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Die Erfindung bezieht sich auf eine höhenverstellbare Sattelstütze, umfassend ein Hüllrohr, eine im Hüllrohr fixierte Zahnstange, ein teleskopartig im Hüllrohr bewegliches Sattelstützrohr, ein Federelement und ein Verrastelement.
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Als höhenverstellbare Sattelstützen werden im Sinne dieser Anmeldung halbautomatisch in der Höhe verstellbare Sattelstützen bezeichnet. Diese sind federbelastet und lassen sich durch einen Betätigungshebel, der in der Regel am Lenker des Fahrrads befestigt ist, aber auch anderswo, beispielsweise unterhalb des Sattels befestigt sein kann, entriegeln, so dass der Fahrer durch Gewichtsbe- und Entlastung die Höhe des Sattels variieren kann. Solche Sattelstützen kommen besonders bei Bergrädern, die unter der englischen Bezeichnung „Mountainbikes“ geläufig sind, zum Einsatz. Bergauf muss die Sattelhöhe ergonomisch optimal eingestellt werden, um eine gute Kraftübertragung zu erreichen. Beim Bergabfahren muss der Fahrer seinen Schwerpunkt je nach Steilheit und Schwierigkeit nach hinten unten verlagern und muss dazu häufig sein Gesäß hinter den Sattel bringen. Je tiefer der Sattel, umso leichter kann der Fahrer seinen Schwerpunkt aktiv und dynamisch verlagern, verliert aber dadurch auch an Seitenführungskräften, die er bei entsprechend hochgestellten Sattel mit den Innenseiten seiner Schenkel gegen den Sattel aufbringen kann. Die optimale Höhe des Sattels ist daher abhängig von der jeweiligen Fahrsituation.
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Aus dem Stand der Technik sind höhenverstellbare Sattelstützen bekannt, die nach dem Prinzip der hydraulischen Arretierung funktionieren. Die in dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 20 2007 014 515 U1 (Kindshock) bzw. in der
US 7 083 180 B2 (Paul Turner) beschriebenen Sattelstützen arbeiten mit zwei Ölkammern, die über ein Ventil miteinander verbunden sind. Durch öffnen des Ventils mit dem Auslöser, lässt sich ein Rohr im Schaft auf und ab bewegen. Damit eine Kraftwirkung nach oben erreicht wird, wird die untere Ölkammer zusätzlich mit Luft befüllt. Dadurch wird die Stütze bei Ziehen des Auslösers und gleichzeitiger Entlastung nach oben gedrückt. Die Betätigung des Auslösers erfolgt jeweils am oberen Ende des Sattelstützrohres über einen Hebel. Dieser kann händisch direkt am Kopf der Sattelstütze betätigt werden. Alternativ ist auch die Anbringung eines Bowdenzugs zur Fernbedienung der Vorrichtung über einen geeigneten Mechanismus vom Lenker aus möglich.
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Der Nachteil dieser Stützen ist der relativ komplexe Aufbau des Hydrauliksystems. Zudem steigt mit dem Verstellbereich das im System benötigte Hydraulikmedium an und damit verbunden das Systemgewicht. Ein weiterer systembedingter Nachteil ist die notwendige Anbringung des Betätigungshebels am Stützenkopf. Soll Dieser über eine Fernbedienung am Lenker betätigt werden, muss die dafür vorgesehene - mechanische, hydraulische oder elektrische - Steuerungsleitung dem Verstellhub der Sattelstütze folgen.
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Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2010 044 356 A1 ist eine höhenverstellbare Sattelstütze bekannt, bei der der Verstellmechanismus außen angebracht ist. Dort wird zwar schon versucht den mechanischen Aufbau in seinen Abmessungen so klein wie möglich zu halten, indem man den Auslösemechanismus um das Sattelrohr anordnet. Trotzdem tragen die mechanischen Elemente einschließlich des außen angebrachten Bowdenzuges auf und sind äußeren Einflüssen ausgesetzt.
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Neuere Modelle von höhenverstellbaren Sattelstützen weisen eine interne Kabelführung aus. Dazu wird je nach System der Bowdenzug oder der Hydraulikschlauch von unten in das Sattelrohr und in die Sattelstütze eingeführt und der Auslösemechanismus befindet sich innerhalb der Sattelstütze.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2017 100 799 A1 ist eine „Justierbare Fahrradsattelstützenanordnung“ bekannt, die erste und zweite Rohre, die teleskopartig angeordnet sind, umfasst, sowie eine Fluidkammer, die ein kompressibles Fluid umfasst, um eine Kraft zu erzeugen, um das erste und das zweite Rohr relativ zueinander auszufahren, und eine Positionierstruktur. Die Positionierstruktur umfasst ein Stützelement an einem von dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr, ein Positionierelement, das um eine Achse zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position schwenkt, eine Steuereinheit, die mit dem Positionierelement verbunden ist, um das Positionierelement zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu bewegen, und ein Positionshalteelement, das an dem anderen von dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr vorgesehen ist. Das Positionshalteelement umfasst einen Eingriffsabschnitt, der mit dem Positionierelement in Eingriff kommt, um eine Positionsbeziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Rohr beizubehalten.
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Die mechanischen Elemente müssen dazu einerseits sehr kleine Abmessungen aufweisen und andrerseits extrem stabil sein. Insbesondere wenn die Sattelstütze über eine Zahnstangenverrastung verfügen soll, muss der Aus- und Einrückmechanismus bei kleinsten Abmessungen zuverlässig arbeiten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechanisch hoch belastbare, höhenverstellbare Sattelstütze mit interner Kabelführungzur Verfügung zu stellen.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Das Verrastelement der erfindungsgemäßen Sattelstütze umfasst dazu ein Rastglied, das gegenüber dem Verrastelement horizontal verschiebbar ist, einen vertikal gegenüber dem Verrastelement verschiebbaren Aktuator, mindestens einen einstückig ausgebildeten v-förmigen Rasthebel, der aus elastischem Material besteht und der an seinen drei Enden Ösen aufweist, wobei die erste Schenkelöse an einer Achse des Verrastelementes, die zweite Schenkelöse an einer Achse des Rastgliedes und die Öse des v-Scheitelpunktes an einer Achse des Aktuators fixiert ist. Der mindestens eine Rasthebel kann in einem Stück aus Federstahl gefertigt sein. Der Rasthebel lässt sich mit den geforderten kleinen Abmessungen, beispielsweise mittels Drahterosion, fertigen .
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Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass je ein Rasthebel symmetrisch an den Seiten des Verrastelementes angebracht ist. Dies hat den Vorteil, dass die Kräfte auf das Rastglied gleichmäßig und doppelt stark wirken.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass der mindestens eine Rasthebel nur mit dem Kopf einer Schraube im Randbereich einer Öse gegen das Verrastelement fixiert ist. Durch den kleinen zur Verfügung stehenden Raum ist es kaum möglich, Befestigungsmittel vorzusehen. Bedingt durch die einstückige Fertigung und die dadurch gewonnenen Steifheit des Rasthebels, ist es möglich, diesen nur durch den Randbereich eines Schraubenkopfes gegen das Verrastelement zu sichern.
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Es ist weiter vorteilhaft, wenn das Rastglied eine gestufte Nase aufweist. Dadurch wird das Einrücken oder einschnäbeln des Rastgliedes erleichtert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 einen Ausschnitt eines Fahrradrahmens mit einer höhenverstellbaren Sattelstütze mit Sattel.
- 2 eine schematische Skizze der höhenverstellbaren Sattelstütze mit dem Verrastelement in eingerasteter Stellung
- 3 Eine schematische Darstellung des Verrastmechanismus im ausgerasteten Zustand mit Bowdenzug
- 4 Eine Prinzip-Skizze des Verrastmechanismus
- 5 eine Explosionszeichnung des Verrastelementes
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Fahrradrahmens 1 mit einer schematischen Ansicht einer höhenverstellbaren Sattelstütze 2 mit dem Sattelstützrohr 3 und der Sattelaufnahme 4. Innerhalb des Sattelstützrohres 3 befindet sich eine Gasdruckfeder 5. Ein Bowdenzug 6 führt vom Hebel 7, der am Lenker 8 befestigt ist am Unterrohr des Fahrradrahmens 1 entlang und von unten über das Sattelrohr 10 an den Aktuator 101 des Verrastelementes 102 (2-5). Der Bowdenzug kann auch im Unterrohr verlegt sein. Über die Betätigung des Hebels 7 kann der Verrastmechanismus - wie später beschrieben - ver- und entriegelt, bzw. in die Ein- und Ausraststellung verbracht werden. In der Ausraststellung kann die Sattelstütze 2 durch das Gewicht des Fahrers gegen die Kraft der Gasdruckfeder 5 nach unten gedrückt oder durch Entlastung während der Fahrt ausgefahren (höhergestellt) werden, wobei beide Hände am Lenker 8 bleiben können. Die konstruktive Ausgestaltung einer entsprechenden Fernbedienung (Hebel 7 plus Bowdenzug 6) liegt im Können des Fachmanns. Anstelle einer Gasdruckfeder 5 kann auch eine gewöhnliche Spiralfeder, oder ein anderes Federelement verwendet werden. Ein Auslösehebel bzw. Betätigungshebel am Lenker ist zweckmäßig aber nicht unbedingt dort erforderlich. Er könnte sich auch unter dem Sattel oder an einer anderen Stelle befinden.
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2 zeigt eine schematische Skizze der höhenverstellbaren Sattelstütze mit dem Verrastelement 102 in eingerasteter Stellung. Das Hüllrohr 3 (kann auch als Außenrohr bezeichnet werden) ist mit dem Sattelrohr 10 (1) in der Regel über eine Kabelschelle verbunden. Damit ist das Hüllrohr gegenüber dem Sattelrohr nicht mehr verschiebbar. In einer integrierten Version könnte das Sattelrohr als Hüllrohr ausgebildet sein.
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Im Hüllrohr 3 befindet sich das teleskopartig verschiebbare Sattelstützrohr 2 in dem eine Zahnstange 117 fixiert ist. Die Zahnstange weist rechteckige Zähne auf, d. h. die Zähne haben gerade Flanken. Die Zahnlücken sind im Ausführungsbeispiel eng, z. Bsp. im Abstand von 4mm, beabstandet, so dass sich für den Fahrer eine quasi stufenlose Verstellung ergibt. Die Zahnlücken können aber auch in größerem Abstand angeordnet sein. Beispielsweise könnten für eine stufige Verstellung nur wenige (etwa 2-5) Zahnlücken vorgesehen werden.
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Das Sattelstützrohr 2 ist nach unten offen. Weiter ist im Hüllrohr 3 innerhalb des Sattelstützrohres 2, ein Federelement, hier eine Gasdruckkfeder 5, angeordnet. Die Gasdruckkfeder 5 ist am Boden des Hüllrohres 3 mit diesem verbunden. Am oberen Ende der Gasdruckfeder 5 ist das Verrastelement 102 fixiert. Der Kolben 51 der Gasdruckfeder 5 is an seinem oberen Ende mit dem oberen Ende des Sattelstützrohres 2 verbunden. Am oberen Ende des Sattelstützrohres 2 befindet sich auch die Sattelbefestigung 113 - in der Regel eine Sattelklemme -, die hier nur prinzipiell durch ein Rechteck angedeutet ist. Sattelbefestigungen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.
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Das Rastglied 103 ist in Verraststellung oder Einraststellung, also im eingerückten Zustand, gezeigt, das heißt, es ist ausgefahren und greift in eine Lücke der Zahnstange 117 ein. In der Darstellung ist die Zahnstange allerdings beabstandet von der Nase des Rastgliedes 103 gezeigt. Dies dient jedoch nur der übersichtlicheren Darstellung. Tatsächlich sind Zahnstange 117 und Verrastelement zueinander so angeordnet, dass der hervorschauende Teil des Rastgliedes 103 in die Zahnlücke eingreift.
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In der Darstellung gemäß 3 ist das Verrastelement in Ausraststellung gezeigt. Zudem ist der Bowdenzug 6 dargestellt (auf dessen Darstellung in 2 der Übersichtlichkeit halber verzichtet wurde). Mittels des Bowdenzuges 6 wird der Aktuator 101 vertikal betätigt, das heißt, der Aktuator 101 wird gegen die Kraft mindestens einer Feder (4) mittels des Bowdenzuges 6 vertikal nach unten gezogen. Dabei nimmt er den Rasthebel 110 mit, der dann das Rastglied 103 in Ausraststellung verbringt. In 3 - wie auch in 2 - ist auch zu sehen, dass der Rasthebel 110 gegen das Verrastelement 102 mit dem Rand einer Schraube 118 gesichert ist.
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Anhand der Skizze gemäß 4 wird das Prinzip des Verrastmechanismus näher erläutert. Das Verrastelement 102 umfasst den Aktuator 101, einen Grundkörper 114, einen Deckkörper 115, das Rastglied 103 und den Rasthebel 110. Der Deckkörper 115 ist gegenüber dem Grundkörper 114 fixiert (siehe auch die Beschreibung zu 5). Durch die vertikalen und horizontalen Doppelpfeile ist jeweils die Bewegungsrichtung des Aktuators 101 und des Rastgliedes 103 angezeigt. Der v-förmige Rasthebel 110 weist an seinen Enden Ösen 104, 105 und 106 auf. Diese sind auf die Achsen 107, 108 und 109 gesteckt. Der obere Schenkel 111 des Rasthebels 110 verbindet die Achse 109 des Aktuators 101 mit der Achse 107 des Deckkörpers, während der untere Schenkel 112 die Achse 109 des Aktuators 101 mit der Achse 108 des Rastgliedes 103 verbindet.
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Zum besseren Verständnis der Funktionsweise des Rastmechanismus ist um die Achse 107 des Deckkörpers 115 ein punktierter Kreis gezeichnet, dessen Radius (gestrichelter Pfeil) sich bis zum Mittelpunkt der Achse 108 erstreckt. Wird nun der Aktuator 101 mittels des Bowdenzuges nach unten bewegt, so müsste die Achse 108 einen Weg auf der punktierten Kreisbahn zurücklegen. Da aber das Rastglied sich zwischen dem Deckkörper 115 und dem Grundkörper 114 nur horizontal bewegen kann, muss sich der Schenkel 112 des Rasthebels elastisch verformen. Da es sich um Federstahl von nur 1mm Dicke handelt, ist die Elastizität gewährleistet. Selbstverständlich kann auch ein anderes elastisches Material, das der Belastung standhält, verwendet werden. Durch die elastische Verformung des Rasthebels 110 kann ein Gelenk für die Umsetzung der vertikalen Bewegung des Aktuators 101 in die horizontale des Rastgliedes 103 eingespart werden.
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In 4 ist schematisch auch noch eine Spiralfeder 121 gezeigt. Diese wird vorgespannt, wenn der Aktuator mittels des Bowdenzuges (6, 3) nach unten gezogen wird. Wird der Lenkerhebel losgelassen, dann wird der Aktuator 101 durch die Federkraft nach oben gedrückt und das Rastglied rückt aus.
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Die Explosionsdarstellung gemäß 5 zeigt den Aufbau des Verrastelementes 102, umfassend (von oben nach unten) den Aktuator 101, den Deckkörper 115 mit der Gewindebohrung 116 (die sich auch symmetrisch auf der anderen Seite befindet) für die Fixierschrauben (118 3), das Rastglied 103, die Rasthebel 110, sowie den Grundkörper 114. Das Rastglied 103 wird zwischen Grundkörper 114 und Deckkörper 116 eingelegt und ist durch die Geometrie dieser beiden Körper so fixiert, dass es nur noch horizontal beweglich ist. Der Grundkörper 114 ist so ausgebildet, dass der Deckkörper in die Nuten 119 eingeschoben werden kann. Im montierten Zustand werden diese Nuten 119 seitlich von den Schenkeln 120 des Aktuators 101 abgedeckt, so dass der Deckkörper seitlich nicht mehr verschiebbar ist. An den beiden Schenkeln des Aktuators 101 greift jeweils die aus 4 bekannte Feder 121 an. Der ganze Aufbau ist nach dem Stecksystem ausgebildet, so dass lediglich die beiden Schrauben 118 zur Fixierung der beiden Rasthebel notwendig sind. - In 5 ist gut erkennbar, dass das Rastglied 103 vorne eine gestufte Nase aufweist. Dies hat den Grund, dass es leichter einrastet, d. h. es rastet schon um die Länge der Nase ein, wenn bei der Aufwärtsbewegung (Sattelentlastung) nur der Bereich der Nase in die Zahnlücke eingreift. Die Kante der Nase stößt dann an die obere Zahnflanke an, so dass in Folge das Rastglied komplett einrasten kann. Bei der Abwärtsbewegung hat die Nase genug „Luft“ um sicher einzurasten. Für die Absenkung des Sattels hat der Fahrer ja den Hebel 7 gedrückt und lässt ihn in der gewünschten Sattelhöhe los. Das Verrastelement ist dann bereits zum Einrasten durch die Federn 121 (4) federbelastet „vorgespannt“. Er wird einrasten, sobald die Nase in eine Zahnlücke einschnäbeln kann. Selbst wenn die Nase bereits nah an der unteren Kante der Zahnlücke ist, kann diese, weil sie schmäler als die Zahnlücke ist, noch einschnäbeln. Durch geringfügigste Sattelbewegungen in der Höhe wird dann das Rastglied vollständig einrasten.
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Im Aktuator sind noch Nuten ersichtlich, in denen ein spezieller Auslösemechanismus untergebracht ist. Dieser funktioniert so, dass das Rastglied erst dann in die Ausraststellung (also nach oben) springt, wenn der Hebel 7 in der Endstellung (losgelassen) ist.
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Um deutlich zu machen auf welch engem Raum die Mechanik des Verstellmechanismus untergebracht werden muss, sei schließlich noch auf die Abmessungen des Systems hingewiesen. Bei einem Prototyp liegt der Durchmesser des Verrastelementes 102 bei etwa 20mm. Der Durchmesser des Kolbens der Gasdruckfeder beträgt 8mm. Die Länge des Rasthebels liegt bei etwa 14mm, seine Dicke bei 1mm. Der Achsenabstand der Achsen 107, 108 beträgt im ausgerasteten Zustand 1,86 und im eingerasteten Zustand 1,94mm. Wegen dieses geringen Abstandes müssen die Ösen 104, 105 an den zueinander stehenden Seiten abgeflacht werden, wie in den 2 und 3 ersichtlich. Der Rasthebel 110 bietet damit auf kleinstem Raum eine große Untersetzung. Ein vertikaler Hub von 7mm des Aktuators 101 wird in einen horizontalen Hub des Rastgliedes 103 von nur einem Millimeter umgesetzt. Dadurch kann das Rastglied auch bei großer axialer Last (Fahrergewicht) auf das Sattelstützrohr ausgerastet (ausgerückt) werden. Die Zahnstange 117 ist 5mm breit und hat einen Verstellbereich von 200mm. Die angegebenen Abmessungen beziehen sich auf einen Sattelrohrdurchmesser von 30,9mm. Bei größeren Sattelrohrdurchmessern oder wenn das Sattelrohr als Hüllrohr verwendet wird, ergibt sich für den Fachmann entsprechend mehr Spielraum.
