DE102011016463A1 - Spring- or damping system for sports equipment, particularly bicycles, for balancing jerky or vibration like mechanical stresses, has structural component or individual components of structure components of sports equipment - Google Patents

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Abstract

The spring- or damping system has a structural component or individual components of the structure components of a sports equipment that are formed as spring or damping elements from a pseudoelastic shape memory material. A deformed strain induced martensite is formed by the pseudoelastic shape memory material by applying dynamic loads on the structural component or individual components, where the load is converted back into an austenite. An associated conversion hysteresis absorbs the mechanical energy in the form of shock or vibration and damping of the spring or damping elements.

Description

Die Erfindung betrifft ein Feder-/Dämpfungssystem für Sportgeräte zum Ausgleich der durch ihre ausgeführten Bewegungen hervorgerufenen, auf die Sportgeräte wirkenden stoßartigen und/oder schwingungsartigen Belastungen, insbesondere Fahrräder, Roller, Skateboards, Rennschlitten oder dergleichen Sportgeräte.The invention relates to a spring / damping system for sports equipment to compensate for the induced by their movements, acting on the sports equipment jerky and / or vibration-like loads, especially bicycles, scooters, skateboards, racing sleds or the like sports equipment.

Formgedächtniselemente sind aus dem Stand der Technik für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete bekannt. Sie werden beispielsweise in medizinischen Geräten zur Realisierung von hochflexiblen Komponenten und Implantaten, wie beispielsweise Stents, eingesetzt. Es ist weiterhin bekannt, Formgedächtniselemente auf der Grundlage des sogenannten pseudoelastischen Verhaltens als Feder- oder Dämpfungselemente und als Festkörpergelenke einzusetzen, da sich die Komponenten aus Formgedächtnismaterial an eine durch eine Glühbehandlung zuvor eingeprägte Form erinnern. Die kristalline Umwandlung wird dabei von einer äußeren mechanischen Spannung iniziert. Das hohe Verformungsvermögen der Formgedächtniselemente und das gegenüber vielen Metallen hohe Dämpfungsvermögen von Formgedächtnismaterialien, insbesondere im austenitischen Gefügezustand, ermöglicht insbesondere bei Sportgeräten Anwendungsmöglichkeiten, da die Anforderungen an die Sportgeräte bezüglich des Komforts, der Sicherheit und der Leistung für Nutzer dieser Sportgeräte je nach Einsatzgebiet immer weiter steigen. Aus Gründen des Komforts und zur Vorbeugung von Verletzung werden Sportgeräte, wie z. B. Fahrräder, Roller, Skateboards, Rennschlitten oder dergleichen Sportgeräte insbesondere für den Einsatz in unterschiedlichem Gelände mit Dämpfungsmitteln zum Ausgleich von auf diese Sportgeräte wirkende stoßartige und schwingungsartige Belastungen beim Fahren ausgestattet. Zum Einsatz kommen allgemein Stahlfedern und hydraulische Stoßdämpfer. Bei Rennrädern für den Einsatz auf Straßen kommen jedoch derartige Feder-/Dämpfungssysteme nicht zum Einsatz. Gründe hierfür sind das hohe Gewicht und der Verlust an struktureller Steifigkeit. Deshalb besteht ein großes Interesse für Sportgeräte allgemein darin, zum Ausgleich der durch ihre ausgeführten Bewegungen hervorgerufenen auf die Sportgeräte wirkenden stoßartigen und/oder schwingungsartigen Belastungen, z. B. Fahrräder, Roller, Skateboards Rennschlitten, mit neuen Materialien verbesserte höheren Anforderungen genügende Feder-/Dämpfungssysteme zu schaffen, z. B. bei Rennrädern für den Einsatz auf befestigten Wegen unter Berücksichtigung des Gewichtes eines Fahrrads und einer gewissen geforderten Steifigkeit. Die extreme Steifigkeit heutiger Rennräder, bedingt durch den Rahmenwerkstoff, geht jedoch oftmals zu Lasten des Komforts. Besonders auf längeren Distanzen und nicht optimalen Straßenbelägen treten bei den Rennfahrern deshalb schneller Schmerzen und Ermüdungserscheinungen auf. Durch harte Stöße unterliegen zudem einzelne Fahrradkomponenten einem höheren Verschleiß. Um ein Fahrrad diesbezüglich zu optimieren, wird in der DE 10 2008 029 131 A1 ein Fahrrad mit einem Fahrradrahmen vorgeschlagen, der in seiner Steifigkeit veränderbar vorgesehen ist, um das Fahrrad verschiedenen Disziplinen des Radsports anzupassen. Hierbei wird durch ein Element bzw. einen Sensor aus Piezokeramik die mechanische Energie der fahrbahnbedingten Stöße in elektrische Energie gewandelt. Diese Energie wird anschließend einem Aktuator zur Verfügung gestellt, der durch seine Stellbewegung den Rahmen versteift. Dieses System besitzt jedoch zum einen den Nachteil, dass es technisch sehr aufwendig ist und dass zum anderen die Feder- und Dämpfungseigenschaften des Rahmenmaterials an sich nicht verbessert, sondern nur variiert werden können und dass zusätzliche Vorrichtungen vorgesehen sind, mittels denen die Geometrie der Bauteile eines Fahrrads bezüglich der Position eines Benutzers veränderbar sind. In der DE 10 2005 055 926 A1 wird ein Schwingungsdämpfer mit einem pseudoelastischen Dämpfungsglied beschrieben, um die Dämpfungsfähigkeit einer pseudoelastischen Formgedächtnislegierung durch interne Phasenumwandlung technisch besser zu nutzen. Die Erfindung betrifft eine zusätzliche Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen durch Absorption eines Teils der Schwingungsenergie, die durch eine auf die Vorrichtung einwirkende dynamische Belastung zur Vorrichtung übertragbar ist, und ein federelastisches Kopplungsglied zur Vorbelastung des pseudoelastischen Dämpfungsgliedes, so dass Schwingungen und Stöße über ein breitbandiges Frequenzspektrum gedämpft werden. Diese Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen verbessert die Dämpfungscharakteristik und die Auslegung der Vorbelastung, indem mehrere Funktionen der Formgedächtnisbauteile zusätzlich zur Dämpfungsfunktion genutzt werden. Aus der DE 42 28 847 C1 ist ein metallischer Dämpfungskörper zum Dämpfen stoßartiger, periodisch wechselnder Beanspruchungen bekannt, wobei der Dämpfungskörper aus porösem Formgedächtnismaterial ausgebildet ist, indem sein Inneres eine Vielzahl von Hohlräumen aufweist, die im Dämpfungskörper dadurch gebildet sind, dass er aus Metallkörnern aus Formgedächtnislegierungen zu einem porösen Verbund gesintert ist, so dass bei der Verwendung von stark mechanisch vorgespannten Formgedächtnislegierungen in austenitischem Zustand der pseudoelastische Bereich dieses Legierungstyps zu Dämpfungszwecken ausgenutzt wird, verbunden mit einer sehr starken Hysterese. Aus der DE 197 27 684 C2 ist weiterhin ein zusätzliches Federelement zur Abstützung eines Fahrzeugsitzes gegenüber einem Fahrzeugboden zur Schwingungsdämpfung bekannt, die zum Teil aus einer Formgedächtnislegierung mit einem bei Betriebstemperatur der Feder austensitisch vorliegenden, spannungsinduziert in Martensit umwandelbaren Gefüge besteht.Shape memory elements are known from the prior art for a wide variety of applications. They are used for example in medical devices for the realization of highly flexible components and implants, such as stents. It is also known to use shape memory elements based on the so-called pseudoelastic behavior as spring or damping elements and as solid state joints, since the components of shape memory material remember a previously impressed by an annealing treatment form. The crystalline transformation is thereby initiated by an external mechanical stress. The high deformability of the shape memory elements and the high damping capacity of shape memory materials, especially in austenitic microstructure, allows especially in sports equipment applications, since the demands on the sports equipment in terms of comfort, safety and performance for users of these sports equipment depending on the area of use climb. For reasons of comfort and to prevent injury sports equipment, such. B. bicycles, scooters, skateboards, racing sleds or the like sports equipment especially for use in different terrain equipped with damping means to compensate for acting on this sports equipment jerky and vibration-like loads when driving. Steel springs and hydraulic shock absorbers are generally used. For road wheels for use on roads, however, such spring / damping systems are not used. Reasons for this are the high weight and the loss of structural rigidity. Therefore, there is a great interest in sports equipment in general, to compensate for the caused by their movements performed on the sports equipment impact and / or vibration-like loads, eg. B. bicycles, scooters, skateboards racing sleds, with new materials improved higher requirements sufficient spring / damping systems to provide, for. B. in racing bikes for use on paved roads taking into account the weight of a bicycle and a certain required stiffness. However, the extreme rigidity of today's road bikes, due to the frame material, often comes at the expense of comfort. Especially on longer distances and not optimal road coverings occur with the racers therefore faster pain and fatigue. Due to hard impacts also individual bicycle components are subject to higher wear. In order to optimize a bicycle in this respect, in the DE 10 2008 029 131 A1 proposed a bicycle with a bicycle frame, which is provided variable in its rigidity, to adapt the bicycle to various disciplines of cycling. In this case, the mechanical energy of the road-related shocks is converted into electrical energy by an element or a sensor made of piezoceramic. This energy is then made available to an actuator, which stiffens the frame by its adjusting movement. However, this system has the disadvantage that it is technically very complicated and that on the other hand, the spring and damping properties of the frame material per se does not improve, but only can be varied and that additional devices are provided by means of which the geometry of the components of a Bicycle are variable with respect to the position of a user. In the DE 10 2005 055 926 A1 A vibration damper with a pseudoelastic attenuator is described in order to make better technical use of the damping capability of a pseudoelastic shape memory alloy by means of internal phase transformation. The invention relates to an additional device for damping vibrations by absorbing a portion of the vibration energy, which is transferable to the device by a dynamic load acting on the device, and a resilient coupling member for biasing the pseudoelastic attenuator, so that vibrations and shocks over a broadband frequency spectrum be steamed. This vibration damping apparatus improves the damping characteristic and the preload design by utilizing multiple functions of the shape memory devices in addition to the damping function. From the DE 42 28 847 C1 For example, a metallic damping body is known for damping jerky, periodically alternating stresses, wherein the damping body is formed of porous shape memory material having its interior a plurality of cavities formed in the damping body by being sintered from metal grains of shape memory alloys into a porous composite so that when using highly mechanically stressed shape memory alloys in austenitic state, the pseudoelastic region of this type of alloy is used for damping purposes, combined with a very strong hysteresis. From the DE 197 27 684 C2 Furthermore, an additional spring element for supporting a vehicle seat relative to a vehicle floor for vibration damping is known, the austenitic part of a shape memory alloy with an operating temperature of the spring present, stress induced in martensite convertible structure.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Feder-/Dämpfungssystem für Sportgeräte zum Ausgleich der durch ihre ausgeführten Bewegungen hervorgerufenen, auf die Sportgeräte wirkenden stoßartigen und/oder schwingungsartigen Belastungen, insbesondere für Sporträder, Roller, Skateboards, Rennschlitten und dergleichen Sportgeräte, zu schaffen, indem durch den Einsatz von Formgedächtniselementen als Feder-/Dämpfungsmittel technisch einfach, ohne zusätzliche Vorrichtungen und Veränderung der Geometrie der Strukturbauteile der Sportgeräte eine hohe Dämpfungswirkung auch bei hoher mechanischer Belastung des Feder-/Dämpfungskörpers erreicht wird, ohne die Charakteristik der Sportgeräte grundlegend zu verändern, und zusätzlich eine größere Sicherheit verbunden mit einem höheren Fahrkomfort erreichbar ist.Based on this prior art, the present invention seeks to provide a spring / damping system for sports equipment to compensate for the effects caused by their movements, acting on the sports equipment jerky and / or vibration-like loads, especially for sports bikes, scooters, skateboards, racing sleds and The same sports equipment to create by the use of shape memory elements as spring / damping means technically simple, without additional devices and changing the geometry of the structural components of the sports equipment, a high damping effect is achieved even with high mechanical stress of the spring / damping body, without the characteristic to change the sports equipment fundamentally, and in addition a greater security combined with a higher ride comfort is achievable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Strukturbauteil und/oder einzelne Komponenten der Strukturbauteile eines Sportgerätes aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial als Feder- und/oder Dämpfungselemente ausgebildet sind, wobei sich durch dynamische Belastungen der Strukturbauteile und/oder einzelner Komponenten der Strukturbauteile des Sportgerätes das pseudoelastische Formgedächtnismaterial verformt und dabei spannungsinduzierter Martensit gebildet wird, der bei Entlastung wieder in einen austenitschen Gefügezustand umgewandelt wird, und wobei durch die damit verbundene Umwandlungshysterese mechanische Energie in vorzugsweise thermische Energie umgewandelt wird und damit die pseudoelastischen Feder-/Dämpfungselemente die mechanische Energie in Form von Stößen und/oder Schwingungen abfedern und dämpfen.This object is achieved in that at least one structural component and / or individual components of the structural components of a sports device made of pseudoelastic shape memory material as spring and / or damping elements, which is due to dynamic loads on the structural components and / or individual components of the structural components of the sports equipment pseudoelastic shape memory material deformed while stress-induced martensite is formed, which is converted back into an austenitic microstructure state on discharge, and wherein the associated conversion hysteresis mechanical energy is converted into preferably thermal energy and thus the pseudoelastic spring / damping elements, the mechanical energy in the form of Bounce and dampen impacts and / or vibrations.

Da das Formgedächtnismaterial im austenitischen Gefügezustand ein hohes Dämpfungsvermögen besitzt, kann es sowohl bei einfachen als auch bei hochwertigen Sportgeräten durch seine gute Dämpfungseigenschaften eine erhöhte Sicherheit und einen erhöhten Fahrkomfort für einen Benutzer erreichen, unabhängig von unterschiedlichen Benutzern und Positionen der Benutzer der Sportgeräte und den Bewegungsablauf.Since the shape memory material has a high damping capacity in the austenitic microstructure state, it can achieve increased safety and increased ride comfort for a user, regardless of different users and positions of the users of the sports equipment and the movement sequence in both simple and high-quality sports equipment by its good damping properties ,

Das neue Feder-/Dämpfungssystem für Sportgeräte zum Ausgleich der durch ihre ausgeführten Bewegungen hervorgerufenen, auf die Sportgeräte wirkenden stoßartigen und/oder schwingungsartigen Belastungen mit den vorteilhaften Ausführungsformen und Weiterbildungen hat den Vorteil, dass die federnden und dämpfenden Formgedächtniselemente in unterschiedliche Strukturbauteile und Komponenten eines Sportgerätes integrierbar sind, wobei sowohl ein als auch mehrere Formgedächtnisbauteile in einem Sportgerät zur Anwendungen kommen können, ohne zusätzliche Vorrichtungen und Veränderung der Geometrie der Sportgeräte.The new spring / damping system for sports equipment to compensate for caused by their movements, acting on the sports equipment jerky and / or vibration-like loads with the advantageous embodiments and developments has the advantage that the resilient and damping shape memory elements in different structural components and components of a sports equipment can be integrated, with both one and more shape memory components in a sports equipment can be used without additional devices and change the geometry of the sports equipment.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass zur Verbesserung des Feder-/Dämpfungsverhaltens entweder schon vorhandene Strukturbauteile eines Sportgerätes oder einzelne Komponenten der Strukturbauteile des Sportgerätes, die an der Leitung der Stöße und Schwingungen, die von einer Fahrbahn oder einem unebenen Gelände auf einen Körper eines Benutzers des Sportgerätes übertragen werden, beteiligt sind, sowohl insgesamt als auch abschnittsweise aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet sind, wobei die aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildeten Strukturbauteile des Sportgerätes zusätzlich zur Feder-/Dämpfungsfunktion auch alle erforderlichen üblichen Funktionen der Strukturbauteile übernehmen.Advantageously, it is provided that to improve the spring / damping behavior either already existing structural components of a sports equipment or individual components of the structural components of the sports equipment on the line of shocks and vibrations from a road or a rough terrain on a body of a user of the sports equipment be transferred, are involved, both in whole and in sections of pseudoelastic shape memory material are formed, wherein formed of pseudo-elastic shape memory material structural components of the sports equipment in addition to the spring / damping function also take over all the usual functions of the structural components.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass Verbindungselemente für unterschiedliche Komponenten der Strukturbauteile von Sportgeräten, wie Hülsen, Schrauben, Niete und dergleichen Elemente ebenfalls aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet sind.It is preferably provided that connecting elements for different components of the structural components of sports equipment, such as sleeves, screws, rivets and the like elements are also formed of pseudo-elastic shape memory material.

Alternativ ist auch vorgesehen, dass die Feder-/Dämpfungselemente aus herkömmlichem Material bestehen und sowohl insgesamt als auch abschnittsweise mit pseudoelastischem Formgedächtnismaterial beschichtet sind. Weiterhin ist auch vorgesehen, die pseudoelastischen Formgedächtniselemente in Verbindung mit herkömmlichen Feder-/Dämpfungssystemen vorzusehen.Alternatively, it is also provided that the spring / damping elements consist of conventional material and are coated both overall and in sections with pseudoelastic shape memory material. Furthermore, it is also envisaged to provide the pseudoelastic shape memory elements in conjunction with conventional spring / damping systems.

Eine bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, dass die pseudoelastischen Formgedächtniselemente oder Bereiche der pseudoelastischen Formgedächtniselemente erwärmbar vorgesehen sind, wobei durch eine Erwärmung und die damit verbundene Verschiebung der Spannungs-Dehnungs-Kurve die Feder- und Dämpfungseigenschaften veränderbar sind. Die Erwärmung der pseudoelastischen Formgedächtniselemente oder deren Bereiche ist dabei je nach Einsatzgebiet z. B. durch die Joulsche Wärme, durch zusätzliche Heizgeräte oder über die Umgebungstemperatur vorgesehen.A preferred development is seen in that the pseudoelastic shape memory elements or regions of the pseudoelastic shape memory elements are provided heatable, wherein by a heating and the associated displacement of the stress-strain curve, the spring and damping properties can be changed. The heating of the pseudoelastic shape memory elements or their areas is depending on the application z. B. provided by the Joule heat, by additional heaters or the ambient temperature.

Für Fahrräder ist als erfindungsgemäßes Feder-/Dämpfungssystem zur Kompensation von dynamischen Belastungen eines im Vorbau befestigten Lenkers des Fahrrads eine Hülse aus Formgedächtnismaterial als Feder-/Dämpfungselement vorgesehen, wobei die Hülse zwischen einem Befestigungselement des Vorbaus und einer Vordergabel des Fahrrads angeordnet ist. Zur Kompensation von dynamischen Belastungen sind alternativ der gesamte Vorbau oder auch Teilbereiche des Vorbaus aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet. Weiterhin ist vorgesehen, dass zur Kompensation von dynamischen Belastungen die Vordergabel des Fahrrades vollkommen oder an ihren Enden aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet ist.For bicycles, a sleeve of shape memory material is provided as a spring / damping element as inventive spring / damping system for the compensation of dynamic loads of a stem mounted in the stem of the bicycle, wherein the sleeve between a fastener of the stem and a front fork of the bicycle is arranged. To compensate for dynamic loads are alternatively the entire stem or parts of the stem from pseudoelastic shape memory material formed. Furthermore, it is provided that for the compensation of dynamic loads, the front fork of the bicycle is formed completely or at its ends of pseudoelastic shape memory material.

Desweiteren ist vorteilhaft vorgesehen, dass die federnden und dämpfenden pseudoelastischen Formgedächtniselemente in den Sattel des Fahrrades integriert sind, z. B. in die Sattelschale, in das Sattelgestell oder in die Sattelstütze.Furthermore, it is advantageously provided that the resilient and damping pseudoelastic shape memory elements are integrated in the saddle of the bicycle, z. B. in the saddle shell, in the saddle frame or in the seat post.

Eine bevorzugte Variante wird darin gesehen, dass zur Kompensation von dynamischen Belastungen eines Fahrradsattels, der mittels Klemmbacken und einer Befestigungseinrichtung an einem Sattelrohr befestigt ist, mindestens eine der beiden Klemmbacken der Befestigungseinrichtung aus Formgedächtnismaterial ausgebildet ist, oder dass an einer Sattelschale Aufnahmen für Sattelstreben des Sattelgestells angeordnet sind, in die Formgedächtniselemente integriert sind oder dass die Sattelstreben vollkommen oder teilweise aus Formgedächtnismaterial ausgebildet sind.A preferred variant is seen in that is designed to compensate for dynamic loads of a bicycle saddle which is fixed by means of jaws and a fastening device on a seat tube, at least one of the two jaws of the fastening means of shape memory material, or that on a saddle shell seats for saddle struts of the saddle frame are arranged, are integrated in the shape memory elements or that the saddle struts are completely or partially formed of shape memory material.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass das Tretlager, die Tretkurbeln, das Kettenblatt, das Ritzel oder die Kette des Fahrrades vollkommen oder teilweise aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial bestehen. Vorzugsweise ist zur Kompensation von dynamischen Belastungen der Tretkurbel des Fahrrades für die Aufnahme einer Pedale in einem Kurbelarm der Tretkurbel eine Hülse aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial vorgesehen oder der gesamte Kurbelarm oder Abschnitte des Kurbelarms sind aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet.A further advantageous embodiment is seen in that the bottom bracket, the cranks, the chainring, the pinion or the chain of the bicycle completely or partially made of pseudoelastic shape memory material. Preferably, to compensate for dynamic loads, the pedal crank of the bicycle for receiving a pedal in a crank arm of the pedal crank is provided with a sleeve of pseudoelastic shape memory material, or the entire crank arm or portions of the crank arm are formed of pseudoelastic shape memory material.

Die Integration des Feder-/Dämpfungssystems aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial in schon vorhandene Strukturbauteile oder Komponenten der Strukturbauteile von Sportgeräten, wie sie am Beispiel des Fahrrads dargestellt wurden, hat den großen Vorteil, dass das pseudoelastische Formgedächtnisbauteil zusätzlich zur Dämpfungsfunktion auch alle Funktionen der entsprechenden Strukturbauteile eines Fahrrades übernimmt, ohne dessen Geometrie zu verändern.The integration of the spring / damping system made of pseudoelastic shape memory material in existing structural components or components of the structural components of sports equipment, as shown by the example of the bicycle has the great advantage that the pseudo-elastic shape memory component in addition to the damping function and all functions of the corresponding structural components of a bicycle takes over without changing its geometry.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen für ein Fahrrad näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments illustrated in the drawings for a bicycle. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Feder-/Dämpfungssystems zur Befestigung eines Vorbaus an der Vordergabel eines Fahrrades; 1 an embodiment of a spring / damping system for attaching a stem to the front fork of a bicycle;

2 ein Ausführungsbeispiel des Vorbaus des Fahrrades als Feder-/Dämpfungssystem; 2 an embodiment of the stem of the bicycle as a spring / damping system;

3 ein Ausführungsbeispiel des Feder-/Dämpfungssystems für die Befestigung eines Fahrradsattels in Vorderansicht; 3 an embodiment of the spring / damping system for the attachment of a bicycle saddle in front view;

4 das Ausführungsbeispiel des Feder-/Dämpfungssystems für die Befestigungseinrichtung des Fahrradsattels in Seitenansicht; 4 the embodiment of the spring / damping system for the fastening device of the bicycle saddle in side view;

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Feder-/Dämpfungssystems für den Fahrradsattel; 5 another embodiment of the spring / damping system for the bicycle saddle;

6 ein Ausführungsbeispiel des Feder-/Dämpfungssystems für Sattelstreben des Fahrradsattels; 6 an embodiment of the spring / damping system for saddle struts of the bicycle saddle;

7 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Feder-/Dämpfungssystems für die Sattelstreben des Fahrradsattels; 7 another embodiment of the spring / damping system for the saddle struts of the bicycle saddle;

8 ein Ausführungsbeispiel des Feder-/Dämpfungssystems für eine Aufnahme einer Pedale in einen Kurbelarm einer Tretkurbel des Fahrrades; 8th an embodiment of the spring / damping system for receiving a pedals in a crank arm of a pedal crank of the bicycle;

9 ein Ausführungsbeispiel des Feder-/Dämpfungssystems für einen Kurbelarm einer Tretkurbel des Fahrrades; 9 an embodiment of the spring / damping system for a crank arm of a pedal crank of the bicycle;

10 ein Ausführungsbeispiel des Feder-/Dämpfungssystems für eine Vordergabel eines Fahrrades. 10 an embodiment of the spring / damping system for a front fork of a bicycle.

In den 1–10 werden Ausführungsbeispiele von Feder-/Dämpfungssystemen für ein Fahrrad beschrieben. Strukturbauteile 1, 13, 28, 31 und/oder einzelne Komponenten der Strukturbauteile 1, 13, 28, 31 des Fahrrades sind aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet, um die durch Fahrbahnen oder unebenem Gelände hervorgerufenen stoßartigen und/oder schwingungsartigen Belastungen, die auf die entsprechenden Strukturbauteile 1, 13, 28, 31 und/oder einzelnen Komponenten der Strukturbauteile 1, 13, 28, 31 des Fahrrades wirken, abzufedern und zu dämpfen.In the 1 - 10 Embodiments of spring / damping systems for a bicycle will be described. structural components 1 . 13 . 28 . 31 and / or individual components of the structural components 1 . 13 . 28 . 31 of the bicycle are formed of pseudo-elastic shape memory material to the caused by roadways or uneven terrain shock and / or vibration-like loads on the corresponding structural components 1 . 13 . 28 . 31 and / or individual components of the structural components 1 . 13 . 28 . 31 of the bicycle act to cushion and dampen.

Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Feder-/Dämpfungssystem zur Befestigung eines Vorbaus 1 an einer Vordergabel 31 eines Fahrrades dargestellt. Der Vorbau 1 besteht aus einer Stange 2, an deren einen Seite eine Befestigungseinrichtung 3 für einen nicht näher dargestellten Lenker und auf der anderen Seite ein Befestigungselement 4 für eine in 10 näher dargestellte Vordergabel 31 angeordnet ist. Der Lenker des Fahrrades und die Vordergabel 31 sind dabei fest miteinander verbunden. Zwischen dem Befestigungselement 4 und der Vordergabel 31 ist eine Hülse 5 angeordnet, die zur Kompensation von dynamischen Belastungen des im Vorbau 1 befestigten Lenkers des Fahrrades aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial als Feder-/Dämpfungselement ausgebildet ist. Die Hülse 5 dämpft die dynamischen Belastungen in Form von Vibrationen, Stößen oder ungewollten Schwingungen, die auf das Fahrrad wirken und die über die Vordergabel 31 in den Lenker eingeleitet und damit auf einen Radfahrer übertragen werden. Diese Belastungen können verstärkt insbesondere bei speziellen Rennrädern auftreten. Die Hülse 5 ist je nach Bedarf auch aus herkömmlichen Material ausgeführt und dann mit pseudoelastischem Formgedächtnismaterial beschichtet, wobei die Hülse 5 im Wesentlichen schwingungsdämpfend wirkt.According to the in 1 illustrated embodiment is a spring / damping system for attachment of a stem 1 on a front fork 31 a bicycle shown. The stem 1 consists of a pole 2 , on one side of a fastening device 3 for a handlebar, not shown, and on the other side a fastener 4 for an in 10 detailed front fork 31 is arranged. The handlebar of the bicycle and the front fork 31 are firmly connected. Between the fastener 4 and the front fork 31 is a sleeve 5 arranged to compensate for dynamic loads of the stem 1 attached handlebar of the bicycle is formed of pseudo-elastic shape memory material as a spring / damping element. The sleeve 5 dampens the dynamic loads in the form of vibrations, shocks or unwanted vibrations acting on the bicycle and those on the front fork 31 introduced into the handlebars and thus transferred to a cyclist. These loads can occur more intensively, especially on special racing bikes. The sleeve 5 is also made of conventional material as needed and then coated with pseudoelastic shape memory material, wherein the sleeve 5 essentially vibration-damping effect.

2 zeigt eine alternative Gestaltung des Vorbaues 1, bei der die gesamte Stange 2, die mit einem Ende an der Befestigungseinrichtung 3 für den Lenker und einem anderen Ende an der Befestigungseinrichtung 4 für die Vordergabel 31 befestigt ist, aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet ist, um durch die größere freie Länge eine verstärkte Federwirkung zu erzielen. Als Variation ist die Hülse 5 in Kombination mit der Stange 2 aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet, um nicht nur Schwingungen, sondern auch Stoßbelastungen abzufedern und zu dämpfen. 2 shows an alternative design of the stem 1 in which the entire rod 2 with one end to the fastening device 3 for the handlebar and another end to the fastening device 4 for the front fork 31 is attached, formed of pseudoelastic shape memory material to achieve an increased spring action by the greater free length. As a variation is the sleeve 5 in combination with the rod 2 Made of pseudo-elastic shape memory material to cushion and dampen not only vibrations, but also shock loads.

In den 3 und 4 ist ein Sattelrohr 6 eines Fahrrades dargestellt. An dem Sattelrohr 6 ist eine Befestigungseinrichtung 7 für einen (entsprechend 5) näher dargestellten Fahrradsattel 13 angeordnet. Die Befestigungseinrichtung 7 besteht aus zwei Klemmbacken 8, 9, die über zwei an einem Querrohr 10 befestigte Schrauben 11, 12 mit den nicht dargestellten Sattelstreben 18, 19 des Sattelgestells (entsprechend den 5, 6, 7) verspannt werden. Zur Kompensation von dynamischen Belastungen des Fahrradsattels 13, der mittels der zwei Klemmbacken 8, 9 und der Befestigungseinrichtung 7 an einem Sattelrohr 6 befestigt ist, ist mindestens eine der beiden Klemmbacken 8, 9 der Befestigungseinrichtung 7 aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet, welche die Fahrbahnstöße auf dem Weg zum Fahrradsattel 13 abfedert und dämpft.In the 3 and 4 is a seat tube 6 a bicycle shown. On the seat tube 6 is a fastening device 7 for one (corresponding 5 ) shown in detail bicycle saddle 13 arranged. The fastening device 7 consists of two jaws 8th . 9 that over two on a cross tube 10 fastened screws 11 . 12 with the saddle struts, not shown 18 . 19 of the saddle rack (corresponding to the 5 . 6 . 7 ). To compensate for dynamic loads of the bicycle saddle 13 that by means of the two jaws 8th . 9 and the fastening device 7 on a seat tube 6 is attached, is at least one of the two jaws 8th . 9 the fastening device 7 formed of pseudoelastic shape memory material which the road shocks on the way to the bicycle saddle 13 cushioning and damping.

In 5 ist eine Sattelschale 14 dargestellt, in der Aufnahmen 15, 16, 17 für die Sattelstreben 18, 19 des Sattelgestells angeordnet sind, wobei entweder in die Aufnahmen 15, 16, 17 pseudoelastische Formgedächtniselemente 20, 21, 22 integriert sind oder die Sattelstreben 18, 19 entsprechend den 6 und 7 vollständig oder teilweise aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet sind, um die auf den Fahrradsattel 13 übertragenen Fahrbahnstöße abzufedern und zu dämpfen, und damit eine Weiterleitung auf einen Fahrradfahrer zu mindern, wobei bei der Dämpfung eine Umwandlung von mechanischer Energie in thermische Energie erfolgt.In 5 is a saddle shell 14 shown in the footage 15 . 16 . 17 for the saddle struts 18 . 19 the saddle rack are arranged, either in the recordings 15 . 16 . 17 pseudoelastic shape memory elements 20 . 21 . 22 are integrated or the seat stays 18 . 19 according to the 6 and 7 completely or partially formed of pseudoelastic shape memory material to the on the bicycle saddle 13 to absorb transmitted shocks and attenuate, and thus to reduce a transmission to a cyclist, wherein the attenuation of a conversion of mechanical energy into thermal energy takes place.

In dem Ausführungsbeispiel entsprechend 7 sind in die Sattelstreben 18, 19 Formgedächtniselemente 23, 24, 25, 26 eingesetzt.In the embodiment accordingly 7 are in the saddle struts 18 . 19 Shape memory elements 23 . 24 . 25 . 26 used.

In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei dem zur Kompensation von dynamischen Belastungen in einer Tretkurbel 28 des Fahrrades eine Hülse 29 aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial für die Aufnahme der Pedale in den Kurbelarm 27 vorgesehen ist und so die beim Fahren entstehenden Vibrationen gedämpft werden.In 8th is shown a further embodiment of the present invention, in which for the compensation of dynamic loads in a pedal crank 28 of the bicycle a sleeve 29 made of pseudoelastic shape memory material for receiving the pedals in the crank arm 27 is provided and so the vibrations resulting from driving are damped.

9 zeigt als alternative Gestaltung die Ausbildung des gesamten Kurbelarms 27 oder Bereiche des Kurbelarms 27 aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial. 9 shows as an alternative design the formation of the entire crank arm 27 or areas of the crank arm 27 pseudoelastic shape memory material.

In 10 ist eine Vordergabel 31 eines Fahrrades dargestellt. Die Vordergabel 31 ist vollkommen oder wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel an ihren Enden 32, 33 aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet und besitzt somit gute Feder- und Dämpfungsfunktionen.In 10 is a front fork 31 a bicycle shown. The front fork 31 is perfect or as in the present embodiment at their ends 32 . 33 formed of pseudoelastic shape memory material and thus has good spring and damping functions.

Das pseudoelastische Formgedächtnismaterial besteht in allen Ausführungsbeispielen vorzugsweise aus einer NiTi-Legierung.The pseudoelastic shape memory material in all embodiments preferably consists of a NiTi alloy.

In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind Hülsen, Schrauben, Niete oder sonstige Verbindungselemente zum Zwecke der Dämpfung aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet oder mit pseudoelastischem Formgedächtnismaterial beschichtet.In one embodiment, not shown, sleeves, screws, rivets or other fasteners for the purpose of damping of pseudoelastic shape memory material are formed or coated with pseudoelastic shape memory material.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das Ausführungsbeispiel, sondern ist in den angewandten Methoden variabel. Sie umfasst insbesondere auch Varianten, die durch Kombination von in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschriebenen Merkmale bzw. Elementen gebildet werden können. Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie aus den Zeichnungen entnehmbaren Merkmale sind weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und in den Ansprüchen erwähnt sind.The invention is not limited to the embodiment, but is variable in the methods used. In particular, it also includes variants that can be formed by combining features or elements described in connection with the present invention. All features mentioned in the foregoing description and in the drawings are further constituents of the invention, although they are not particularly emphasized and mentioned in the claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorbauporch
22
Stangepole
33
Befestigungseinrichtung für den LenkerFastening device for the handlebar
44
Befestigungseinrichtung für die VordergabelFastening device for the front fork
55
Hülseshell
66
Sattelrohrseat tube
77
Befestigungseinrichtung für den FahrradsattelFastening device for the bicycle saddle
88th
Klemmbackejaw
99
Klemmbackejaw
1010
Querrohrcross tube
11 11
Schraubescrew
1212
Schraubescrew
1313
Fahrradsattelbicycle saddle
1414
Sattelschalesaddle shell
1515
Aufnahmeadmission
1616
Aufnahmeadmission
1717
Aufnahmeadmission
1818
Sattelstrebe des SattelgestellsSaddle post of the saddle rack
1919
Sattelstrebe des SattelgestellsSaddle post of the saddle rack
2020
FormgedächtniselementShape memory element
2121
FormgedächtniselementShape memory element
2222
FormgedächtniselementShape memory element
2323
FormgedächtniselementShape memory element
2424
FormgedächtniselementShape memory element
2525
FormgedächtniselementShape memory element
2626
FormgedächtniselementShape memory element
2727
Kurbelarmcrank
2828
Tretkurbelcrank
2929
Hülseshell
3030
Aufnahmeadmission
3131
Vordergabelfront fork
3232
Ende der VordergabelEnd of the front fork
3333
Ende der VordergabelEnd of the front fork

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (12)

Feder-/Dämpfungssystem für Sportgeräte, insbesondere Fahrräder, zum Ausgleich von durch Bewegungen auf die Sportgeräte wirkende stoßartige und/oder schwingungsartige mechanische Belastungen, bei dem die Dämpfung durch Formgedächtnismaterial erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strukturbauteil und/oder einzelne Komponenten der Strukturbauteile eines Sportgerätes aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial als Feder- und/oder Dämpfungselemente ausgebildet sind, wobei sich durch dynamische Belastungen der Strukturbauteile und/oder der einzelnen Komponenten der Strukturbauteile des Sportgerätes das pseudoelastische Formgedächtnismaterial verformt und dabei spannungsinduzierten Martensit bildet, der bei Entlastung wieder in Austenit umgewandelt wird, und wobei durch die damit verbundene Umwandlungshysterese die Feder- und/oder Dämpfungselemente die mechanische Energie in Form von Stößen oder Schwingungen abfedern und dämpfen.Spring / damping system for sports equipment, in particular bicycles, to compensate for acting on the sports equipment shock-like and / or vibration-like mechanical loads, in which the damping is effected by shape memory material, characterized in that at least one structural component and / or individual components of the structural components of a Sport device made of pseudo-elastic shape memory material are designed as spring and / or damping elements, which deforms by dynamic loading of the structural components and / or the individual components of the structural components of the sports equipment, the pseudoelastic shape memory material and thereby forms stress-induced martensite, which is converted back into austenite on discharge, and wherein the spring and / or damping elements absorb and dampen the mechanical energy in the form of shocks or vibrations as a result of the associated conversion hysteresis. Feder-/Dämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungselemente für unterschiedliche Komponenten der Strukturbauteile des Sportgerätes, insbesondere Hülsen, Schrauben oder Niete, aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet sind.Spring / damping system according to claim 1, characterized in that connecting elements for different components of the structural components of the sports device, in particular sleeves, screws or rivets, are formed of pseudoelastic shape memory material. Feder-/Dämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Strukturbauteile oder einzelne Komponenten der Strukturbauteile oder Verbindungselemente sowohl insgesamt als auch abschnittsweise aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet sind.Spring / damping system according to claim 1, characterized in that structural components or individual components of the structural components or connecting elements are formed both in total and in sections of pseudoelastic shape memory material. Feder-/Dämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Strukturbauteile, einzelne Komponenten der Strukturbauteile oder Verbindungselemente aus herkömmlichem Material bestehen und sowohl insgesamt als auch abschnittsweise mit pseudoelastischem Formgedächtnismaterial beschichtet vorgesehen sind.Spring / damping system according to claim 1, characterized in that structural components, individual components of the structural components or connecting elements consist of conventional material and are provided both in total and in sections coated with pseudoelastic shape memory material. Feder-/Dämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das pseudoelastische Formgedächtniselement in Verbindung mit einem herkömmlichen Feder-/Dämpfungssystem vorgesehen ist.Spring / damping system according to claim 1, characterized in that the pseudoelastic shape memory element is provided in connection with a conventional spring / damping system. Feder-/Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet dass die pseudoelastischen Formgedächtniselemente oder Bereiche der pseudoelastischen Formgedächtniselemente erwärmbar sind, wobei durch die Erwärmung und die damit verbundene Verschiebung der Spannungs-Dehnungs-Kurve die Feder- und Dämpfungseigenschaften veränderbar sind.Spring / damping system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pseudoelastic shape memory elements or regions of the pseudoelastic shape memory elements are heatable, wherein the heating and the associated displacement of the stress-strain curve, the spring and damping properties are variable. Feder-/Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation von dynamischen Belastungen eines in einem im Vorbau (1) eines Fahrrades befestigten Lenkers (3) eine Hülse (5) aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial als Feder-/Dämpfungselement ausgebildet ist, wobei die Hülse (5) zwischen einem Befestigungselement (4) des Vorbaus (1) und einer Vordergabel (31) des Fahrrades angeordnet ist.Spring / damping system according to one of claims 1 to 6, characterized in that for the compensation of dynamic loads in a in the stem ( 1 ) of a bicycle mounted handlebar ( 3 ) a sleeve ( 5 ) is formed of pseudoelastic shape memory material as a spring / damping element, wherein the sleeve ( 5 ) between a fastener ( 4 ) of the stem ( 1 ) and a front fork ( 31 ) of the bicycle is arranged. Feder-/Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation von dynamischen Belastungen des im Vorbau (1) befestigten Lenkers (3) des Fahrrades ein Teilbereich des Vorbaus (1) aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet ist.Spring / damping system according to one of claims 1 to 6, characterized in that for the compensation of dynamic loads of the stem ( 1 ) mounted handlebar ( 3 ) of the bicycle a portion of the stem ( 1 ) is formed of pseudoelastic shape memory material. Feder-/Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation von dynamischen Belastungen die Vordergabel (31) des Fahrrades vollkommen oder an ihren Enden (32, 33) aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet ist.Spring / damping system according to one of claims 1 to 6, characterized in that to compensate for dynamic loads, the front fork ( 31 ) of the bicycle completely or at its ends ( 32 . 33 ) is formed of pseudoelastic shape memory material. Feder-/Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation von dynamischen Belastungen eines Fahrradsattels (13), der mittels Klemmbacken (8, 9) und einer Befestigungseinrichtung (7) an einem Sattelrohr (6) befestigt ist, mindestens eine der beiden Klemmbacken (8, 9) der Befestigungseinrichtung (7) aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet ist.Spring / damping system according to one of claims 1 to 6, characterized in that for the compensation of dynamic loads of a bicycle saddle ( 13 ), which by means of clamping jaws ( 8th . 9 ) and a fastening device ( 7 ) on a seat tube ( 6 ), at least one of the two jaws ( 8th . 9 ) of the fastening device ( 7 ) is formed of pseudoelastic shape memory material. Feder-/Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation von dynamischen Belastungen des Fahrradsattels (13) an einer Sattelschale (14) Aufnahmen (15, 16, 17) für Sattelstreben (18, 19) des Sattelgestells angeordnet sind, wobei entweder in die Aufnahmen (15, 16, 17) pseudoelastische Formgedächtniselemente (20, 21, 22) integriert sind oder die Sattelstreben (18, 19) vollständig oder teilweise aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet sind.Spring / damping system according to one of claims 1 to 6, characterized in that to compensate for dynamic loads of the bicycle saddle ( 13 ) on a saddle shell ( 14 ) Recordings ( 15 . 16 . 17 ) for saddle struts ( 18 . 19 ) of the saddle rack are arranged, either in the receptacles ( 15 . 16 . 17 ) pseudoelastic shape memory elements ( 20 . 21 . 22 ) or the seat stays ( 18 . 19 ) are formed entirely or partially of pseudoelastic shape memory material. Feder-/Dämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation von dynamischen Belastungen einer Tretkurbel (28) des Fahrrades eine Hülse (29) aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial für die Aufnahme einer Pedale in einem Kurbelarm (27) der Tretkurbel (28) des Fahrrades vorgesehen ist oder der Kurbelarm (27) vollständig oder abschnittsweise aus pseudoelastischem Formgedächtnismaterial ausgebildet ist.Spring / damping system according to one of claims 1 to 6, characterized in that for the compensation of dynamic loads of a pedal crank ( 28 ) of the bicycle a sleeve ( 29 ) of pseudoelastic shape memory material for receiving a pedal in a crank arm ( 27 ) the crank ( 28 ) of the bicycle is provided or the crank arm ( 27 ) is formed completely or in sections of pseudoelastic shape memory material.
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