TWI532635B

TWI532635B - 用於自行車換檔機構用控制線纜的致動裝置

Info

Publication number: TWI532635B
Application number: TW100144389A
Authority: TW
Inventors: 戴爾波佐馬希默; 達普拉約瑟彼
Original assignee: 坎帕克諾羅公司
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2016-05-11
Also published as: CN102556279A; EP2468614A1; US20120137819A1; JP5798465B2; EP2468614B1; JP2012116473A; TW201228876A; US9266581B2; CN102556279B

Description

用於自行車換檔機構用控制線纜的致動裝置

本發明涉及一種用於自行車換檔機構用控制線纜的致動裝置，尤其是所謂的杆端裝置，該裝置適合於被安裝在競賽自行車手把的朝前端上。

自行車通常具備與牙盤相關聯的後變速齒輪傳動機構，後變速齒輪傳動機構由一系列共軸齒輪(小齒輪)組成，具有不同的直徑和齒數的該等共軸齒輪(小齒輪)被牢固地連接到後輪的輪轂。

自行車通常亦具備與齒盤相關聯的前變速齒輪傳動機構，前變速齒輪傳動機構由一系列具有不同的直徑和齒數的齒輪(齒圈)組成，前變速齒輪傳動機構與被一對踏板在旋轉中設定的底托架組件的銷相關聯。

在兩種情形中，變速齒輪傳動機構均接合在牙盤和齒盤之間以閉環延伸的傳動鏈，以移位在具有不同的直徑和齒數的齒輪上的鏈條，從而獲得不同的傳動比。

特別地，當鏈條從具有較大直徑的齒輪移動到具有較小直徑的齒輪時使用表達向下換檔，並且當鏈條從具有較小直徑的齒輪移動到具有較大直徑的齒輪時使用表達向上換檔。關於此，應該指出，參考前變速齒輪傳動機構，向下換檔對應於轉到較低傳動比，並且向上換檔對應於轉到較高傳動比，反之，參考後變速齒輪傳動機構，向下換檔對應於轉到較高傳動比並且向上換檔對應於轉到較低傳動比。

經由致動裝置實現變速齒輪傳動機構沿著兩個方向的運動，變速齒輪傳動機構從而被安裝成易於被騎車者操作；在所謂的杆端裝置的情形中，致動裝置被安裝在手把上的端部處。

習知地，用於前變速齒輪傳動機構的致動裝置位於手把的左手柄上，並且反之用於後變速齒輪傳動機構的致動裝置位於右手柄上。

更具體而言，在機械換檔機構中，利用由通常覆套的不可延伸線纜(通常稱為波頓線纜)施加的拉拽作用每一個變速齒輪傳動機構沿著第一方向在齒輪之間移動，並且藉由釋放線上纜上的牽引及/或利用被設置在變速齒輪傳動機構自身中的彈簧的彈性恢復作用每一個變速齒輪傳動機構沿著第二相反方向在齒輪之間移動。

通常，藉由釋放線纜的牽引及/或利用回位彈簧引起運動的方向是向下換檔的方向；反之，控制線纜的拉拽作用沿著向上換檔的方向發生，在向上換檔中，鏈條從具有較小直徑的齒輪移動到具有較大直徑的齒輪。

在致動裝置中，經由在通常稱為線纜捲繞繞線筒的轉子元件上捲繞和展開而在牽引中或者在釋放中致動控制線纜，線纜捲繞繞線筒的旋轉由騎車者用適當的控制杆控制。在手把的端部處使用兩個控制杆將是複雜的並且是非常不實際的，因為在另一方面兩個控制杆對於位於手把的不同部分中的不同類型的裝置發生，因此藉由在手把的端部處定位單杆控制是有必要的。

在任何情形中，致動裝置均應該確保繞線筒在數個預定角位置中的旋轉中保持靜止，亦即在換檔機構的不同齒輪上保持靜止，數個預定角位置對應於由不同的傳動比所要求的、變速齒輪傳動機構的不同位置。此功能由在繞線筒和裝置的固定外殼之間多方面作用的、被稱為分度器獲得，在本領域中很多類型的分度器是已知的。

在更加習知的、所謂的杆端裝置中，單杆控制基本上直接地作用線上纜捲繞繞線筒上，使得如由分度構件限定的、線纜捲繞繞線筒的每一個角位置均對應於控制杆精確的角位置。

在意欲用於競賽的產品中，對於甚至在小的細節中的更好的空氣動力學特性的研究已經導致提供如下控制裝置，其中一旦換檔已經完成，操縱杆便返回操縱杆的中央中立位置。EP-1837275-A2實際上描述了如下裝置，其中用非常複雜的回位群組實現返回中立位置。

本發明所基於的問題在於，使得以簡單的方式獲得一種允許控制杆返回控制杆的中立位置中的裝置。

因此，本發明涉及一種如請求項1之裝置；較佳特徵係提供於附屬項中。

更具體而言，用於自行車換檔機構用控制線纜的致動裝置包括：

-外殼，該外殼被配置成連接在自行車手把的端部上，

-繞線筒，該繞線筒能夠圍繞裝置的主軸線(A)在外殼中角運動，在繞線筒上捲繞線纜，

-驅動機構，該驅動機構作用在繞線筒上以圍繞裝置的主軸線(A)沿著第一和第二角度方向旋轉繞線筒，

-分度構件，該分度構件在預定的角位置中以可移除方式保持繞線筒，

其中該驅動機構包括：

-操縱杆，該操縱杆能夠從中立位置沿著第一或者第二角度方向圍繞裝置的主軸線(A)相對於外殼角運動以實現向下或者向上換檔，

-內齒圈，該內齒圈以不可旋轉方式被安裝到繞線筒並且該內齒圈能夠在外殼中隨繞線筒角運動，

-在操縱杆和齒圈之間的棘輪機構，

特徵在於，該驅動機構包括在操縱杆和外殼之間作用的彈性構件，該彈性構件趨向於使操縱杆返回中立位置中，

並且該棘輪機構包括：

-兩個相對的搖臂，搖臂根據兩根樞軸線被鉸接在操縱杆上，該兩根樞軸線相互平行且平行於裝置的主軸線(A)，該等搖臂中的每一個均具有弓形形狀，該弓形形狀從第一端部延伸到第二端部且包絡致動裝置的主軸線(A)，其中第一搖臂的第一端部靠近第二搖臂的第一端部並且第一搖臂的第二端部面向第二搖臂的第二端部，

-扇形齒輪，該扇形齒輪靠近第二端部形成在每一個搖臂上的外側上，該扇形齒輪具有適合於與齒圈的邊齒接合的齒廓，該齒圈在沿著裝置的主軸線(A)對應於扇形齒輪軸向位置的軸向位置中，

-凸輪輪廓，該凸輪輪廓鄰近於第一端部形成在每一個搖臂的內側上，

-推進器，該推進器沿著離開裝置的主軸線(A)以推進搖臂的第二端部的方向圍繞搖臂的樞軸線推進每一個搖臂，

-指示器，該指示器在搖臂的凸輪輪廓上被與搖臂中的至少一個接合，該指示器相對於外殼靜止並且相對於裝置的主軸線(A)沿著徑向面向外，

其中該凸輪輪廓被配置成，使得：

-當指示器與搖臂的凸輪輪廓接合時，同一搖臂的扇形齒輪被保持離開齒圈，

-當指示器從凸輪輪廓脫離時，同一搖臂的扇形齒輪被推進器推進以與齒圈接合。

該裝置允許所期望的操作，其中在換檔結束時操縱杆能夠返回操縱杆的中立位置中。實際上，操縱杆未以直接的方式牢固地連接到繞線筒(或者連接到以不可旋轉方式安裝到繞線筒的齒圈)，而是在操縱杆和繞線筒之間佈置棘輪機構，除當命令換檔時的時刻以外，棘輪機構保持操縱杆從齒圈被釋放。此時，根據操縱杆是向下還是向上換檔，操縱杆沿著一個方向或者沿著另一個方向的角運動引起在操縱杆自身上的搖臂的運動，從而兩個搖臂中的一個或者另一個在操縱杆上移動，直至使得操縱杆的扇形齒輪與齒圈接合；以此種方式，操縱杆的角運動被傳遞到齒圈和線纜捲繞繞線筒。一旦騎車者在操縱杆上的動作已經結束，線纜捲繞繞線筒和齒圈便被分度構件保持在達到的位置中，然而在棘輪機構不對操縱杆制止的情況下，操縱杆趨向於在彈性構件的作用下返回中立位置中。

較佳地，推進器是在兩個搖臂的第二端部之間壓縮的彈簧。實際上，因為該兩個搖臂彼此相對地工作，所以在因此具有用於兩個搖臂中的每一個的彈簧是不必要的情況下，具有被適當地佈置在兩個搖臂之間以在兩個搖臂中的每一個上產生所期望的推進的彈簧是足夠的。

較佳地，在中立位置中，指示器與兩個搖臂的凸輪輪廓的第一部分均接合。以此種方式，由於彈性構件的作用而達到的中立位置被安全地維持，因為指示器與兩個凸輪輪廓的接合確保兩個扇形齒輪中的任一個均不能夠與齒圈形成接合。

較佳地，該彈性構件包括彈簧，該彈簧在外殼和操縱杆之間作用以使得操縱杆進入操縱杆的中立角位置中。此種彈簧能夠是簡單的環形抗扭彈簧，該彈簧以與裝置的主軸線(A)共軸的方式被安裝在外殼中並且該彈簧在彈簧一端處被牢固地連接到外殼，在彈簧另一端處被連接到操縱杆。

較佳地，搖臂中的每一個均藉助於各自的銷被鉸接到操縱杆，該銷形成在搖臂上、在操縱杆上或者在結構上獨立。

較佳地，與搖臂的第二端部相比，每一個搖臂的樞軸線均更加靠近第一端部。最大化在樞軸線和靠近搖臂的第二端部的扇形齒輪之間的距離，允許當扇形齒輪與齒圈接合時在扇形齒輪上的搖臂的推進方向對於扇形齒輪的全部單齒而言都是幾乎相同的；因此扇形齒輪的全部的齒以基本等同的方式參與推進。此允許有效率地確定扇形齒輪的尺寸，因為考慮裝置在競賽自行車上的使用，該裝置必須盡可能輕，所以有效率地確定扇形齒輪的尺寸是重要的。

較佳地，扇形齒輪的齒廓和齒圈的齒廓使得：當扇形齒輪隨著返回中立角位置中的該操縱杆移動而齒圈保持靜止時，一次一個齒地促進咬合脫離。

更具體而言，扇形齒輪的齒廓包括齒，該等齒帶有面向搖臂的第二端部的推進側和面向相反方向的釋放側，其中參考相對於裝置的主軸線(A)的截面，該推進側被取向為使得切向於推進側並且朝向裝置外側取向的射線與從推進側指向搖臂的樞軸線的射線形成等於或者大於90°的角度。

附圖圖示用於競賽自行車(未圖示)的前換檔機構的控制線纜K的致動裝置100。特別地參考圖1，裝置100是所謂的杆端裝置，該杆端裝置被安裝在使用於競賽自行車的自行車手把的左端MS處，該等競賽自行車更加具體地是用於計時競賽的專用自行車；在此類手把中，端部MS相對于自行車的向前運動的方向面向前。

裝置100包括外殼101，該外殼101以習知方式被固定到手把M，從而外殼自身基本是手把的端部MS的向前延伸。外殼101包括本體110和蓋體120，本體110和蓋體120經由沿著軸線A延伸的兩個螺紋元件102和103被牢固地相互連接。將下文中變得更加清楚的軸線A是形成裝置100的一個部分的元件的主參考軸線；方向等的所有指示，諸如“軸向”、“徑向”、“周向”和“直徑方向”都將是參考軸線A給出；類似地，參考徑向方向的指示“向外”和“向內”必須被視為離開軸線A或者朝向軸線A。圍繞軸線A，亦定義了用104和105指示的兩個相反的角度方向，如在圖3和圖6-圖17中表示地觀察裝置100，第一角度方向104沿著順時針方向，第二角度方向105沿著逆時針方向。

在外殼101中，存在相對於外殼101的本體110固定並且沿著軸線A延伸的中央銷111。

在銷111上，以自由旋轉方式安裝線纜捲繞繞線筒112；待致動的線纜K被固定於線纜捲繞繞線筒112並且在線纜捲繞繞線筒112上捲繞。繞線筒112被分度組件113連接到外殼101，以根據換檔機構的選定傳動比相對於外殼101將繞線筒112保持在預定角位置中。此種組件本質上是習知的而非本發明的一個部分；因此，此後將不對此詳細描述。

在繞線筒112的軸向相反側上的、被安裝在銷111上的反銷114，在外殼101中實現繞線筒112的旋轉組裝。

在外殼101中，亦存在相對於外殼101的蓋體120固定並且沿著軸線A延伸的中央柄腳121。環形元件122被安裝在柄腳121上，被以不可旋轉方式固定於柄腳121。

裝置100亦包括總體上用130指示的驅動機構來實現向下或者向上換檔，該驅動機構作用在繞線筒112上以圍繞軸線A沿著角度方向104和105旋轉繞線筒112。

驅動機構130包括：被以不可旋轉方式安裝到繞線筒112的內齒圈114；和操縱杆131，該操縱杆131能夠由騎車者致動並且能夠從中立位置(在圖1、圖4、圖5、圖6、圖12、圖18所示)沿著角度方向104和105圍繞軸線A相對於外殼101角運動。操縱杆131在環形元件122一側處藉助於被安裝在柄腳121上的襯套132和作用在外殼101和操縱杆131之間的彈性構件(特別地彈簧133)以可旋轉方式被支撐，以將操縱杆131帶入操縱杆131的中立角位置中。

驅動機構亦包括在操縱杆131和齒圈114之間的棘輪機構140。

棘輪機構140包括兩個相對且對稱地、相同的搖臂141和142，搖臂經由根據樞軸線B和C佈置的兩個銷134、135被鉸接在操縱杆131一側上，該等樞軸線B和C相互平行且平行於裝置100的主軸線A。搖臂141和142中的每一個均具有弓形形狀，該弓形形狀從第一端部143、144延伸到第二端部145、146且包絡軸線A；第一搖臂141的第一端部143靠近第二搖臂142的第一端部144，而第一搖臂141的第二端部145面向第二搖臂142的第二端部146，第一搖臂141的第二端部145與第二搖臂142的第二端部146在相對於軸線A而言的基本切向方向上間隔開。

在每一個搖臂141、142上，形成各自的扇形齒輪147、148，扇形齒輪靠近第二端部145、146形成在搖臂141、142的外側上。扇形齒輪147、148具有適合於與齒圈114的邊齒接合的齒廓。齒圈114和搖臂141、142沿著軸線A在基本相同的軸向位置中，因此齒圈114處於在扇形齒輪147、148前面的位置中。

同樣在每一個搖臂141、142上，形成各自的凸輪輪廓151、152，凸輪輪廓鄰近於第一端部143、144形成在搖臂141、142的內側上。凸輪輪廓151、152包括基本沿著圍繞軸線A的周向方向延伸的主要部分153、154，主要部分前面是鄰近於搖臂141、142的第一端部143、144的高度傾斜的、短的第一部分155、156。

凸輪輪廓151、152根據將在以後討論的操作步驟與指示器160形成接觸接合，指示器160由在環形元件122上的外部凸起形成，且平行於軸線A延伸；指示器160相對於外殼101是靜止的並且相對於軸線A沿著徑向面向外。

棘輪機構140亦包括推進器161，以沿著離開軸線A地推動搖臂141、142的第二端部145、146的方向圍繞搖臂的樞軸線B、C推進每一個搖臂141、142。較佳地，推進器161是在搖臂141、142的第二端部145、146之間被壓縮的彈簧。

每一個凸輪輪廓151、152均被配置成，使得：

-當指示器160與搖臂141、142的凸輪輪廓151、152接合時，同一搖臂的扇形齒輪147、148被保持離開齒圈114；

-當指示器160從搖臂141、142的凸輪輪廓151、152脫離時，同一搖臂的扇形齒輪147、148被推進器161推進以與齒圈114接合。

考慮到搖臂141、142的第一端部143、144的鄰近性，指示器160總是在搖臂141、142的凸輪輪廓151、152上與搖臂141、142中的至少一個接合；在操縱杆131的中立位置中，指示器160與兩個搖臂141、142的凸輪輪廓151、152的第一部分155、156皆接合。

搖臂141、142的形狀和尺寸被如此確定，使得與搖臂自身的第二端部145、146相比，每一個搖臂141、142的樞軸線B、C均更加靠近第一端部143、144。

扇形齒輪147、148的齒廓和齒圈114的齒廓使得：當扇形齒輪147、148隨著返回中立位置中的操縱杆131移動而齒圈114保持靜止時，一次一個齒地促進咬合脫離。

更具體而言，扇形齒輪147、148的齒廓包括齒157、158，該等齒157、158帶有面向搖臂141、142的第二端部145、146的推進側157a、158a和背離搖臂141、142的第二端部145、146的釋放側157b、158b。參考相對於軸線A而言的截面，推進側157a、158a被取向為使得：切向於推進側157a、158a並且朝向裝置100的外側取向的射線D1與從推進側157a、158a指向搖臂141、142的樞軸線B、C的射線D2形成等於或者大於90°的角度α。

現在將特別地參考圖6-圖18描述裝置100的操作；應該指出，齒圈114的每一個角運動均對應於線纜捲繞繞線筒112的相同角運動並且因此對應於換檔。

圖6圖示操縱杆131的中立位置，該中立位置對應於非換檔情形，其中換檔機構具有一定的傳動比並且保持該傳動比。在此位置中，如已經述及地，指示器160與兩個搖臂141、142的凸輪輪廓151、152的第一部分155、156均接合。無任何扇形齒輪147、148與齒圈114接合。

從此位置，操縱杆131被騎車者沿著方向105移動。如在圖7中所示，一旦操縱杆131已經實現最小角運動，指示器160便從搖臂142的凸輪輪廓152脫離，因此搖臂142被帶有扇形齒輪148的推進器161朝向齒圈114推進。

隨著操縱杆131的運動進行，如在圖8和圖9中所示，扇形齒輪148與齒圈114的接合確保齒圈與操縱杆131一起角運動。騎車者將因此繼續此運動直至達到對應於所希望的換檔的角位置；實際上，將操縱杆131移動小角度以獲得單一換檔(立即轉換到較高或者較低的傳動比)以及將操縱杆131移動對應於多個換檔(雙倍、三倍或者甚至更大)的較大角度是可能的。

一旦已經因此達到所期望角位置，騎車者便中斷在操縱杆131上推進並且離開操縱杆131。雖然齒圈114在由分度組件113達到的角位置中被保持靜止，但是已經保持自由的操縱杆131由於彈簧133的作用趨向于朝向操縱杆131的中立位置被帶回(圖10)；因此操縱杆131開始沿著角度方向104移動。考慮到齒158的和搖臂142的幾何形狀，並且亦考慮到指示器160未在凸輪輪廓152中接合，搖臂142能夠圍繞樞軸線C沿著逆時針方向旋轉(只是克服推進器161的彈性作用力)，因此使得搖臂142的扇形齒輪148從齒圈114脫離(圖11)。實際上，扇形齒輪148一個接一個地在齒圈的齒之上騎行，直至操縱杆131返回中立位置中(圖12)。

最終，已經執行單一換檔或者多個換擋，並且最後，操縱杆131返回操縱杆131的中立開始位置中，準備沿著相同的或者其它的方向進行另外的換檔。類似於圖7-圖12，圖13到圖18，圖示沿著相反方向的換檔；考慮到操作的總體對稱性，此等步驟將不予描述。

當然，在不偏離由所附申請專利範圍界定的保護範圍的情況下，本領域技術人員能夠對於已經描述的進行修改和改變。

100．．．致動裝置

101．．．外殼

102．．．螺紋元件

103．．．螺紋元件

104．．．第一角度方向

105．．．第二角度方向

110．．．本體

111．．．中央銷

112．．．繞線筒

113．．．分度組件/分度構件

114．．．內齒圈

120．．．蓋體

121．．．柄腳

122．．．環形元件

130．．．驅動機構

131．．．操縱杆

132．．．襯套

133．．．彈簧

134．．．銷

135．．．銷

140．．．棘輪機構

141．．．搖臂

142．．．搖臂

143．．．第一端部

144．．．第一端部

145．．．第二端部

146．．．第二端部

147．．．扇形齒輪

148．．．扇形齒輪

151．．．凸輪輪廓

152．．．凸輪輪廓

153．．．主要部分

154．．．主要部分

155．．．第一部分

156．．．第一部分

157．．．齒

157a．．．推進側

157b．．．釋放側

158a．．．推進側

158b．．．釋放側

160．．．指示器

161．．．推進器

A．．．主軸線

α．．．角度

B．．．樞軸線

C．．．樞軸線

D1．．．射線

D2．．．射線

K．．．控制線纜

MS．．．端部

從參考附圖給出的、較佳實施例的以下描述中，本發明進一步的特徵和優點將變得更加清楚。在此類附圖中：

-圖1是根據本發明的裝置的透視圖；

-圖2和圖3是圖1的裝置的分解透視圖；

-圖4是圖1的裝置的一個部分的透視圖；

-圖5是圖1的裝置的另一個部分的透視圖；

-圖6到圖18是圖示在裝置操作期間的連續位置的、根據垂直於裝置主軸線的平面的簡化視圖；

-圖19是根據部分地被中斷的、垂直於裝置主軸線的平面的視圖。