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Die Erfindung betrifft ein Innenrohr für eine Radaufhängung eines Motorrades sowie eine entsprechend ausgebildete Radaufhängung und ein entsprechend ausgebildetes Motorrad.
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Teleskopgabeln, auch als Telegabeln bezeichnet, dienen zur federgedämpften Aufhängung eines Vorderrades bei Motorrädern und bei motorradähnlichen Fahrzeugen, wie beispielsweise zwei-, drei,- oder vierrädrigen Motorrollern beziehungsweise Scootern. Üblicherweise umfassen die Teleskopgabeln in ihrer Grundkonstruktion zwei parallele Gleitrohre (auch als Außenrohr oder Tauchrohr bezeichnet), welche jeweils ein konzentrisch angeordnetes Standrohr (auch Innenrohr) aufweisen. Das Standrohr kann teleskopartig in das jeweilige Gleitrohr hinein gleiten und damit das Rad entlang einer Geraden führt. Bei einer klassischen Bauform sind die Standrohre mittels der sogenannten Gabelbrücken über das Lenkrohr mit dem Rahmen verbunden, während das Rad über seine Achse an den Gleitrohren angeordnet ist.
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Dagegen ist diese Anordnung bei der Upside-Down-Gabel umgekehrt ausgerichtet, so dass hier die Außenrohre mittels der Gabelbrücken über das Lenkrohr am Rahmen befestigt sind und die Innenrohre die Radachse tragen.
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Im Fall der Upside-Down-Gabel ist das Innenrohr in der Regel aus Stahl gefertigt und hat eine hohe Wandstärke, um eine ausreichende Festigkeit für die Belastungen des Fahrbetriebs zu gewährleisten. Dementsprechend stellt das Innenrohr meist eine große ungefederte Masse dar. Neben den ungedämpften Schwingungen stellt die starke Übertragung von Geräuschen ein weiteres Problem dar.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Innenrohr bereitzustellen, welches die genannten Nachteile zumindest reduziert.
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Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Innenrohres mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie einer Radaufhängung gemäß dem Gegenstand von Patentanspruch 11 und einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.
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Demnach wird ein Innenrohr bereitgestellt, welches zum teleskopartigen Gleiten in einem Außenrohr einer Radaufhängung für ein Fahrzeug ausgebildet ist, wobei das Innenrohr ein innenliegendes Verstärkungsrohr und ein das Verstärkungsrohr zumindest teilweise umschließendes Gleitelement umfasst, wobei das Gleitelement fest mit einer äußeren Mantelfläche des Verstärkungsrohrs verbunden ist und eine Gleitoberfläche für das teleskopartige Gleiten in dem Außenrohr definiert.
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Es wird also ein Innenrohr vorgeschlagen, welches im Gegensatz zu bisherigen Innenrohren nicht aus einem einzigen, einheitlichen Rohrelement besteht, sondern sich aus mindestens den beiden separaten Komponenten, dem Verstärkungsrohr und dem Gleitelement, zusammensetzt. Das Gleitelement ist auf einer äußeren Oberfläche des Verstärkungsrohres angeordnet und fest mit dieser verbunden. Somit bildet also das Gleitelement mit seiner eigenen äußeren Mantelfläche die äußere Oberfläche des Innenrohres, die als Gleitoberfläche für das teleskopartige Gleiten in dem Außenrohr vorgesehen ist. Zum Beispiel kann das Gleitelement im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und koaxial zu dem Verstärkungsrohr angeordnet sein, wobei eine Innenseite des Gleitelements in flächigem Kontakt mit dem Verstärkungselement angeordnet ist. Ebenfalls beispielsweise weist kann das Verstärkungsrohr zumindest hinsichtlich seiner Außenkontur beziehungsweise äußeren Form eine Zylinderform aufweisen.
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Der mehrteilige Aufbau bietet den besonderen Vorteil, dass das Gleitelement in besonderer Weise auf die gewünschten Gleiteigenschaften ausgelegt werden kann. Eine Festigkeit und Steifigkeit des gesamten Innenrohres kann dagegen beispielsweise durch eine Geometrie und ein Material des Verstärkungsrohrs bestimmt werden.
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Dieser Aufbau ermöglicht es daher auch, dass das Gleitelement und das Verstärkungsrohr aus unterschiedlichem Material gefertigt sind. Das Gleitelement kann also aus einem anderen Material gefertigt werden als das Verstärkungsrohr. Auf diese Weise kann eine noch gezieltere Auslegung der jeweiligen Komponente auf die jeweils zu erfüllenden Anforderungen, also die Gleitfähigkeit beziehungsweise die Festigkeit, erzielt werden.
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Zum Beispiel kann das Verstärkungsrohr teilweise oder vollständig aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt sein. Dies ermöglicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit und Steifigkeit ein Gewicht des Verstärkungsrohres und damit des gesamten Innenrohres signifikant gegenüber gekannten Innenrohren zu senken, die bisher einheitlich aus Metall bestehen. Als Verstärkungsfasern zur Verstärkung des Kunststoffes eignen sich insbesondere Kohlefasern, Glasfasern, Aramidfasern, Kunstfasern, Naturfasern aber auch Metallfasern.
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Die Verstärkungsfasern können als Endlosfasern, Langfasern oder Kurzfasern zum Einsatz kommen. Im Falle von Endlosfasern können die Verstärkungsfasern als Faserhalbzeuge in Form von unidirektionalen Faserrovings beziehungsweise Tapes, als Gewebe, Gelege, Geflecht oder als Vlies eingesetzt werden. Kurzfasern und Langfasern können zum Beispiel jeweils mittels Faserspritzen verarbeitet werden.
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Beispielsweise kann in Rahmen eines Fertigungsverfahrens das Verstärkungsrohr in das Gleitelement eingebracht und dort flächig mit einer inneren Oberfläche des Gleitelements verbunden werden. Die Verbindung kann zum Beispiel mittels Warmverkleben, aber durch Induktionskleben oder andere geeignete Fertigungsverfahren erzielt werden. Im Falle des Induktionsklebens wird Harz über kleine Öffnungen in dem Gleitelement nachträglich zugeführt.
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Unabhängig hiervon kann das Gleitelement als Gleithülse ausgebildet und aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, Edelstahl, Aluminium oder einer geeigneten Legierung dieser Metalle, gefertigt sein. Auf diese Weise wird eine möglichst optimale Gleitoberfläche der Gleithülse bereitgestellt, welche zudem unempfindlich gegen mechanische Belastungen, Verschmutzung und Witterung ist.
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Alternativ kann das Gleitelement als Oberflächenbeschichtung ausgebildet sein und einen metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, Edelstahl, Aluminium oder eine geeignete Legierung dieser Metalle umfassen. Die Oberflächenbeschichtung kann hierzu auf der äußeren Mantelfläche des Verstärkungsrohres aufgebracht sein. Zu deren Herstellung kann die äußere Mantelfläche des Verstärkungsrohres mit einem der genannten Werkstoffe oder einer Kombination hieraus beschichtet werden. Gegebenenfalls kann es erforderlich sein eine Zwischenschicht auf die äußere Oberfläche des Verstärkungsrohres aufzubringen, auf der wiederum die Oberflächenbeschichtung aufgebracht wird.
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Im Fall der Ausgestaltung des Gleitelements als Oberflächenbeschichtung wird eine Festigkeit maßgeblich durch das Verstärkungsrohr bestimmt, wohingegen die Oberflächenbeschichtung vorrangig zur Bereitstellung der Gleitoberfläche vorgesehen ist und eine vergleichsweise geringe Schichtdicke als Wandstärke aufweist.
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Gemäß einer Ausführungsform kann jedenfalls eine Wandstärke des Verstärkungsrohres größer sein als eine Wandstärke des Gleitelements. Auf diese Weise kann das vergleichsweise schwere Material des Gleitelements auf eine erforderliche Geometrie reduziert und somit das Gewicht des Innenrohres gesenkt werden. Ist das Gleitelement als Oberflächenbeschich-tung ausgestaltet, kann das hierdurch verursachte Gewicht gegenüber einer Ausführung als Gleithülse nochmals verringert werden.
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Außerdem kann das Gleitelement im Falle einer Ausführung als Gleithülse beispielsweise eine zusätzliche Oberflächenbeschichtung aufweisen, welche auf der Mantelfläche der Gleithülse aufgebracht ist und die Gleitoberfläche der Gleithülse definiert. Dies bietet sich beispielsweise für eine weitere Verbesserung der Gleiteigenschaften an, indem eine reibmindernde Oberflächenbeschichtung auf die Gleithülse aufgebracht ist, wie zum Beispiel eine sogenannte „Diamond-like Carbon“- Beschichtung, kurz: DLC-Beschichtung.
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Unabhängig von der Ausführungsform des Gleitelements als Gleithülse oder Oberflächenbeschichtung, kann dieses in einer Umfangsrichtung geöffnet ausgebildet sein, um das Verstärkungsrohr in der Umfangsrichtung zumindest teilweise zu umgreifen, oder in der Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet sein, um das Verstärkungsrohr in der Umfangsrichtung vollständig zu umgreifen. In jedem Fall ist das Gleitelement koaxial zu dem Verstärkungsrohr angeordnet und bildet die Gleitoberfläche.
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Des Weiteren kann das Verstärkungsrohr im Inneren einen zylinderförmigen, kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Hohlraum definieren. Die Zylinderform des Hohlraumes ergibt sich durch Ausgestaltung des Verstärkungsrohres als Hohlrohr. In diesem Fall ist eine Wandstärke entlang der Längsrichtung des Verstärkungsrohres konstant. Ist der Hohlraum dagegen kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgeführt, so nimmt eine Wanddicke in Richtung der Längsrichtung des Verstärkungsrohres (zumindest in diesem Abschnitt) ab oder zu. Dies bietet die Möglichkeit die Wandstärke an lokal unterschiedliche Belastungen anzupassen und dennoch eine möglichst gewichtssparende Konstruktion bereitzustellen.
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Es versteht sich, dass mehrere der genannten Formen des Hohlraumes vorgesehen werden können, indem das Verstärkungsrohr entlang seiner Länge (also in dessen Längsrichtung) mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Hohlraumformen aufweist. So kann beispielsweise ein zylinderförmiger Abschnitt an einen kegelstumpfförmigen Abschnitt angrenzen. Vorzugsweise bilden die jeweiligen Abschnitte zusammen einen gemeinsamen Hohlraum mit entsprechend zusammengesetzter Form. Ebenso sind andere geometrische Formen des Hohlraumes möglich.
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Beispielsweise kann eine Symmetrieachse des Hohlraumes koaxial zu einer Symmetrieachse des Verstärkungsrohres angeordnet sein. Jedoch ist es aber auch möglich, dass die Symmetrieachse des Hohlraumes parallel und zugleich exzentrisch zu der Symmetrieachse des Verstärkungsrohres angeordnet ist. In diesem Fall ist die Wandstärke des Verstärkungsrohres in einer Querrichtung lokal unterschiedlich stark ausgeführt. So kann beispielsweise die Wandstärke des Verstärkungsrohres entlang einer Umfangsrichtung variiert sein. Mit anderen Worten dargestellt, ist innerhalb eines Querschnitts des Verstärkungsrohres, welcher senkrecht zu der Symmetrieachse des Verstärkungsrohres ausgerichtet ist, eine Wandstärke nicht umlaufend konstant, sondern ist an verschiedenen Punkten des Querschnitts unterschiedlich groß.
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Des Weiteren wird eine Radaufhängung, insbesondere eine Vorderradaufhängung, für ein Fahrzeug bereitgestellt. Diese umfasst ein Außenrohr und ein teleskopartig in dem Außenrohr gleitend angeordnetes Innenrohr, wobei das Innenrohr gemäß dieser Beschreibung ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Vorderradaufhängung eine Teleskopgabel mit jeweils zwei Außenrohren, welchen jeweils eines der beschriebenen Innenrohre zugeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Wandstärke des Verstärkungsrohres im verbauten Zustand in Richtung einer Längsrichtung des Fahrzeugs größer gewählt, als in einer rechtwinklig zu der Längsrichtung ausgerichteten Breitenrichtung des Fahrzeugs. Dies ermöglicht eine gezielt erhöhte Steifigkeit in der Längsrichtung des Fahrzeugs, um beispielsweise Belastungen durch starke Verzögerungen des Fahrzeugs zu berück-sichtigen. Dagegen kann in der Querrichtung aufgrund der in dieser Richtung geringeren Kräfte eine Wandstärke reduziert sein. Auf diese Weise kann ein Gewicht beziehungsweise eine Masse des Innenrohres und damit der gesamten Radaufhängung zusätzlich reduziert werden.
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Des Weiteren wird ein Fahrzeug mit einer Radaufhängung bereitgestellt, wobei das Fahrzeug ein Motorrad oder ein motorradähnliches Fahrzeug ist, und die Radaufhängung als Vorderradaufhängung ausgebildet ist, die gemäß dieser Beschreibung ausgebildet ist.
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Als motorradähnliches Fahrzeug sind insbesondere alle Einspurfahrzeuge aber auch Mehrspurfahrzeuge jeweils mit entsprechender sattelförmiger Sitzbank für den Nutzer, besonders bevorzugt zweirädrige, dreirädrige oder vierrädrige Motorroller und Scooter, aber auch Quads oder Trikes zu verstehen.
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Zusammengefasst dargestellt bietet also der beschriebene Aufbau des Innenrohres die Möglichkeit einer gezielten Abstimmung der einzelnen Komponenten, insbesondere durch eine Mischbauweise, vorzunehmen, so dass die Wandstärken des Gleitelements und des Verstärkungsrohres individuell angepasst werden können, um ein möglichst optimales Gewicht zu erzielen.
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So kann die Wandstärke des Gleitelements gering ausgelegt und somit das Gewicht des Innenrohres stark reduziert werden. Dies bietet die Möglichkeit das Gleitelement als Gleithülse in Form eines dünnwandigen Metallrohrs auszubilden und durch das innenliegende, dickwandige Verstärkungsrohr zu verstärken. Dieses kann faserverstärktem Kunststoff, also Composites (CFK, GFK, etc.), umfassen und so zwar eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bereitstellen, gleichzeitig jedoch ein möglichst geringes Gewicht aufweisen.
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Diese beschriebene Mischbauweise ermöglicht nicht nur eine leichtere Bauweise, sondern auch eine gezielte Einstellung der Steifigkeitseigen-schaften. Diese können über die Faserrichtung und die jeweilige Wandstärke eingestellt werden. Die dadurch erzielte geringere ungefederte Masse erhöht zudem die Fahrsicherheit.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand dreier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1a, 1b eine erste Ausführungsform eines Innenrohrs gemäß der Beschreibung in einem Längsschnitt und einem Querschnitt,
- 2a,2b eine zweite Ausführungsform eines Innenrohrs in einem Längsschnitt und einem Querschnitt, und
- 3a,3b eine dritte Ausführungsform eines Innenrohrs in einem Längsschnitt und einem Querschnitt.
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In 1a ist eine erste Ausführungsform eines Innenrohrs 1 in einem Längsschnitt entlang einer Symmetrieachse S dargestellt, wobei das Innenrohr 1 zum teleskopartigen Gleiten in einem Außenrohr einer Radaufhängung für ein Fahrzeug (nicht dargestellt) ausgebildet ist, wobei das Innenrohr 1 ein innenliegendes Verstärkungsrohr 2 und ein das Verstärkungsrohr 2 zumindest teilweise umschließendes Gleitelement 3 umfasst, wobei das Gleitelement 3 fest mit einer äußeren Mantelfläche des Verstärkungsrohrs 2 verbunden ist und eine Gleitoberfläche 3a für das teleskopartige Gleiten in dem Außenrohr definiert. Gemäß der ersten Ausführungsform weisen sowohl das Gleitelement 3 als auch das Verstärkungsrohr 2 eine zylindrische Form auf.
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In dem in 1b dargestellten zugehörigen Querschnitt, welcher senkrecht zur Symmetrieachse S ausgerichtet ist, ist zu erkennen, dass das Gleitelement 3 in Umfangsrichtung U (zumindest im Abschnitt 4) nicht vollständig geschlossen ist und somit das Verstärkungsrohr 2 in der Umfangrichtung U nicht vollständig umgreift. Das Gleitelement 3 ist zylinderförmig ausgeführt und kann entweder eine Oberflächenbeschichtung sein, die auf der äußeren Mantelfläche des Verstärkungsrohres 2 aufge-bracht ist, oder aber als Gleithülse, insbesondere als dünnwandige Gleithülse, ausgebildet sein.
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Wie 1a und 1b zu erkennen ist, ist das Gleitelement 3 und das Verstärkungsrohr 2 aus unterschiedlichem Material gefertigt. Zum Beispiel kann das Verstärkungsrohr 2 teilweise oder vollständig aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt sein. Eine beispielhafte Faserorientierung F in Längs-richtung L (entsprechend der Symmetrieachse S) des Innenrohres 1 ist 1a zu entnehmen. Dagegen kann das Gleitelement 3 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, Edelstahl, Aluminium oder einer geeigneten Legierung dieser Metalle, gefertigt sein, um die Gleiteigenschaften des Gleitelements 3 zu begünstigen.
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Ist das Gleitelement 3 dagegen als Oberflächenbeschichtung ausgebildet, kann diese einen metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, Edelstahl, Aluminium oder eine geeignete Legierung dieser Metalle umfassen, um die Gleiteigenschaften des Gleitelements 3 zu begünstigen.
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Des Weiteren ist eine Wandstärke d2 des Verstärkungsrohres 2 größer als eine Wandstärke d3 des Gleitelements 3. Das Gleitelement 3 ist somit als zylinderförmige, dünnwandige Komponente - entweder als Gleithülse oder als noch dünnere Oberflächenbeschichtung - ausgeführt, so dass ein Gewicht ihres schwereren Materials in jedem Fall gering gehalten werden kann. Dagegen ist die Wandstärke d2 des Verstärkungsrohres 2 deutlich größer, um eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit bereitzustellen. In der dargestellten ersten Ausführungsform weist das Verstärkungsrohr 2 im Inneren einen zylinderförmigen Hohlraum H1 auf, also eine Durchgangsbohrung beziehungsweise Ausnehmung, die sich in der Längsrichtung L vollständig durch das Innenrohr 1 hindurch erstreckt und koaxial zu der Symmetrieachse S des Verstärkungsrohres 2 angeordnet ist.
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Im Falle einer Ausführung des Gleitelements 3 als Gleithülse, kann das Gleitelement 3 optional eine zusätzliche Oberflächenbeschichtung aufweisen, welche die Gleitoberfläche 3a der Gleithülse 3 definiert, insbesondere eine reibmindernde Oberflächenbeschichtung.
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In 2a und 2b ist eine zweite Ausführungsform eines Innenrohres 10 dargestellt. Diese entspricht im Wesentlichen der in 1a und 1b dargestellten ersten Ausführungsform, so dass bezüglich identischer oder korrespondierender Elemente auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform ist eine Faserrichtung F' der zweiten Ausführungsform des aus faserverstärktem Kunststoff gefertigten Verstärkungsrohrs nicht in Längsrichtung L sondern beispielsweise quer hierzu oder ungerichtet angeordnet. Unabhängig von dieser Faserausrichtung F', und damit auch mit anderen Ausführungsformen kombinierbar, ist das Gleitelement 30 in Umfangsrichtung U geschlossen ausgebildet, um das Verstärkungsrohr 20 in der Umfangsrichtung U vollständig zu umgreifen, wie in 2b dargestellt. Auch in diesem Fall kann das Gleitelement 30 als Gleithülse oder als Oberflächenbeschichtung ausgeführt sein. Ein Hohlraum H2 ist analog zu H1 ausgeführt.
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In 3a und 3b ist eine dritte Ausführungsform eines Innenrohres 100 dargestellt. Diese entspricht im Wesentlichen der in 1a und 1b dargestellten ersten Ausführungsform, so dass bezüglich identischer oder korrespondierender Elemente auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform ist das Gleitelement 30, wie in 2a,2b, in Umfangsrichtung U geschlossen ausgebildet, um das Verstärkungsrohr 200 in der Umfangsrichtung U vollständig zu umgreifen, wie in 3b dargestellt. Auch in diesem Fall kann das Gleitelement 30 zylinderförmig als Gleithülse oder aber als Oberflächenbeschichtung ausgeführt sein.
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Zudem weist das Verstärkungsrohr 200 eine zylinderförmige Außenkontur auf, ist jedoch im Inneren derart ausgestaltet, dass ein kegelstumpfförmiger Hohlraum H3 definiert wird. Zudem ist eine Symmetrieachse S' des Hohlraumes H3 parallel und exzentrisch zu der Symmetrieachse S des Verstärkungsrohres 200 angeordnet, wie insbesondere aus 3b zu entnehmen ist. Dies bewirkt, dass eine Wandstärke d2 des Verstärkungsrohres 200 entlang der Umfangsrichtung U variiert ist. Somit liegt innerhalb des Querschnitts gemäß 3b ein Abschnitt mit einer (bezogen auf diesen Querschnitt) maximalen Wandstärke d2x_max und ein weiterer Abschnitt mit einer (bezogen auf diesen Querschnitt) minimalen Wandstärke d2x_min vor. Dies ermöglicht beispielsweise das Verstärkungsrohr 200 derart anzuordnen, dass die Wandstärke d2 des Verstärkungsrohres 200 im verbauten Zustand in Richtung x einer Längsrichtung LM (also der Fahrtrichtung) des Motorrades größer gewählt ist als in einer rechtwinklig zu der Längsrichtung ausgerichteten Breitenrichtung y des Fahrzeugs mit einer dortigen Dicke von d2y , es gilt also d2x_max > d2y. Auf diese Weise kann eine höhere Festigkeit für die in Fahrzeuglängsrichtung LM auftretenden Kräfte vorgesehen werden als in Fahrzeugbreitenrichtung.
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Aufgrund des kegelstumpfförmigen Hohlraums H3 variiert die Wandstärke d2 des Verstärkungsrohres 200 zudem in dessen Längsrichtung L (z-Richtung), so dass an einem ersten Ende E1 eine größere Wandstärke d2z1 vorliegt als an einem dem ersten Ende E1 entgegengesetzten zweiten Ende E2 mit einer Wandstärke d2z2 . Selbstverständlich kann das jeweilige Verstärkungsrohr 2,20,200 auch in den anderen Ausführungsformen kegelstumpfförmig ausgebildet sein und somit einen entsprechenden Wandstärkenverlauf in Längsrichtung L ermöglichen, unabhängig von einer eventuell koaxialen Anordnung der genannten Symmetrieachsen S, S'.
