本发明涉及多级链轮，其具有大小不同的、用于接纳链条并将由链条传来的周向力传给自行车后轮轮毂的多个齿圈，所述多级链轮使得链条可以通过变速机构从一个齿圈被换到另一个齿圈上，其中齿圈及其齿具有换挡辅助结构，所述换挡辅助结构不仅简化换挡，而且加强保持链条啮合于齿圈齿部。所述换挡辅助结构（即：导向斜面、第一转向斜边和第二转向斜边、以及齿圈宽度与链条的匹配）涉及周向上的齿圈轮廓，并且可以通过车削在制造齿圈空心体坯件的过程中加工形成。
1.一种用于自行车后轮轮毂的多级链轮，其具有大小不同的、用于接纳链条并将由链条传来的周向力传给自行车后轮轮毂的多个齿圈，所述多级链轮使得链条能够通过变速机构从一个齿圈被换到另一个齿圈上，其中齿圈及其齿具有换挡辅助结构，所述换挡辅助结构不仅简化换挡，而且加强维持链条啮合于所述齿圈的齿部，该多级链轮的特征在于，齿尖(10)具有第一转向斜边(14)，该第一转向斜边(14)在从根圆(7)到所述齿尖(10)的方向上紧跟导向斜面(12)，所述第一转向斜边(14)与面对相应的较小齿圈(6)的第二转向斜边(15)一起在所述齿尖(10)上形成了具有尖顶(16)的屋顶形状，所述第一转向斜边(14)和所述第二转向斜边(15)通过车削预先形成在齿圈空心体(1)的坯件上。
2.根据权利要求1所述的多级链轮，其特征在于，所述尖顶(16)距相应齿圈(6)的面对较小齿圈(6)的平面的距离约为齿圈宽度(11)的三分之一。
3.根据权利要求1所述的多级链轮，其特征在于，与所述第一转向斜边(14)相比，所述第二转向斜边(15)相对于所述尖顶(16)倾斜更大的角度。
4.根据权利要求1所述的多级链轮，其特征在于，在所述齿圈(6)的平面上设有多个环形凹槽(17)。
5.根据权利要求2所述的多级链轮，其特征在于，在所述齿圈(6)的平面上设有多个环形凹槽(17)。
6.根据权利要求4所述的多级链轮，其特征在于，所述凹槽(17)通过车削预先形成在齿圈空心体(1)的坯件上。
7.根据权利要求5所述的多级链轮，其特征在于，所述凹槽(17)通过车削预先形成在齿圈空心体(1)的坯件上。
8.根据权利要求1所述的多级链轮，其特征在于，所述齿(9)在其面对较大齿圈(6)的一侧具有平坦的所述导向斜面(12)，该导向斜面在从齿尖(10)到根圆(7)的方向上延伸，在所述根圆处，所述齿圈(6)达到其全齿圈宽度(11)，并且链条(2)通过内链板(5)的相对滚子(3)的超出部(8)构成引导区(18)。
9.根据权利要求8所述的多级链轮，其特征在于，所述导向斜面(12)相对所述齿圈(6)的平面具有10°至20°的角度(13)。
10.根据权利要求8或9所述的多级链轮，其特征在于，在所述齿圈(6)很小的情况下，所述导向斜面(12)相对所述齿圈(6)的平面具有5°至15°的角度(13)。
11.根据权利要求8所述的多级链轮，其特征在于，所述导向斜面(12)通过车削加工预先形成在齿圈空心体(1)的坯件上。
12.根据权利要求8所述的多级链轮，其特征在于，为了引导链条(2)，所述齿圈(6)在其根圆(7)区域具有一齿圈宽度(11)，该齿圈宽度(11)仅略微小于两个内链板(5)之间的由所述链条(2)的滚子(3)限定的间距，其中，由此得到的所述链条(2)在齿(9)上的小间隙与齿槽底面(19)的引导区(18)相关联。
13.根据权利要求12所述的多级链轮，其特征在于，所述链条(2)的在所述齿圈(6)上的轴向引导基本上通过所述内链板(5)在所述齿圈(6)的根圆(7)上的引导区(18)中相对所述滚子(3)的超出部(8)来实现。
用于自行车的多级链轮
[0001] 本申请是申请日为2009年7月3日、发明名称为“用于自行车的多级链轮”、申请号为200910139845.8的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及多级链轮，其具有大小不同的、用于接纳链条并将由该链条传来的周向力传给自行车后轮轮毂的多个齿圈，所述多级链轮使得链条能够通过变速机构从一个齿圈被换到另一个齿圈上，在这里，齿圈及其齿具有换挡辅助结构，所述换挡辅助结构不仅简化换挡，而且加强维持链条啮合于齿圈的齿部。
背景技术
[0003] 目前，多级链轮的换挡可以借助变速机构顺利可靠地完成，在这里必要前提条件是：骑车人注意某些规定。例如提出了以下建议：当链条处于齿圈上的某些位置时不能倒踩空行，或者不能以大力矩一下子强换挂多个挡位。另外，在换挡时，脚踏板要有足够高的转速。
[0004] 为了能够实现至较小齿圈的可控换挡，必须在齿圈上一直引导链条，直至到达规定位置为止。在所述规定位置，滚子降低移入较小齿圈的齿槽，从而链条不会跨上齿圈的齿。结果得到了几乎无冲击的换挡过程，该换挡过程也可以在承载情况下完成。换至下个较小齿圈的可控换挡的问题在于，在立即降低时要避免绕过规定位置。即便链条在规定位置下降，还是无法保证链条因横向错移而以链板跨在齿上，尽管滚子相对齿槽处于正确位置。
[0005] 为了使变速机构不移动过大换挡行程且链条同时能轻柔过渡地获得换挡速度，曾提出过许多改进方案，例如在1937年11月11日提出的美国专利第475021号中，其中，在齿圈上在两个转动方向上在齿部中加工出换挡空缺，用于在周边的一个位置给链条提供噪音低的过渡。
[0006] 按照欧洲专利EP 642975B1，采取了针对齿圈的齿和齿圈本身的许多改进，以便尤其在承载情况下不仅简化链条换至小齿圈的换挡操作，而且简化换至大齿圈的换挡操作，在这里，针对两个换挡方向有至少一个用于链条移位的位置。
[0007] 虽然上述建议使得理解技术的骑车人能够简单地不常出错地换挡，但是一系列内部试验表明出错率达30％。而且，换挡错误可能在承载情况下导致链条断裂，同时骑车人的肌肉还将受到猛烈冲击，这可能在骑行中导致痉挛。
发明内容
[0008] 本发明提出的解决方案着眼于特殊的齿圈形状，并且因而可以目的明确地适应相关齿圈的各自尺寸。提出了带来同一趋势的众多形状变化，它们能够克服在换挡时出现的偏移力而最佳地引导链条：
[0009] ·在根圆区域内的齿圈宽度被明显增大，从而链条在齿圈上的轴向引导基本上通过在齿圈根圆处的引导区内的、内链板局部直径（Teildurchmesser）相对滚子直径的超出部实现。
[0010] ·平坦的导向斜面在齿上从根圆处的引导区开始一直延伸到在其中一个齿侧面上的滚子最高支承点的区域，这样，齿宽朝上减少了如此程度，即，不会出现因大齿宽而卡死内链板。在滚子插入当时的一个齿槽底面时，当链条在变速时被导向斜面或第一转向斜边偏移之后，链条对准齿圈并本身对中。外链板不参与引导链条。事实证明以下措施是适当的，导向斜面相对齿圈平面具有10°至20°的角度。对较小齿圈来说，该角度最好介于5°至15°的范围内。
[0011] ·在朝向齿尖的方向上在导向斜面后有倾斜角度明显更大的第一转向斜边，一方面，当大的换挡力在尽管有上述导向斜面的情况下还是迫使链条偏转以至链条失控地滚落向较小齿圈时，第一转向斜边使链条再次偏转并返回初始位置。另一方面，当链条可控地从大齿圈落向小齿圈并且由此时产生的悬空链（Kettenbogen）引起过大偏转时，第一转向斜边也起到导入斜面的作用。此时，链条又向回偏转并防止链条挂跨。第二转向斜边也用于使处于与齿圈啮合的链条不能在齿尖上做到啮合，而是被退回，以保留原来的链条啮合。
[0012] ·第二转向斜边跟在第一转向斜边之后并且与之形成作为齿的最高凸起的尖顶。第二转向斜边较短并且相对齿平面更陡峭地延伸，因而相应齿圈的从尖顶至面对较小齿圈的平面具有大约为齿圈宽度三分之一的距离。一个重要特征是，第一转向斜边和用于将链条换至相应的较大齿圈所必需的第二转向斜边没有竖直的过渡区。这样，最佳地充分利用了可用的齿圈宽度，而且在失控地越过多个齿圈进行换挡时改善了换挡质量。
[0013] ·所提出的齿圈形状尤其适于制造铣削的齿圈空心体用的车削坯件。
[0014] 按照现有技术的盒式轮毂包括多个齿圈，它们全部排列在后轮轮毂的接合套上并且抗转动地与之联接。可是，上述类型的多级链轮由两部分组成，即，最大齿圈和齿圈空心体，它们抗转动地相互联接并且与接合套抗转动地联接。由实心体车削出带有所有内外轮廓和齿圈的坯件，从而制成齿圈空心体用的坯件。齿圈空心体在齿槽处和齿圈下方接受铣削，以便提供在重量和强度方面最佳的盒式轮毂。如果在根圆下面的齿圈宽度被缩减，则可以得到进一步的重量减轻，这可以通过环形凹槽来获得。如果人们想放弃在齿圈下面的铣削加工，也可以实现非常薄的壁厚，所述非常薄的壁厚对于齿圈空心体来说保证了足够的强度。
[0015] 总之，按照本发明，以下四个相互关联的要素构成相对现有技术的对齿圈形状的改善：
[0016] ·导向斜面，
[0017] ·第一转向斜边，
[0018] ·第二转向斜边，以及
[0019] ·链条在齿圈上在其根圆区内的小轴向间隙。
[0020] 本发明的任务是提供一种多级链轮，其齿圈的几何形状能够克服在换挡时出现的偏转力而最佳地引导链条。如果链条没有在规定位置上升降，则这也能够避免换挡错误。而且，能够在重量和强度之间达到最佳。
[0021] 该任务的解决方案在主要方面和两个并列的独立方面的特征部分中有所描述。由各自的从属方面得到多个实施方案。
附图说明
[0022] 结合多张附图来说明用于自行车后轮轮毂的多级链轮，其中：
[0023] 图1以局部剖视图表示在齿圈上与齿啮合的包括滚子和内链板的链条，所述齿的面向较大齿圈的平面具有导向斜面，紧随所述导向斜面的是第一转向斜边和第二转向斜边；
[0024] 图2以局部剖视图表示多级链轮，其包括在轮毂的接合套上的齿圈空心体和最大的齿圈；
[0025] 图3以局部剖视图表示齿圈空心体的一部分，其具有齿尖构造以及凹槽；
[0026] 图4以草图表示内链板在齿圈上沿着齿圈根圆的环形引导区。
[0027] 附图标记一览表
[0028] 1－齿圈空心体坯件；2－链条；3－滚子；4－外链板；5－内链板；6－齿圈；7－根圆；8－超出部；9－齿；10－齿尖；11－齿圈宽度；12－导向斜面；13－角度；14－第一转向斜边；15－第二转向斜边；16－尖顶；17－凹槽；18－引导区；19－齿槽底面；20－最大齿圈；21－接合套；22－轮毂；
具体实施方式
[0029] 按照图1，在局部剖视图中示出了齿圈空心体1的齿圈6，该齿圈6与包括滚子3、外链板4和内链板5的链条2配合工作。而且可以看到，滚子3贴在齿圈6的根圆7上并且两个内链板5以小间隙包围具有齿圈宽度11的齿9，其中内链板5相对根圆7形成超出部8，这是因为内链板5相对滚子具有更大的局部直径（Teildurchmesser）。齿9在面对相应较大齿圈6的一侧具有导向斜面12，该导向斜面12从根圆7一直延伸至齿尖10并形成角度13，如图3所示。最好按照10°至20°的角度值形成角度13。此外，齿尖10的轮廓通过第一转向斜边14和第二转向斜边15来形成，其中第一转向斜边14与第二转向斜边15构成屋顶形状，该屋顶形状具有作为最高凸起的尖顶16。倾斜角度较小的第一转向斜边14和导向斜面12在沿这些平面的投影中共占据了总齿圈宽度11的大约三分之二，而位于尖顶16另一侧的倾斜角度更大的第二转向斜边15只占据了齿圈宽度11的大约三分之一。
[0030] 图2表示多级链轮，其包括最大齿圈20和齿圈空心体1。最大齿圈20和齿圈空心体1彼此抗转动地相联接并且它们与接合套21抗转动联接，其中接合套21将传来的力矩传递给自行车的轮毂22。
[0031] 从图3中还可以看出，齿圈6的径向朝内的盘形延长部具有车削加工出来的凹槽17，该凹槽的深度是这样的，即，剩余的盘形材料大致达到齿圈宽度11的一半并且产生恰好足以用于加工以及足以用于传递由链条2传来的力矩的强度。通过这些凹槽17在齿圈空心体1内实现了小的壁厚，这带来了下述优点：在那里不必为了减轻重量而进行进一步的铣削加工。因为齿圈空心体1的坯件由实心体主要通过车削形成，所以本发明的齿圈6的轮廓在此加工过程中已经加工形成。导向斜面12、第一转向斜边14、第二转向斜边15、面向较小齿圈6的平面以及凹槽17都属于此轮廓。凹槽17的优点是，可以在齿9上进行铣削加工，而不必放弃齿圈空心体1的易损结构。
[0032] 最后，图4示出了包括三个齿9的齿圈6的局部，以及两个滚子3和一个内链板5如何插入一个齿槽底面19中并由此产生引导区18，该引导区18形成在根圆7区域内并且以一宽度包围齿槽底面19，此宽度相当于超出部8，即，滚子3的直径和内链板5的局部直径之差。在此引导区18内，在齿圈宽度11和两个内链板5之间的由滚子3确定的间距之间的间隙是最小的。
