NO334279B1 - Girsystem - Google Patents

Description

FLERTRINNS GIRSYSTEM

OPPFINNELSENS VIRKEOMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse er relatert til flertrinns interne planetnavgir for to- og trehjuls sykler, og andre helt eller delvis pedaldrevne kjøretøy. Mer spesifikt handler det om flertrinns interne navgir med mekanismer ibefattende en første og en andre planetgirseksjon, hvori ett av solhjulene er ikke-roterbart festet til navakselen og ringhjulet av den andre seksjonen minst delvis omkranser planetgirenheten.

BAKGRUNNSINFORMASJON

Fremskritt innen terrengsykkelsporten har bragt med seg et behov for girsystem med en stor girbredde og et stort antall utvekslinger for bruk i særskilt kupert terreng, som er tilstrekkelig robust for bruk i grovt terreng, og med egenskaper som muliggjør høy ytelse i konkurransesituasjoner. Heri ligger en utfordring i at interne navgir på markedet idag i så måte ikke anses attraktive. Slike nav er begrenset ved deres utilstrekkelige robusthet, antall utvekslinger, girbredde, sideveis stivhet, enkelhet i bruk, og kompleksitet og produksjonskostnad. Foreliggende oppfinnelse angir en løsning på disse begrensninger.

Fremskritt i planetgirteknologi har bragt med seg noen høyytelses-, flertrinns navgir. En relevant bakgrunnsteknikk er beskrevet i DE19720796A1, hvilket ibefatter et primært og et sekundært planetgirsystem, den primære enheten bestående av fire serier av to speilede seksjoner med doble planeter, to ringhjul, fire solhjul, ytende syv utvekslinger, den sekundære enheten ibefattende et fullseriegir med doble planeter som gir direkt utveksling eller en full girseries reduksjon. Det store antallet alternative utvekslinger og den store girbredden gjør dette til det eneste realiserte robuste interne navgir som er istand til å erstatte det svake og primitive avhoppsgirsystemet. Få planetnavgir med girutvekslinger på dette nivået har blitt realisert, hvor de mest notable er nevnte enhet, DE4342347 og EP2008927. Den primære skifteenheten har paler som selektivt låser hvert solhjul, og aksielle tanngrepsklutsjer som selektivt låser hvert sett med planeter til direkte utveksling. Den sekundære mekanismen består kun av aksielt styrte tanngrepsklutsjer. Skifting av palene gjøres av en roterbar skiftehylse med en ikke-roterende omkransende aksel som bærer planetgirmekanismene, med palene hengslet på den ytre akselen, hvor skiftehylsen har detenter som styrer palene når hylsen blir operasjonelt rotert, hvilket dermed låser eller løser ut elementer i planetgirstrukturen. Alle de aksielle tanngrepsklutsjene er tilsvarende styrt med den roterende skiftehylsen, som har omkringliggende spor med et aksielt avvik, en pinne anordnet i et gjennomgående aksielt spor i den ikke-roterende omkransende akselen, dermed styrende tanngrepsklutsjen aksielt ut av moment-inngrep, med fjærhjelp for inngrep. Tilstedeværelsen av hvert slike aksielle spor svekker den lastbærende akselen. Hvis bare ett slikt spor og én pinne er benyttet per aksielle tanngrepsklutsj vil klutsjringen ikke bli styrt jevnt langs hele dens omkrets, derimot bli dratt eller dyttet av pinnen fra det omkringliggende punkt pinnen støter bort i den. Dette kan forårsake upresis skifting, spøkelse-skifting, og ujevn slitasje. For å sikre jevn styring kan det være foretrukket å ha flere pinner for å operere ringen, enten to eller tre totalt, og for å motvirke svekkelsen i stivheten av akselen kan materiale bli lagt til, hvilket vil øke vekten. Imidlertid kan bare ett slikt spor benyttes ettersom skiftehylsen trenger å rotere mer enn 360 grader. Kombinasjonen av et omfattende primærgir med tvilling-doble planeter og et dobbelt serieutvekslende gir, og bruken av multiple automatiske og styrte tanngrepsklutsjer og paler med få inngrepspunkter og tradisjonelle aksielle skiftemekanismer, resulterer i en tettpakket og komplisert struktur med ikke-optimal funksjon. Siden anvendelse av en tradisjonell skiftemekanisme forhindrer bruk av en vertikalskjærkraft-lastbærende gjennomgående bolt, og navet er fastmontert til rammen med enten muttere som er klumsete og vanskelige å bruke eller en tynn og elastisk hurtigkoblings-bolt, vil separasjon mellom ramme og hjul forekomme under bruk. Mekanismene består av mange små og vanskelig håndterbare deler som trenger å kombineres med passende deler avhengig av deres aksielle toleranser, og sammenstilles med høy presisjon, hvilket gjør det nødvendig med særlig kompetente sammenstillere, hvilket øker kostnadene, en ulempe for massiv markedspenetrasjon.

En alternativ planetgirstruktur kan sees i patent DE19745419A1, som ibefatter to planetgirseksjoner festet isammen, assossiert med en skifte- eller kontrollenhet for å velge en ønsket utveksling, solhjulet av en av planetgirmekanismene er ikke-roterbart festet til navakselen, ringhjulet av den andre seksjonen dekker den første, og skifteenheten inkluderer tre koblingselementer som kan rotere rundt navakselen på hver side. Mulige skiftemekanismer er mange og kjente. Strukturen gir en enklere flertrinns planetgirstruktur enn den foregående nevnte enheten, samtidig som den gir det samme antall alternative utvekslinger som dens primære enhet. Imidlertid krever girstrukturen spesielt kompliserte skiftemekanismer, da strukturen har flere roterende ringer av forskjellige diametre som krever totalt seks forskjellige girskiftmekanismer for riktig operasjon av alle utvekslingene. Det redegjøres nærmere for disse utfordringer nedenfor. En spesifikk utførelsesform av nevnte struktur er beskrivet i DE102004011052A1, som styres utelukkende av et flertall av paler, typen mekanisme som for en fagmann vil være den første og opplagte type å benytte for å frembringe et funksjonelt produkt basert på den nevnte strukturen. Med tre sett paler aksielt spredt på hver side blir skiftemekanismene særlig komplekse, de tar opp mye plass aksielt og radielt, er krevende å sammenstille, følsomme for kraftmoment-topper, og det har få inngrepspunkter. Det ikke-roterbare solhjulet blir produsert separat og deretter festet til navakselen, i praksis medførende at de to opererer som en enkelt enhet gjennom levetiden til produktet. Produksjon av de to delene separat reduserer den effektive diameteren av akselen, hvilket forhindrer bruk av en gjennomgående bolt for å bære lasten av de vertikale skjærkreftene. Resultatet blir et komplisert, tungt og skjørt internt navgir med få utvekslinger, en smal utvekslingsbredde, vesentlig separasjon mellom hjul og ramme, og ytelse bare godt nok for bysykling på jevn asfalt. For å redusere vekt og frembringe et multi-girs girsystem, må det altså utvikles nye skiftemekanismer for DE19745419A1.

Generelt kan man si at bruk av paler for låsing av planetgirmekanismer bringer med seg utfordringer for produksjon av høyytelses navgirsystem. Slike paler har større sannsynlighet for å bli skadet av moment-topper enn aksielle klutsjer har. Momentet som rytteren overfører på pedalene kanaliseres typisk til et kjedehjul på navet, hvilket er koblet gjennom en drivende momentaksel til planetgirmekanismene i navet. Når en pal deretter låser et planetgirelement vil momentkraften til rytteren konsentreres på et forholdsvis lite område på overflaten til palen. Dette øker sjansen for katastrofal svikt, særlig ved skifting under moment, palen kan da bli splittet eller brekke. Aksielle tanngrepsklutsjer på den andre siden, har typisk flere inngrepspunkter langs omkretsen av klutsjen, hvilket sprer det operasjonelle momentet over et mye større område, hvilket igjen reduserer sjansen for svikt. Et videre generelt trekk av både paler og pinne-styrte aksielle klutsjer er at de typisk opptar svært mye plass nær rotasjonssentrum av systemet. Disse skiftemekanismene forhindrer derfor bruken av en gjennomgående bolt for å bære lasten av de vertikale skjærkreftene. Radielt styrte paler gir også et begrenset antall låseposisjoner per rotasjon, typisk færre enn 10 forskjellige posisjoner per rotasjon. Aksielt styrte tanngreps-klutsjer derimot, gir et høyere antall låseposisjoner per rotasjon, hvilket muliggjør raskt momentinngrep. Både tradisjonelle paler og aksielle klutsjer øker også girenhetens følsomhet for aksielle toleranser under produksjon og sammenstilling. Paler er verst i denne sammenheng, ved å være hengslet på den stasjonære akselen på en posisjon bestemt av plasseringen til hengselen, kan de ikke flyte aksielt. Palene må bli plassert presist over kammen som opererer dem, og samtidig under planetgirelementet som de skal styre. Å plassere pinne-opererte aksielle klutsjer er tilsvarende tungvint; pinnen må være plassert i det aksielle sporet i skiftehylsen, og låse eller åpne en tanngrepsklutsj ved aksiell bevegelse av en viss avstand. Dermed må stabelen med planetgirmekanismer sammenstilles med deler som har passende aksielle toleranser, slik at paler og pinner passer perfekt med elementene de skal skifte. Hvis det ikke utøves forsiktighet under produksjon og sammenstilling kan det være at skiftemekanismene ikke vil fungere ordentlig og den endelige stabelen med girdeler kanskje ikke vil få plass i navskallet.

Samtidig, bruk av aksielle klutsjer med overnevnte struktur DE19745419A1 bringer med seg vesentlige utfordringer. Skiftemekanismer må konstrueres med tanke på de tre ringer av forskjellige diametre, som roterer rundt akselen og hverandre i forskjellige hastigheter, og hvor ringen lenger fra det rotasjonsmessige sentrum roterer med høyere hastighet enn den innenfor. Et eksempel på problemet kan sees i overnevnte DE102004011052A1. Ringene er strukket aksielt uttover fra senter før de påbegynner en nedstigning mot det rotasjonsmessige senter der de kan møte den låsende palen, som befinner seg ved skifterakselen. Systemet opptar dermed mye plass aksielt, hvilket gjør at det ikke kan integreres med for eksempel et reduksjonsgir som gir en økning i antall utvekslinger.

Fra diskusjonen ovenfor burde det være opplagt at det er behov for forbedringer i konstruksjonen av flertrinns interne navgir og at den foreliggende oppfinnelsen som beskrevet representerer et vesentlig fremskritt i forhold til den kjente teknikk.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN

Hovedmålet med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en robust og pålitelig forseglet intern girsystem, hvilket på nøkkelegenskaper direkte erstatter skjøre eksterne avhoppsgirsystem.

Videre spesifikke mål er å tilveiebringe et flertrinns navgir med et tilstrekkelig antall utvekslinger og en utvekslingsbredde til at det kan hevde seg mot avhoppsgirsystem, minst fire forskjellige utvekslinger og helst et minimum av syv totalt, hvilket også har; en robust nok struktur for aktiv sykling i kupert terreng; lav vekt; en enkel og lavkost struktur; raskt momentinngrep; og brukervennlige mekanismer for feste til kjøretøysrammen som forhindrer ramme-hjul separasjon selv under det hardeste bruk.

Ytterligere spesifikke mål er å tilveiebringe et flertrinns navgir i henhold til prinsippene av DE19745419A1 hvilket har; aksielle skiftemekanismer; et stort nok antall utvekslinger og bred nok utvekslingsbredde til å kunne hevde seg mot flertrinns avhoppsgir; lav vekt; en gjennomgående bolt som også bærer lasten av de vertikale skjærkreftene; og en tilstrekkelig robust struktur for aktivt bruk i røft terreng.

For å oppnå de ovennevnte mål er det tilveiebragt en girendringsenhet i henhold til prinsippene av DE19745419A1, hvilket har en første og en andre planetgirseksjon, et solhjul ikke-roterbart koblet til navakselen, et ringhjul minst delvis omkransende girenheten, et navskall ikke-roterbart festet til navakselen, en skiftemekanisme koblende den drivende enheten til girenheten og girenheten til den drevne enhet, og en girskiftinnretning hvilket muliggjør styring og valg av en ønsket utveksling mellom driveren og navskallet. Hvilken av seksjonene som anses for første og andre er irrelevant, da seksjonene kan speiles. Både den ene og den andre girseksjonen kan være av en enkelt- eller dobbelt konfigurasjon.

Nevnte nav har et skall som fullt dekker alle interne girmekanismer. Mekanismene er drevet av et enkelt kjedehjul, som er drevet av et kjede, belte eller tilsvarende. Det ibefatter ikke et fler-drevs boss, eller andre midler for montering av kjedehjul for eksterne avhoppsgir.

For å kunne gi en stor girbredde og et stort antall utvekslinger kan den ovenfor beskrevne flertrinns girstrukturen bli tilveiebragt med en ytterligere fullserieutvekslende girseksjon. Fullseriegiret trenger ikke nødvendigvis å tilby en repetisjon av den fulle serien av den primære enheten, og planetgirstrukturen trenger heller ikke å gjøre nytte av alle de tilgjengelige utvekslingene av den primære enheten. Hver planet kan være enkel eller dobbel, hvor enkle planeter er foretrukne, gitt hensynet til aksell og radiell plass i tillegg til enkelhet av sammenstilling. Et seriegir med enkle planeter vil ha minst én planet hvilket er i inngrep med et ringhjul og et solhjul i en rett radiell linje, mens en dobbelt-enhet kan ha et solhjul i inngrep med en planet, ikke roterbart koblet til en planet av en annen størrelse, hvilket er i inngrep med et ringhjul. Bruken av et seriegir med enkeltplanet vil gi en stor utvekslingsbredde i en konstruksjon som er mer kompakt, lettere i vekt, og enklere å sammenstille. Imidlertid er det å oppnå nevnte mål med bruk av et mindre seriegir med enkeltplaneter en vesentlig utfordring, i forhold til det å benytte en større og tradisjonell dobbelt-seksjon.

Et nøkkeltrekk ved den gjeldende oppfinnelsen er at girstrukturen er styrt ved bruk av selektivt skiftende aksielle klutsjer, såsom tanngrepsklutsjer. Ved bruk av slike klutsjer kan girenheten ha et stort antall låseposisjoner per rotasjon, hvilket muliggjør raskt momentinngrep. Å få til fler enn 24 posisjoner per rotasjon med aksielle tanngrepsklutsjer er enkelt og foretrukket med tanke på den tiltenkte aktive bruk i røft terreng. Aksielle klutsjer har også forholdsvis store og enkelt håndterbare deler, tar opp mindre plass nær det rotasjonsmessige sentrum, og er mindre følsomme for moment-topper enn paler er. En flerfoldighet av forskjellige skifteoperasjoner for klutsjene er forestillbare, en rotasjon av en skiftehylse, aksiell forskyvning av pinner eller andre bevegelser. Pinnestyrte skiftemekanismer kan benyttes, hvori en roterende skiftehylse er anordnet med et omkringliggende spor med et aksielt avvik og en pinne er plassert gjennom et aksielt spor i den ikke-roterbare omkransende akselen, slik at når skiftehylsen blir rotert, så vil pinnen beveges aksielt, og dermed styre tanngrepsklutsjer aksielt. Alternativt kan skiftemekanismene ibefatte en styrt roterbar skiftehylse, en omkransende navaksel ikke-roterbart koblet til kjøretøysrammen og som bærer de interne planetgirmekanismene, den roterbare skiftehylsen anordnet med en kam med forskjellige nivåer delvis eller fullstendig omkransende hylsen periferisk, og et ikke-hengslet element hvilende på kammen, inne i et hull i hovedakselen. Den ikke-hengslede enheten kan være en sfærisk kulelagerkule eller et annet type medlem med en aksiell grad av frihet. Når skiftehylsen selektivt roteres vil kammen dytte elementet radielt gjennom åpningen i planetgirets hovedaksel, hvilket vil styre koblingselementer radielt eller aksielt. Slike aksielt styrte elementer kan for eksempel være skifteringer med kileformede tverrsnitt, hvilket styrer inn i eller løser ut fjærbelastede tanngrepsklutsjer.Samtidig er som nevnt bruk av aksielle tanngrepsklutsjer en særlig utfordring for styring av den gitte planetgirstrukturen i DE19745419A1, med tre ringer som roterer med forskjellig hastighet og som hver og én sekvensielt må kunne låses på hver side av planetgirmekanismene. Akselen står stille i forhold til kjøretøyet (hastighet Va), en første ring som omkranser akselen roterer i hastighet VI, en andre ring som omkranser første ring roterer med hastighet V2, en tredje ring som omkranser andre ring roterer med hastighet V3, og hastighetenes forhold er V3 > V2 > VI > Va = 0. For å endre utveksling må det inngående løp i tur låses rotasjonsmessig til hver av de tre roterende ringene, og hver av disse ringene må samtidig i tur låses rotasjonsmessig til et utgående løp, som deretter driver navskallet og hjulet. En vesentlig utfordring er hvordan å frembringe et multigirs girsystem med et smalt aksielt fotavtrykk, slik at det kan frembringes med lavere vekt og kan gi flere utvekslinger enn hva som kan gis av de to planetgirseksjonene alene. Hvert klutsjpar, for hver roterende ring, krever aksiell plass for inngående del av klutsjen og for utgående, og bevegelsesrom dem imellom. Strukturen med tre roterende ringer krever seks klutsjer med totalt tolv tanngreps-klutsjringer, som låses sammen to og to.

For å få plass til dette kan tilveiebringes et skiftesystem der hver kam har minst to forskjellige nivåer radielt, ett lavt nivå og ett høyt, hvilket gjør det mulig for kammen å styre og selektivt låse inn eller løse ut minst ett par med skifteringer, hvilket kjører ett par med tanngrepsklutsjer aksielt i inngrep. Imidlertid kan en annen kam ha flere enn to nivåer radielt, og kan dermed skifte mer enn ett par med radielt spredte, aksielt låsende skifteringer. Én slik styrt skiftemekanisme kan slik gi mer enn to forskjellige utvekslingsratioer. Hvor flerfoldige elementer skal styres innen et forholdsvis begrenset område, kan elementene være spredt radielt, men slike elementer kan også være aksielt spredt. Hvorvidt den flernivåede kamskiftemekanismen kan benyttes på en gitt planetgirstruktur avhenger av sammensetningen av den spesifikke girstrukturen. En to-girs planetgirstruktur for eksempel, trenger muligens ikke mer enn to skiftenivåer. Mer kompliserte strukturer kan imidlertid trenge flertrinns kamskiftemekanismer med fler enn to nivåer. Flerfoldige duplikater av nevnte skiftemekanisme kan være spredt på forskjellige steder inne i navgiret, for eksempel i den tidligere nevnte strukturen av DE19745419A1, en som kobler den inngående momentakselen med en av de tre forskjellige roterende ringene, en annen som kobler en av de tre roterende ringene med en mellomaksel, og dersom anordnet med en fullserieutvekslende girseksjon, kan en tredje mekanisme låse eller løse opp denne seksjonen fra direkte overføring.

Det er flerfoldige fordeler ved det nye skriftesystemet. Bruken av vanlige kulelager-kuler som ikke-hengslede elementer, og at skiftesystemet generelt består av færre og større deler, er kostnadsreduserende og forbedrer robusthet og pålitelighet. Siden den aksielle avstanden mellom klutsjringene er avhengig kun av den radielle posisjonen av det ikke-hengslede elementet, som igjen er gitt av kamhøyden, er et girsystem med nevnte skiftemekanisme mindre følsomt for forskjeller i de aksielle toleransene av stabelen av girdeler under sammenstilling, enn girsystem med tradisjonelle pal og inngreps-klutsjer vil være. Dermed vil det ikke være nødvendig å parre deler etter deres aksielle toleranser når stabelen med deler sammenstilles, hvilket vil redusere kostnaden. Styrte aksielle tanngrepsklutsjer er ikke så følsomme for moment-topper som paler er, så ved å satse kun på aksielle klutsjer, vil sluttproduktet bli mer robust. Aksielt styrte tanngrepsklutsjer muliggjør også et stort antall inngrepspunkter per rotasjon enn radielt styrte paler. Dette gir raskt inngrep etter friløp. Ved å bruke ikke-hengslede elementer med radiell operasjon, kan hullene i akselen bli frembragt som runde penetrasjoner heller enn de aksielle sporene brukt på pinne-styrte aksielle skiftemekanismer, hvilket gir en stivere aksel og mindre uønsket separasjon mellom ramme og hjul. Skiftesystemet muliggjør en reduksjon i uønsket separasjon mellom ramme og hjul også ved at klutsjene kan plasseres radielt lenger vekk fra det rotasjonsmessige sentrum, hvilket muliggjør bruken av en gjennomgående vertikalskjærkraft-lastbærende bolt. Bruk av aksielle tanngrepsklutsjer muliggjør videre konstruksjon av et navgir basert på den ønskede planetgirstrukturen, som er lettere, enklere og mer robust, med et større antall utvekslinger og en større utvekslingsbredde. Med dette kan det realiseres et planetgirsystem med en hovedserie basert på nevnte struktur, som har hele 14 utvekslinger.

For å nå de overstående målene er navet fremstilt med en vertikalskjærkraft-lastbærende gjennomgående bolt med hurtigkobling, som uten at de indre mekanismene av navet eksponeres kan skyves inn i en hul tunnell som strekker seg hele den aksielle lengden av navet, og er festbar til rammen. Bruken av en slik gjennomgående bolt i kombinasjon med planetgirmekanismer krever en omkonstruksjon av mekanismene og flytting av de sentralt befinnende skiftemekanismene radielt mot navskallet, hvilket hvis ikke motvirket av en fordelaktig omkonstruksjon av strukturen, fører til en økning i størrelsen av navskallet og totalvekt. Av ytterste viktighet er derfor lengden på diameteren av bolten. Mens endelige mål for hvor stor diameter bolten må ha for å sikre høy ytelse ikke er tilgjengelig, er det for det meste ansett at de 05mm gjennomgående boltene som typisk benyttes idag på ikke-lastbærende hurtigkoblinger ikke er tilstrekkelig stive for å kunne anvendes til å bære lasten av de vertikale skjærkreftene. Tilsvarende empiri har vist at ØlOmm er tilstrekkelig for at den gjennomgående bolt av et gitt material skal kunne bære lasten av vanlig aktiv sykling. ØlOmm bolter gir en økning i forspenning på 400% i forhold til standard hurtigkoblingsbolter av same material, hvilket gir et akseptabelt nivå av styrke og stivhet for terrengsykling. For lettere bruk kunne en aluminiumsbolt benyttes, hvilket gir en økning i styrke på omtrent 160%. Med fremtidige forbedringer i materialteknologi kunne bolter med mindre diameter bli tilstrekkelig stive til å kunne bære lasten av den vertikale skjærkraften. Se figur 9, som viser en graf med plottet boltdiameter mot maksimum mulig forspenning for de to forskjellige materialene av bolten. For å oppsummere, navet burde ha en sentral tunnell, gjennom hele den aksielle lengden av enheten, med en innerdiameter som muliggjør bruk av en vertikalskjærkraft lastbærende gjennomgående bolt.

For å gjøre plass for en vertikalskjærkraft-lastbærende gjennomgående bolt med den gitte struktur er det ikke-roterbare solhjulet integrert med den lastbærende akselen av planetgirsystemet, hvori akselen og solhjulet er produsert i ett stykke. De ytre kantene av solhjulets tenner kan i visse slike utførelsesformer måtte være ikke større enn diameteren av akselen. På innsiden kunne imidlertid akselen reduseres for å gjøre mulig skiftemekanismer på begge aksielle sider av det maskinerte solhjulet og for lavere vekt.

De nye mekanismene muliggjør et flertrinns planetnavgir for den planlagte type bruk som er særlig attraktivt for brukeren, i tillegg til å være egnet for masseproduksjon og massepenetrasjon av markedet.

Denne oppfinnelsen er ikke begrenset til bruk innen et nav av et hjul, og kan for eksempel benyttes som en mellomakselmekanisme og være anordnet for denne hensikt på en plassering mellom kranklageret og navet av en av de to hjulene på sykkelen etter sykkelkonstruktørens ønske, i hvilket tilfelle girmekanismene kunne være tilkoblet via hensiktsmessige kjedehjul, kjeder eller tilvarende på den drevne siden med kranklageret, og på den drivende siden med et hjul, eller inne i kranklageret hvis slikt anses hensiktsmessig.

Detaljerte beskrivelser av de foretrukne utførelsesformene er presentert nedenfor, med henvisning til de respektive figurer og modeller.

KORT BESKRIVELSE AVTEGNINGENE

Figur 1 viser et lengdesnitt av et flertrinns girsystem i samsvar med oppfinnelsen,

Fig. 2a, 3a og 4a viser tverrsnitt av de inngående girskiftmekanismene av den primære planetgirenheten, de utgående girskiftmekanismene av den primære planetgirenheten, og den sekundære planetgirenhetens skiftemekanisme henholdsvis, Figur 2b, 3b, og 4b viser tverrsnitt av skiftehylsen over den innkommende skiftekammen, den utgående skiftekammen, og den sekundære planetgirenheten henholdsvis, Figur 2c, 3c, og 4c viser i detalj den inngående girskiftmekanismen, den utgående girskiftmekanismen, og den sekundære planetgirenhetens skiftemekanisme henholdsvis,

Figur 5a, 5b, og 5c viser skjematisk de tre foretrukne utførelsesformene,

Figur 6 viser et snitt av giret der enkelte elementer er utelatt for et bedre overblikk,

Figur 7 viser hovedakselen med integrert solhjul,

Figur 8a og 8b viser den prinsipielle strukturen av skiftemekanismene på et lavt og et høyt kamnivå henholdsvis, Figur 9 viser et diagram der bolt-diameter er plottet mot maksimal forspenning gitt bolter av to forskjellige materialer, Figur 10 viser en delvis snitt av grensesnittet grensesnitt-området mellom ramme og hjul.

BESKRIVELSE AV DE FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER

Figur 1 viser en foretrukket utførelsesform av det flertrinns planetnavgiret, bestående av et navskall 1 med eikefester 2, for eiker (ikke vist) av et hjul, roterbart anordnet på en hul lastbærende intern aksel 7. Ikke-roterbart festet til en ende av den interne akselen 7 er en momentarm 14 som overfører moment fra den interne akselen 7 til sykkelrammen 10. En klemme eller bolter 5 blir benyttet for å feste en bremseskive 6 til navskallet 1. I en ende av den interne akselen 7 er et venstre endestykke 9 ikke-roterbart festet til den interne akselen 7. I den motsatte enden er et høyre endestykke 12 ikke-roterbart montert til den interne akselen 7. En last-bærende hurtigkobling-operert gjennomgående bolt 15 er skjøvet gjennom den lastbærende interne akselen 7.

Det flertrinns planetnavgiret ibefatter også en primær planetgirenhet 18, en mellomaksel 21, og en sekundær planetgirenhet 23, hvori den primære planetgirenheten 18 er selektivt koblbar med den roterende inngående momentakselen 19 gjennom den inngående girskiftmekanismen 20 og selektivt koblbar gjennom den utgående girskiftmekanismen 22 til mellomakselen 21, og mellomakselen 21 er selektivt koblbar med det sekundære planetgirenheten 23 ved en girskiftmekanisme 65, overførende utgående moment til navskallet 1 gjennom det utgående elementet 66 av den sekundære planetgirenheten 23. Reaksjonsmomentet fra den primære planetgirenheten 18 og den sekundære planetgirenheten 23 er overført til den interne akselen 7.

Den hurtigkobling-opererte gjennomgående bolten 15 blir skjøvet gjennom den interne tunnellen i skiftehylsen 25, som videre strekker seg gjennom den interne akselen 7. Med henvisning til figur 10, den gjennomgående bolten 15 strekker seg forbi navet og gjennom kjøretøysrammen 10 på begge aksielle sider av navet, og i den foretrukne utførelsesformen, strammer med en hurtigkobling rammen 10 mot navet, overvinner med denne forspenning separasjonskreftene som måtte oppstå mellom rammen og delene under bruk, fester rammen til navet, hvilket holder hjulet og rammen 10 fast sammenkoblet. Den lastbærende gjennomgående bolten 15 hviler på det venstre endestykket 9 og det høyre endestykket 12, og dermed på den interne akselen 7. Dets 15 ytre diameter tilsvarer den indre diameteren av den interne tunnellen av skiftehylsen 25. Den gjennomgående bolten bærer lasten av skjærkraften mellom navet og rammen, forskjellen mellom den vertikale nedadrettede kraften illustrert som Fvl og den vertikale oppadrettede kraften illustrert som Fv2, og dets hurtigkoblingsmekanisme forspenner rammen mot navet, utøvende aksiell forspenning Fa, hvilket forhindrer aksiell ramme-hjul separasjon. I en foretrukken utførelsesform er diameteren til bolten lOmm, og den roterbare skiftehylsen 25 har en tilsvarende intern diametere på ØlOmm. Alle planetgirmekanismer, den fulle aksielle lengden av navet, er plassert på en tilstrekkelig radiell avstand fra rotasjonssentrum av navet til at bruken av en gjennomgående bolt 15 muliggjøres.

Inngående moment er overført fra sykkelens kjede (ikke vist), roterende et kjedehjul 32, hvilket er ikke-roterbart koblet til den roterbare inngående momentakselen 19, overførende moment fra den inngående girskiftmekanismen 20. Den inngående girskiftmekanismen 20 overfører moment til enten det indre 33, midtre 34, eller det ytre 35 roterende elementet av den primære planetgirenhet 18. Nevnte element 33, 34 og 35 roterer alltid med same ratio av roterende hastighet i forhold til hverandre, der det indre elementet 33 roterer med lavest hastighet og det ytre elementet 35 med den høyeste hastigheten.

Flerfoldige utførelsesformer er her forestil I bart; den første og foretrukne slike er fremstilt skjematisk i figur 5a. Det består av tre planetgirseksjoner; en første planetgirseksjon 82, som har et solhjul 84, en planetholder 85, et ringhjul 86 og planethjul 103, en andre planetgirseksjon 83, som har et solhjul 87, en planetholder 88, et ringhjul 89 og planethjul 104, og en tredje planetgirseksjon 23, som har et solhjul 98, en planetholder 100, et ringhjul 101 og planethjul 99. Planetgirseksjonene 82, 83, og 23 er koblet sammen som følger; solhjulet 84 av den første planetgirseksjonen 82 er ikke-roterbart koblet til planetholderen 88 av den andre planetgirseksjonen 83, ringhjulet 89 av den andre planetgirseksjonen 83 er ikke-roterbart koblet til planetholderen 85 av den første planetgirseksjonen 82, ringhjulet 86 av den første planetgirseksjonen 82 omkranser den andre planetgirseksjonen 83, og solhjulet 87 av den andre planetgirseksjonen 83 er ikke-roterbart koblet til akselen 7. Alternative utvekslinger er muliggjort ved å selektiv koble den inngående momentakselen 19 til solhjulet 84 av den første planetgirseksjonen 82, planetholderen 85 av den første planetgirseksjonen 82 eller ringhjulet 86 av den første planetgirseksjonen 82, og selektivt koble ringhjulet 89 av den andre planetgirseksjonen 83, ringhjulet 86 av den første planetgirseksjonen 82 eller planetholderen 88 av den andre planetseksjonen 83, til den utgående momentakselen 21. Den tredje planetseksjonen 23 er koblet til den andre planetseksjonen 83 gjennom mellomakselen 21, hvilket er i inngrep med solhjulet 98 av den tredje planetseksjonen 23, hvilket er i inngrep med minst én enkeltplanet 99 av den tredje planetseksjonen 23, hvilket er i inngrep med ringhjulet 101 av den tredje planetseksjonen 23, hvilket er koblet med den lastbærende interne akselen 7 gjennom en automatisk frihjulskobling 72. Solhjulet 98 av den tredje planetseksjonen 23 og mellomakselen 21 er selektivt koblbar til ringhjulet 101 av den tredje planetseksjonen 23, låsende seksjonen til direkt overføring. Planetholderen 100 av den tredje planetseksjonen 23 kobler til navskallet 1 gjennom det utgående elementet 66 av den tredje planetseksjonen 23.

En andre utførelsesform er vist skjematisk i figur 5b og består også av tre planetgirseksjoner; en første planetgirseksjon 90, som har et solhjul 92, en planetholder 93, et ringhjul 94 og planethjul 111, en andre planetgirseksjon 91, hvilket har et solhjul 95, en planetholder 96, et ringhjul 97 og planethjul 112. Girseksjonene 90, 91 er koblet sammen som følger; solhjulet 92 av den første planetgirseksjonen 90 er ikke-roterbart koblet til akselen 7, ringhjulet 97 av den andre planetgirseksjonen 91 omkranser den første planetgirseksjonen 90, planetholderen 96 av den andre planetgirseksjonen 91 er ikke-roterbart koblet til ringhjulet 94 av den første planetgirseksjonen 90, og planetholderen 93 av den første planetgirseksjonen 90 er ikke-roterbart koblet til solhjulet 95 av den andre planetgirseksjonen 91. Alternative utvekslinger er muliggjort ved å selektiv koble den inngående momentakselen 19 til ringhjulet 97 av den andre planetgirseksjonen 91, ringhjulet 94 av den første planetgirseksjonen 90 eller planetholderen 93 av den første planetgirseksjonen 90, og selektivt koble solhjulet 95 av den andre planetgirseksjonen 91, planetholderen 96 av den andre planetgirseksjonen 91 eller ringhjulet 97 av den andre planetgirseksjonen 91 til den utgående momentakselen 21. Den tredje planetgirseksjonen 23 er i denne utførelsesformen identisk med den tredje planetgirseksjonen 23 av utførelsesformen av figur 5.

En tredje utførelsesform er vist skjematisk i figur 5c, og består av fire planetgirseksjoner; en første planetgirseksjon 82 eller 90, har et solhjul 84 eller 92, en planetholder 85 eller 96, et ringhjul 86 eller 97 og planetgir 103 eller 111, en andre planetgirseksjon 83 eller 91, som har et solhjul 87 eller 95, en planetholder 88 eller 96, et ringhjul 89 eller 97 og planethjul 104 eller 112, en tredje 113 og en fjerde planetgirseksjon 114 med et tredje solhjul 105 koblet til den andre planetgirseksjonen 83 eller 91 gjennom mellomakselen 21, solhjulet 105 av planetgirseksjonen 113, er i inngrep med minst ett planethjul 106 av den tredje planetseksjonen 113, planethjulene 106 av den tredje planetgirseksjonen 113 er ikke-roterbart koblet til planethjulene 108 av den fjerde planetgirseksjonen 114, hvilket er i inngrep mot ringhjulet 109 av den fjerde planetgirseksjonen 114, hvilket er koblet til den bærende akselen 7 gjennom en automatisk frihjulskobling 72. Solhjulet 105 av den tredje planetgirseksjonen 113 og mellomakselen 21 er selektivt koblbare til ringhjulet 109 av den fjerde planetgirseksjonen 114, låsende den tredje 113 og den fjerde 114 planetgirseksjonen til direkte overføring. Planetholderen 100 av den tredje 113 og den fjerde 114 planetseksjonen kobles til navskallet 1 gjennom det utgående elementet 66 av den tredje planetgirseksjonen 113. Alternative inngående og utgående elementer av den tredje og fjerde planetgirseksjon er tenkbare der dette er kjent teknikk.

Som kan bli sett i figur 7 er solhjulet 87 maskinert ut av materialet til akselen 7. Hullene 73, 74, 75 gjennom hvilket skiftekulene 37, 51, 71 (vist i figurene 1, 2c, 3c og 4c) opererer skifteringene 38, 39; 52, 53; 69, 70 (vist i figurene 1, 2c, 3c og 4c) er ikke aksielle spor, derimot relativt runde hvis ikke sirkulære penetrasjoner av akselen 7. I den foretrukne utførelsesformen kan skiftekulene 37, 51, 71 bevege seg aksielt og radielt men ikke tangentielt til akselen 7. Dette vil bli forklart i detalj nedenfor.

Skiftemekanismer i henhold til den foreliggende oppfinnelsen vil nå bli beskrevet. Skiftemekanismene er skjematisk vist i figurene 5a-c. Siden skiftemekanismene i figurene 5a-c fungerer på samme vis, vil bare mekanismene i figur 5a bli forklart i detalj. Gitt denne forklaringen vil det være opplagt for en fagmann hvordan skiftemekanismene i figur 5b og 5c vil fungere.

Med henvisning til figur 5a består skiftemekanismene av en inngående girskiftmekanisme 20, en utgående girskiftmekanisme 22 og en sekundær girskiftmekanisme 65. Den inngående girskiftmekanismen 20 har tre medlemmer 41,40, 44 hvilket selektivt overfører rotasjonen av den inngående momentakselen 19 til et av de følgende elementene av den første planetgirseksjonen 82: solhjulet 84, planetholderen 85 eller ringhjulet 86. Den utgående girskiftmekanismen 22 har tre medlemmer 55,54, 58, hvilket selektivt overfører rotasjonen av en av de følgende elementene: enten ringhjulet 86 av den første planetgirseksjonen 82, ringhjulet 89 av den andre planetgirseksjonen 83, eller planetholderen 88 av den andre planetgirseksjonen 83, til solhjulet 98 av den tredje planetgirseksjonen 23.

Girskiftmekanismene vil nå bli beskrevet i detalj. Med henvisning til figurene 8a og 8b, vil først det generelle prinsippet bli forklart. Figur 8a viser hvordan skiftemekanismen er i en lukket, låst posisjon, figur 8b viser skiftemekanismen i en åpen, fri posisjon. To kileformede ringer 200,201 kan enten være fri til å bevege seg aksielt, eller en av dem kan fungere som referanse og være aksielt festet til akselen 202, mens den andre vil separere skifteringene 203, 204. De to skifteringene 203, 204 kan enten være av toveis låsende, tanngreps-klutch type, eller frihjuls, enveis låsende. Vinkelen eller profilen av kileoverflåtene 200a, 201a av kileringene 200, 201 kan varieres for å optimalisere skiftekarakteristikken. Skifteringene 200, 201 er fortrinnsvis rotasjonsmessig låst til akselen 202. Kilering-paret 200, 201 blir separert av et skifteelement 207 i form av en kule. Skifteelementet 207 er aksielt posisjonert av en skiftekam 208. Skifteelementet 207 er tangensielt posisjonert av et spor 210 i akselen 202 men fri til å bevege seg radielt og aksielt i sporet. Den inngående skifteringen er 203 rotasjonsmessig last til den inngående akselen 205, med flyttbar aksielt, og forhåndslastet av en fjær 209. De utgående skfiteringene 204 er rotasjonsmessig låst av en utgående aksel 206 og enten fri til å bevege seg aksielt og forhåndslastet av en fjær på et tilsvarende vis som den inngående skifteringen 203, eller aksielt posisjonert av den utgående akselen 206. En kam 208 er plassert på den roterbare skiftehylsen 211 og ibefatter to høye nivåer 208a og to lave nivåer 208b. Avhengig av den rotasjonsmessige vinkelen på skiftehylsen 211, vil skifteelementet hvile på et av de høye nivåene 208a eller på et av de lave nivåene 208b. Uavhengig av den aksielle posisjonen av de tilstøtende elementene 205, 206 og den aksielle posisjonen av kileringene 200, 201, vil skifteelementet 207 separere de to kileringene 200, 201 og de to skifteringene 203, 204 med en spesifikk aksiell avstand, avhengig kun av den radielle posisjonen av skifteelementet 207, gitt av kamhøyden 208a, 208b, hvilket gjør skiftesystemet uavhengig av aksielle toleranser i stabelen av komponenter i girboksen. De generelt beskrevne skiftemekanismene kan benyttes for skifting av i prinsipp et hvilket som helst planetgirsystem for manuelt drevne kjøretøyer, uavhengig av f.eks. antall utvekslinger eller struktur av planetgirmekanismene eller planetgirets seksjoner.

Med henvisning til den foretrukne utførelsesformen og figur 1 vil nå girskiftmekanismene bli beskrevet i større detalj. Inne i den innvendige akselen 7 er det anordnet en selektivt roterbar skiftehylse 25. Skiftehylsen 25 er koblet sammen med skifteaktuatoren 26. For å skifte utveksling blir den roterbare skiftehylsen 25 rotert mellom skifteposisjoner ved bruk av skifteaktuatoren 26. Styringen av skifteaktuatoren 26 er ikke forklart her, da den er basert på teknologi hvilket som sådan er kjent for fagmannen. En indekseringsmekanisme 27 forsikrer at skiftehylsen 25 er posisjonert i riktig skifteposisjon for å gi den ønskede utvekslingsratio. Indekseringsmekanismen ibefatter en pluralitet av indekseringskuler 28. Indekseringskulene 28 er fjærbelastet av en indekseringsfjær 29, hvilket dytter indekseringskulene 28 mot en indekseringsring 30, hvilket er permanent festet til skiftehylsen 25. Når kulene 28 er i detentene av indekseringsringen 30, står skiftehylsen stasjonært, og når aktuatoren 26 roterer skiftehylsen 25, vil indekseringskulene 28 bevege seg over indekseringsringen 30, fra én detent til en annen, inntil skiftehylsen 25 igjen står stasjonært. Dette sikrer at skiftekammene 36, 50, 64 på den roterbare skiftehylsen 25 er posisjonert i den riktige skifteposisjonen til å gi den ønskede utvekslingen, og eliminerer behovet for indeksregulering i rytterens skift-operatør (ikke vist). Skiftehylsen 25 ibefatter en inngående skiftekam 36, hvilket virker på to inngående skiftekuler 37 (hvor kun én er vist i figur 1). Den ibefatter også en utgående skiftekam 50, hvilket fungerer på to utgående skifteballer 51 (hvor kun ett er vist i figur 1). Den primære planetgirseksjonen 18 er opererte med kun disse inngående 37 og utgående skiftekulene 51.

Den inngående skiftekammen 36 er vist i detalj i figur 2b, hvilket viser et tverrsnitt av skiftehylsen 25. Kammen 36 ibefatter to diametralt motsatte første høye kamnivåer47, to diametralt motsatt andre høye kamnivåer 47a, to diametralt motsatt første midtre kamnivåer 48, to diametralt motsatte andre midtre kamnivåer 48a og to diametralt motsatt lave kam nivåer 49. Figur 2c viser funksjonen av den inngående girskiftmekanismen 20 i detalj. De inngående skiftekulene 37 virker mot en første inngående skiftering 38 på én side og en andre inngående skiftering 39 på den motsatte siden, til å dytte disse ringene aksielt fra hverandre imot fjærkraften ytet av de inngående girkontrollfjærene 43. Skifteringene 38, 39 er ikke fri til å rotere i forhold til hovedakselen 7. Den første inngående skifteringen 38 dytter mot et indre skifteelement 41 av den inngående girskiftmekanismen 20. Det indre skifteelementet 41 har en tannseksjon 41a. Den andre inngående skifteringen 39 dytter mot det indre elementet 33 av den primære planetgirenheten 18. Det indre elementet 33 har en tannseksjon 33a som går i inngrep med tannseksjonen 41a av det indre skifteelementet 41. Derav vil bevegelsen av kammene 36 bringe de indre elementene 41 og 33 inn og ut av rotasjonsmessig kobling. Tannseksjonene 41a og 33a vil være ute av kobling når de inngående kulene 37 hviler mot de midtre kamnivåene 48 og 48a og de høye kamnivåene 47 og 47a. De indre skifteelementene 41 dytter mot et midtre skifteelement 40, hvilket har en tannseksjon 40a som går i inngrep med en tannseksjon 33a på det midtre elementet 33 av den primære planetgirseksjonen 18. Det indre skifteelementet 41 har en viss frihetsgrad slik at når den første inngående skifteringen 38 dytter mot det indre skifteelementet 41, vil det indre skifteelementet 41 bevege seg en viss avstand før det støter mot det midtre skifteelementet 40. Dermed vil rotasjonsmessig kobling mellom det midtre skifteelementet 40 og det midtre elementet 33 ikke bli brutt før kulene 37 ligger på toppen av de høye nivåene 47 eller 47a av kammene 36. De inngående skifteelementene 41,40,44 er alle rotasjonsmessig koblet til den inngående momentakselen 19.

Den utgående skiftekammen 50 er vist i detalj i figur 3b, hvilket viser et tverrsnitt av skiftehylsen 25. Kammen 50 ibefatter to diametralt motsatte høye kamnivåer 61, to diametralt motsatte første midtre kamnivåer 62, to diametralt motsatte andre midtre kamnivåer 62a, to diametralt motsatte første lave kamnivåer 63 og to diametralt motsatte andre lave kamnivåer 63a. Figur 3c viser funksjonen av den utgående girskiftmekanismen 22 i detalj. De utgående skiftekulene 51 fungerer mot en første utgående skiftering 52 på den ene siden og en andre utgående skiftering 53 på den andre siden, til å dytte disse ringene aksielt fra hverandre imot fjærkraften ytet av de utgående girkontrollfjærer 57. De første utgående skifteringene 52 dytter imot et utgående skifteelement 55, hvilket har en tannseksjon 55a som går i inngrep med en tannseksjon 35a av det ytre elementet 35 av den primære enheten. Det ytre skifteelementet 55 er bragt ut av inngrep med det ytre elementet 35 når skiftekulene 51 ligger mot de midtre nivåene 62 og 62a og det høyere nivået 61 av kammene 50. Når det ytre skifteelementet 55 har blitt skiftet en viss avstand aksielt vekk fra det ytre elementet 35 vil det støte mot et midtre skifteelement 54 og bære denne aksielt også. Det midtre skifteelementet 54 har en tannseksjon 54a som er i inngrep med en tannseksjon 34a på det midtre elementet 34 av den primære planetgirenheten 18. Det midtre skifteelementet 54 og det midtre elementet 34 er ute av rotasjonsmessig inngrep når skiftekulene 51 hviler på de høye nivåene 61 av kammene 50. Når rotasjonen av skiftehylsen beveger de forskjellige nivåene av kammene 36 og 50 til å dytte kulene 37, 51 radielt, vil de inngående skifteringene 38, 39 og de utgående skifteringene 52,53 dyttes aksielt fra hverandre og avhengig av hvilket nivå på kammene 36, 50 skiftekulene 37, 51 befinner seg på toppen av, dytte ett eller flere av elementene 33, 41; 34,40; 55, 35; 54, 34 ut av rotasjonsmessig kobling.

Med henvisning til figur 2a vil valg av utveksling ved den inngående girskiftmekanismen 20 med dets tre medlemmer 40, 41, og 44 bli forklart. Det inngående ytre elementet 44 er ikke-roterbart koblet til det ytre elementet 35 av den primære planetgirenheten 18 og overfører moment når de to andre inngående skifteelementene 40, 41 ikke er i inngrep. Den inngående midtre styrte skiftemekanismen 40 og den inngående indre styrte skiftemekanismen 41 har delvis uavhengig styring da de har frihet til å bevege seg aksielt uavhengig av hverandre men ikke radielt eller roterbart. Den inngående skiftekammen 36 på den roterbare skiftehylsen 25 beveger de inngående skiftekulene 37 radielt over tre forskjellige nivåer, som forklart ovenfor og vist i figur 2b. Skiftesekvensen er gjentatt ved 180 graders rotasjon av den roterbare skiftehylsen 25, slik at to inngående skiftekammer 36 er ikke-roterbart, omkringliggende, sekvensielt koblet til den roterbare skiftehylsen 25, hver med to sett med tre kamnivåer 47,48, og 49 og en inngående skiftekule 37 assosiert med hvert sett av kamnivåer. Når skiftekulene 37 beveger seg radielt vekk fra midtakselen dytter de fra hverandre to inngående skifteringer 38, 39. Den inngående girskiftmekanismen 20 ibefatter tre låsefunksjoner, hvor to inngående styrte girskiftmekanismer 41, 40 ibefatter styrte aksielle bevegelige tannkoblinger 42 låst av fjærer 43, og en inngående ytre automatisk frihjulskobling44, hvilket ibefatter paler 45 og en betannet ring 46 (se figur 2a). Den ytre frihjulskoblingen 44 overfører moment når den inngående girskiftmekanismen 40, 41 er åpen. Alternativt kan denne mekanismen 44 konstrueres som en aksielt bevegelig betannet tanngrepsklutsj tilsvarende de av de inngående styrte girskiftmekanisme 41,40.

Begge de inngående styrte girskiftmekanismene 40, 41 har mulighet for friløp når de er i inngrep. Når de inngående skiftekammene 36 på den roterbare skiftehylsen 25 tilsier at de inngående skiftekulene 37 er i deres ytterste posisjon 47 og de inngående skifteringene 38, 39 er dyttet lengst fra hverandre, vil begge de inngående girskiftmekanismene 40, 41 være ute av inngrep og momentet fra kjedehjulet 32 bli overført gjennom den inngående ytre automatiske frihjulskoblingen 44 fra den inngående momentakselen 19 til det ytre roterende elementet 35 av den primære planetgirenheten 18. Når den inngående skiftekammen 36 på den roterbare skiftehylsen 25 flytter de inngående skiftekulene 37 til deres midtre posisjon 48, vil de indre skifteringene 38, 39 beveges sammen slik at den inngående midtre styrte girskiftmekanismen 40 av den inngående girskiftmekanismen 20 går i inngrep med det midtre roterende elementet 34 av den primære planetgirenheten 18. Momentet fra kjedehjulet 32 blir nå overført gjennom den inngående midtre styrte girskiftmekanismen 40 av den inngående girskiftmekanismen 20 til det midtre roterende elementet 34 av den primære planetgirenheten 18.1 denne posisjonen, vil den inngående frihjulskoblingen 44 være i friløp. Når den inngående skiftekammen 36 på den roterbare skiftehylsen 25 beveger de inngående skiftekulene 37 til deres innerposisjoner 49 vil de inngående skifteringene 38, 39 bevege seg inn i inngrep med hverandre slik at den inngående indre styrte girskiftmekanismen 41 av den inngående girskiftmekanismen 20 er i inngrep med det indre roterende elementet 33 av den primære planetgirenheten 18. Momentet fra kjedehjulet 32 blir nå overført gjennom de den inngående indre girskiftmekanismen 41 av den inngående girskiftmekanismen 20 til det indre roterende elementet 33 av den primære planetgirenheten 18. I denne posisjonen vil både den inngående midtre styrte girskiftmekanismen 40 og den inngående ytre automatiske frihjulskoblingen 44 være i friløp.

Figur 3a viser et tverrsnitt av den utgående girskiftmekanismen 22 med dets tre elementer 54, 55, og 58. Det utgående indre elementet 58 overfører moment når de to utgående girskiftmekanismene 54, 55 ikke er i inngrep. Den utgående midtre girskiftmekanismen 54 og den utgående ytre girskiftmekanismen 55 har delvis uavhengig styring da de har frihet til å bevege seg aksielt uavhengig av hverandre men ikke radielt eller roterbart. Utgående moment fra enten de indre 33, midtre 34 eller ytre 35 roterende elementer av den primære planetgirenhet 18 er overført til mellomakselen 21 gjennom den utgående girskiftmekanismen 22. Den utgående skiftekammen 50 på den roterbare skiftehylsen 25 beveger de utgående skifterkulene 51 radielt i tre forskjellige nivåer. Figur 3c viser et tverrsnitt av den utgående girskiftmekanismen 22 av den primære planetgirenheten 18, med skiftesekvensen gjentatt ved 180 graders rotasjon av den roterbare skiftehylsen 25. To utgående skiftekammer 50 er ikke-roterbart, omkringliggende, sekvensielt koblet til den roterbare skiftehylsen 25, hver med tre kamnivåer 61, 62, 63, og hver assossiert med en utgående skiftekule 51. Når de beveger seg radielt vekk fra skiftehylsen 25 vil skiftekulene 51 aksielt dytte fra hverandre to utgående skifteringer 52, 53. Den utgående girskiftmekanismen 22 ibefatter tre låsefunksjoner, hvor to utgående styrte girskiftmekanismer 54, 55, ibefattende styrte aksielle bevegelige tannkoblinger 56 (se figur 3a) låst av fjærer 57, og en utgående indre automatisk frihjulskobling 58, hvilket ibefatter paler 59 og en betannet ring 60 (se figur 3a) hvilket overfører moment når de to utgående styrte girskiftmekanismene 54, 55 er åpne. Alternativt kan mekanismene konstrueres som en aksielt bevegelig betannet tanngrepsklutsj, tilsvarende de av de utgående styrte girskiftmekanismene 54,55.

Begge de utgående styrte girskiftmekanismene 54, 55 har mulighet for friløp når de er i inngrep. Når den utgående skiftekammen 50 på den roterbare skiftehylsen 25 tilsier at de utgående skiftekulene 51 er i deres ytterste posisjon 61 og de utgående skifteringene 52, 53, er dyttet lengst fra hverandre, vil begge de utgående styrte girskiftmekanismene 54, 55 være ute av inngrep og momentet bli overført gjennom den utgående automatiske frihjulskoblingen 58 fra det indre roterende elementet 33 av den primære planetgirenheten 18 til mellomakselen 21. Når den utgående skiftekammen 50 på den roterbare skiftehylsen 25 beveger de utgående skiftekulene 51 inn i deres midterste posisjoner 62 vil de utgående skifteringene 52, 53 bevege seg sammen slik at de utgående midtre styrte girskiftmekanismene 54 av den utgående girskiftmekanismen 22 går i inngrep med det midtre roterende elementet 34 av den primære planetgirenheten 18. Momentet overføres nå gjennom den utgående midtre styrte girskiftmekanismen 54 av den utgående girskiftmekanismen 22 fra det midtre roterende elementet 34 av den primære planetgirenheten 18 til mellomakselen 21. I denne posisjonen er den utgående automatiske frihjulskoblingen 58 i friløp. Når den utgående skiftekammen 50 på den roterbare skiftehylsen 25 beveger de utgående skiftekulene 51 inn i deres indre posisjoner 63 vil de utgående skifteringene 52, 53 bli beveget mot hverandre slik at den utgående ytre styrte kontrollmekanismen 55 av den utgående girskiftmekanismen 22 går i inngrep med det ytre roterende elementet 35 av den primære planetgirenheten 18. Momentet er nå overført gjennom den utgående ytre styrte girskiftmekanismen 55 av den utgående girskiftmekanismen 22 fra det ytre roterende elementet 35 av den primære planetgirenheten 18 til mellomakselen 21.1 denne posisjonene er både dem midtre styrte girskiftmekanismen 54 og den utgående automatiske frihjulskoblingen 58 i friløp.

Som vist i figur 1 overføres momentet fra mellomakselen 21 til den sekundære planetgirenheten 23. Nevnte girskiftemekanisme styres av det sekundære planetgirkammer 64 på den roterbare skiftehylsen 25. De sekundære planetgirkammene 64a og 64b er vist i figurene 4a og 4b. De to kammene 64a, 64b er spredt 180° i forhold til hverandre langs omkretsen av shifterhylsen 25. Da bruken av to skiftekuler 71 er foretrukket for skifting av den sekundære planetgirenheten 23, er disse plassert noe aksielt forskjøvet i forhold til hverandre, og er hver styrt av en dedikert kam 64a eller 64b. Med 360 graders rotasjon av den roterbare skiftehylsen 25 girer den primære planetgirenheten 18 gjennom hele dens utvekslingsserie to ganger, én der den sekundære planetgirenheten 23 er låst til direkt overføring, og én der den ikke er låst.

Figur 4c viser girskiftmekanismen 65 av den tredje planetgirseksjonen 23 i detalj. Den ibefatter en første skiftering 69 og en andre skiftering 70, hvilket er forspent mot hverandre av den sekundære enhetens skiftefjær 68. Den første skifteringen 69 støter mot et koblingselement 67a hvilket har en tannseksjon 67 som er i inngrep med en tannseksjon 115a på et indre utgående element 115. Koblingselementet 67a er rotasjonsmessig låst til mellomakselen 21 gjennom inngripende tenner 67b. Mellomakselen 21 er videre rotasjonsmessig låst til det utgående elementet 66 av den sekundære planetgirenheten 23. Skifteringene 69, 70 er aksielt bevegelige men rotasjonsmessig låst til mellomakselen 21 og et tredje solhjul 98 (se figur 5a) henholdsvis. Med henvisning til figur 5a, den sekundære enheten ibefatter et solhjul 98, i inngrep med planethjul 99, montert i en planetholder 100 og i inngrep med et ringhjul 101. I den foretrukne utførelsesformer er planethjulene 99 av en enkel type, mens en annen utførelsesform ville ibefatte doble planethjul.

Den sekundære planetgirseksjonen 23 er styrt av girskiftmekanismen 65, vist i figurene 4a-c. Denne girskiftmekanismen avgjør hvorvidt hastigheten er redusert eller overført direkte fra mellomakselen21til det utgående elementet 66 av den sekundære planetgirseksjonen 23. Girskiftmekanismen 65 ibefatter tannkoblinger 67, lukket av fjærer 68 og åpnet med skifteringer 69, 70, dyttet fra hverandre med skiftekuler 71, aksielt styrt av skiftekammer 64, ikke-roterbart periferisk koblet til den roterbare skiftehylsen 25. Når girskiftmekanismen 65 er lukket, dvs når tannseksjonenen 67 og 105a er i inngrep, vil den sekundære planetgirseksjonen 23 rotere som en integrert del av mellomakselen 21. En frihjulskobling 72 overfører reaksjonsmomentet fra den sekundære planetgirseksjonen 23 til hovedakselen 7. Ikke-roterbart koblet til den roterbare skiftehylsen 25 er to sekundære planetgir-skiftekammer 64, hver med to skiftekuler 71, som er aksielt forskjøvet og rotert 180° i forhold til hverandre. Skiftekulene 71 virker mot de to skifteringene 69,70.

Når den sekundære planetgirenheten 23 ikke er i operasjon og momentet er overført direkte fra mellomakselen 21 til det utgående elementet 66 vil frihjulskoblingen 72 forsikre at den sekundære planetgirenheten 23 kan rotere med frihjulsretningen rundt den lastbærende interne akselen 7. Momentet er overført fra det utgående elementet 66 av den sekundære planetgirenheten 23 av navskallet 1.

Oppfinnelsen har nå blitt forklart ved hjelp av en ikke-begrensende utførelsesform. Mens kun utvalgte utførelsesformer har blitt valgt for å illustrerer den foreliggende oppfinnelsen, vil det fra denne publikasjon være opplagt for en fagmann at implementering av et utall variasjoner og modifikasjoner av oppfinnelsen som definert i de vedlagte krav kan bli gjort uten å avvike fra rammen av oppfinnelsen. For eksempel kan størrelsen, formen, plasseringen og orienteringen av de forskjellige komponenter forandres etter oppfinnerens ønske, deler vist direkte sammenkoblet eller i kontakt med hverandre kan ha mellomliggende strukturer plassert imellom dem, funksjonene av ett element kan bli utført av flere, og vica versa, strukturene og funksjonene av én utførelsesform kan bli antatt i en annen utførelsesform, og det er ikke nødvendig for alle fordeler å være tilstede i en gitt utførelsesform på et hvilket som helst tidspunkt. Hvert trekk som er unikt fra kjent teknikk, alene eller i kombinasjon med andre trekk, skal også anses for uavhengige oppfinnelser utført av oppfinneren, og inkluderende de strukturelle og/eller funksjonelle konsepter inkludert av slik et trekk. De foregående beskrivelser av utførelsesformene i henhold til den foreliggende oppfinnelsen er tilveiebragt kun for illustrasjon, og ikke med den hensikt å begrense oppfinnelsen slik den er definert i de vedlagte krav og deres tilsvarende.

Claims (13)

1. Et flertrinns girsystem for et manuelt drevet kjøretøy, bestående av; en stasjonær aksel (7); en drivende enhet (19); en planetgirenhet (18); en girskiftmekanisme (20, 22); en drevet enhet (21); og et skall som omkranser girenheten (1), planetgirenheten (18) bestående av en første planetgirseksjon (83, 90) og en andre planetgirseksjon (82, 91); solhjulet av den første seksjonen (87, 92) ikke-roterbart koblet til akselen (7); solhjulet av den andre seksjonen (33, 84, 95) ikke-roterbart koblet til planetholderen av den første seksjonen (33, 88, 93), ringhjulet av den første seksjonen (34, 89, 94) ikke-roterbart koblet til planetholderen av den andre seksjonen (34, 85, 96), ringhjulet av den andre seksjonen (35, 86, 97) minst delvis omkransende den første seksjonen (83, 90); og girskiftmekanismen bestående av en inngående (20) og en utgående girskiftmekanisme (22),karakterisert vedgirskiftmekanismen (20 eller 22) ibefattende en styrt aksiell klutsj (40,41,44; 54,55, 58), den inngående girskiftmekanismens aksielle klutsj (40, 41, 44) ikke-roterbart låsende den drivende enheten (19) til planetgirenheten (18), eller den utgående girskiftmekanismens aksielle klutsj (54, 55, 58) ikke-roterbart låsende planetgirenheten (18) til den drevne enheten (21).

2. Et flertrinns girsystem i henhold til krav 1,karakterisert vedat girskiftmekanismens aksielle klutsj (40, 41, 44, 54, 55 eller 58) er av typen tanngrepsklutsj, anordnet periferisk rundt den stasjonære akselen (7).

3. Et flertrinns girsystem i henhold til krav 2,karakterisert vedat klutsjen (40, 41, 44, 54, 55 eller 58) har minst 10 momentoverførende inngrepspunkter.

4. Et flertrinns girsystem i henhold til krav 2,karakterisert vedat inngrepspunktene til minst to av de inngående girskiftmekanismes aksielle klutsjer (40,41,44), eller minst to av de utgående girskiftmekanismes aksielle klutsjer (54, 55, 58) befinner seg på forskjellige radielle nivåer i forhold til girsystemets indre rotasjonsakse.

5. Et flertrinns girsystem i henhold til krav 2,karakterisert vedden inngående girskiftemekanismen (20) ibefattende to selektivt styrte klutsjer (40, 41) og én automatisk klutsj (44), eller den utgående girskiftmekanismen (22) ibefattende to selektivt styrte klutsjer (54,55) og én automatisk klutsj (58).

6. Et flertrinns girsystem i henhold til krav 1,karakterisert vedde inngående klutsjer (44,40,41) sekvensielt ikke-roterbart låsende den drivende enheten (19) til den ytre roterende ring (35), den midtre roterende ring (34), eller den indre roterende ring (33), eller ved de utgående klutsjer (58,54,55) sekvensielt ikke-roterbart låsende den indre roterende ring (33), den midtre roterende ring (34), eller den ytre roterende ring (35) til den drevne enheten (21).

7. Et flertrinns girsystem i henhold til krav 6,karakterisert vedgirskiftemekanismen (20, 22) ytterligere bestående av en roterende skiftehylse (25) med skiftekammer (36,50), de inngående klutsjer (44,40,41) styrt av én inngående kam (36) med tre forskjellige radielle nivåer (47,48,49), eller de utgående klutsjer (58,54,55) styrt av én utgående kam (50) med tre forskjellige radielle nivåer (63, 62, 61).

8. Et flertrinns girsystem i henhold til krav 1,karakterisert vedat girskiftmekanismen (20, 22) er fjærbelastet til normalposisjon, hvori én av inngående girskiftmekanismes klutsjer (40, 41 eller 44) og én av utgående girskiftmekanismes klutsjer (54, 55 eller 58) er i ikke-roterbart momentoverførende inngrep.

9. Et flertrinns girsystem i henhold til krav 8,karakterisert vedat inngående ytre klutsj (44) friløper i normalposisjon når inngående midtre klutsj (40) er i inngrep, inngående ytre klutsj (44) og inngående midtre klutsj (40) friløper i normalposisjon når inngående indre klutsj (41) er i inngrep, utgående indre klutsj (58) friløper i normalposisjon når utgående midtre klutsj (54) er i inngrep, eller utgående indre klutsj (58) og utgående midtre klutsj (54) friløper i normalposisjon når utgående ytre klutsj (55) er i inngrep.

10. Et flertrinns girsystem i henhold til krav 1,karakterisert vedå ibefatte en tredje selektivt styrt flertrinns planetgirseksjon (23, 113, 114), anordnet nedstrøms fra de to første seksjonene (83, 90; 82, 91), den tredje seksjonen (23,113,114) forsynende minst én av utvekslingene av de første to seksjonene (83, 90; 82, 91) i direkte utveksling og med én series reduksjon.

11. Et flertrinns girsystem i henhold til krav 10,karakterisert vedat den tredje planetgirseksjonen (23) er en enkeltplanetserie.

12. Et flertrinns girsystem i henhold til krav 1,karakterisert vedå ibefatte en sentral hul tunnell strukket hele den aksielle lengden av girsystemet; og en gjennomgående bolt 15 aksielt strukket gjennom tunnellen, den gjennomgående bolten 15 bærende den vertikale skjærkraftlasten mellom girsystemet og kjøretøyet.

13. Et flertrinns girsystem i henhold til krav 1,karakterisert vedat det ikke-roterbart koblede solhjulet 87, 92 er maskinert ut av den stasjonære akselen 7.