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Die
Erfindung betrifft ein Federsystem, insbesondere für Fahrräder.
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Im
Fahrradbereich sind Federsysteme bekannt geworden, bei denen die
Federung über
eine Lockout-Einstellung im Wesentlichen abgeschaltet werden kann.
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Es
ist mit der US 2003/0234144 A1 ein Federsystem für Fahrräder bekannt geworden, bei dem die
Federkennlinie des Federsystems zusätzlich noch in zwei Stufen
einstellbar ist, indem zwei Luftkammern in einem Zylinder angeordnet
sind, die über eine
im Zylinder angeordnete Trennwand voneinander getrennt sind. In
der Trennwand ist ein schaltbares Ventil vorgesehen, um die zweite
Luftkammer zuzuschalten oder abzutrennen. Durch Schließen des Ventils
und Abtrennung der zweiten Kammer wird die Federkennlinie stark
progressiv, da das komprimierbare Volumen verkleinert wird.
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Aus
der US 2005/0012255 A1 ist ein Federsystem mit zwei Luftkammern
bekannt geworden, bei dem die zweite Luftkammer außerhalb
des zylindrischen Gehäuses
angeordnet ist. Dabei ist die weitere Luftkammer als separater Zylinder
ausgeführt,
der parallel zu dem ersten Zylinder angeordnet ist.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weiteres Federsystem
zur Verfügung
zu stellen, welches eine flexible Ge staltung der Federkennlinie
erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Federsystem gemäß Anspruch
1 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäße Federsystem
ist insbesondere für
Fahrräder
geeignet und weist wenigstens eine Gas-Tragfeder mit einer verstellbaren
Progression auf. Wenigstens ein Gehäuseteil ist vorgesehen, in
dem der Tragkolben der Gas-Tragfeder bewegbar aufgenommen ist. Die
Gas-Tragfeder umfasst ein Federvolumen mit einer ersten Federkammer
und wenigstens einer zweiten Federkammer, welche durch eine Trennwand
voneinander getrennt sind. Die erste Federkammer ist innerhalb des
Gehäuseteils
angeordnet. In vorteilhafter Weise erstreckt sich die zweite Federkammer
innerhalb des separaten Gehäuseabschnitts,
der sich an das Gehäuseteil
anschließt.
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Die
Erfindung hat erhebliche Vorteile. Erfindungsgemäß wird ein einfacher und flexibler
Aufbau ermöglicht,
obwohl die Progression der Gas-Tragfeder verstellbar ist und obwohl
das Federvolumen wenigstens zwei Federkammern umfasst. Die Anordnung
der zweiten Federkammer außerhalb
des Gehäuseteils,
in dem der Tragkolben angeordnet ist, erlaubt eine z.B. im Durchmesser
flexible Dimensionierung der zweiten Federkammer, die so unabhängig von
dem Federvolumen der ersten Federkammer erfolgen kann.
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Die
Länge solcher
Federsysteme für
Fahrräder
ist im allgemeinen vorgegeben, da die Maße standardisiert sind. Deshalb
kann nicht einfach die Länge
des Federsystems insgesamt vergrößert werden,
um durch ein möglichst
großes
Volumen der zweiten Federkammer (zweites Volumen) einen möglichst
großen
Unterschied in der Progression beider Federkennlinien zu erzeugen.
Im Stand der Technik nach der US 2003/0234144 A1 ist die Größe des zweiten
Volumens durch technisch bedingte Beibehaltung des Außendurch messers
des Volumens der ersten Federkammer (erstes Volumen) deutlich eingeschränkt.
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Im
Unterschied dazu, kann bei der vorliegenden Erfindung das Volumen
der zweiten Federkammer unabhängig
von dem Volumen der ersten Federkammer variiert werden, da – abgesehen
von der Länge – die äußeren Abmessungen
der zweiten Federkammer unabhängig
von den äußeren Abmessungen
der ersten Federkammer gewählt
werden können.
Das liegt daran, dass die zweite Federkammer außerhalb des Gehäuseteils
angeordnet ist, in dem der Tragkolben angeordnet ist. Gleichzeitig
ist der konstruktive Aufbau gering, da die zweite Federkammer sich
innerhalb des separaten Gehäuseabschnitts
erstreckt, der sich an das Gehäuseteil
anschließt.
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Vorzugsweise
ist in dem Gehäuseteil
die Lauffläche
des Tragkolbens vorgesehen und insbesondere darin gebildet.
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Die
Gas-Tragfeder ist insgesamt als Positivfeder ausgebildet. Zusätzlich zu
der Gas-Tragfeder mit den wenigstens zwei Federkammern kann auch noch
wenigstens eine Negativfeder in das Federsystem integriert sein,
die z.B. als Gasfeder oder als Elastomerfeder ausgebildet ist und
eine gewisse Vorspannung bewirkt, um die Federkennlinie insgesamt anzupassen.
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Es
können
auch mehr als zwei Federkammern vorgesehen sein.
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Z.B.
können
auch drei oder vier oder fünf
Federkammern vorgesehen sein.
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In
allen Ausgestaltungen umfasst das Federsystem insbesondere einen
ersten Lasteinleitungsabschnitt und einen zweiten Lasteinleitungsabschnitt,
um die Kräfte
auf das Federsystem aufbringen zu können. Vorzugsweise ist der
erste Lasteinleitungsabschnitt an einem ersten Ende und der zweite Lasteinleitungsabschnitt
an einem zweiten Ende vorgesehen. In einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
kann auch der Außenzylinder
mittels eines Verbindungselementes zum Rahmen als Lasteinleitungsabschnitt
genutzt werden.
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Das
Gehäuseteil
ist insbesondere als Außenzylinder
des Tragkolbens ausgebildet. Das Gehäuseteil umfasst vorzugsweise
eine zylindrische Innenwandung und kann auch eine zylindrische Außenwandung
aufweisen.
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Die
zweite Federkammer ist vorzugsweise außerhalb des Außenzylinders
angeordnet. Die Trennwand ist vorzugsweise auch außerhalb
des Außenzylinders
angeordnet.
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In
bevorzugten Ausgestaltungen schließt sich die zweite Federkammer
axial direkt oder wenigstens im Wesentlichen direkt an die erste
Federkammer an.
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Vorteilhafterweise
ist die zweite Federkammer im Wesentlichen rotationssymmetrisch
aufgebaut. Insbesondere ist die zweite Federkammer im Wesentlichen
ringförmig
gestaltet. Durch das Innere des Rings wird vorzugsweise ein Teil
der Steuereinrichtung geführt,
die eine drehbare oder axial verschiebliche Axialstange umfassen
kann.
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In
bevorzugten Ausgestaltungen ist eine im Wesentlichen zylindrisch
oder ringförmig
gestaltete erste Federkammer vorgesehen. Es sind jedoch auch von
der rotationssymmetrischen Form abweichende Ausbuchtungen des Gehäuseabschnitts
zur Volumenvergrößerung der
zweiten Federkammer denkbar.
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In
einer Weiterbildung mit z.B. drei Federkammern kann die erste Federkammer
konventionell ringförmig
bzw. zylindrisch ausgeführt
sein, während die
zweite und dritte Federkammern zusammen ebenfalls ein z.B. zylindrisches
oder ringförmiges
Volumen aufspannen. Die Unterteilung der zweiten und der dritten
(und der vierten etc.) Federkammern kann z.B. durch senkrechte Trennwände erfolgen,
die parallel zur Symmetrieachse ausgerich tet sind, so dass die zweite
und die dritte Federkammer jeweils einen Halbring bilden.
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Die
Erfindung ermöglicht
eine Volumenanpassung der ersten und der zweiten Federkammer unabhängig von
einander. Vorzugsweise wird ein Außendurchmesser der zweiten
Federkammer größer gewählt als
ein Außendurchmesser
der ersten Federkammer. In bevorzugten Ausgestaltungen ist der maximale
Außendurchmesser
der zweiten Federkammer wenigstens 5%, insbesondere wenigstens 10% größer als
der maximale Außendurchmesser
der ersten Federkammer. Das ermöglicht
eine Volumenvergrößerung der
zweiten Federkammer bei gleichzeitig gleichbleibender Länge. Das
Volumen der zweiten Federkammer wird dann über einen geeigneten Außendurchmesser
eingestellt.
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In
einer konkreten Ausgestaltung beträgt der maximale Außendurchmesser
der ersten Federkammer 42 mm. Der maximale Außendurchmesser der sich axial
anschließenden
zweiten Federkammer kann dann kleiner oder auch größer sein.
Vorzugsweise ist der maximale Außendurchmesser größer. In
einer Ausgestaltung beträgt
der maximale Außendurchmesser
wenigstens 45 mm, insbesondere 47 mm. Auch Durchmesser von 50 mm
oder von 55 mm sind möglich.
Das wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
erreicht, ohne dass aufwändige
Konstruktionen gewählt
werden müssen,
bei denen seitliche Zusatzkammern an die Hauptkammer angebracht
und damit verbunden werden müssen.
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Das
Gehäuseteil
des Federsystems kann mit einem Gehäusesegment oder einem Deckel
verbunden werden. Das Gehäusesegment
kann gleichzeitig auch als Deckel ausgebildet sein. In dem Gehäusesegment
erstreckt sich insbesondere die zweite Federkammer. Deshalb weist
das Gehäusesegment
in der Regel einen größeren Außendurchmesser
auf als das Gehäuseteil
mit dem Tragkolben. An dem Gehäusesegment
kann eine Stelleinrichtung zur Einstellung der Progression der Federkennlinie
vorgesehen sein.
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In
allen Ausführungsformen
kann wenigstens ein Gehäuseabschnitt
wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen. Das
Gewicht kann bei vergleichbaren Einbaumaßen und auch sonst vergleichbaren
Werten um etwa 5% bis 10% gesenkt werden, was eine Ersparnis von
etwa 10 bis 20 Gramm bedeutet. Das ist ein bedeutender Fortschritt,
da im professionellen und ambitionierten Amateurbereich jedes Gramm
zählt.
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Möglich ist
die Verwendung eines duroplastischen Matrixmaterials. Insbesondere
bevorzugt ist aber, dass das Gehäuseteil,
in dem der Tragkolben angeordnet ist, wenigstens teilweise aus einem
Faserverbundwerkstoff mit thermoplastischem Matrixmaterial besteht.
Thermoplastische Werkstoffe können
verschweißt
und spanend verarbeitet werden.
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In
bevorzugten Weiterbildungen umfasst das Gehäuseteil, in dem der Tragkolben
vorgesehen ist ein Gewinde, um z.B. ein weiteres Gehäusesegment oder
einen Deckel anzuschrauben.
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Besonders
bevorzugt ist es, das Gewinde einstückig an dem Gehäuse aus
einem Faserverbundwerkstoff auszubilden oder in dem Gehäuseteil anzuformen.
Das ist besonders vorteilhaft, da der weitere Arbeitsschritt des
Einklebens eines Gewinderings eingespart wird. Außerdem wird
noch Gewicht eingespart. Das Gewinde ist vorzugsweise direkt auf dem
zur Herstellung verwendeten Kern vorhanden und wird beim Herstellen
direkt mitgewickelt. Diese Vorgehensweise hat unerwartet zum Erfolg
geführt, auch
da über
das Gewinde eine erhebliche Druckdifferenz zur Umgebung abgedichtet
werden muss.
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In
anderen Ausgestaltungen mit einem Gehäuseteil aus einem Faserverbundwerkstoff
ist es auch möglich,
ein Gewindeelement anzufügen
oder einen Gewindeeinsatz einzukleben.
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In
allen Ausgestaltungen ist vorzugsweise wenigstens eine Dämpfereinrichtung
vorgesehen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist es Aufgabe der Erfindung, ein
Federsystem mit verstellbarer Progression und mit einer in der Dämpfwirkung
verstellbaren Dämpfereinrichtung
zur Verfügung
zu stellen, bei dem eine einfache und zuverlässige Verstellung der Progression
und der Dämpfwirkung
der Dämpfereinrichtung
möglich
ist.
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Bei
den im Stand der Technik bekannten Systemen ist jeweils wenigstens
eine Stelleinrichtung zur Einstellung der Dämpfungswirkung vorgesehen und
es ist eine weitere separate Stelleinrichtung zur Einstellung der
Progression der Federkennlinie vorgesehen.
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Zwar
ist ein System bekannt geworden, bei dem die beiden unterschiedlichen
Stellhebel über
einen gemeinsamen Seilzug betrieben werden, aber dazu ist ein hoher
Koordinations- und Synchronisationsaufwand erforderlich. Insbesondere
im Laufe eines längeren
Betriebs können
lokale Dehnungen oder Längungen
im Seilzug oder anderen Teilen auftreten oder sich durch Setzungserscheinungen
bedingt unterschiedliche Bedingungen ergeben, so dass eine ursprünglich eingestellte
und justierte Synchronisation aufgehoben wird. Das führt zu lästigen Nachstellarbeiten
und kann zu Fehlfunktionen führen.
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Ferner
kann die für
Wasser und abrasive Stoffe exponierte Lage der Stellhebel durch
Verschmutzung zu einer Verminderung der Funktionalität führen.
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Das
Federsystem nach Anspruch 13 stellt ein Federsystem mit einer einfachen
Einstellbarkeit zur Verfügung.
Die Unteransprüche
definieren bevorzugte Weiterbildungen.
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Das
erfindungsgemäße Federsystem
weist wenigstens ein Gehäuse
und wenigstens eine Gas-Tragfeder mit einer verstellbaren Progression und
wenigstens eine in der Dämpfwirkung
verstellbare Dämpfereinrichtung
auf. Weiterhin ist ein gemeinsames Einstel lelement an dem Gehäuse vorgesehen,
welche durch Bewegung von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung
zumindest die Progression der Gas-Tragfeder und durch Bewegung von
der zweiten in eine dritte Stellung zumindest die Dämpfungswirkung
der Dämpfereinrichtung
verstellt.
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Diese
Erfindung hat ebenfalls viele Vorteile. Durch die Überführung des
an dem Gehäuse
angeordneten gemeinsamen Einstellelements von einer ersten Stellung
in eine zweite Stellung wird die verstellbare Progression verändert. Insbesondere
wird die Progression verstärkt.
Die Dämpfwirkung
der verstellbaren Dämpfereinrichtung
bleibt hingegen in der zweiten Stellung vorzugsweise unbeeinflusst.
Durch die Überführung des
gemeinsamen Einstellelements von der zweiten Stellung in eine dritte
Stellung wird die Dämpfwirkung
der verstellbaren Dämpfereinrichtung
verändert.
Die Progression der Gas-Tragfeder kann der Progression in der zweiten
Stellung entsprechen, kann aber auch der Progression in der ersten
Stellung entsprechen.
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In
bevorzugten Weiterbildungen kann eine vierte Stellung vorgesehen
sein, in der die Progression und die Dämpfwirkung beeinflusst werden.
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In
allen zuvor beschriebenen Ausgestaltungen weist die Gas-Tragfeder vorzugsweise
ein einstellbares Federvolumen auf. Insbesondere weist die Gas-Tragfeder
zumindest zwei Federkammern auf, die insbesondere durch eine verschließbare Öffnung miteinander
verbunden sind. Die Verbindung bzw, die Öffnung kann z.B. in einem Strömungskanal
vorgesehen sein oder durch ein Ventil gebildet werden.
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In
allen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung nach Anspruch
13 kann die Erfindung gemäß Anspruch
1 oder der zugehörigen
Unteransprüche
ausgebildet sein.
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Das
Einstellelement kann an dem Gehäuse angeordnet
sein, erstreckt sich aber insbesondere in das Gehäuse hinein.
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Das
Einstellelement kann als eine drehbare und/oder verschiebbares Element
ausgeführt
sein. Bevorzugt ist ein einziges drehbewegliches Element, das mit
einer oder mehreren linear beweglichen Elementen zusammenwirkt.
Die linear bewegbaren Elemente können
als Schiebestangen ausgebildet sein. Die Drehbewegung des drehbeweglichen
Element kann auch über
eine Pleuelstange oder mehrere Pleuelstangen oder eine Zahnstange
in eine lineare Bewegung umgesetzt werden.
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Eine
drehbewegliche Anordnung des Einstellelementes erlaubt eine einfache
und zuverlässige
Ausgestaltung mit geringem Wartungsaufwand. Insbesondere ist das
Einstellelement als Nockenwelle ausgeführt.
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Die
Nockenwelle kann über
einen Schieber auf eine Ventilöffnung
einwirken, um das Öffnen
und Schließen
der Öffnung
zwischen der ersten und der zweiten Federkammer zu bewirken. Dazu
weist die Nockenwelle eine oder mehrere Steuerflächen auf, die mit einem Schieber
oder mehreren Schiebern zusammen wirken. Die Nockenwelle kann auch
auf ein Stellelement oder auf einen als Schieber ausgebildetes Ventil
einwirken.
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Wenn
mehr als zwei Federkammern vorgesehen sind, kann die Nockenwelle
auch auf unterschiedliche Stellelemente oder Schieber oder auf einen
Schieber unterschiedlich stark einwirken, um die einzelnen Öffnungen
getrennt voneinander öffnen und
verschließen
zu können.
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Vorzugsweise
wird auch die Dämpfungswirkung
der Dämpfungseinrichtung
durch Drehung der Nockenwelle verstellt, die auf eine Steuerfläche zur Einstellung
der Dämpfungswirkung
einwirkt.
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Es
ist eine gemeinsame und einzige Einstelleinrichtung bzw. ein gemeinsames
und einziges Einstellelement vorgesehen, mit der bzw. dem sowohl eine
Dämpfungseigenschaft
beeinflußbar
ist und mit der bzw. dem auch die Progression der Tragfeder veränderbar
ist. Abgesehen von dieser gemeinsamen und einzigen Stelleinrichtung
kann aber noch ein weiteres Stellelement vorgesehen sein, um z.B. das
Federsystem grundsätzlich
auf z.B. das Fahrergewicht abzustimmen. Die Grobeinstellung erfolgt dann
in der Regel nur einmal oder selten, während die Feinabstimmung bei
jeder Fahrt mehrmals mit der gemeinsamen und einzigen Einstelleinrichtung
erfolgt.
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In
anderen Ausgestaltungen kann das Einstellelement auch verschiebbar
aufgenommen sein. Durch ein unterschiedlich weites Verschieben können die
einzelnen Positionen eingenommen werden. Auch eine kombinierte Dreh-
und Schiebebewegung ist möglich
und bevorzugt.
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In
allen Fällen
ist die zweite Stellung vorzugsweise zwischen der ersten und der
dritten Stellung angeordnet. Dabei ist es bevorzugt, wenn in der zweiten
Stellung die Öffnung
zwischen der ersten und der zweiten Federkammer verschlossen ist,
so dass das Volumen der zweiten Federkammer abgeschaltet ist und
nicht mehr zur Federung der Gas-Tragfeder beiträgt. Dadurch steigt die Progression
der wirksamen Gas-Tragfeder deutlich an.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird in einer dritten Stellung
bzw. Position die Öffnung
verschlossen und die Dämpfungswirkung
verstellt.
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In
einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist ein separater Zusatzzylinder
mit einer zweiten Federkammer vorgesehen, der zu dem ersten Volumen der
ersten Federkammer zuschaltbar ist. Auch bei dieser bevorzugten
Weiterbildung wird die Veränderung
der Dämpfung
und die Einstellung der Federcharakteristik von einem einzigen gemeinsamen
Einstellelement vorgenommen, das an dem Gehäuse vorgesehen ist und sich
in das Gehäuse
hinein erstreckt.
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Die
Erfindung kann auch als Federgabel insbesondere für Fahrräder realisiert
werden, wobei die Federgabel dann eine Gabel und mindestens ein
daran angeordnetes Federsystem umfasst, so wie es zuvor beschrieben
wurde. Auch unterschiedliche Kombinationen einzelner Ausgestaltungen
sind möglich.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel,
das nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert wird.
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In
den Figuren zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Federsystem im
Schnitt;
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2 das
Detail B des Federsystems nach 1 im Schnitt;
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3 die
Nockenwelle des Federsystems nach 1;
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4 eine
schematische Schnittansicht eines weiteren Federsystems in einer
ersten Stellung;
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5 eine
schematische Schnittansicht des Federsystems nach 4 in
einer zweiten Stellung;
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6 eine
schematische Schnittansicht des Federsystems nach 4 in
einer dritten Stellung;
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7 eine
schematische Schnittansicht eines weiteren Federsystems;
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8 das
vergrößerte Detail
A aus der Ansicht nach 7 mit verbundenen Federkammern; und
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9 das
vergrößerte Detail
A aus der Ansicht nach 7 bei getrennten Federkammern.
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Mit
Bezug auf die 1 bis 3 wird nun eine
erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Federsystems 1 erläutert. Das
Federsystem weist mehrere Federn 10, 12, 14, 16 sowie
eine Dämpfereinrichtung 18 auf.
Das Federsystem umfasst in an sich bekannter Weise die Dämpfereinrichtung 18,
die mit einer als Positivfeder ausgeführten Gasfeder 14 zusammenwirkt.
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In
dem Dämpfergehäuse 17 ist
eine Gasfeder 10 vorgesehen, die über einen Trennkolben 11 von
der ersten Dämpferkammer 13 des
Dämpfers
abgetrennt ist. Weiterhin umfasst die Dämpfereinrichtung 18 einen
Dämpferkolben 36,
der die beiden Dämpferkammern 13 und 15 voneinander
trennt. Öffnungen 44 und 46 im
Dämpferkolben 36 erlauben eine
Strömungsverbindung
der beiden Dämpferkammern 13 und 15.
Die Öffnungen 44 und 46 können über die
Axialstange 35 ganz oder teilweise verschlossen werden.
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Ferner
kann der Kolben 36 einen Durchgang (nicht dargestellt)
aufweisen, der nicht von dem als Teller ausgebildeten Sperrventil 45 abgedeckt
ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es
können
auch anders aufgebaute Federsysteme nach der Erfindung eingesetzt
werden.
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In
der Gestaltung gemäß 1 ist
ein Dämpfergehäuse 17 vorgesehen,
das im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet ist. Das Dämpfergehäuse 17 ist an
dem ersten Ende 2 des Federsystems 1 mit einem ersten ösenförmigen Lasteinleitungsabschnitt 3 fest verbunden.
An dem zweiten Ende 4 des Federsystems 1 ist ein
zweiter ösenförmiger Lasteinleitungsabschnitt 5 vorgesehen.
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Das
Federsystem 1 weist ein Gehäuse 40 auf, welches
wenigstens das Dämpfergehäuse 17, das
Gehäuseteil 7 und
das Gehäusesegment 8 umfasst.
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In
dem im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Gehäuseteil 7 ist
der Tragkolben 6 vorgesehen. Das Gehäuseteil 7 bildet einen
Außenzylinder, in
dem der Tragkolben 6 ganz und die als Tragfeder ausgebildete
Gasfeder 14 teilweise aufgenommen ist. Beim Einfedern taucht
das mit dem Tragkolben 6 verbundene Dämpfergehäuse 17 in den Außenzylinder
bzw. das Gehäuseteil 7 ein.
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Die
Gasfeder 14 umfasst ein Federvolumen, welches sich hier
durch die Teilvolumina der ersten Federkammer 19 und der
zweiten Federkammer 20 zusammensetzen kann. Beide Federkammern 19 und 20 werden
durch eine Trennwand 9 getrennt, die hier außerhalb
des von dem zylindrischen Gehäuseteil 7 aufgespannten
Volumens angeordnet ist. Mittels einer Ventileinrichtung an der
Trennwand 9 können
die beiden Federkammern miteinander verbunden und anschließend wieder
voneinander getrennt werden.
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Die
Ventileinrichtung zur Verbindung der beiden Teilvolumina der Federkammern 19 und 20 umfasst Öffnungen 21 und 22 und
einen Kanal 24. Die Verbindung zwischen den beiden Teilvolumina
der Federkammern 19 und 20 kann über einen
Schieber 23 geöffnet
und verschlossen werden. Der Schieber 23 ist hier koaxial
und konzentrisch zur zentralen Symmetrieachse ausgebildet und um
die zentrale Axialstange 35 herum konzentrisch angeordnet. Während der
Schieber 23 zur Einstellung der Progression dient, wird
die Dämpfungswirkung
mittels der Axialstange 35 eingestellt.
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Die
Stellungen des Schiebers 23 und der Axialstange 35 werden
durch eine als Nockenwelle 31 ausgeführtes Einstellelement der Steuereinrichtung 30 gesteuert,
die auch den Schieber 23 und die Axialstange 35 umfasst.
Die Nockenwelle 31 ist quer zur Längsrichtung des Federsystems 1 ausgerichtet und
kann am außen gelegenen
Ende ein Einstellrad aufweisen. Die Nockenwelle kann auch mit einem Seilzug
verbunden sein, um vom Lenker des Fahrrads aus die Einstellungen
vornehmen zu können. Die
Nockenwelle 31 ist ein einziges und gemeinsames Einstellelement
des Federsystems 1, mit welchem die Progression der Federkennlinie
und eine Dämpfungseigenschaft
eingestellt werden kann.
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Die
Nocken 33 und 34 der Nockenwelle 31 wirken
mit entsprechenden Wirkabschnitten an dem Schieber 23 zusammen,
um den Schieber 23 axial zu verschieben. Da der Schieber
nach außen
ragt und dort der geringere Umgebungsdruck herrscht wird hier im
Ausführungsbeispiel
durch den in der Gas-Tragfeder 14 wirkenden Druck der Schieber 23 grundsätzlich nach
außen
gedrückt,
so dass der Schieber 23 den Kanal 24 zum Verbinden
der beiden Federkammern 19 und 20 freigibt. Die
Volumina der ersten Federkammer 19 und der zweiten Federkammer 20 der
Gas-Tragfeder 14 sind dann miteinander verbunden.
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Bei
miteinander verbundenen Federkammern 19 und 20 wird
eine geringere Progression der Gasfeder erzielt, da das größere Gesamtvolumen
zur Verfügung
steht. Wenn hingegen die Nockenwelle 31 noch weiter gedreht
oder wieder zurück
gedreht wird, dann bewirken die Nocken 32 und 34,
dass der Schieber 23 axial in Richtung auf das erste Ende 2 verschoben
wird. Der Schieber 23 verschließt die Öffnungen 21 und 22 und
die beiden Federkammern 19 und 20 werden voneinander
getrennt. Die Progression der Tragfeder 14 wird erheblich
erhöht.
Dann kann z.B. nur noch 70% des maximalen Federwegs nutzbar sein,
da der Kraftanstieg bei dem reduzierten Federvolumen entsprechend
stark ist. Als Federvolumen der Tragfeder 14 steht dann
nur noch das Volumen der ersten Federkammer 19 zur Verfügung.
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In
anderen bevorzugten Ausgestaltungen ist die Wirkweise des Schiebers 23 umgekehrt.
Dort wird der Schieber in der unbelasteten Position durch den Innendruck
des Systems in die geschlossene Position nach außen in Richtung auf das zweite
Ende 4 gedrängt.
Eine Aktivierung durch die Nocken 32 und 34 bewirkt
eine axiale Verschiebung in Richtung des ersten Endes 2 und
die Strömungsverbindung
der beiden Federkammern wird geöffnet.
Genauso kann auch die Axialstange 35 im Grundzustand in
die geschlossene Stellung nach außen gedrängt werden. Dann wird in solchen
Ausgestaltungen die Axialstange 35 aktiv durch die Nocke 33 in
Richtung auf das erste Ende 2 zu bewegt, um die Öffnungen 44 und 46 frei
zu geben.
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Die
Steuereinrichtung 30 und insbesondere das Einstellelement 31 ist
hier an dem Gehäuse 40 angeordnet
und erstreckt sich teilweise darin. Insbesondere ist das Einstellelement 31 an
und teilweise in dem Gehäuseteil 8 vorgesehen,
das auch den Abschlussdeckel des Federsystems 1 bildet.
Die Steuereinrichtung 30 umfasst das als Nockenwelle ausgeführte Einstellelement 31,
das drehbar in dem Gehäusesegment 8 angeordnet
ist.
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Die
Erfindung erlaubt eine flexible Dimensionierung der Federprogression,
da die Volumina der beiden Federkammern 19 und 20 unabhängig voneinander
ausgelegt werden können.
Hier kann die radiale Ausdehnung der zweiten Federkammer 20 erheblich
erhöht
werden, um das oftmals gewünschte große Federvolumen
der zweiten Federkammer zu realisieren. Da die Einbaulänge in der
Regel vorgegeben wird, erlaubt die Erfindung hier eine flexible Anpassung
an die Anforderungen. Bei gleicher Einbaulänge wird eine deutlich vergrößerte Spreizung der
beiden Progressionen der Gas-Tragfeder ermöglicht.
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Auf
eine Anbringung weiterer zylindrischer Federkammern an der Außenseite
der ersten Federkammer kann in vielen Fällen verzichtet werden.
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Das
Gehäusesegment 8 schließt sich
direkt an den Außenzylinder
bzw. das Gehäuseteil 7 an. Das
separat ausgebildete Gehäusesegment 8 wird mittels
eines Schraubgewindes 51 auf ein Gewinde am Gehäuseteil 7 aufgeschraubt.
Weiterhin kann dort ein Dichtring 52 aus einem Dichtmaterial
vorgesehen sein. Die Trennwand 9 bildet hier gleichzeitig
den Abschluss der ersten Federkammer 19 und den Abschluss
der zweiten Federkammer 20, so dass die Federkammern 19 und 20 partiell
direkt aneinander grenzen. Die zweite Federkammer 20 erstreckt
sich weiter radial nach außen
als die erste Federkammer 19. Der Außendurchmesser der zweiten
Federkammer 20 kann bis zu 55 mm oder mehr betragen, während der
Außendurchmesser
der ersten Federkammer 19 z.B. 42 mm beträgt. Das
ist eine Vergrößerung des
Außendurchmessers
um etwa 30%, die sich sehr erheblich auf das mögliche Volumen der zweiten Federkammer 20 auswirkt.
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Die
Kontur der Trennwand 9 ist an die Kontur des Ölkammerverschlusses
bzw. des Tragkolbens 6 angepasst und gestuft ausgebildet,
um im voll eingefederten Zustand ein möglichst geringes Restvolumen
der Kammer 19 zu bewirken. Um ein Durchschlagen zu verhindern
ist auf der der Trennwand 9 zugewandten Seite des Tragkolbens 6 eine
Elastomerfeder 16 vorgesehen, die bei aktivierter zweiter Federkammer 20 ein
Aufschlagen des Tragkolbens 6 auf die Trennwand verhindert.
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Das
Gehäuseteil 7 oder
auch das Gehäusesegment 8 können hier
aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sein. Dazu wird z.B.
bei dem Gehäuseteil 7 auf
einen zylindrischen Kern mit genau bestimmten Abmessungen ein Faserverbundwerkstoff
aufgetragen. Vorzugsweise werden vorgefertigte Matten, Gewebe oder
Prepregs oder dergleichen verwendet, um den Herstellungsprozeß zu beschleunigen.
Es ist aber auch möglich,
den Faserverbundwerkstoff über
andere Verfahren aufzutragen.
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Nach
dem Umwickeln des Kerns wird die Form mittels eines mehrteiligen
Außenwerkzeugs geschlossen,
so dass die Form radial nach innen dicht ist. Das Außenwerkzeug
kann z.B. drei Segmente umfassen, die jeweils einen Winkel von z.B. 120° abdecken.
Zwischen den einzelnen Segmenten kann jeweils ein kleiner Spalt
von z.B. 1/10 bis etwa 5/10 mm verbleiben, um sicher zu stel len,
dass überschüssiges Matrixmaterial
heraustreten kann und um zu gewährleisten,
dass keine Blasen im Werkstück verbleiben.
Anstatt kleiner Spalte sind auch kleine oder kleinste Löcher in
den Segmenten denkbar, durch die Luft und Material abgeführt werden
können.
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Auch
zwei, oder vier oder mehr Segmente sind möglich. Während die Form erhitzt wird,
wird über
die mehrteilige Außenform
Druck auf die Form ausgeübt,
so dass sich das Material homogen und blasenfrei verteilt. Bei Verwendung
von thermoplastischem Matrixmaterial reicht es aus, die Form für kurze
Zeit auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur zu erhitzen.
Bei duroplastischem Material ist die Heizphase länger, um ein optimales Aushärten zu
gewährleisten.
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Das
Material des Kerns ist so gewählt,
dass sich der Kern beim Abkühlen
stärker
zusammenzieht als der Faserverbundwerkstoff, so dass der Kern nach
dem Abkühlen
wieder entnommen wird. Die Verwendung eines aufblasbaren Kerns ist
nicht möglich,
da damit keine zylindrisch glatte und homogene Oberfläche reproduzierbar
herstellbar ist. Die Außenmaße des Kerns
sind so auf den Herstellungsprozeß und das Material angepasst,
dass nach dem Abkühlen
ein passgenaues Bauteil vorliegt.
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Nach
dem Abkühlen
kann das Gehäuseteil 7 bzw.
das Gehäusesegment 8 nach
einer eventuellen Nachbearbeitung in das Federsystem eingebaut werden.
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An
der Unterseite des Kolbens 36 können Ventile, z.B. Rückschlagventile
etc., vorgesehen sein, um in den entgegengesetzten Dämpfrichtungen unterschiedliche
Dämpfeffekte
zu bewirken. Die Ventile können
z.B. als am Dämpferkolben 36 angeordnete
Federplättchen
so gestaltet sein, daß bei
Druckbelastung das Dämpfungsmedium
von der ersten in die zweite Kammer strömen kann, während bei einer Zugbelastung
ein Strömen
des Dämpfungs mediums verhindert
wird. Insbesondere wird Öl
als Dämpfungsmedium
verwendet.
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An
der Kolbenstange 37 ist ein sich axial erstreckender Hohlraum 48 angeordnet.
In der Kolbenstangenmantelwandung sind Durchgangsdämpfungsöffnungen
vorgesehen, die den Hohlraum 48 mit der zweiten Dämpferkammer 15 verbinden.
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Die
Axialstange 35 wirkt mit der Nockenwelle 31 zusammen,
die mit einem Stellrad 30 verbunden sein kann.
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Der
Hohlraum 48 ist. über
die Öffnungen 44 und 46 zur
ersten Dämpferkammer 13 geöffnet, so daß bei entsprechender
Axialstellung der Axialstange 35 Öl zwischen der ersten Kammer 13 und
der zweiten Kammer 15 über
die Durchgangsdämpfungsöffnungen
strömen
kann, und umgekehrt.
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In 2 ist
eine vergrößerte Darstellung
der zweiten Federkammer 20 und der Nockenwelle 31 dargestellt.
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Die
Nockenwelle 31 ist auch in 3 einzeln abgebildet.
An der Nockenwelle sind die einzelnen Nocken 32, 33 und 34 ersichtlich,
die mit der Axialstange 35 und mit dem Schieber 23 zusammenwirken,
um die Dämpfungswirkung
einzustellen und um die Progression der Federkennlinie anzupassen.
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In
allen Ausgestaltungen kann anstatt einer drehbaren Nockenwelle auch
ein axial verschiebbares Einstellelement vorgesehen sein, das über entsprechende
Nocken oder Steuernasen den Schieber 23 oder die Axialstange 35 entsprechend
verschiebt.
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In
den 4 bis 6 ist in schematischer Art ein
weiteres Ausführungsbeispiel
dargestellt. In den 4 bis 6 sind die
drei unterschiedlichen Stellungen 27, 28 und 29 der
Nockenwelle 31 abgebildet. Zur Vereinfachung der Bezugnahme
werden gleiche oder ähnliche
Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie im vorhergehenden
Ausführungsbeispiel.
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In 4 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Dämpfers
dargestellt. Gleiche oder ähnlich
wirkende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie
im vorhergehenden Ausführungsbeispiel.
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Gemäß der Darstellung
nach 4 ist die Nockenwelle in der ersten Stellung 27 abgebildet.
Die Nocken 32 und 34 sind so ausgerichtet, dass
der Schieber 23 den Kanal 24 freigibt und die
Federkammern 19 und 20 miteinander verbunden sind.
Es steht das gesamte Federvolumen zur Verfügung. Ferner ist in dieser
Position das Ventil bzw. Sperrventil 45 geöffnet.
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Durch
Drehung der Nockenwelle um einen vorgegebenen Winkelbetrag, z.B.
90°, wird
die in 5 dargestellte zweite Position oder Stellung erreicht.
Die Nocken 32 und 34 haben den Schieber 23 in
Richtung auf das erste Ende 3 zu bewegt und dadurch die Öffnungen 22 in
der Trennwand 9 der zweiten Federkammer 20 verschlossen.
Die Federprogression der Feder 14 ist deutlich erhöht und der
Federweg verkürzt
sich aufgrund des kleineren zur Verfügung stehenden Federvolumens.
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Die
Stellung der Axialstange 35 ist noch unverändert, da
der Nocken 33 entsprechend gestaltet ist.
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Mit
einer weiteren Drehung der Nockenwelle um z.B. 90° wird die
dritte Position bzw. dritte Stellung 29 erreicht, in der
weiterhin der Schieber 23 durch die Nocken 32 und 34 in
Richtung des ersten Endes 2 gedrängt bleibt, wodurch die Öffnungen 21 und 22 verschlossen
bleiben und die beiden Federkammern 19 und 20 getrennt
bleiben. Die Federprogression bleibt hoch. Weiterhin hat der Nocken 33 mit der
Axialstange 35 zusammengewirkt und eine Bewegung der Axialstange
auf das zweite Ende 4 des Federsystems 1 bewirkt.
Durch das Sperrventil 45 wurden dabei die Öffnungen 44 und 46 der
Dämpfereinrichtung
verschlossen, so dass die Dämpfungswirkung
beeinflusst wird.
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In
weiteren Ausgestaltungen kann die zweite Federkammer 20 noch
in zwei Teilkammern unterteilt sein, die getrennt angesteuert werden
können,
um die Progression der Gasfeder noch feinstufiger abzustimmen. Dazu
könnte
eine äußere Form
verwendet werden, wie sie in 1 abgebildet
ist, wobei die Federkammer 20 durch eine zur Schnittebene
in 1 senkrechte Trennwand in zwei Teilkammern unterteilt ist.
Eine Teilkammer könnte über die Öffnung 21 mit der
ersten Federkammer und die andere Teilkammer über die Öffnung 22 mit der
ersten Federkammer verbunden werden. Durch eine geeignete Gestaltung der
Nocken 32 und 34 könnte dann eine separate Öffnung und
Verschließung
der Teilkammern erzielt werden.
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In
den 7, 8 und 9 ist noch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Federsystems dargestellt. Gleiche oder ähnlich wirkende Teile sind wieder
mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie in den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen.
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Das
Federsystem 1 in den 7 bis 9 weist
ebenfalls mehrere Federn 10, 12, 14, 16 sowie eine
Dämpfereinrichtung 18 auf.
Das Federsystem 1 weist ein Gehäuse auf, das ein Dämpfergehäuse 17, ein
Gehäuseteil 7 und
ein Gehäusesegment 8 umfasst.
Beim Einfedern taucht das Dämpfergehäuse 17 in
das etwa zylindrisch ausgebildete Gehäuseteil 7 ein, in
dem die erste Federkammer 19 der Gasfeder 14 angeordnet
ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist die zweite Federkammer 20 extern in einem separaten
Gehäuse 7a neben
der ersten Federkammer 19 angeordnet. Über Öffnungen 21 und 22 und
einen Kanal 24 sind die beiden Federkammern 19 und 20 der
Gasfeder 14 miteinander verbunden. Der Schieber 23 ist axial
verschiebbar angeordnet und wird durch die Nockenflächen des
als Nockenwelle ausgeführten
Einstellelements 31 in Richtung auf das erste Ende 2 des Federsystems
gedrängt.
Durch den Gasdruck bedingt wird der Schieber 23 automatisch
wieder in die Ausgangslage verschoben, wenn die Nockenwelle 31 wieder
zurückgedreht
wird.
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Wenn
die Nockenwelle 31 sich in der in der 9 dargestellten
Stellung befindet, sind die beiden Luftkammern 19 und 20 der
Gasfeder 14 voneinander getrennt. Wird die Nockenwelle 31 weiter
gedreht, so drücken
die Nockenflächen
gegen den Schieber 23 und bewegen ihn in die in 8 dargestellte
Stellung, in der der Kanal 24 geöffnet ist und die beiden Öffnungen 21 und 22 und
somit auch die Federkammern 19 und 20 miteinander
verbunden sind. Die Federkennlinie wird durch das größere Gesamtvolumen
weniger progressiv.
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Die
Funktion entspricht der Funktion des vorhergehenden Ausführungsbeispiels.
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Obwohl
im Ausführungsbeispiel
nach den 7 bis 9 ein zusätzlicher
externer Zylinder vorgesehen ist, der die zweite Luftkammer umfasst, kann über die
im Gehäusesegment
angeordnete Nockenwelle 31 sowohl die Dämpfungscharakteristik des Federsystems
als auch die Federkennlinie der Gasfeder 14 durch Zu- oder Abschalten
der zweiten Federkammer 20 beeinflusst werden. Die Nockenwelle 31 ist
ein einziges und gemeinsames Einstellorgan in dem Dämpfergehäuse 40,
um beide Einstellungen vorzunehmen.