具有两个行星齿轮的多挡变速器

技术领域

根据主要权利要求的通用术语，本发明涉及一种多挡变速器，特别是用于两轮车的多挡变速器，该多挡变速器安装在中心轴上，在输入侧上具有空心轴，并且在输出侧上具有轮毂套筒，至少两个两级行星齿轮插入在空心轴和轮毂套筒之间，该两个两级行星齿轮分别通过太阳轮和相关的桥接件相互连接，并且每个齿轮都可以用齿圈切换成单箱循环，或者切换成几种传动或减速模式中的一者。

背景技术

由EP 0915 800 B1已知一种类似的多挡变速器。该多挡变速器包括可以以不可旋转的方式安装在自行车车架上的轴、可旋转地安装在轴上的驱动器、可旋转地安装在轴上的套筒、设置有布置在套筒中并且联接到驱动器和套筒上以在驱动器和套筒之间提供多种齿轮比的第一和第二行星齿轮箱的变速机构，该行星齿轮箱包括与轴同轴的至少两个太阳轮，具有与这两个太阳轮啮合的相应的阶梯状行星齿轮的至少一个行星架和与行星齿轮啮合的至少一个齿圈以及用于通过将太阳轮选择性地连接到轴来选择传动比的变速装置，为此，该变速装置具有用于选择性地将第一和/或第二行星齿轮箱的齿圈或行星架连接到同一行星齿轮箱的太阳轮的装置。优选地，这导致了7×2＝14速的齿轮箱，其中，由直接传动机构和两个两级手动齿轮箱组成的七速齿轮箱与具有直接传动机构和可变速行星齿轮装置的另一齿轮箱串联联接。齿轮通过4个棘爪、3个轴向离合器和6个行星齿轮组进行变速，这些齿轮形成了三个两级行星齿轮布置。这种布置的缺点是输入扭矩低，这导致优选的链或皮带齿轮比优选为2.5。太阳轮由棘爪轴向固定，这需要棘爪的内齿，其由棘爪非对称地加载-其出于空间原因，每个太阳轮仅一个-并且仅在一个内齿上。另一个缺点是不能使用通轴。

由EP 2 028 096 A1已知另一种多挡变速器，其中，仅设置有由双级和三级行星齿轮形成的5个行星齿轮组，但是设置有12个离合器。

这种布置的缺点在于，六个离合器是用于固定四个太阳轮的轴的棘爪。轴向作用的其他离合器具有近似齿圈的直径。此外，齿圈必须在其大直径上支撑。变速器的变速机构非常复杂且制造成本高。另外，阶梯行星齿轮不能由滚动轴承支撑，因为某些行星齿轮具有少量齿(14或15齿)。12mm的通轴也无法实现。除直接档外，由两个太阳轮、两个空心齿轮和三个三级行星齿轮组成的输入齿轮还提供三个快速传动比。该变速器的第一档位是通过行星架和齿圈的联接而形成的直接档。在第二齿轮和第三齿轮中，变速器形成两个副变速器，但是它们对于两个齿轮中的每个是不同的。第四齿轮是由带有双级行星齿轮的行星架驱动的简单的行星齿轮箱。整体设计导致大量不同的复杂零件以及明显高于从EP 0915 800B1已知的齿轮箱的质量的总质量。此外，从US 9,279,480B2中已知具有三或四个行星齿轮组的多速轮毂齿轮，其可以通过九个离合器以各种方式联接。

离合器由致动径向变速装置的凸轮轴致动。

此处的缺点是可以承受的输入扭矩低以及大量不同的复杂的生产零件。

在现有技术中，这种类型的变速器通过棘爪进行换挡，该棘爪被支撑在变速器轴的孔中、由变速轴上的凸轮控制并且可以向外折叠或向内折叠(参见EP 2028 096 A1；DE10 2010 051.727 A1)。如果要将齿轮固定在轴上，则棘爪会向外折叠并与要固定的齿轮的内齿啮合。一方面，内部具有切口效应，另一方面，齿轮承受精确的内部负载。由于高的力，空心轴的壁必须是相对厚的壁，并由此具有相对大的直径。众所周知，棘爪在负载下难以折叠。在US 9,279,480 B2中示出了另一种变速类型，其中径向凸轮致动变速装置。

所有这些众所周知的轮毂的共同点在于，安装在空心轴上的传动小齿轮的齿数是踏板曲柄轴输出叶片通常具有的齿数的大约一半或比踏板曲柄轴输出叶片通常的齿数少很多，因为可承受的输入力相对较低。

如今被广泛用作向后轮传递动力的齿形带，由于其刚性，在后轮上需要大量的齿。已经投放市场数年的电动自行车现在可以实现更高的平均速度，进而需要更高的传动比带宽。同时，用于将轮毂固定在后三角或后叉中的5mm快速释放轴正逐渐被通轴所取代。在后轮中，直径通常为12mm。通轴主要是带有12mm短螺纹的长螺钉。通轴从一侧穿过合适的孔插入，穿过空心轮毂轴，然后拧入相对的凹口的螺纹中。当拧紧时，连接被预紧。

发明内容

本发明基于设计多挡变速器的目的，使得可以以低重量、高效率、简单的制造、适用于齿形带和在负载下的传动比、在简单控制下，特别易于变速，来实现宽范围的传动比，并且可以通过通轴安装在后端的凹口中。

在主要权利要求的特征部分中给出技术方案。在从属的从属权利要求中给出了其有利的实施例。

具体实施方式

下面参照图1a/b、图2a/b以示例性实施例说明本发明。

一种优选实施例是九挡变速器，其具有约为24％的恒定的齿轮变速比，并且传动比范围约为560％。选择输入传动比，使得例如前面具有40齿的链传动或皮带传动以及例如在变速器轮毂上具有约36齿的小齿轮的次级传动比，第一挡的总传动比约为i_ges＝1.7。这导致第九挡的传动比为0.30。

这是通过耦合两个三速行星齿轮来实现的。

第一变速器存在于图1a中，该第一变速器由具有双级行星齿轮9a和9b的桥接件8，具有侧壁7b的齿圈7a以及与相应的行星齿轮啮合的两个太阳齿轮9c和9d组成。桥接件8由其上旋转固定有小齿轮2的驱动器4a驱动。第一齿轮的输出通过齿圈7a进行。如果变速器以单箱循环的形式操作，则两个太阳轮中较小的一个固定于轴时，将获得具有i_1＝1的直接档，并获得i_2＝1/1.24＝0.8065的齿轮比。当两个太阳齿轮中较大的一个固定于轴时，获得i_3＝1/1.5376＝0.65的齿轮比。因此，传动速度快。

第二齿轮的第一优选实施例是由彼此互为镜像的两个相同的行星齿轮箱组成，每个齿轮箱均由齿圈、太阳轮和双级行星齿轮组成，它们通过彼此连接的桥接件以可旋转地固定的方式(未显示)相互连接。该附加组件的第一副齿轮是具有约i_4＝1.24^3＝1.91的减速齿轮，并且第二副齿轮是i_6＝1/i_4＝0.5245的变速器齿轮。当两个副齿轮作为一个整体旋转时，可以实现i_5＝1的直接档。

根据图2a的第二变速器的第二优选实施例由与第一优选实施例的部分齿轮箱相同的行星齿轮箱构成。第一优选实施例的三个齿轮是通过在齿圈和桥接件之间切换齿轮输入来实现的。针对磨损使用相同的步骤。这不会改变传动比。

下表显示，在齿轮G1、G5、G6、G7的情况下，仅一个行星齿轮组参与动力传递，并且在齿轮G2、G3、G8和G9的情况下，仅两个行星齿轮组参与动力传递。这代表了齿轮毂的良好效率。齿轮G4不需要齿轮的任何滚动。

根据本发明，多挡变速器通过轴向离合器换挡。离合器由可以通过中间元件操作的两个相对的盘形成，该中间元件具有沿一个方向作用并且安装在垂直于旋转轴线的圆环上的轴向作用的棘轮齿。在下文中，触发单箱循环的联轴器被称为：“块锁”，即防止太阳轮在通过桥接件驱动时旋转；“跟踪锁”以及防止太阳轮在通过齿圈驱动时向后旋转，即“挡块”。在这种情况下，这意味着与传动皮带或链轮相同的旋转方向。如果要以相同的旋转方向传递扭矩，则使用术语“驱动器”。

在下表中，列出了图中使用的符号及其含义。在图1b和2b中，联轴器的附图标记以十为增量进行计数，而相关部件或元件以一为增量进行计数。在说明齿轮G1、G5、G9的切换状态的图4、5和6中，仅提及离合器编号。

图1a、b和图2a、b中优选的后轮轮毂由驱动器4a上的滚动轴承3a和由轴6a上的滚动轴承3b支撑的轮毂套筒1组成。用于皮带或链条驱动的传动小齿轮2位于驱动器4a上，该传动小齿轮2可旋转地固定并可拆卸地连接到该驱动器。滚动轴承5将驱动器4a支撑在轴6a上。在轴6a内存在转换鼓6b。细长孔101、102、103和104平行于旋转轴线布置，并且允许用作致动器的圆柱销穿过并进入转换鼓6b的圆周槽24、34、44、54、64、74、84和94。凹槽设计为执行用于切换各个齿轮的转换销的预期运动。压缩弹簧22、32、42、52、62、72、82和92布置成使得离合器总是抵抗这些弹簧的力而被打开。在有利的变形例中，完整的控制结构布置在转换鼓和空心轴的圆周的180度上。这带来了很大的优势，即，可以在圆周的第二半部上布置它们的精确复制件，从而可以通过第二圆柱销并行地控制离合器片。这防止了由于在单侧致动中不可避免地发生的倾翻负载而引起的任何切换抑制。

图2a中的第二NSG齿轮单元由具有内齿和外齿的驱动套筒4b以及偏移180度或120度的至少一个(优选两个或三个)细长孔4c、同样具有内齿和外齿的输出套筒4d以及偏移180度或120度的至少一个(优选两个或三个)细长孔4e构成。驱动套筒通过外部齿轮连接到侧壁7b，并且磨损套筒连接到轮毂套筒1。齿轮级本身由齿圈200、侧壁201a和201b构成，其中至少一个侧壁设计成通过可拆卸的连接件连接到齿圈200，并且还由桥接件202、以可旋转地固定的方式相互连接的行星齿轮203a和203b以及太阳轮204构成。行星齿轮203a与齿圈200啮合，行星齿轮203b与太阳轮204啮合，侧壁201a与联接部51b连接，而侧壁201b与联接部91b以可旋转地固定的方式连接。联接部61b和81b以可旋转地固定但可拆卸的方式连接到桥接件202。如果联轴器未接合，则横挡和齿圈可以自由旋转。

图1a至图2b中，联接部件的编号依次从驱动侧在轴6a上以十为增量彼此跟随，并且分别从20-90开始。

离合器20通过将太阳轮9c连接到驱动器4a并因此连接到桥接件8以及断开连接来切换第一齿轮单元G1的单箱循环。

离合器20使齿轮1、4、7换挡。行程止挡21a与牢固地连接到太阳轮的配对件21b接合，并且防止太阳轮越过桥接件8。其他部件是支撑在致动器4a中的复位弹簧22、带有由凹槽24控制的圆柱销23b的滑动件23a。

离合器30通过将太阳轮9c设定为固定于轴而使第一变速器的第二齿轮变速。离合器30使整个变速器的齿轮2、5、7换挡。

离合器40通过将太阳轮9d设定在固定位置而使第一变速器的第三齿轮变速。离合器40使整个变速器的齿轮3、6、9换挡。

太阳轮9d设计成具有内齿的环，其中设计成防空转离合器的离合器部件41a(图9)以可旋转地固定但可轴向移动的方式被引导。配对件41b(图10)具有以可旋转地固定的方式连接到轴6a的内齿。保持环44a和44b防止轴向运动。具有圆柱销43b的滑块43a由凹槽44控制。弹簧42由插入轴6a中的弹性挡圈42a支撑。

离合器50、70、80通过离合器部件51a(具有圆柱销51c)和51b将齿圈以不可旋转的方式连接到驱动器4b、离合器部件81b和81a(具有圆柱销81c)将桥接件以不可旋转的方式连接到输出套筒4d以及离合器部件71a(图11)和71b将太阳轮204轴向固定，来使第二齿轮G2的第一齿轮变速。

如果改变该构造，则与第一变速器一起获得齿轮1、2和3。

离合器50的其他部件是支撑在侧壁7b上的复位弹簧52、具有内环的凹槽环53、具有由凹槽54控制的圆柱销55b的滑块55a。

离合器70设计为双向离合器，因为当输入从齿圈切换到杆时扭矩的方向被反转。离合器70的其他部件是支撑在滑块63a的外环上的复位弹簧72、具有由凹槽74控制的圆柱销73b的滑块73a。

离合器80的其他部件是支撑在滑块94a的外环上的复位弹簧82以及具有在凹槽84中引导的圆柱销83b的滑块83a。

图2a中的联轴器50和90通过齿圈200将输入套筒4b与输出套筒4c连接，从而桥接齿轮单元。通过接合具有传递扭矩的桥接件的离合器60和80，获得相同的结果。在这两种情况下，太阳轮都可以保持固定在轴上，但是由于动力损耗，仅在短时间内用于换挡。

下列选项均可用于单箱循环，通过打开离合器70，太阳轮始终可以自由旋转。

变形例1：离合器50、60、90关闭，离合器70打开。

变形例2：离合器50、80、90关闭，离合器70打开。

变形例3：离合器50、60、80、90关闭，离合器70打开。

变形例4：联轴器60、80、90关闭，联轴器70打开。

变形例5：联轴器50、60、90关闭，联轴器70打开。

变形例4：联轴器50、60、80关闭，联轴器70打开。

在所提出的切换顺序中，将某些可能用作示例。

在这种构造中，实现了第二变速器的第二齿轮。然后，可以使齿轮4、5和6换挡。

离合器60、70和90通过离合器部件61a和61b以可共同旋转的方式将桥接件202连接到驱动器4b、离合器部件91b和91a(具有圆柱销91c)以可共同旋转的方式将齿圈200连接到输出套筒4d、以及离合器部件71a和71b轴向固定地设置太阳轮204，使第二变速器的第三齿轮换挡。

在该构造中，实现了第二变速器的第三齿轮。然后，可以使齿轮7、8和9换挡。

本发明潜在任务的解决方案允许将滚针轴承用于所有行星齿轮的轴承。由于手动变速器的高负载能力，因此在底托架齿盘和轮毂传动小齿轮之间可以使用高达i＝1的齿轮比。轴向离合器的专有使用即使在负载下也能很好地打开。在大多数换挡操作中，离合器在打开之前会进入自由轮模式，使得它们可以在没有负载的情况下打开。不同生产部件的数量明显少于现有技术。手动变速器的总质量也是如此。由于采用了变速器结构，任何时刻都只有很少的齿轮啮合，这确保了各个齿轮的高效率。

图1a、1b：变速器EG

图2a、2b：变速器NSG

图3a、3b：具有相关图例的切换序列表

图4：一挡总变速器

图5：五挡总变速器

图6：九挡总变速器

图7：鼓的透视图

图8：转换鼓的侧视图

图9：半联轴器41a的透视图

图10：半联轴器41b的透视图

图11：带有太阳轮204的离合器70的透视图。