DE102004032054B4

DE102004032054B4 - Hinterradaufhängungssystem für ein Fahrad

Info

Publication number: DE102004032054B4
Application number: DE200410032054
Authority: DE
Inventors: Owen Chang; Leo Wu
Original assignee: Giant Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Giant Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2024-07-02
Also published as: DE102004032054A1

Abstract

Hinterradaufhängungssystem (100) für ein Fahrrad zum Absorbieren von auf ein Hinterrad (600) eines Fahrzeugs wirkenden Stößen, welches Fahrrad einen vorderen Dreiecksrahmen (200), ein an einem vorderen Ende des vorderen Dreiecksrahmens (200) angeordnetes Vorderrad (300), eine an einem unteren Abschnitt des vorderen Dreiecksrahmens (200) angeordnete Kurbeleinheit (400) und eine von der Kurbeleinheit (400) angetriebene Antriebseinheit (500) enthält, wobei das Hinterrad (600) hinter dem vorderen Dreiecksrahmen (200) angeordnet ist und von dem Aufhängungssystem (100) gehaltert ist, die Kurbeleinheit (400) eine Tretkurbel (410) und zwei Pedale (420) enthält, die jeweils mit den beiden Enden der Tretkurbel (410) verbunden sind, die Antriebseinheit ein vorderes antreibendes Kettenrad (510), das mit der Kurbeleinheit (400) verbunden ist, ein hinteres angetriebenes Kettenrad (520), das mit dem Hinterrad (600) verbunden ist, und eine um das vordere antreibende Kettenrad (510) und das hintere angetriebene Kettenrad (520) laufende Kette enthält, wobei das Aufhängungssystem (100) einen hinteren Dreiecksrahmen (10) enthält, der...

Description

Diese Erfindung betrifft ein Hinterradaufhängungssystem für ein Fahrrad mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solches Hinterradaufhängungssystem ist beispielsweise in der US 5,791,674 beschrieben.
Die US 6,595,538 zeigt ein Hinterradaufhängungssystem für ein Fahrrad auf. Obgleich das Hinterradaufhängungssystem für das Fahrrad auf ein Hinterrad wirkende Stöße effektiv absorbieren kann, hat es einen relativ komplizierten Aufbau.
Weitere Hinterradaufhängungssysteme für ein Fahrrad mit einem vorderen Dreiecksrahmen und einem über Verbindungsstücke gelenkig damit verbundenen hinteren Dreiecksrahmen sind beispielsweise aus der DE 198 02 429 A1 , der DE 44 35 482 A1 und der DE 199 33 325 A1 bekannt. Der Winkel zwischen einer Linie, die den momentanen Mittelpunkt und den Berührungspunkt zwischen Hinterrad und Boden verbindet, und einer horizontalen Linie liegt hier jeweils in einem anderen als dem eingangs genannten Winkelbereich. Auch diese Hinterradaufhängungssysteme sind nicht in der Lage, auf ein Hinterrad wirkende Stöße in zufriedenstellender Weise unter gleichzeitiger Beibehaltung eines möglichst einfachen Aufbaus des Hinterradaufhängungssystems zu absorbieren.
Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, ein Hinterradaufhängungssystem für ein Fahrrad derart weiterzubilden, dass auf das Hinterrad wirkende Stöße effektiv absorbiert werden bei gleichzeitiger Beibehaltung eines möglichst einfachen Aufbaus.
Die Aufgabe wird bei einem Hinterradaufhängungssystem der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Patentanspruch 1 gelöst.
Gemäß dieser Erfindung enthält ein Hinterradaufhängungssystem für ein Fahrrad einen hinteren Dreiecksrahmen, der hinter einem vorderen Dreiecksrahmen angeordnet ist und ein Hinterrad haltert, ein Paar eines oberen und eines unteren Verbindungsstücks, die jeweils den vorderen und den hinteren Dreiecksrahmen an zwei Enden derselben miteinander verbinden, und einen hydraulischen Dämpfungszylinder, dessen vorderes Ende gelenkig mit dem vorderen Dreiecksrahmen verbunden ist und dessen hinteres Ende gelenkig mit einem Zwischenstück des oberen Verbindungsstücks verbunden ist. Der hydraulische Dämpfungszylinder enthält einen Zylinderkörper und eine Kolbenstange.
Das Hinterradaufhängungssystem für das Fahrrad hat einen virtuellen Drehpunkt, der nahe an einem Verbindungspunkt zwischen einer Kette und einem vorderen Antriebszahnrad liegt, wenn die Kolbenstange relativ zu dem Zylinderkörper um ein Viertel bis ein Drittel eines maximalen Verschiebungswertes verschoben ist, und der sich nach hinten bewegt, wenn ein Hinterrad sich vom Boden weg nach oben bewegt. Eine Linie, die einen momentanen Mittelpunkt des hinteren Dreiecksrahmens und einen Berührungspunkt zwischen einem Hinterrad und dem Boden verbindet, schließt einen Winkel von etwa 45° zu einer horizontalen Linie ein.
Einige der Vorteile diese Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden:

1. Der Aufbau des Aufhängungssystems 100 ist relativ einfach.
2. Wenn das Hinterrad 600 relativ zu dem vorderen Dreiecksrahmen 200 in seiner normalen Position angeordnet ist, liegt der virtuelle Drehpunkt (VPP) nahe an dem Verbindungspunkt zwischen der Kette 530 und dem vorderen antreibenden Kettenrad 510. Folglich kann ein Verlust der Tretenergie vermindert werden.
3. Wenn sich das Hinterrad 600 vom Boden weg nach oben bewegt, bewegt sich der virtuelle Drehpunkt (VPP) nach hinten, um so das unangenehme Rückschlagen der Pedale 420 zu vermindern.
4. Da die Linie (B), die den momentanen Mittelpunkt (O) und den Berührungspunkt (P) zwischen dem Hinterrad 600 und dem Boden verbindet, den Winkel (θ) von etwa 45° relativ zu der horizontalen Linie (H) bildet, wird die Auswirkung des Abbremsens des Hinterrads auf die Stoßdämpfungseigenschaften des Aufhängungssystems 100 beträchtlich vermindert.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
1 ist eine schematische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform eines Hinterradaufhängungssystems für ein Fahrrad gemäß dieser Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform, die einen zwischen einer horizontalen Linie und einer einen momentanen Mittelpunkt und einen Berührungspunkt zwischen einem Hinterrad und dem Boden verbindenden Linie aufgespannten Winkel darstellt;
3 ist eine schematische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform, die die Drehung eines Paares des oberen und des unteren Verbindungsstücks ansprechend auf eine Aufwärtsbewegung des Hinterrads vom Boden weg darstellt; und
4 stellt dar, wie sich ein virtueller Drehpunkt nach hinten bewegt, wenn sich das Hinterrad nach oben vom Boden weg bewegt.
Wie 1 zeigt, ist die bevorzugte Ausführungsform eines Hinterradaufhängungssystems 100 für ein Fahrrad an einem Fahrrad angeordnet, das einen vorderen Dreiecksrahmen 200, ein an dem vorderen Ende des vorderen Dreiecksrahmens 200 angeordnetes Vorderrad 300, eine an einem unteren Abschnitt des vorderen Dreiecksrahmens 200 angeordnete Kurbeleinheit 400, eine von der Kurbeleinheit 400 angetriebene Antriebseinheit 500 und ein hinter dem vorderen Dreiecksrahmen 200 angeordnetes und von dem Aufhängungssystem 100 gehaltertes Hinterrad 600 enthält. Das Aufhängungssystem 100 dient dazu, auf das Hinterrad 600 wirkende Stöße zu absorbieren. Der vordere Dreiecksrahmen 200 enthält eine Kurbelwelle 210, die an seinem unteren Abschnitt zur Verbindung mit der Kurbeleinheit 400 angeordnet ist, eine nach hinten und unten geneigte integrierte untere Verbindungsstange 220, die unter der Kurbelwelle 210 angeordnet ist, und eine nach hinten und oben geneigte integrale obere Verbindungsstange 230, die oberhalb der Kurbelwelle 210 angeordnet ist. Die Kurbeleinheit 400 enthält eine Tretkurbel 410 und zwei Pedale 420, die jeweils mit den beiden Enden der Tretkurbel 410 verbunden sind. Die Antriebseinheit 500 enthält ein vorderes antreibendes Kettenrad 510, das in bekannter Weise mit der Kurbeleinheit 400 verbunden ist, ein hinteres angetriebenes Kettenrad 520, das in bekannter Weise mit dem Hinterrad 600 verbunden ist, und eine um das vordere antreibende Kettenrad 510 und das hintere angetriebene Kettenrad 520 laufende Kette 530.
Das Aufhängungssystem 100 enthält einen hinteren Dreiecksrahmen 10, der hinter dem vorderen Dreiecksrahmen 200 angeordnet ist und ein hinteres Ende zum Haltern des Hinterrads 600 hat, ein unteres Verbindungsstück 20, das den vorderen und den hinteren Dreiecksrahmen 200, 10 gelenkig verbindet, ein oberes Verbindungsstück 30, das den vorderen und den hinteren Dreiecksrahmen 200, 10 gelenkig verbindet und oberhalb des unteren Verbindungsstücks 20 angeordnet ist, und einen hydraulischen Dämpfungszylinder 40, der den vorderen Dreiecksrahmen 200 und das obere Verbindungsstück 30 verbindet.
Der hintere Dreiecksrahmen 10 hat einen allgemein horizontalen unteren Gabelabschnitt 11, der nahe an der Kurbelwelle 210 und etwas höher als diese an seinem vorderen Ende 111 angeordnet ist und nach hinten in Richtung (X) verläuft, einen geneigten oberen Gabelabschnitt 12, der über einem hinteren Ende des unteren Gabelabschnitts 11 angeordnet ist und einstückig von diesem nach oben und vorne verläuft, und eine an der Verbindung zwischen dem oberen und dem unteren Gabelabschnitt 12, 11 angeordnete Halterungseinheit 13.
Das untere Verbindungsstück 20 hat ein erstes Ende, das mit einer ersten Gelenkachse 21 zum schwenkbaren Verbinden des ersten Endes des unteren Verbindungsstücks 20 mit der unteren Verbindungsstange 220 des vorderen Dreiecksrahmens 200 an einer Position nahe an der Kurbelwelle 210 versehen ist, und ein zweites Ende, das mit einer zweiten Gelenkachse 22 zum schwenkbaren Verbinden des zweiten Endes des unteren Verbindungsstücks 20 mit dem vorderen Ende 111 des unteren Gabelabschnitts 11 des hinteren Dreiecksrahmens 10 versehen ist. Die erste Gelenkachse 21 hat eine Drehachse 21' (siehe 3), die unter und hinter der Drehachse 210' (siehe 3) der Kurbelwelle 210 des vorderen Dreiecksrahmens 200 angeordnet ist.
Das obere Verbindungsstück 30 hat ein erstes Ende, das mit einer dritten Gelenkachse 31 zum gelenkigen Verbinden des ersten Endes des oberen Verbindungsstücks 30 mit der oberen Verbindungsstange 230 des vorderen Dreiecksrahmens 200 an einer Position über der Kurbelwelle 210 versehen ist, ein zweites Ende, das mit einer vierten Gelenkachse 32 zum gelenkigen Verbinden des zweiten Endes des oberen Verbindungsstücks 30 mit einem vorderen Ende 121 des oberen Gabelabschnitts 12 des hinteren Dreiecksrahmens 12 versehen ist, und einen Zwischenabschnitt 33, der zwischen der dritten und der vierten Gelenkachse 31, 32 angeordnet ist.
Der hydraulische Dämpfungszylinder 40 enthält einen Zylinderkörper 41, der an seinem vorderen Ende mit dem vorderen Dreiecksrahmen 200 gelenkig verbunden ist, und eine Kolbenstange 42, deren vorderes Ende beweglich mit dem Zylinderkörper 41 verbunden ist und deren hinteres Ende gelenkig mit dem Zwischenabschnitt 33 des oberen Verbindungsstücks 30 verbunden ist. Die Kolbenstange 42 ist relativ zu dem Zylinderkörper 41 über eine Distanz bewegbar, die gleich oder kleiner als ein maximaler Verschiebungswert ist.
Wie 2 zeigt, wirkt sich bei Betätigung einer Hinterradbremse (nicht dargestellt) eine entlang einer Kraftangriffslinie (B) an das Hinterrad 600 angelegte Bremskraft (F) auf die Stoßdämpfungseigenschaften des Aufhängungssystems 100 aus. Die Kraftangriffslinie (B) bildet einen Winkel (θ) mit einer horizontalen Linie (H). Der Winkel (θ) liegt typischerweise in dem Bereich von 40° bis 50°. In dieser Ausführungsform ist der Winkel (θ) etwa 45°. Der hintere Dreiecksrahmen 10 hat einen momentanen Mittelpunkt (O) relativ zu dem vorderen Dreiecksrahmen 200. Der momentane Mittelpunkt (O) liegt an einem Schnittpunkt einer ersten Linie (L1), die die Drehachsen der ersten und der zweiten Gelenkachse 21, 22 verbindet, mit einer zweiten Linie (L2), die die Drehachsen der dritten und der vierten Gelenkachse 31, 32 verbindet. Da die Kraftangriffslinie (B) den momentanen Mittelpunkt (O) und einen Berührungspunkt (P) zwischen dem Hinterrad 600 und dem Boden verbindet, kann die Auswirkung der Bremskraft (F) auf die Stoßdämpfungseigenschaften des Aufhängungssystems 100 minimiert werden.
Wie 1 und 3 zeigen, schwenkt dann, wenn das Hinterrad 600 auf einer unebenen Straßenoberfläche (nicht dargestellt) läuft und dadurch in Richtung (Y) vom Boden weg nach oben bewegt wird, die zweite Gelenkachse 22 des unteren Verbindungsstücks 20 um die erste Gelenkachse 21 des unteren Verbindungsstücks 20 gegen den Uhrzeigersinn von dem Dreiecksrahmen 200 weg zu dem Hinterrad 600 hin, während die vierte Gelenkachse 32 des oberen Verbindungsstücks 30 um die dritte Gelenkachse 31 des oberen Verbindungsstücks 30 im Uhrzeigersinn von dem Hinterrad 600 weg und zu dem vorderen Dreiecksrahmen 200 hin schwenkt. Gleichzeitig wird die Kolbenstange 42 des hydraulischen Dämpfungszylinders 40 in den Zylinderkörper 41 des hydraulischen Dämpfungszylinders 40 zurückgezogen, um so die Relativbewegung zwischen dem vorderen und dem hinteren Dreiecksrahmen 200, 10 zu verzögern.
Wie 1 und 4 zeigen, hat das Aufhängungssystem 100 einen virtuellen Drehpunkt (VPP), der den Drehmittelpunkt der Mitte des Hinterrads 600 darstellt, wenn sich das Hinterrad 600 relativ zu dem vorderen Dreiecksrahmen 200 bewegt. Wenn das Hinterrad 600 an der in 1 gezeigten normalen Position angeordnet ist, läuft der Kolben 42 relativ zu dem Zylinderkörper 41 über ein Viertel bis ein Drittel des maximalen Verschiebungswertes, und der virtuelle Drehpunkt (VPP) ist nahe an einer Verbindung zwischen der Kette 530 und dem vorderen antreibenden Zahnrad 510 angeordnet. Somit kann ein Verlust der Tretenergie vermindert werden. Wenn sich das Hinterrad 600 nach oben vom Boden weg bewegt, bewegt sich der virtuelle Drehpunkt (VPP) nach hinten, wie in 4 gezeigt, um so das unangenehme Rückschlagen der Pedale 420 zu vermindern.

Claims

Hinterradaufhängungssystem (100) für ein Fahrrad zum Absorbieren von auf ein Hinterrad (600) eines Fahrzeugs wirkenden Stößen, welches Fahrrad einen vorderen Dreiecksrahmen (200), ein an einem vorderen Ende des vorderen Dreiecksrahmens (200) angeordnetes Vorderrad (300), eine an einem unteren Abschnitt des vorderen Dreiecksrahmens (200) angeordnete Kurbeleinheit (400) und eine von der Kurbeleinheit (400) angetriebene Antriebseinheit (500) enthält, wobei das Hinterrad (600) hinter dem vorderen Dreiecksrahmen (200) angeordnet ist und von dem Aufhängungssystem (100) gehaltert ist, die Kurbeleinheit (400) eine Tretkurbel (410) und zwei Pedale (420) enthält, die jeweils mit den beiden Enden der Tretkurbel (410) verbunden sind, die Antriebseinheit ein vorderes antreibendes Kettenrad (510), das mit der Kurbeleinheit (400) verbunden ist, ein hinteres angetriebenes Kettenrad (520), das mit dem Hinterrad (600) verbunden ist, und eine um das vordere antreibende Kettenrad (510) und das hintere angetriebene Kettenrad (520) laufende Kette enthält, wobei das Aufhängungssystem (100) einen hinteren Dreiecksrahmen (10) enthält, der so ausgelegt ist, dass er hinter dem vorderen Dreiecksrahmen (200) angeordnet ist und ein hinteres Ende hat, das so ausgelegt ist, dass es das Hinterrad (600) haltert; und einen hydraulischen Dämpfungszylinder (40), der so ausgelegt ist, dass er den hinteren Dreiecksrahmen (10) mit dem vorderen Dreiecksrahmen (200) verbindet und einen Zylinderkörper (41) und eine Kolbenstange (42) enthält, wobei entweder der Zylinderkörper (41) oder die Kolbenstange (42) so ausgelegt sind, dass sie gelenkig mit entweder dem vorderen Dreiecksrahmen (200) oder dem hinteren Dreiecksrahmen (10) verbunden sind, wobei das andere Element von Zylinderkörper (41) und Kolbenstange (42) so ausgelegt ist, dass es gelenkig mit dem jeweils anderen des vorderen Dreiecksrahmens (200) und des hinteren Dreiecksrahmens (10) verbunden ist, wobei die Kolbenstange (42) relativ zu dem Zylinderkörper (41) über eine Distanz bewegbar ist, die gleich oder kleiner als ein maximaler Verschiebungswert ist; und wobei der vordere Dreiecksrahmen (200) mit dem hinteren Dreiecksrahmen (10) über ein unteres Verbindungsstück (20) und ein oberes Verbindungsstück (30) gelenkig verbunden ist, wobei das untere Verbindungsstück (20) über eine erste Gelenkachse (21) mit dem vorderen Dreiecksrahmen (200) und über eine zweite Gelenkachse (22) mit dem hinteren Dreiecksrahmen (10) gelenkig verbunden ist und wobei das obere Verbindungsstück (30) über eine dritte Gelenkachse (31) mit dem vorderen Dreiecksrahmen (200) und über eine vierte Gelenkachse (32) mit dem hinteren Dreiecksrahmen (10) gelenkig verbunden ist, und wobei die erste Gelenkachse (21) des unteren Verbindungsstücks (20) eine Drehachse (21') hat, die in einer Ebene vertikal unterhalb der Drehachse (210') der Kurbelwelle (210) des vorderen Dreieckrahmens (200) angeordnet ist, und wobei der hintere Dreiecksrahmen (10) einen momentanen Mittelpunkt (O) relativ zu dem vorderen Dreiecksrahmen (200) hat, wobei der momentane Mittelpunkt (O) den Schnittpunkt einer durch die Gelenkachsen (21, 22) verlaufenden ersten Linie (L1) mit einer durch die Gelenkachsen (31, 32) verlaufenden zweiten Linie (L2) bildet, wobei eine Linie (B), die den momentanen Mittelpunkt (O) und den Berührungspunkt (P) zwischen dem Hinterrad (600) und dem Boden verbindet, einen Winkel (θ) von etwa 40° bis 50° relativ zu einer horizontalen Linie (H) bildet; dadurch gekennzeichnet, dass das Aufhängungssystem (100) einen virtuellen Drehpunkt (VPP) hat, der so ausgelegt ist, dass er einen Drehmittelpunkt der Mitte des Hinterrads (600) darstellt, wenn sich das Hinterrad (600) relativ zu dem vorderen Dreiecksrahmen (200) bewegt, und der so ausgelegt ist, dass er nahe einem Verbindungspunkt zwischen der Kette und dem vorderen antreibenden Kettenrad (510) liegt, wenn die Kolbenstange (42) relativ zu dem Zylinderkörper (41) über ein Viertel bis ein Drittel des maximalen Verschiebungswertes verschoben wird, und dass er sich nach hinten bewegt, wenn das Hinterrad (600) sich nach oben vom Boden weg bewegt.