DE10236624A1

DE10236624A1 - Pneumatically sprung cycle fork includes double acting air cylinder with hollow piston rod and actuating rod associated with single acting pressure cylinder whose piston has no piston rod

Info

Publication number: DE10236624A1
Application number: DE2002136624
Authority: DE
Inventors: Thomas Kamm
Original assignee: Kamm Thomas Dipl-Wirtsch-Ing (fh)
Current assignee: Kamm Thomas Dipl-Wirtsch-Ing (fh)
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-02-19

Abstract

A double acting air cylinder (8) with hollow piston rod (3) and actuating rod (4) for the piston valve (6) contains a single-acting pressure cylinder (9) which is connected sealingly through the base of the air cylinder to the outflow end (10) so that it can be affected through a valve (14) by the compressed air and relaxed. When filled with compressed air its piston (12) which is sealed against the cylinder wall (9) and has no piston rod is moved against the stop of the upper drilled cylinder base (11). An elastomer spring (17a) is located on the single acting pressure cylinder and its deformation characteristic is selected so that it corresponds to the final characteristic from the superposed air spring cylinder and pressure cylinder.

Description

Allgemeines:General:

Federungen finden zunehmend in Fahrrädern Einsatz. Gut ausgelegte Federungen einschließlich entsprechender Dämpfungen verbessern in Fahrzeugen aller Art durch konstanteren Bodenkontakt die Fahrsicherheit. Die vertikalen Beschleunigungen auf die gefederte Masse, im Falle des Fahrrades also insbesondere den Fahrer, werden verringert und subjektiv wie auch objektiv der Fahrkomfort erhöht. Strukturelle Schäden, die an ungefederten Fahrrädern durch eingeleitete Schwingungen und stochastische Stöße hervorgerufen werden können sowie gesundheitliche Beeinträchtigungen der Fahrer werden aufgrund von Federungen minimiert. Das macht sich besonders beim Fahren mit Fahrrädern für den sportlichen Einsatz positiv bemerkbar.Suspension is increasingly used in bicycles. Well designed suspensions including appropriate damping improve in all types of vehicles through constant ground contact driving safety. The vertical accelerations on the sprung Mass, in the case of the bike, in particular the driver reduced and subjectively as well as objectively increased driving comfort. structural damage on unsprung bikes caused by induced vibrations and stochastic shocks can be as well health impairments the driver is minimized due to suspension. That makes up especially when riding bicycles for the sporty Use positively noticeable.

Stand der Technik: State of the art:

Der Entwicklung von Fahrradfederungen galt schon vor Jahrzehnten besondere Aufmerksamkeit. So lassen sich interessante technische Lösungen gefederter Fahrradgabeln in der Zeit weit zurück verfolgen. Vor Jahrzehnten wurden an Fahrräder keineswegs Anforderungen gestellt, wie sie heute im Bereich der Mountainbikes üblich sind. Der Wunsch nach verbesserter Spurführung war damals auf die schlechten Straßen zurückzuführen. Heute, da Fahrräder auch in schwerem Gelände gefahren werden, steht die grundsätzliche Einsetzbarkeit sowie die Sicherheit im Vordergrund.The development of bicycle suspensions Special attention was paid to decades ago. So you can interesting technical solutions Track suspension bicycle forks far back in time. Decades ago were on bicycles no requirements, as they are today in the field of Mountain bikes common are. At that time, the desire for improved tracking was due to the bad streets due. Today, there bicycles even in difficult terrain are driven, the basic applicability stands as well safety in the foreground.

Gegenüber den vielen musealen Federungsentwicklungen hat erst die heutige ausgereifte Dämpfungstechnik die wirkliche Effektivität von Fahrradfederungen gebracht.Compared to the many museum suspension developments Only today's sophisticated damping technology has the real one effectiveness brought by bicycle suspensions.

Rund 25% "Negativfederweg" = statische Einfederung (meist mit einfachen Mitteln auf das Fahrergewicht abstimmbar) werden heute empfohlen. Verantwortlich für die häufigen Wünsche nach immer mehr Federweg ist der immer breitere Einsatz von Fahrrädern in beliebigem Gelände. Einerseits sind Federgabeln mit um die 80 mm Federweg heute der Standard des "Feld-, Wald- und Wiesenfahrers" und i.a. völlig ausreichend, andererseits ist Federweg der eigenen Federgabel für viele "Mountainbiker" eine Frage des Prestiges. Große Federwege (über 100 mm) sind nur in speziellen Einsatzbereichen wie „Freeride" und „Downhill" wirklich sinnvoll.Around 25% "negative travel" = static deflection (can usually be adjusted to the driver's weight with simple means) recommended today. Responsible for the frequent requests for more and more travel is the increasing use of bicycles in any terrain. On the one hand suspension forks with around 80 mm travel are the standard of today "Field, forest and meadow driver" and i.a. completely sufficient, on the other hand suspension travel of your own suspension fork is a question for many "mountain bikers" of prestige. Size Travel (over 100 mm) are only in special application areas like "Freeride" and "downhill" really useful.

Sogenannte downhill Gabeln mit 200 mm Federweg (und mehr) sind Spezialkomponenten, die quasi nur "im downhill" und speziell in den Bergen eingesetzt werden sollten, die aber, wie erwähnt, eine wesentlich breitere Anwendung finden.So-called downhill forks with 200 mm travel (and more) are special components that are only "in downhill "and should be used especially in the mountains, but, as mentioned, find a much broader application.

Ähnlich verhält es sich mit den Schwingenfedern. Die meist relativ kleinen eigentlichen Feder-Dämpfungselemente arbeiten teilweise mit hohen Übersetzungen. Sie sind der Vielzahl der Schwingenkonstruktionen angepasst.Similar behave it with the wing springs. The mostly relatively small ones Spring-damping elements sometimes work with high translations. They are adapted to the multitude of swing arm designs.

Früher wurden bevorzugt Feststoffedern (Stahl, Metall-Legierungen, Elastomere) als Federelemente eingesetzt. Heute finden mehr und mehr Luftfederungen Verwendung. Das ist nicht zuletzt auf den Einsatz von Konstruktionsprinzipien der ausgereiften Pneumatik und deren Dichtungstechnik zurückzuführen. Aber auch das Gewicht spielt eine große Rolle. Ehrgeizige Fahrer wollen die Berge nicht nur hinunterfahren (downhill), sondern auch hinauf. Und beim bergauf fahren zählt jedes Gramm, daher die starke Tendenz zur Luftfederung.Solid springs (steel, Metal alloys, elastomers) used as spring elements. today air suspension is being used more and more. Last but not least on the use of construction principles of sophisticated pneumatics and their sealing technology. But Weight also plays an important role. Ambitious drivers not only want to go downhill (downhill), but also up. And every gram counts when driving uphill, hence that strong tendency to air suspension.

Luftfederungen waren anfänglich sehr kompliziert und dementsprechend anfällig gegen Störungen (meist infolge von Verunreinigungen). Die frühen Luftfederungen waren wie einfach wirkende Pneumatikzylinder ausgeführt (siehe einschlägige Literatur). Das bewirkte in Abhängigkeit von der Konstruktion verhältnismäßig hohe Anfangskräfte bei niedriger Anfangssteifigkeit der Federcharakteristik.Air suspensions were great at first complicated and therefore susceptible to interference (mostly due to contamination). The early air suspensions were like Single-acting pneumatic cylinders designed (see relevant literature). This caused dependency relatively high in construction initial forces with low initial stiffness of the spring characteristic.

Anfangssteifigkeiten von Stahlfedern waren aber von Anbeginn eher erwünscht. Solche An- fangssteifigkeiten können auch mit Luftfedern erreicht werden, wenn man mit sogenannten Gegenfedern arbeitet. Derartige Konstruktionen verhalten sich wie doppelt wirkende Pneu- matikzylinder, wobei die veränderlichen Drücke in den Zylinderräumen zu beiden Seiten des Kolbens den Relativbewegungen zwischen Kolben und Zylinder zuzuordnen sind (Erläuterungen zu einfach und doppelt wirkenden Pneumatikzylindern sind in der entsprechenden Literatur der anbietenden Firmen, z.B. Festo, zu finden). Nur wird im Falle des Einsatzes als Luftfederung der Kolben nicht durch von außen zugeführte Druckluft bewegt. Statt dessen ändern sich die Drücke in den Zylinderkammern zu beiden Seiten des Kolbens durch Bewegen des Kolbens in die eine oder andere Richtung. Im Ruhezustand wirkt auf beiden Seiten des Arbeitskolbens die gleiche Kraft (nicht der gleiche Druck!) Die Verformungskurve, auch Federcharakteristik genannt, beginnt bei derartigen Konstruktionen mit 0 [N] bei 0 [mm] Einfederung. Eine Relativverschiebung des Kolbens in die eine oder andere Richtung sorgt dann entsprechend der sich ändernden Druckverhältnisse für entsprechende Kräfte. Die Federcharakteristik selbst hängt von den Flächen zu beiden Seiten des Kolbens ab und dem möglichen Verformungsweg = Federweg. Die Federkurve beruht auf der isothermischen Zustandsänderung: P₁ × V₁ = P₂ × V₂. Bei den in einer Federgabel zur Anwendung kommenden Drücken kann die Gaskonstante R vernachlässigt werden, die Temperaturen ändern sich nicht. Die Federkurve ist bei Vernachlässigung der Reibung daher immer eine Hyperbel (Idealfall).Initial stiffness of steel springs was rather desirable from the start. Such initial stiffness can also be achieved with air springs if you work with so-called counter springs. Such constructions behave like double-acting pneumatic cylinders, with the variable pressures in the cylinder spaces on both sides of the piston being assigned to the relative movements between the piston and cylinder (explanations on single and double-acting pneumatic cylinders can be found in the relevant literature from the companies offering them, eg Festo , to find). Only when used as air suspension, the piston is not moved by compressed air supplied from outside. Instead, the pressures in the cylinder chambers on either side of the piston change by moving the piston in one direction or the other. In the idle state, the same force acts on both sides of the working piston (not the same pressure!) The deformation curve, also called spring characteristic, begins with such constructions with 0 [N] with 0 [mm] deflection. A relative displacement of the piston in one direction or the other then ensures corresponding forces in accordance with the changing pressure conditions. The spring characteristic itself depends on the surfaces on both sides of the piston and the possible deformation path = spring path. The spring curve is based on the isothermal state change: P ₁ × V ₁ = P ₂ × V ₂ . At the pressures used in a suspension fork, the gas constant R can be neglected, the temperatures do not change. When the friction is neglected, the spring curve is therefore always a hyperbola (ideal case).

Gegen Ende der Einfederung bieten Luftfedern, bedingt durch das angeführte Naturgesetz, eine Progression der Federkennlinie, wie Stahlfedern sie für den Einsatz in Fahrradkomponenten nicht in gleichem Maße aufweisen. Diese Progressivität gegen Ende der Federbewegung ist sowohl fahr- und sicherheitstechnisch als auch vom Fahrgefühl her erwünscht. Die Progression hängt ausschlaggebend von dem bei voller Einfederung noch verbleibenden Verdichtungsraum ab, durch den auch gleichzeitig die Durchschlagsicherheit der Federung gewährleistet wird.Towards the end of the deflection, air springs offer a progression of the spring characteristic due to the nature law mentioned, as steel springs do not offer for use in bicycle components have the same dimensions. This progressiveness towards the end of the spring movement is desirable both in terms of driving and safety technology and in terms of driving experience. The progression depends crucially on the compression space that remains when the suspension is fully deflected, which at the same time guarantees the puncture resistance of the suspension.

Federn aus kompakten wie auch zelligen Elastomeren bieten bei richtiger Auslegung (und ausreichendem Raumangebot) ebenfalls eine erwünschte Anfangsteifigkeit und auch die Progression gegen Ende der Federkurve. Trotzdem werden Elastomere als Federelemente immer seltener eingesetzt, da ihre Eigendämpfung stark temperaturabhängig ist. Diese materialspezifische Eigendämpfung wirkt bei der Ausfederung durchaus positiv. Leider aber wirkt sie bei der Einfederung gleichermaßen. Und das schränkt bei Umgebungstemperaturen unter 10°C das Ansprechverhalten solchermaßen ausgerüsteter Fahrradfederungen erheblich ein. Das mangelnde Ansprechverhalten spürt selbst der ungeübte Fahrer und lehnt daher solche Federungen ab. Springs made of compact as well as cellular elastomers offer with the correct design (and sufficient space) also a desired one Initial stiffness and also the progression towards the end of the spring curve. Nevertheless, elastomers are used less and less as spring elements, because their self-damping strongly temperature dependent is. This material-specific self-damping acts on the rebound quite positive. Unfortunately, it works equally well when deflected. And that limits at ambient temperatures below 10 ° C the response behavior of bicycle suspensions equipped in this way considerably one. The lack of responsiveness feels itself the inexperienced Driver and therefore rejects such suspensions.

Wie erwähnt wollen harte Mountainbike Fahrer auch die Berge hinauf fahren (s.S. 2, Zeile 13 ff). Das ist aber mit Fahrradgabeln, die für das Runterfahren 200 mm Federweg (und mehr) haben, weder leicht noch angenehm. Solche Gabeln lassen beim bergauf fahren den vorderen Rahmen zu hoch stehen, so dass in vielen Situationen ein rückwärts Überschlagen droht. Beim bergauf fahren werden daher möglichst geringe Federwege gewünscht, um den vorderen Rahmen so weit als möglich abzusenken und damit die Gefahr des rückwärts Überschlagens zu verringern. Da die Gabeln nicht gewechselt werden können wurden Federgabeln entwickelt, deren Federwege einstellbar sind.As mentioned want a hard mountain bike Drivers also drive up the mountains (see p. 2, line 13 ff). This is but with bicycle forks that are for driving down 200 mm travel (and more), neither easy still pleasant. Such forks leave the front when driving uphill Frame too high, so that in many situations a backward rollover threatening. When traveling uphill, therefore, the smallest possible spring travel is desired in order to front frame as much as possible lower and thus reduce the risk of backward rollover. Since the forks cannot be changed, suspension forks were developed, whose travel is adjustable.

Die Firma Rock Shox bietet eine mit Stahlfedern ausgerüstete Federgabel an, deren aktive Federlänge mittels Blockierens oder Freigebens von Federwindungen stufenlos verstellt werden kann (s.a. Bike Workshop 1/2002). Mit der Veränderung der aktiven Federlänge stellt sich aber auch jeweils eine andere Federcharakteristik ein. Daher ist der einstellbare Federweg dieser Gabeln relativ eng begrenzt. The Rock Shox company offers one with Equipped with steel springs Suspension fork whose active spring length by blocking or Release of spring coils can be adjusted continuously (see also Bike workshop 1/2002). With the change in active spring length poses but also a different spring characteristic. Therefore the adjustable travel of these forks is relatively narrow.

Eine andere Lösung hat die Firma Bionicon mit einer ganz speziellen Niveauregulierung vorgestellt (ebenfalls Bike Workshop 1/2002). Das von Bionicon vorgestellte Fahrrad koppelt die Luftfederungen von Gabel und Schwinge mittels eines speziellen Zylinders und gestattet ^I in Grenzen eine stufenlose Winkeleinstellung des Rahmens gegenüber der Fahrbahn I Bekannt sind Niveauregulierungen insbesondere auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge, bzw. der Lieferanten von Stoßdämpfern. In Kraftfahrzeugen werden Niveauregulierungen schon lange angeboten, um bei hohen Zuladungen die Fahrzeuge selbsttätig parallel zur Fahrbahn' auszurichten. Dabei wird durch Druckerhöhung (pneumatisch, hydropneumatisch, hydraulisch) in den Stoßdämpfern das Fahrzeug wieder in eine parallele Lage zur Fahrbahn gebracht.Bionicon has another solution presented a very special level regulation (also bike Workshop 1/2002). The bike presented by Bionicon couples the air suspension of the fork and swing arm by means of a special cylinder and allowed^I in Limits a stepless angle adjustment of the frame in relation to the road I Level controls are known in particular in the area of Motor vehicles, or suppliers of shock absorbers. In motor vehicles Level controls have long been offered to handle high payloads the vehicles automatically parallel to the lane '. By increasing the pressure (pneumatic, hydropneumatic, hydraulic) in the shock absorbers the vehicle again brought into a parallel position to the road.

Lange bekannt und recht ausgereift ist die Technik der gefederten Bürostühle mit stufenlos einstellbarer Sitzhöhe. Auch bei diesen wird (siehe Seite 2, Zeile 25 ff) zwischen der Sitzfläche und dem Bodenaufstandsteil ein doppelt wirkender Zylinder eingesetzt, dessen Kolbenstange an ihrem Ende die Sitzfläche trägt. Wird die Kolbenstange völlig ausgefahren, steht die Sitzfläche in ihrer höchsten Position. Im Kolben des doppelt wirkenden Zylinders ist ein Ventil, das beispielsweise durch die hohle Kolbenstange betätigt werden kann. Mit diesem Ventil können die Zylinderräume zu beiden Seiten des Kolbens miteinander verbunden werden. Bei geöffnetem Ventil und unbelasteter Sitzfläche treibt der Wirkdruck den Kolben vor sich her und die Kolbenstange aus dem Zylinder, da die kolbenstangenseitige Wirkfläche des Kolbens um die Querschnittsfläche der Kolbenstange kleiner ist, als die gegenüber liegende Seite. Dementsprechend bewegt sich bei geöffnetem Ventil und damit verbundenen Zylinderräumen die unbelastete Sitzfläche des Bürostuhls nach oben, bis der Kolben im Zylinder seinen oberen Anschlag erreicht.Long known and quite mature is the technique of sprung office chairs with infinitely adjustable seat height. With these too (see page 2, line 25 ff) between the seat and a double-acting cylinder is used in the ground contact part, whose piston rod carries the seat at its end. If the piston rod is fully extended, stands the seat at its highest Position. There is a valve in the piston of the double-acting cylinder that are operated, for example, by the hollow piston rod can. With this valve you can the cylinder rooms be connected to each other on both sides of the piston. When open Valve and unloaded seat The differential pressure drives the piston in front of it and the piston rod out of the cylinder, since the effective surface of the piston rod side Piston around the cross-sectional area the piston rod is smaller than the opposite side. Accordingly moves when the valve is open and associated cylinder rooms the unloaded seat of the office chair upwards until the piston in the cylinder reaches its upper stop.

Wird die Sitzfläche bei geöffnetem Ventil, d.h. bei verbundenen Zylinderräumen, belastet, so kann der Kolben über die Kolbenstange an jede beliebige Stelle und bis zum unteren Anschlag des Kolbens bewegt werden. Am unteren Anschlag ist die niedrigste Position der Sitzfläche erreicht. Bei geschlossenem Kolbenventil ergibt sich je nach Fülldruck in allen Mittelstellungen des Kolbens im doppelt wirkenden Luftzylinder und bei Sitzflächenbelastung eine progressive Federkennlinie (P₁ × V₁ = P₂ × V₂), wobei auch hohen Belastungen durch entsprechende Füllung des Zylinders mit Druckluft Rechnung getragen werden kann.If the seat is loaded when the valve is open, ie when the cylinder chambers are connected, the piston can be moved to any position and up to the lower stop of the piston via the piston rod. The lowest position of the seat is reached at the lower stop. With the piston valve closed, depending on the filling pressure, a progressive spring characteristic (P ₁ × V ₁ = P ₂ × V ₂ ) results in all double positions of the piston in the double-acting air cylinder and when the seat is loaded, whereby even high loads are taken into account by filling the cylinder with compressed air can be.

Für Fahrräder wird ein ähnliches System in der Offenlegungsschrift DE 199 53 901 A1 beschrieben. For bicycles there is a similar system in the published patent application DE 199 53 901 A1 described.

Allen genannten und durch die verstellbaren Bürostühle teilweise schon sehr lange bekannten technischen Lösungen ist eine Eigenschaft gemeinsam: bei allen ändert sich je nach eingestellter Position des Kolbens nicht nur der Federweg, sondern auch die Federcharakteristik des Systems. Zwar bleiben bei unverändertem Systemdruck die jeweiligen Anfangssteifigkeiten gleich, zwangsläufig aber ergibt sich für jede Kolbenstellung außer dem jeweils verbleibenden Federweg auch eine andere Progression gegen Ende der Federkennlinie, d.h. eine andere Endkennung, ein anderer End-Verdichtungsraum.All of the above and partly due to the adjustable office chairs Technical solutions that have been known for a long time are a property common: changes with everyone Depending on the set position of the piston, not only the spring travel, but also the spring characteristics of the system. Adhere to unchanged System pressure the respective initial stiffnesses the same, but inevitably results for every piston position except another progression against the remaining travel End of the spring characteristic, i.e. another end identifier, another End-compression chamber.

In Fahrzeugen aller Art ist für eine optimale Gesamtfederung die Dämpfungscharakteristik auf die Federung und das Gewicht abgestimmt. Darüber hinaus werden bei leichten Wettbewerbsfahrzeugen Federung und Dämpfung auch auf die Fahrbahn ja sogar den Fahrstil des jeweiligen Fahrers getrimmt. Dasselbe gilt auch für Fahrräder der gehobenen Klasse. Bei den angeführten stufenlos einstellbaren Federsystemen nach dem Stand der Technik kann eine optimale Gesamtabstimmung Federung – Dämpfung im Hinblick auf die sich verändernden Federkennlinien nicht erzielt werden. Mit anderen Worten, die bekannten Federsysteme können keine optimalen Fahreigenschaften bieten, weil die Dämpfungscharakteristika zu den Federcharakteristika jeweils nur für eine Kolbenstellung stimmig sein können. Alle angeführten auch während des Betriebes einstellbaren Federsysteme nach dem Stand der Technik verändern aber ihre Federcharakteristik und verlassen somit eine vormals vielleicht optimale Fahrwerksabstimmung. In vehicles of all kinds is for an optimal overall suspension the damping characteristics on the Suspension and weight matched. In addition, at light Competitive vehicles suspension and damping also on the road even trimmed the driving style of each driver.The same thing applies to Cycles the upper class. With the mentioned continuously adjustable spring systems According to the state of the art, an optimal overall adjustment of suspension - damping in the Terms of changing Spring characteristics cannot be achieved. In other words, the familiar ones Spring systems can do not offer optimal driving characteristics because of the damping characteristics The spring characteristics are only consistent for one piston position could be. All listed also during adjustable spring systems according to the state of the art change but their spring characteristics and thus maybe leave a former one optimal suspension tuning.

Das wiederum bedeutet, dass alle bestehenden Lösungen gerade für das schwierige und sportlich höchst anspruchsvolle downhill im Gebirge keine optimalen Lösungen anbieten können.That in turn means that everyone existing solutions especially for the most difficult and sporty demanding downhill in the mountains do not offer optimal solutions can.

Neuerunginnovation

Ziel der Neuerung ist, mit unterschiedlichen neuen technischen Lösungen entweder die bestehende Dämpfung mit einer weitestgehend gleichbleibenden Federendkennung zu unterstützen, oder dem jeweils verbleibenden Federweg die optimale Dämpfung zuzuweisen. So wird für alle Betriebszustände eine tatsächlich optimale Fahrwerksabstimmung gewährleistet.The aim of the innovation is with different new ones technical solutions either the existing damping with a largely constant spring end identifier, or the assign the optimal damping to the remaining travel. So will for all operating conditions one actually optimal suspension tuning guaranteed.

Wie andere bereits lange bekannten Federsysteme (Bürostuhl) arbeitet die Neuerung mit einem von außen befüllbaren, doppelt wirkenden Zylinder, dessen hohle Kolbenstange im beispielsweise von Doppelbrücken gehaltenen Tauchrohr bis zur oberen Doppelbrücke ge- führt und dort festgelegt ist. Damit steht der Kolben in seinem Abstand zur Gabelbrücke still und die Federbewegungen werden vom auf und nieder gehenden Zylinder ausgeführt. Im Kolben des Zylinders befindet sich ein von außen durch die hohle Kolbenstange schaltbares Ventil, im folgenden Kolbenventil genannt. Geöffnet bewirkt das Kolbenventil Druckausgleich zwischen den durch den Kolben getrennten Zylinderräumen. Bei geöffnetem Ventil und unbelasteter Kolbenstange ergeben sich zu beiden Seiten des Kolbens zwar gleiche Drücke, aber unterschiedliche Kräfte, da kolbenstangenseitig nur eine kleinere Kolbenfläche (um den Querschnitt der Kolbenstange kleiner, s.a. Seite 4, Zeile 23) mit Druckluft beaufschlagt wird. Dementsprechend wird bei geöffnetem Kolbenventil die unbelastete Kolbenstange bis zum Anschlag aus dem Zylinder ausfahren – bzw. der Zylinder verschiebt sich gegenüber dem stillstehenden Kolben entsprechend. Für die Federgabel heißt das: sie federt aus und erreicht ihre maximale Länge. Wird die Kolbenstange bzw. das Ende des Zylinders belastet, so kann der Kolben bei geöffnetem Kolbenventil mit geringem Kraftaufwand in jede beliebige Stellung im Zylinder bewegt werden. Die Kolbenstange kann somit von ganz ausgefahren bis völlig eingefahren punktgenau in jede Stellung verbracht werden. Gleichzeitig bietet die eingesetzte Dichtungstechnik für dieses System ausgezeichnete Sicherheit.Like others known for a long time Spring systems (office chair) the innovation works with an externally fillable, double-acting Cylinder, the hollow piston rod of which is held, for example, by double bridges Immersion tube led to the upper double bridge and is fixed there. This keeps the piston at a distance from the fork bridge and the spring movements are from the cylinder going up and down executed. In the piston of the cylinder there is an outside through the hollow piston rod switchable valve, hereinafter referred to as the piston valve. Opened causes the piston valve pressure equalization between those separated by the piston Cylinder spaces. When open The valve and the unloaded piston rod result on both sides the same pressures of the piston, but different powers, since only a smaller piston area (um the cross section of the piston rod smaller, see also Page 4, line 23) is pressurized with compressed air. Accordingly, when open Piston valve the unloaded piston rod up to the stop from the Extend cylinder - or the cylinder moves relative to the stationary piston corresponding. For the suspension fork means: it springs out and reaches its maximum length. Will the piston rod or the end of the cylinder is loaded, the piston can open Piston valve with little effort in any position be moved in the cylinder. The piston rod can be completely extended to completely retracted in every position. simultaneously offers the sealing technology used for this system excellent Safety.

Diese vom Bürostuhl her lange bekannten Eigenschaften werden auch gemäß der Neuerung für eine in ihrem Federweg stufenlos einstellbare Fahrrad Federgabel genutzt. Zusätzlich aber nutzt die Neuerung je nach Einsatz und Ausstattung verschiedene Lösungen, um entweder bei unveränderter Dämpfungscharakteristik die Federungsendprogression weitestgehend beizubehalten, oder das Dämpfungsverhalten dem jeweiligen verbleibenden Federweg der Federgabel selbsttätig optimal anzupassen. Die zu benennenden technischen Lösungen können auch einander überlagert eingesetzt werden.These properties that have long been known from office chairs are also according to the innovation for one Infinitely adjustable bike suspension fork used in their travel. additionally but uses the innovation different depending on the application and equipment Solutions, either with unchanged damping characteristics to keep the suspension progression largely, or that damping behavior the respective remaining travel of the suspension fork automatically optimal adapt. The technical solutions to be named can also be superimposed on one another be used.

Die Federungsendprogression wird weitestgehend beibehalten, indem in den Bereich des positiven Federweges eines doppelt wirkenden Luftzylinders eine einfach wirkende Druckpatrone eingebaut wird. Eine einfach wirkende Druckpatrone ist in diesem Zusammenhang ein einfach wirkender Pneumatikzylinder mit einem verschiebbaren gedichteten Kolben, der keine Kolbenstange trägt. Die eine axiale Endfläche dieser Druckpatrone trägt ein Ventil, durch die der Druckpatronenraum mit Druckluft gefüllt werden kann. Mit dieser Ventilseite ist die Druckpatrone durch den Boden des doppelt wirkenden Zylinders mit einem Ausfallende der Gabel so verbunden, dass die einfach wirkende Druckpatrone über das Ventil von au ßen befällt werden kann.The suspension end progression will largely maintained by in the range of positive travel a double-acting air cylinder a single-acting print cartridge is installed. A single-acting print cartridge is in this Connection of a single-acting pneumatic cylinder with a sliding one sealed piston that does not carry a piston rod. The one axial end face of this Carries the print cartridge a valve through which the print cartridge space is filled with compressed air can. With this valve side, the print cartridge is through the bottom of the double-acting cylinder with a fork dropout connected so that the single-acting print cartridge over the Outside valve befalls can be.

Das andere Patronenende weist einen Endanschlag auf, gegen den der Patronenkolben bei Befüllung der Patrone mit Druckluft anliegt. Der mit Endanschlag versehene Patronenabschluss ist durchbrochen. So wird der stangenlose Patronenkolben auf der einen Seite mit dem Arbeitsdruck des Federgabelholmens (= der doppelt wirkende Federzylinder) beaufschlagt, auf seiner anderen Seite wirkt der über das Ventil einstellbare Innendruck der Patrone, der üblicherweise höher ist, als der Luftdruck der Federgabel im Ruhezustand.The other end of the cartridge has one End stop against which the cartridge piston is filled when the Cartridge with compressed air. The cartridge end with end stop is broken. This is how the rodless cartridge piston on the one side with the working pressure of the fork leg (= double acting spring cylinder) acts on its other side the over the valve adjustable internal pressure of the cartridge, which is usually is higher than the air pressure of the suspension fork at rest.

Ohne Druckpatrone ändert sich für jede einzuregelnde Stellung des Arbeitskolbens nicht nur der verbleibende Federweg. Auch die Endprogression ändert sich gemäß dem jeweils verbleibenden Arbeitsvolumen, wobei sich der zugehörige kleinste Verdichtungsraum ebenfalls ändert. Für die isothermische Zustandsänderung in luftgefederten Federgabeln ergeben sich berechenbare kleinste Verdichtungsräume. Diese liegen bei den für Federgabeln üblichen Drücken bei rund 20% des jeweiligen Ausgangsvolumens.Without a print cartridge changes for every Position of the working piston to be regulated not only the remaining one Travel. The final progression also changes accordingly remaining work volume, with the associated smallest compression space also changes. For the isothermal change of state In air-sprung suspension forks there are predictable smallest Agglomerations. These are with the for Suspension forks usual To press at around 20% of the respective initial volume.

Mit Druckpatrone verlängert sich der Federweg in jeder beliebig eingeregelten Stellung des Arbeitskolbens um den durch die Patronenparameter vorgegebenen Federweg. Beim Einfedern steigt der Druck auf der großflächigeren Seite des Arbeitskolbens im doppelt wirken- den Zylinder und wirkt durch den durchbrochenen Patronenabschluss auf den stangenlosen Kolben. Auf diesen stangenlosen Kolben wirkt gleichzeitig der Innendruck der Patrone. Nach Erreichen der Kräftegleichheit an diesem stangenlosen Kolben und weiterer Einfederung des Gesamtsystems wird die Federcharakteristik der Druckpatrone mit ihrem zusätzli- chen Federweg dem doppelt wirkenden Arbeitszylinder in Serie überlagert. Mit dieser Neue- rung ist gegeben, dass für jede beliebige Stellung des Arbeitskolbens nach Erreichen der Kräftegleichheit zwischen Arbeitsraum und Druckpatrone die weitere Federcharakteristik (Endkennung) immer gleich bleibt, solange der Innendruck der Druckpatrone nicht verändert wird. Für feinste Abstimmung der Federkennlinie kann in der beschriebenen ersten Druckpatrone eine kleinere zweite mit entsprechend höherem Druck angeordnet werden.With a print cartridge it extends the spring travel in any position of the working piston around the spring travel specified by the cartridge parameters. When compressing the pressure increases on the larger area Side of the working colbens in the double-acting cylinder and works through the open cartridge end on the rodless Piston. The internal pressure also acts on this rodless piston the cartridge. After achieving equal power on this rodless Piston and further deflection of the overall system becomes the spring characteristic the print cartridge with its additional Chen travel the double-acting cylinder overlaid in series. With this innovation it is given that for any position of the Working piston after the equality of forces has been reached between the working area and print cartridge always the other spring characteristic (end identifier) remains the same as long as the internal pressure of the print cartridge is not changed. For the finest Adjustment of the spring characteristic can be described in the first print cartridge a smaller second can be arranged with a correspondingly higher pressure.

Mit dem Einsatz der Druckpatrone wird also eine Federwegregulierung mit gleichzeitiger Federkennlinienanpassung gewährleistet.With the use of the print cartridge becomes a suspension travel regulation with simultaneous adjustment of the spring characteristic guaranteed.

Eine Ausnahme des Verhaltens kann bei extremen Verringerungen des Federweges entstehen. Für diesen Fall sind zusätzliche zellige oder auch kompakte Elastomerfedern vorgesehen, deren Federkennung vorab über die Dichte bzw. den Elastizitätsmodul des Materials so abgestimmt ist, dass sie der geplanten Wunschendkennung des Systems entsprechen.An exception to behavior can with extreme reductions in travel. For this Case are additional Cellular or compact elastomer springs provided, their spring detection in advance about the density or the modulus of elasticity of the material is coordinated so that it meets the planned end-of-life recognition of the system.

Damit ist gewährleistet, dass die Federungsendkennung weitestgehend unverändert bleibt. Ein hydraulischer Stoßdämpfer braucht daher nach seiner einmaligen optimalen Einregelung nicht mehr nachjustiert werden.This ensures that the suspension end identifier largely unchanged remains. A hydraulic shock absorber needs therefore no longer readjusted once it has been optimally adjusted become.

Der zweite Weg, die selbsttätige optimale Anpassung der Dämpfung an die jeweilige Luftfedertätigkeit, nutzt die Patentanmeldung 101 53 152.4 vom 27-10-2001. Die dort vorgestellte richtungsabhängige Reibungsdämpfung wird in einer Luftfeder dem gedichteten Kolben vorgeschaltet. Grundsätzlich gilt auch für den Wirkdruck auf die Reibelemente dieser Dämpfung P₁ × V₁ = P₂ × V₂. Der sich hyperbolisch ändernde Arbeitsdruck im Bereich der positiven Einfederung des doppelt wirkenden Federzylinders bewirkt gemäß der Patentanmeldung eine sich gleichermaßen ändernde Dämpfungskraft beim Ausfedern. Die Dämpfungskräfte stellen sich also selbsttätig auf die jeweiligen Federkräfte ein.The second way, the automatic optimal adjustment of the damping to the respective air spring activity, uses the patent application 101 53 152.4 from 27-10-2001. The directional friction damping presented there is connected upstream of the sealed piston in an air spring. In principle, P ₁ × V ₁ = P ₂ × V ₂ also applies to the differential pressure on the friction elements of this damping. According to the patent application, the hyperbolic changing working pressure in the area of positive deflection of the double-acting spring cylinder causes an equally changing damping force during rebound. The damping forces adjust themselves to the respective spring forces.

Die Wirkungsweise der Neuerung, basierend auf der einfach wirkenden Druckpatrone, wird anhand folgender Abbildungen verdeutlicht.How the innovation works, based on The single-acting print cartridge is shown in the following illustrations clarified.

1 zeigt eine upside-down Fahrrad Federgabel mit Doppelbrücken in der Ansicht. 1 shows an upside-down bicycle suspension fork with double bridges in the view.

2 zeigt einen Holmen einer upside-down Fahrrad Federgabel gemäß Neuerung im Schnitt. 2 shows a spar of an upside-down bicycle suspension fork according to the innovation in section.

Die Doppelbrücken (1a und 1b) der Fahrradfedergabel gemäß Abbildungen [1 und 2] sind die Verbindungen zum Steuerrohr. In den Doppelbrücken (1a, 1b) werden die Tauchrohre (2) gehalten. Im Tauchrohr (2) ist die hohle Kolbenstange (3) in welcher sich die Betätigungsstange (4) für das Kolbenventil (6) befindet. Der obere Boden (5) des doppeltwirkenden Zylinders (8) ist gegen die Kolbenstange (3) gedichtet. Der Arbeitskolben (7) ist zu den Doppelbrücken feststehend, d.h. der Zylinder (8) gleitet bei Federbewegungen über den Kolben (7). Am oberen Ende der hohlen Kolbenstange (3) ist ein weiteres Ventil (16), durch welches der doppelt wirkende Arbeitszylinder (8) mit Druckluft befüllt oder entlastet wird. Solange das Kolbenventil (6) geöffnet ist, wird Druckgleichheit in den Zylinderräumen (15a und 15b) des Federzylinders (8) erreicht.The double bridges ( 1a and 1b ) the bicycle suspension fork according to figures [1 and 2] are the connections to the head tube. In the double bridges ( 1a . 1b ) the immersion tubes ( 2 ) held. In the dip tube ( 2 ) is the hollow piston rod ( 3 ) in which the operating rod ( 4 ) for the piston valve ( 6 ) is located. The top floor ( 5 ) of the double-acting cylinder ( 8th ) is against the piston rod ( 3 ) sealed. The working piston ( 7 ) is fixed to the double bridges, ie the cylinder ( 8th ) slides over the piston during spring movements ( 7 ). At the top of the hollow piston rod ( 3 ) is another valve ( 16 ) through which the double-acting cylinder ( 8th ) is filled with compressed air or relieved. As long as the piston valve ( 6 ) is open, there is equal pressure in the cylinder chambers ( 15a and 15b ) of the spring cylinder ( 8th ) reached.

Die Druckpatrone (9) ist mit ihrem Boden (13) durch den Boden des Arbeitszylinders (8) fest mit dem Ausfallende (10) verbunden und wird über das Ventil (14) mit Druckluft gefüllt oder entlastet. Durch Füllen mit Druckluft steigt der stangenlose Kolben (12) bis an seinen obe ren Anschlag (11) am oberen durchbrochenen Patronenende (11).The print cartridge ( 9 ) is with her bottom ( 13 ) through the bottom of the working cylinder ( 8th ) fixed to the dropout ( 10 ) and is connected via the valve ( 14 ) filled with compressed air or relieved. By filling with compressed air the rodless piston rises ( 12 ) up to its upper stop ( 11 ) at the top open cartridge end ( 11 ).

Bei geöffnetem Kolbenventil (6) kann der Zylinder (8) unter Überwindung der resultierenden Druckkräfte sowie der geringen Reibung von Kolben- und Führungsdichtungen in jede beliebige Stellung relativ zum Kolben (7) gebracht werden. Nach dem Schließen des Kolbenventils (6) in einer vom Fahrer frei gewählten Position steht der Abstand zwischen Arbeits-kolben (7) und oberem Ende (11) der Druckpatrone (9) als jeweils maximaler Federweg zur Verfügung.With the piston valve open ( 6 ) the cylinder ( 8th ) while overcoming the resulting pressure forces and the low friction of piston and guide seals in any position relative to the piston ( 7 ) to be brought. After closing the piston valve ( 6 ) The distance between the working pistons is in a position freely chosen by the driver ( 7 ) and top end ( 11 ) of the print cartridge ( 9 ) as the maximum travel available.

Werden für möglichst geringe Federwege im Federzylinder über der Druckpatrone oder oberhalb des Federzylinders im Tauchrohr zellige oder kompakte Elastomerfedern (17a, 17b) eingesetzt, so wird deren Federcharakteristik so abgestimmt, dass sie der Wunschkennung weitestgehend entspricht. Bei Anordnung im Federzylinder ist ihre Konstruktion so, dass die Druckausgleich bewirkenden Bohrungen im oberen Patronenabschluß (11) nicht verschlossen werden.If cellular or compact elastomer springs are used for the smallest possible spring travel in the spring cylinder above the print cartridge or above the spring cylinder in the dip tube ( 17a . 17b ) is used, their spring characteristics are adjusted so that they largely correspond to the desired identifier. If they are arranged in the spring cylinder, their construction is such that the pressure equalizing holes in the upper cartridge end ( 11 ) cannot be closed.

Claims

Air suspension bicycle fork ( 1 and 2 ) based on the principle of the double-acting air cylinder ( 8th ) with a hollow piston rod ( 3 ) and the actuating rod inside ( 4 ) for the piston valve ( 6 ) with which the two chambers ( 15a and 15b ) of the air cylinder ( 8th ) for pressure equalization and relative to the cylinder ( 8th ) continuously adjustable position of the piston ( 7 ) and a fixed dropout ( 10 ) at the lower end of the air cylinder ( 8th ) characterized in that in the air cylinder ( 8th ), in the range of the positive travel ( 15b ) a single-acting pressure cylinder ( 9 ) which is sealing through the floor of the air cylinder ( 8th ) through with the dropout ( 10 ) is connected in such a way that it has a valve ( 14 ) can be filled with compressed air and relieved and its against the cylinder wall ( 9 ) sealed piston rodless piston ( 12 ) when filling with compressed air against the stop of the upper perforated cylinder base ( 11 ) moves.

Air-suspended bicycle fork according to claim 1, characterized in that on the single-acting pressure cylinder ( 9 ) an elastomer spring ( 17a ) whose deformation characteristic is selected so that it corresponds to the end identifier from the superimposition of the air spring cylinder ( 8th ) and pressure cylinder ( 9 ) corresponds.

Air suspension bicycle fork after address 1 characterized in that in the immersion tube ( 3 ) an elastomer spring ( 17b ) against which the air spring cylinder ( 8th ) works with the desired small spring travel and the end identifier from the superimposition of the air spring cylinder ( 8th ) and pressure cylinder ( 9 ) corresponds.

Air-suspended bicycle fork according to claim 1, characterized in that in the pressure cylinder ( 9 ) there is another single-acting impression cylinder, which also seals through the bottom of the impression cylinder ( 9 ) and the spring cylinder ( 8th ) with the dropout ( 10 ) is connected in such a way that it can be loaded and relieved from the outside with compressed air by means of another valve.

Air-suspended bicycle fork according to claim 1, characterized in that the piston ( 7 ) on the side of the positive spring travel an automatic directional damping mechanism according to patent application 101 53 152.4 from 27-10-2001 is connected upstream.