本发明涉及一种用于自行车优选竞赛用自行车的前变速器。
背景技术：
众所周知，前变速器被使用于通过改变传动比，使传动链从大齿盘的一个冕状齿轮移动到具有不同直径的另一个冕状齿轮来执行换档。
当链条从具有较大直径的冕状齿轮转移到具有较小直径的冕状齿轮时，称为向下换档，当链条从具有较小直径的冕状齿轮移动到具有较大直径的冕状齿轮时，称为向上换档。因而，向下换档对应于转变成较低传动比，并且向上换档对应于转变成较高传动比。
通过安装在手把上的致动装置实现前变速器的移动，以便由骑车人容易地操纵。
更具体地，在机械换档机构中，前变速器在大齿盘的冕状齿轮之间通过通常装有护套的不可延伸的控制缆线(通常称为鲍登缆线)施加的牵引作用而向上移动，并且通过释放控制缆线的牵引而向下移动。
变速器包括定位于传动链上方的链条引导件(或保持架)以及链条引导件的定位机构，该定位机构沿着连接底部托架与鞍座(座管)的管固定到自行车的框架。
链条引导件由彼此相对且基本上平行的内板和外板形成。内板通过推动链条以使其从具有较小直径的冕状齿轮转移到具有较大直径的冕状齿轮(向上换档)来起作用，并且外板通过推动链条以使其从具有较大直径的冕状齿轮转移到具有较小直径的冕状齿轮(向下换档)来起作用。
链条引导件的定位机构通常由可变形的铰接四边形形成。这样的铰接四边形包括固定体(四边形的第一边)，通过绕两个相应轴线可旋转地连接到固定体的两个连杆(形成四边形的另外两边的内连杆和外连杆)以及绕另外两个相应轴线可旋转地连接到两个连杆中的每一个的链条引导件本身的主体(其形成第四边并且完整形成铰接四边形)，固定体固定地连接到用于绕座管连接的箍带。四个轴线彼此平行。
外连杆在顶部处绕四个轴线中的第一轴线铰接至固定体并且在顶部以致动臂延伸超出该轴线，变速器的控制缆线连接到该致动臂的端部。控制缆线通常侧向连接到致动臂的端部，使得缆线本身不会干扰下方的定位机构。
当拉动控制缆线时，拉动致动臂，并且外连杆绕第一轴线旋转。平行四边形由此变形，通过使链条引导件朝向自行车的外侧移动来进行换档。
复位弹簧通常作用于链条引导件的主体与内连杆之间，以便抵消控制缆线的张力并且在释放控制缆线的张力时使链条引导件平移。
在致动装置中，控制缆线通过在转子元件(俗称缆线卷绕套)上卷绕和退绕而牵引或释放来致动，该转子元件的旋转由骑车人通过合适的控制杆或两个控制杆(第一杆用于向上换档，第二杆用于向下换档)来致动。
在任何情况下，致动装置皆须预知缆线卷绕套保持于在最初分度位置与最后分度位置之间以预定的分度转角成角度间隔的若干预定的角位置中。通过所谓的分度器来实现这种功能，现有技术中已知许多类型的分度器，它们以各种形式作用于缆线卷绕套与装置的固定壳之间。
一对机械端止动件并且尤其是内端止动件和外端止动件限制变速器的偏移，以防它会使链条朝框架移位过多或离框架过远(因此确保链条不会移位超出冕状齿轮)。
虽然变速器如上概述具有预定的几何形状，但其在致动装置的致动后的实际偏移是变速器和致动装置的实际安装构造的函数，所述安装构造即使在预定的安装公差范围内也分情况而有所不同。例如，控制缆线在缆线卷绕套旋转相同角度后传递的实际力(或张力)(同样)取决于控制缆线已被约束到外连杆的致动臂的过程中控制缆线到达变速器的特定路径以及在自行车上安装变速器和控制装置有关的许多其他因素。
显然，这类变速器的有效偏移变化很小，但足以确保变速器的总偏移(用于进行所有换档操作)完全对应于缆线卷绕套在最初分度位置与最后分度位置之间的角偏移。
因而，分度位置和相对控制的大小被设定成即使在最不利的安装情况下也确保正确的换档，这表示最初分度位置与最后分度位置之间的角距离对应于变速器的大于实际上所需的角距离的有用行程。
为此，通常调整变速器的机械端止动件，使得当缆线卷绕套被保持在最后分度位置，即最后一次向上换档后达到的分度位置中时，外端止动件用作针对变速器偏移的止动件。
通过这种方式，能够确保骑车人获得并稳定保持对应于控制缆线的最大张力的最后向上换档操作。
调整内端止动件以确保使变速器定位于大齿盘的最小齿轮上，从而避免当传动链被接合于后飞轮(cassette)的最大齿轮上时，传动链滑动到变速器上。
通过这种方式，在缆线卷绕套到达最初分度位置之前，阻止变速器的偏移。然而，由骑车人在任何情况下对控制施加的行动均会使缆线卷绕套带入到最初分度位置中，从而使得换档稳定。事实上，在这种状况下(向下换档)，缆线卷绕套朝向最初分度位置的旋转使得控制缆线松动，因此由此不会对缆线卷绕套的旋转产生任何阻力。
本申请人注意到，对上述变速器的机械端止动件的调整导致至少在首次向上换档操作中的响应性下降。这是因为首次向上换档的第一部分不会引起变速器的任何移动，并且唯一的目的是恢复控制缆线的张力。
本申请人认识到，通过将内部机械端止动件精确地调整到最初分度位置，在末次向下换档操作中不会使控制缆线松动，随之首次向上换档操作中会立即且快速地作出响应。
然而，本申请人发现，通过这种方式，应当调整外部机械端止动件以便在到达最后分度位置之前中断缆线卷绕套的旋转。到达缆线卷绕套在最后分度位置上的稳定位置会因以下事实而经受强力对抗：控制缆线应被进一步卷绕在缆线卷绕套上，变速器受阻于外端止动件而进行进一步的平移。
技术实现要素：
本发明因此涉及用于自行车的前变速器，包括：
可移动体，所述可移动体设有链条引导件，所述链条引导件被构造成与所述自行车的传动链条相互作用，并且所述链条引导件能够在内部位置与外部位置之间包括的多个位置之间移动；
固定体，所述固定体适用于被固定到所述自行车的框架的一部分；
外部连接元件，所述外部连接元件绕第一铰接轴线铰接到所述固定体，且绕第二铰接轴线铰接到所述可移动体；
内部连接元件，所述内部连接元件绕第三铰接轴线铰接到所述固定体，且绕第四铰接轴线铰接到所述可移动体；
复位构件，所述复位构件作用于所述可移动体与所述内部连接元件之间，以将所述链条引导件推动到所述内部位置中；
致动臂，所述致动臂绕所述第一铰接轴线铰接到所述固定体，且包括用于控制缆线的紧固件，所述控制缆线被布置成离开所述第一铰接轴线在相对于所述第二铰接轴线而言的相反侧上移动；
所述致动臂与所述外部连接元件刚性连接，以当施加到所述紧固件上的力达到确定所述链条引导件在所述内部位置与所述外部位置之间的移动时形成摇臂，当施加到所述紧固件上的所述力大于将所述链条引导件保持在所述外部位置中所需的力时，所述致动臂相对于所述外部连接元件旋转。
仅当施加到所述紧固件的力大于使链条引导件移动到外部位置中所需的力时才发生致动臂相对于外部连接元件的旋转。
当等于或小于使链条引导件移动到外部位置中所需的力传递到紧固件时，致动臂被固定地连接到外部连接元件并且不会相对于外部连接元件旋转。
链条引导件的外部位置对应于使传动链定位于大齿盘的最大齿轮处。
链条引导件的内部位置对应于使传动链定位于大齿盘的最小齿轮处。
链条引导件在内部位置与外部位置之间的转移确定向上换档。
致动臂与外部连接元件之间的刚性联接确保通过控制缆线对致动臂的牵引所施加的力使链条引导件朝向其外部位置移动。
控制缆线的牵引力越大，则链条引导件朝向外部位置的移动越大，随之传动链的移动就进行向上换档。
本申请人注意到，通过使致动臂能够相对于外部连接元件旋转，由牵引缆线对致动臂施加的力不会对链条引导件的移动产生影响，但在任何情况下均致动缆线卷绕套的旋转。
本申请人认识到，通过仅当由控制缆线对致动臂施加的牵引力大于使链条引导件保持在外部位置上所需的力时才使得致动臂能够相对于外部连接元件旋转，在变速器的安装和调整步骤中能够使链条引导件精确对应于缆线卷绕套的第一分度位置。这就允许控制缆线即使在缆线卷绕套处于第一分度位置时也能维持张力，从而实现快速且反应性的第一向上换档操作。
本申请人确实发现，如果因使缆线卷绕套旋转到将链条引导件带入外部位置中而尚未到达最后分度位置，则借助致动臂相对于外部连接元件的旋转，能够使缆线卷绕套进一步旋转，而不会使链条引导件进一步移动，并且到达最后分度位置。
这样进一步旋转缆线卷绕套事实上确定了控制缆线的更大牵引力，其仅设定致动臂相对于外部连接元件旋转。因此，缆线卷绕套的进一步旋转不会因阻塞或机械闭锁而受阻，并且能够方便、简单并且在骑车人的施力略大于使链条引导件带入外部位置中所需施力的情况下致动。
本发明的用于自行车的前变速器能够包括单独或组合使用的以下优选特征中的一个或多个。
优选地，所述固定体、所述可移动体、所述内部连接元件和所述外部连接元件限定铰接四边形，所述铰接四边形能够通过所述弹性复位构件变形以使所述链条引导件从所述外部位置移动到所述内部位置，且能够通过所述致动臂变形以使所述链条引导件从所述内部位置移动到所述外部位置。
链条引导件的这种联动简单可靠，并且允许随时间正确地操作变速器。
控制缆线对致动臂的紧固件的牵引力使铰接四边形变形，这是因为致动臂(当固定地连接到外部连接元件时)和外部连接元件充当绕第一铰接轴线旋转的摇臂，这就使第二铰接轴线移动，因此使铰接四边形朝向链条引导件的外部位置变形。
优选地，弹性构件作用于所述外部连接元件与所述致动臂之间，当施加到所述致动臂的力大于使所述铰接四边形变形所需的力时，所述弹性构件弹性屈服，以将所述链条引导件带入所述外部位置中。
通过这种方式，能够选择具有弹性的弹性构件，以便仅当作用于其上的力超过预定阈值时才允许其弹性变形(并且促使致动臂相对于外部连接元件旋转)。这样的预定阈值指示使铰接四边形变形以将链条引导件带入外部位置中所需的力。
在本说明书以及权利要求中，术语“弹性变形”意指应力停止时消失的变形。术语“累积”或“储存”的弹性能等意指弹性构件在弹性变形期间的势能增高。同样地，术语“释放”的弹性能等意指弹性构件的势能降低，以使其回到开始变形之前的状态。
优选地，所述弹性构件包括扭转弹簧，所述扭转弹簧被布置在所述第二铰接轴线处。
优选地，在所述致动臂与所述外部连接元件之间具有扭转预载荷的情况下安装所述弹性构件的所述扭转弹簧；所述扭转弹簧的所述预载荷在所述致动臂上施加力，所述力趋向于使所述致动臂绕所述第一铰接轴线在相对于第一致动臂在经受所述控制缆线的牵引力时绕所述第一铰接轴线的旋转而言相反的角方向上旋转。
在本说明书和权利要求中，术语“预载荷”意指在施加操作载荷之前即在施加由控制缆线的张力传递的转矩之前对扭转弹簧施加的永久载荷。
通过这种方式，当变速器被致动时，由扭转弹簧的预载荷传递的力对抗致动臂相对于外部连接元件的旋转。
优选地，所述外部连接元件包括肩部，所述肩部能够与所述致动臂的突起抵接接合；所述肩部和所述突起被布置在所述第一铰接轴线的相对于所述扭转弹簧而言的相反侧上。
通过这种方式，由扭转弹簧的预载荷施加的推力通过肩部与突起之间的机械相互作用来补偿，使得致动臂与外部连接元件彼此固定地连接，直到扭转弹簧发生弹性变形。
事实上，在弹簧的预载荷的推力下，使致动臂在一个角方向上旋转，该角方向与致动臂在借助控制缆线施加于致动臂的紧固件上的牵引力使扭转弹簧弹性变形时相对于外部连接元件旋转的角方向相反。
优选地，所述复位构件包括扭转复位弹簧；待施加到所述弹性构件的所述扭转弹簧以引起所述致动臂相对于所述外部连接元件的旋转的扭矩大于待施加到所述扭转复位弹簧以引起所述可移动体相对于所述内部连接元件的旋转的扭矩。
通过这种方式，仅当可移动体以及随之的链条引导件已经相对于内部连接元件进行旋转时，更优选地，仅当可移动体已经结束其相对于内部连接元件的最大旋转时，致动臂才能相对于外部连接元件旋转。
优选地，铰接销被布置于所述第一铰接轴线处，由所述铰接销穿过所述外部连接元件和所述致动臂；所述致动臂包括附件，所述附件远离所述铰接销且面向所述第二铰接轴线。
优选地，所述弹性构件的所述扭转弹簧包括抵接在所述致动臂的所述附件上的第一端以及抵接在所述外部连接元件的座中的第二端。
因此，弹性构件的扭转弹簧优选地直接作用于致动臂以及外部连接元件上。
优选地，在所述致动臂与所述外部连接元件之间具有扭转预载荷的情况下安装所述弹性构件的所述扭转弹簧；所述扭转预载荷大于待施加到所述扭转复位弹簧以使所述链条引导件移动到所述外部位置中的扭转载荷。
在任何情况下，弹性元件的扭转弹簧皆须在铰接四边形已将链条引导件带入外部位置中之后才发生变形。
优选地，所述致动臂的所述附件包括凸起，所述凸起具有抵接表面，所述抵接表面面向所述外部连接元件；所述抵接表面限定端止动件，所述端止动件用于当弹性构件的扭转弹簧弹性变形时致动臂相对于外部连接元件的旋转。
优选地，致动臂和外部连接元件在第一铰接轴线处容纳于固定体的叉中。
通过这种方式，固定体的叉包围并容纳致动臂和外部连接元件。
优选地，在所述固定体的叉、所述致动臂与所述外部连接元件之间，在第一铰接轴线的方向上没有间隙。
优选地，待施加到所述致动臂的所述紧固件以使链条引导件从内部位置移动到外部位置的力被包含在与第一铰接轴线垂直的平面中并且指向第一铰接轴线。
施加到致动臂的紧固件上的力具有垂直于致动臂的分量以及平行于致动臂的分量。
优选地，垂直于致动臂的分量随着链条引导件朝向外部位置移动而逐渐增大，并且平行于致动臂的分量随着链条引导件朝向外部位置移动而逐渐减小。
优选地，在所述致动臂相对于所述外部连接元件的旋转期间，在所述致动臂的所述紧固件与所述第一铰接轴线之间的距离保持恒定。
通过这种方式，控制缆线向弹性构件传递随着链条引导件向外部位置移动而逐渐增大的转矩。
附图说明
参照附图，本发明的进一步特征和优点将从其优选实施例的以下描述而变得更加清楚。在附图中：
图1是根据本发明的用于自行车的前变速器的透视图；
图2是安装在自行车管上的图1的变速器的侧视图；
图3是图1的变速器的细节的透视图；
图4是图2的变速器的俯视图；并且
图5是图1的变速器的一些细节的局部分解图。
具体实施方式
参照附图，示出根据本发明的用于自行车的前变速器的优选实施例。变速器全部用10表示。
前变速器10优选为机械变速器，换言之，其操作无需任何电气和/或电子装置。
变速器10包括链条引导件11，该链条引导件11被构造成可滑动地接合自行车的传动链(未示出)，以使其从内部位置穿过内部位置与外部位置之间的多个中间位置移动到外部位置。
链条引导件11的预定位置对应于传动链在大齿盘的冕状齿轮上的预定位置。
特别地，链条引导件11的内部位置对应于传动链在大齿盘的最小冕状齿轮上的位置，并且外部位置对应于传动链在大齿盘的最大冕状齿轮上的位置。
变速器10包括内端止动件和外端止动件(未示出)，用以限制链条引导件11的偏移。通过作用于布置在变速器10上的螺丝12(如图4所示)上，可调整内端止动件和外端止动件。特别地，当链条引导件11处于内部位置中时，链条引导件11在内部方向上的进一步移动被内端止动件以机械方式阻止。当链条引导件11处于外部位置中时，链条引导件11在外部方向上的进一步移动被外端止动件以机械方式阻止。
链条引导件11的移动由可变形的四边形13来致动。可变形的四边形13包括内部连接元件14、外部连接元件15、固定体16和可移动体17。链条引导件11被固定地连接到可变形的四边形13的可移动体17。
固定体16、可移动体17和两个连接元件14、15沿着彼此平行的四个铰接轴线a、b、c、d彼此铰接。更确切地，固定体16与外部连接元件15按第一铰接轴线a彼此铰接；外部连接元件15与可移动体17按第二铰接轴线b彼此铰接；固定体16与内部连接元件14按第三铰接轴线c彼此铰接；内部连接元件14与可移动体17按第四铰接轴线d彼此铰接。
可移动体17包括相对的内板18和外板19，它们形成链条引导件11。可移动体17进一步设有用于连接到内部连接元件14的沿着第四铰接轴线d穿孔的第一凸缘20以及用于连接到外部连接元件15的第二凸缘21。
在运动学上而言，内部连接元件14和外部连接元件15是连杆，换言之，它们是无法将扭矩传递到它们沿着相应铰接轴线所连接到的元件的元件。
如图2中示意性示出，固定体16包括用于附接到自行车的框架的座管的一部分的卡圈22。卡圈22允许变速器10占据并保持相对于大齿盘的预定位置。
在未示出的实施例中，固定体16能够不使用卡圈22而被固定地连接到自行车的框架的座管，例如，通过将固定体焊接到框架的座管或通过将固定体16限制成在框架的座管中而直接形成的附件。
变速器10进一步包括绕第一铰接轴线a铰接到固定体16的致动臂23。
致动臂23在第一自由端23a处包括用于控制缆线100的紧固件24(图1)。致动臂23的第二端23b被布置在第一铰接轴线a的相对于紧固件24而言的相反侧上。
在第一铰接轴线a处具有铰接销25，该铰接销25穿过固定体16、第一外部连接元件15和致动臂23。
对此，固定体16包括第一铰接轴线a处的叉16a，该叉容纳并包围外部连接元件15和致动臂23，使得后者约束在第一铰接轴线a的方向上并且无法沿该方向移动。
致动臂23与外部连接元件15之间存在扭转弹簧26，该扭转弹簧26被安装成具有将推力施加到致动臂23的第二端23b上的预加载。
由扭转弹簧26的预载荷施加的推力趋向于使致动臂23绕第一铰接轴线a在第一角方向上旋转。
外部连接元件15包括沟槽27，该沟槽27配备有布置于第一铰接轴线a的上方即第一铰接轴线a的相对于第二铰接轴线b而言的相反侧上的肩部28(图3和图5)。
沟槽27与致动臂23的突起29接合。
由扭转弹簧26施加的推力使突起29抵靠肩部28。
致动臂23绕第一铰接轴线a相对于外部连接元件15的旋转在第一角方向上受到突起29抵靠肩部28对抗以及在与第一角方向相反的第二角方向上受到由扭转弹簧26提供的弹性阻力对抗。
因而，致动臂23仅在扭转弹簧26发生弹性变形时才能沿第二角方向相对于外部连接元件15旋转。
对此，当骑车人使控制缆线100被放置成处于牵引下时，向致动臂23传递力，该力趋向于使扭转弹簧26弹性变形并且使致动臂23在第二角方向上旋转。
当这样由控制缆线100传递的力不足以使扭转弹簧26弹性变形时，致动臂23与外部连接元件15不会彼此相对旋转并且限定能够绕第一铰接轴线a旋转的摇臂。
在这样的条件下，铰接四边形13借助摇臂的旋转而变形，从而使链条引导件11朝向外部位置移动。
当由控制缆线100传递的力超过预定极限时，扭转弹簧26弹性变形，并且致动臂23相对于外部连接元件15绕第一铰接轴线a在第二角方向上旋转。
使扭转弹簧26弹性变形的由控制缆线100传递的力的极限由使摇臂旋转并且将链条引导件11带入外部位置中所需的由控制缆线100传递的力给出。
如图3所示，扭转弹簧26包括第一杆26a，该第一杆26a抵接于布置于致动臂23的在该致动臂23的第二端23b处的附件30上。
附件30具有凸起30a，该凸起30a具有面朝外部连接元件15的抵接表面。
扭转弹簧26的第二杆26b抵接于外部连接元件15的座31中。
限定第二铰接轴线b的销穿过扭转弹簧26。
为在释放控制缆线100后将链条引导件11带回到内部位置，预见扭转复位弹簧32(图1)，其被布置于第四铰接轴线d上并且作用于可移动体17与内部连接元件14之间。
这样的扭转复位弹簧32在链条引导件11从内部位置转移到外部位置的过程中施加阻力，发生弹性变形，由此需要通过控制缆线100向致动臂23传递预定的力以使链条引导件11从内部位置移动到外部位置。在链条引导件11从外部位置转移到内部位置的过程中，扭转复位弹簧32的弹性变形恢复。
扭转弹簧26被选择成当扭转复位弹簧32在链条引导件11从内部位置转移到外部位置的过程中发生变形时，该扭转弹簧不会变形。
这就确保在链条引导件11从内部位置到外部位置的整个偏移期间，致动臂23和外部连接元件15表现成摇臂。
当骑车人希望进行向上换档时，他/她启动安装在自行车的手把上的控制器，使缆线卷绕套旋转并且拧紧控制缆线100。
控制缆线100的张力被传递到致动臂23，从而设定致动臂和外部连接元件15相对于第一铰接轴线a旋转。
这样的旋转确定可变形的四边形13的变形并且使链条引导件朝向外部位置移动。
在此条件下，由于由控制缆线施加的张力不会使扭转弹簧26变形，所以致动臂23与外部连接元件15固定地连接。
可变形的四边形的变形的发生与储存弹性能的扭转复位弹簧32的变形相反。
缆线卷绕套在分度器上到达稳定的位置，并且系统锁定于所到达的位置中。
继末次向上换档操作之后，当链条引导件11处于外部位置中时，进一步致动控制器确定使定位于最后稳定的分度位置中的缆线卷绕套进一步旋转。由控制缆线100施加于致动臂23的进一步牵引力(由缆线卷绕套的进一步旋转所致)确定使扭转弹簧26弹性变形，随之致动臂23相对于外部连接元件15在第二角方向上旋转。
应当注意，致动臂23相对于外部连接元件15的旋转不会引起任何铰接四边形13的位置变化。
致动臂23相对于外部连接元件15的旋转受限于致动臂23的附件30的凸起30a抵接到直接面向附件30的外部连接元件15的抵接表面31a上，如图5所示。
致动臂23相对于外部连接元件15旋转的这种限制在任何情况下皆足以使得缆线卷绕套进行足以使其到达分度器上的最后稳定位置的旋转。
在从末次向上换档的稳定位置开始的首次向下换档操作期间，控制缆线100的释放确定储存在扭转弹簧26中的弹性能的释放，这使得致动臂23相对于外部连接元件15在第一角方向上旋转，直到突起29返回到抵靠肩部28。
控制缆线100的进一步释放确定向下换档操作或确定链条引导件11在相同冕状齿轮上的重新定位，以更好地调整传动链在其上的位置。在这样的向下换档期间，致动臂23与外部连接元件15保持固定连接，用于绕第一铰接轴线a旋转。
当然，本领域技术人员能够对上述发明提出各种修改和变型，以便满足特定和待定要求，例如预见扭转弹簧26的不同位置，所有这些修改和变型在任何情况下均包含在由权利要求定义的本发明的保护范围内。