此，可藉連結銷之助提供連結。

本發明齒輪也可以是多鏈輪裝置的較小齒輪。只不過使用切換輔助器可產生更多會干擾整體概念的功能，像是在從所述齒輪切換至次一個較大相鄰齒輪時。亦會發生嚴重的切換延遲，因為相鄰齒輪的齒數差較小以及設置的切換匣較少，而且因為此切換匣有50%的機率無法正好適合用於比鄰參考齒之鏈節(內鏈節或外鏈節)供鏈條切換與嵌接。

所述實施態樣涉及鏈條切換至齒輪上，以次一個較小齒輪作為離去點(Ausgangspunkt)。

在齒形成時借助方法的對應適用形式，本發明方法亦可適用於多鏈輪裝置的最小封端齒輪。對此，該適用形式特別是涉及鏈條切換至最小封端齒輪上，以次一個較大齒輪作為離去點。

此概念的變化在於，支撐齒輪17處之凹口14的端緣15 從齒尖16延伸至相對側31的一個點。所支撐的鏈節在此構形下受到對應較少的支撐。

又一變化可能性為，該凹口14優先設在齒間隙21中，且約在齒間隙21的基部22。此構形的缺點在於，就外鏈板槽道29以及內鏈板槽道30的構形有較多的限制條件。那麼，外鏈板緣20以及內鏈板緣24必須設置在一個更往內的徑向位置處，在該位置處已有滾子與負載側的接觸面，而使得接觸面縮減。

所述與腳踏車後輪上之齒輪的情況對應的原則可在對應適用情況下用於腳踏車之曲柄裝置的多鏈輪裝置上。

1‧‧‧齒輪

2‧‧‧滾子鏈

3‧‧‧齒輪齒

4‧‧‧負載側

5‧‧‧內鏈板節

6‧‧‧外鏈板節

7‧‧‧內鏈板

8‧‧‧外鏈板

9‧‧‧滾子

10‧‧‧鏈條插銷

11‧‧‧套環

12‧‧‧平坦側

13‧‧‧相對側

14‧‧‧凹口

15‧‧‧端緣

16‧‧‧齒尖

17‧‧‧支撐齒

18‧‧‧脫離齒

19‧‧‧外鏈板齒

20‧‧‧外鏈板緣

21‧‧‧齒間隙

22‧‧‧齒間隙的基部

23‧‧‧內鏈板齒

24‧‧‧內鏈板緣

28‧‧‧外圓化部

29‧‧‧外鏈板槽道

30‧‧‧內鏈板槽道

31‧‧‧相對側

D‧‧‧旋轉方向

l‧‧‧內鏈板寬度

Z‧‧‧齒厚度

第1圖：由次一個較小齒輪(圖中下方)那側從徑向外側(圖中中央)以及由避開較小相鄰齒輪那側(圖中上方)來看本發明之齒輪。

第2圖：由避開較小相鄰齒輪的那側斜向來看第1圖之齒輪。

第3圖：在圖左平行於鏈板延伸之平面的方向，以及在圖右以平行於鏈條插銷中軸線的方向來看的慣用滾子鏈。

1‧‧‧齒輪

3‧‧‧齒輪齒

4‧‧‧負載側

12‧‧‧平坦側

13‧‧‧相對側

14‧‧‧凹口

15‧‧‧端緣

16‧‧‧齒尖

17‧‧‧支撐齒

18‧‧‧脫離齒

19‧‧‧外鏈板齒

20‧‧‧外鏈板緣

21‧‧‧齒間隙

22‧‧‧齒間隙的基部

23‧‧‧內鏈板齒

24‧‧‧內鏈板緣

29‧‧‧外鏈板槽道

30‧‧‧內鏈板槽道

31‧‧‧相對側

D‧‧‧旋轉方向

Z‧‧‧齒厚度

Claims (11)

1. 一種腳踏車後輪的驅動單元，其具有一多鏈輪裝置之一齒輪以及一滾子鏈；其中在該齒輪外周緣的齒輪齒具有負載側以及相對側，利用該負載側作為與該滾子鏈的滾子接觸之用，其中該滾子鏈是由數個內鏈板節與數個外鏈板節所組成，且其中一內鏈板節具有一對內鏈板，以及備設成與鏈條插銷共軸且可相對該等內縫板旋轉的滾子，而一外鏈板節具有一對外鏈板且其中縫條插銷更將一內鏈板節與相鄰外鏈板節可旋轉地相連結；其中齒輪的支撐齒在面向較小相鄰齒輪的平坦側處具有一設有一端緣的凹口，且在相反於平坦側設置在齒輪處的相對側於齒輪齒上具有內鏈板槽道及外鏈板槽道，該等槽道係用來，當換檔時，提供空間給滾子鏈，以利於其從較小相鄰齒輪切換至齒輪以及備妥接觸面以與滾子鏈的內鏈板及外鏈板相接觸，其特徵在於：該凹口之端緣從徑向內往徑向外延伸直到該支撐齒的齒尖，或直到該支撐齒的相對側但未達該支撐齒之負載側，且沿著該端緣提供一平面以供與該滾子鏈之外鏈板之外圓化部接觸之用，而該外鏈板係容納於該凹口內；其中在支撐齒處的凹口具有一由端緣直至相對側之延伸部且設在一脫離齒之該平坦側範圍內，該脫離齒是在旋轉方向D上與支撐齒相比鄰。
2. 如申請專利範圍第1項之驅動單元，其特徵在於： 該支撐齒被建構成不會進入到一對外鏈板之間的間隙中。
3. 如申請專利範圍第1或2項之驅動單元，其特徵在於：在齒輪處，該平坦側與該相對側之間的間距是如同一對內鏈板之間的間距這麼大，而使校正值降低，該校正值在齒輪齒嚙合於一對內鏈板之間的空間時，對於內鏈板與齒輪齒間的相對位移是重要的。
4. 如申請專利範圍第1或2項之驅動單元，其特徵在於：在相反於旋轉方向D上與支撐齒相比鄰設置之齒輪之外鏈板齒，於相對側上具有一外鏈板槽道以及一在環周方向上延伸的外鏈板緣，一外鏈板可往徑向內支撐在該外鏈板緣上。
5. 如申請專利範圍第4項之驅動單元，其特徵在於：該外鏈板緣約位在該齒尖與齒隙基部之間的一個徑向中央位置，並且在外鏈板齒的負載側，以該負載側在該滾子的接觸點之上脫離。
6. 如申請專利範圍第4項之驅動單元，其特徵在於：在相反於旋轉方向D上與外鏈板齒相比鄰設置之齒輪之內鏈板齒，於相對側上具有一內鏈板槽道以及一在環周方向上延伸的內鏈板緣，一內鏈板可往徑向內支撐在該內鏈板緣上。
7. 如申請專利範圍第6項之驅動單元，其特徵在於：該內鏈板緣約位在該齒尖與齒隙基部之間的一個徑向中央位置，並且在內鏈板齒的負載側，以該負載側 在該滾子的接觸點之上脫離。
8. 如申請專利範圍第5項之驅動單元，其特徵在於：該齒隙在齒輪的環周方向上僅略大於該滾子的外徑，但至少要大到能容納斜置的滾子，此對應於在該齒輪換檔時，移動中的滾子的斜向路徑。
9. 如申請專利範圍第1項之驅動單元，其特徵在於：該齒輪在其內周緣處具有一曳引輪廓件以供將從滾子鏈傳輸至齒輪上的鍊條曳引力遞送至後輪轂的一個設在徑向內的部件。
10. 如申請專利範圍第1項之驅動單元，其特徵在於：該齒輪藉連結銷之助與次一個較小齒輪連結。
11. 如申請專利範圍第1項之驅動單元，其特徵在於：該齒輪是由一種輕質材料製成，例如由鋁或鈦。