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Die Erfindung betrifft ein Zweirad mit Federungssystem nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Zweiradfahrzeuge mit Federungssystem sind prinzipiell bekannt.
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Zweiradfahrzeuge, insbesondere motorbetriebene Zweiräder, sind in der Regel mit Federungssystemen ausgestattet. Der Zweck der Federungssysteme ist es, Erschütterungen, die durch Fahrbahnunebenheiten entstehen, für Fahrzeugbauteile und Fahrer zu reduzieren. Dadurch werden Beschädigungen am Zweirad durch äußere Krafteinwirkungen, wie beispielsweise Stöße und Schläge auf den Fahrer sowie eine Beeinträchtigung der Fahrzeugstabilität reduziert.
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So ist beispielsweise aus der
DE 800 944 B ein Zweirad bekannt, welches eine Vorderradfederung aufweist, die als Drehstabfederung ausgebildet ist.
Nachteilig ist es bei einem derartigen System, dass über den Drehstab nur ein lineares Federungsverhalten ausgebildet ist, was dazu führt, dass Fahrzeuge, die mit einer derartigen Federung ausgestattet sind, werksseitig entweder hart, bretthart oder weich ausgestattet sind. Eine Adaption an unterschiedliche Federbeanspruchung insbesondere starke Federbeanspruchung ist in der Regel nicht gegeben.
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Aus
US 4 451 065 A ,
US 4 465 156 A und
US 5 360 078 A sind Federungssysteme von motorisierten Zweirädern gezeigt und beschrieben, wobei jeweils eine Drehfederungssystem zum Tragen kommt.
Nachteilig ist bei derartigen Systemen anzusehen, dass Federungsverhalten bzw. die Progression nicht verändert, angepasst und/oder feinjustiert werden kann.
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Weiter sind Federungssysteme für Zweiradfahrzeuge bekannt, welche häufig auf Spiralfedern in Form von Luft- und/oder Gasfedern aufgebaut sind. Derartige Federungssysteme sind zwischen Rahmen und einer Schwinge oder Gabel, welche das Rad aufnimmt, direkt oder indirekt über unterschiedlichste Hebelsysteme eingebaut. Dabei kommen zwei Federn oder ein einzelnes Federbein zum Einsatz, wobei einzelne Federbeine zentral oder seitlich verbaut sind.
Nachteilig ist hierbei anzusehen, dass derartige Federungssysteme mit zwei Federbeinen, die zwischen Rahmenheck und Schwinge nahe der hinteren Radachse befestigt sind, sich aufgrund des konstruktiv begrenzten Bauraumes, nicht für große Federwege eignen. Zudem ist die Gefahr einer mechanischen Beschädigung der Federbeine wegen der exponierten Position am Zweirad, z.B. im Enduro-Sport sehr groß.
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Alternativ hierzu ergeben zentral angeordnete Federbeine zwar eine Konzentration der Massen in Schwerpunktnähe und eine gegen manuelle Beschädigung geschütztere Position, jedoch ist bei diesen Ausführungen der Nachteil darin zu sehen, dass aufgrund der sehr beengten Raumverhältnisse konstruktive Grenzen aufgezeigt werden, da das Zentralfederbein im Bereich von Auspuffanlagen, Luftfilter und/oder Vergaseranlage liegt. Der temperaturempfindliche Dämpfer und Auspuffelemente sind auf engstem Raum angeordnet.
Weiter ist es hierbei als nachteilig anzusehen, dass das Federbein zentral vor dem Hinterrad angeordnet ist, wodurch sie im direkten Einflussbereich von Schmutz, Wasser und/oder Steinen liegen. Hierzu gilt es anzumerken, dass Zentralfederbeine in der Regel kaum zugänglich sind, z.B. um Vorspannung einzustellen.
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Als nachteilig kann für alle vorstehenden Federungssysteme angeführt werden, dass die Hebelsysteme vom Hersteller am Rahmen und Schwinge fix vorgegeben und nicht verstellbar ausgebildet sind. Die Progressionskennlinien sind dem Fahrer in der Regel nicht bekannt, sodass eine Anpassung der Hebelsysteme nicht vorgenommen werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein technisch neues, dennoch einfaches, vom Gewicht her leichtes und platzsparendes Federungssystem mit einer Drehstabfeder zu schaffen, durch welches ein veränderbares bzw. variables Progressionsverhalten erreicht werden kann.
Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, dass das Progressionsverhalten des Federungssystems auf einfache Weise sensibel und genau eingestellt werden kann.
Darüber ist es Aufgabe der Erfindung ein Federungssystem zu schaffen, welches leicht zugänglich ist, um Wartungs- und die Reinigungsarbeiten zu erleichtern.
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Gelöst wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind mit dem Unteranspruch umfasst.
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Das erfindungsgemäße Zweirad weist ein Federungssystem auf, das als ein Drehstabfederungssystem ausgebildet ist. Die Federwirkung ist zwischen dem mindestens einem Rahmen und der mindestens einen Schwinge ausgebildet, wobei der mindestens eine Rahmen und die mindestens eine Schwinge drehbeweglich miteinander verbunden sind.
Eine Drehbeweglichkeit im Federungssystem zwischen einem Ausgangszustand A1 und einen kraftabhängig ausgelenkten Zustand A2, bezeichnet als Endzustand, ist im Betriebszustand gegeben. Das Federungssystem besteht mindestens aus einer Drehstabfeder, einem Rahmen, einer Schub- oder Zugstange, einem Hebel und einer Schwinge, wobei das Drehmoment des Federungssystem der Kraft die zur Auslenkung führt entgegenwirkt. Das Drehmoment M (Moment) = F2(Kraft) x L(Hebelarmlänge) ist progressiv, degressiv oder linear ausgebildet, und zwar derart, dass der für das Moment verantwortliche Hebelarm L zwischen einem Ausgangszustand A1 und einem ausgelenktem Zustand A2, größer werden, kleiner werden oder konstant bleibend ausgebildet ist.
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Unter dem Begriff Zweirad werden nachfolgend Fahrräder, Fahrräder mit Hilfsmotor und/oder Motorräder umfasst.
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Es hat sich in überraschender Weise herausgestellt, dass ein erfindungsgemäß ausgebildetes Federungssystem für Zweiräder sehr platzsparend ausgebildet werden kann, da es wie in den 1 und 2 gezeigt und beschrieben, sehr einfach aufgebaut ist. Dieser einfache und platzsparende Aufbau des Federungssystems bietet Gestaltungsfreiheit für den Dämpfer, was als weiterer Vorteil zu sehen ist.
Weiter ist es als vorteilhaft anzusehen, dass das Federungssystem sehr leicht zugänglich und damit wartungsfreundlich ausgestaltet ist, um längeneinstellbare bzw. längenveränderliche Elemente des Federungssystems, wie beispielsweise einen längenveränderliche Zug- oder Schubstange gut zugänglich sind. Durch die Einstellbarkeit bzw. Längenveränderbarkeit, z.B. der Zug- oder Schubstange kann die Federungscharakteristik variabel, von progressiv bis degressiv eingestellt werden.
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Zur besseren Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung sind nachfolgende Figuren angefügt.
- 1: Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Federungssystems;
- 2: Darstellung des Federungssystems gemäß 1 in Ausgangs- und Endzustand;
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1 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Federungssystem 1 für ein Zweirad. Hierbei ist es als unabhängig anzusehen, ob das Zweirad als ein motorisiertes oder nicht motorisiertes Zweirad vorliegt. Als Beispiel wurde eine Federung des Hinterrades 16 ausgewählt, jedoch ist das Prinzip auch auf eine Federung des Vorderrades anwendbar bzw. einsetzbar.
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Das Federungssystem 1 nach 1 weist mindestens einen Rahmen 11, mindestens eine Schub- oder Zugstange 12, mindestens eine Schwinge 14, mindestens einen Hebel 13 und mindestens eine Drehstabfederung 15 auf, wobei der Rahmen 11 mit der Schub- oder Zugstange 12 durch ein Drehgelenk 21, die Schubstange 12 mit dem Hebel 13 durch ein Drehgelenk 22, der Hebel 13 mit der Schwinge 14 durch ein Drehgelenk 23 und die Schwinge 14 mit dem Rahmen (11) durch ein Drehgelenk 24 miteinander drehbeweglich verbunden sind.
Hierbei gilt es festzuhalten, dass mindestens eines der Drehgelenke 2 als ein Drehstabfederelement 15 ausgeführt sein muss, wobei ein Abstand (L) durch eine senkrechte auf die Kraftlinie 121 der Schubstange 12 zum Drehpunkt 24 definiert ist. Dies bedeutet, dass in dieser Ausführungsform das Drehstabfederelement 15 im Drehpunkt 24 integriert ist. Der Drehstab des Federelementes 15 ist in dieser Ausführungsform quer zur Fahrtrichtung in die Hinterradschwinge bzw. deren gemeinsamen Drehgelenk eingebaut, wobei der Drehstab auf der einen Seite verdrehfest, auf der anderen drehbar gelagert ist.
Das Progressionsverhalten kann in dieser Ausführungsform dadurch eingestellt werden, indem beispielsweise die Schub- oder Zugstange 12 längenveränderlich ausgestaltet ist. In 1 ist die Längenveränderlichkeit über eine Gewindestange dargestellt und gegeben.
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Unabhängig von der Ausgestaltung gemäß 1 ist die die mindestens eine Drehstabfeder (15) in mindestens einem Drehgelenk (2, 21, 22, 23, 24) angeordnet. Bevorzugt ist jedoch die mindestens eine Drehstabfeder (15) im Drehgelenk (24) zwischen Schwinge und Rahmen angeordnet.
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In einer nicht dargestellten vorteilhaften Ausführungsform ist die Längenveränderlichkeit, z. B. der Schub- oder Zugstange über eine Fernbedienung realisiert. Fernbedienung bedeutet, dass eine Einstellmöglichkeit der Länge der Schub- oder Zugstange beispielsweise am Lenker ausgebildet ist. Über einen Wählhebel am Lenker des Zweirades können dann Einstellungen am Federungssystem vorgenommen werden und dies auch für Einstellungen während des Fahrbetriebes. Die Einstellung der Länge der Schub- oder Zugstange kann elektrisch, mechanisch und/oder hydraulisch erfolgen bzw. gesteuert werden. Derartige Einstellsysteme sind dem Fachmann aus anderen Gebieten bekannt.
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In der 2 ist das erfindungsgemäße Federungssystem 1 gemäß 1 in einem Ausgangszustand in durchgezogenen Linien und einem gestrichelt dargestellten Endzustand dargestellt.
Das Einfedern des Hinterrades 16 führt zu einer Verdrehung des Drehstabes 15, welcher wiederum der Einfederung einen Widerstand entgegensetzt. Das Drehmoment welches im Drehstab 15 entsteht, wird über den Hebel 13 in die Wirklinie 121 der Schub- oder Zugstange 12 und von dort in den Rahmen 11 eingeleitet.
Der Abstand L im nicht eingefederten Ausgangszustand liegt als ein Abstand L1 vor, wobei im Ausgangszustand die Schwinge 14 nicht mit einer auf das Hinterrad 16 wirkende Kraft F1 beaufschlagt ist. Die Kraft F1 wird in dieser Ausführungsform über das Hinterrad 16 des Zweirades auf die Schwinge 14 übertragen. Durch die über das Hinterrad 16 einwirkende Kraft F1 wird das Federungssystem 1 in einen Endzustand, einen eingefederten Zustand versetzt.
Im Endzustand ist der Abstand L als ein Abstand L2 ausgebildet.
Der Abstand L2 des Endzustandes ist größer dem Abstand L1 des Ausgangszustandes, was dazu führt, dass über die Veränderung des Abstandes L in der beschriebenen Form ein progressives Federungsverhalten mit einem höheren Drehmoment zur Folge hat. Das Moment berechnet sich im eingefederten Zustand, sog. Endzustand über das Produkt aus L2 und F2. F2 liegt in der Wirklinie 121 der Schub- oder Zugstange an.
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Allgemein gilt es festzuhalten, dass die Geometrie des Federungssystems varierbar ist und an bestimmte Anforderungen im Fahrbetrieb angepasst werden kann. So kann beispielsweise, nur um ein Beispiel zu nennen, auch der Befestigungspunkt der Schub-oder Zugstange am Rahmen variierbar ausgestaltet sein. Die Geometrie des Federungssystems kann auf diese Weise problemlos an die Einbausituation im entsprechenden Zweirad angepasst werden.
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Unabhängig davon, wie das Federungssystem ausgestaltet ist, kann die maximale Einfederungsposition durch einen mechanischen Endanschlagpuffer, oftmals als Elastomer ausgeführt, festgelegt sein.
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Weiter gilt es anzumerken, dass das Drehstabsystem, neben der Ausführung in 1 und 2, auch andersartig angeordnet sein kann. Die Anordnung des Drehstabes in einem Schwingenholm der Schwinge oder im Rahmen ist ebenfalls möglich. Ebenso möglich ist ein Drehstab, der aus zwei oder mehreren miteinander gekoppelten konzentrischen Rohren besteht, wodurch Bauraum und vor allem Baulänge der Drehstabfederung eingespart werden kann.
Ausgeführt kann ein derartiges Federungssystem beispielsweise durch den Einsatz hochfester Werkstoffe mit niedrigem Elastizitätsmodul, wie beispielsweise Titanlegierungen. Bei der Berechnung des Federungssystems, insbesondere des Drehstabes, finden Werkstofffestigkeit, Durchmesser und dessen Länge Beachtung.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch gezeigte und beschriebene Federungssysteme die Federkraft mit zunehmender Einfederung des Rades überproportional zunimmt oder abnimmt. Ein progressives Federverhalten wurde damit ermöglicht. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass die Federung bei kleinen Unebenheiten leicht nachgiebig ausgebildet ist, wohingegen große Bodenunebenheiten nicht dazu führen, dass der Federweg der Feder aufgebraucht ist und diese keine weitere Federwirkung mehr zulässt. Dadurch lassen sich Fahrkomfort, Bodenhaftung bzw. Traktion des Rades und Durchschlagfestigkeit verbessern. Im Straßenverkehr wird dadurch ein höherer Fahrkomfort, im Rennsport höhere Geschwindigkeiten erreicht. Je größer die Bodenunebenheiten sind und je höher die Geschwindigkeiten der Fahrzeuge sind, desto mehr Federweg wird benötigt. Im Motocross wird beispielsweise viel Federweg und im Straßenrennsport wird vergleichsweise wenig Federweg benötigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1 Federungssystem
- 11
- Rahmen
- 12
- Schub- oder Zugstange
- 121
- Kraftlinie
- 13
- Hebel
- 14
- Schwinge
- 15
- Drehstabfederelement
- 16
- Hinterrad
- 2 Drehgelenke
- 21
- Drehgelenk zwischen Rahmen und Schub- oder Zugstange
- 22
- Drehgelenk zwischen Schubstange und Hebel
- 23
- Drehgelenk zwischen Hebel und Schwinge
- 24
- Drehgelenk zwischen Schwinge und Rahmen
- 3 Strecken/Abstände
- L
- Abstand, senkrechte auf Kraftlinie 121 durch Drehpunkt 24
- L1
- Abstand Ausgangszustand
- L2
- Abstand Endzustand
- 4 Kraft F
- F1
- auf Hinterrad
- F2
- Wirkkraft in der Schub- oder Zugstange
