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Korrespondierende Anmeldungen
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Diese
Anmeldung korrespondiert zu und beansprucht die Priorität von den
US Provisional Patentanmeldungen Nr. 60/973,912, angemeldet am 20. September
2007, und Nr. 60/947,335, angemeldet am 29. Juni 2007.
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Aufnahme durch Bezugnahme
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Die
Gesamtheit der US Provisional Patentanmeldungen Nr. 60/973,912,
angemeldet am 20. September 2007, und Nr. 60/947,335, angemeldet am
29. Juni 2007, werden hiermit durch Bezugnahme aufgenommen und zum
Teil der vorliegenden Beschreibung gemacht.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Federungsanordnungen
für Fahrzeuge.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Federungsanordnung
für ein
Fahrrad.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Geländefahrräder oder
Mountain-Bikes können
mit einer Federungsanordnung versehen sein, die zwischen eines oder
beide von Vorder- und Hinterrad und einem Rahmenabschnitt des Fahrrades angeordnet
ist. Die vordere Federungsanordnung ist oft in Form einer Federgabel
ausgebildet, die wenigstens einen teleskopierbaren Gabelholm aufweist,
der das Vorderrad mit dem Rahmenabschnitt zur Ermöglichung
einer Relativbewegung dazwischen verbindet. Federgabeln umfassen üblicherweise
ein Paar teleskopierbarer Gabelholme, die so angeordnet sind, dass
die Gabelholme das Vorderrad übergreifen.
Die vordere Federgabel umfasst üblicherweise sowohl
eine Tragfeder als auch einen Dämpfer.
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Auch
wenn die Technologie von Fahrradradfederungen sich in den vergangenen
Jahren fortentwickelt hat, fordern Radfahrer weitere Verbesserungen
in Leistungsfähigkeit
und Einstellmöglichkeiten für Fahrradradfederungssysteme
bei gleichzeitigem Aufrechterhalten oder gar Verringern des Gesamtgewichts
des Systems. Die Bereitstellung einer ausreichenden Festigkeit,
Leistungsfähigkeit
oder Einstellmöglichkeiten
innerhalb des verfügbaren
Raumes für eine
vordere Federgabel ist eine besondere Herausforderung, zumindest
im Hinblick auf Beschränkungen
der Gesamthöhe
des Fahrrades.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In
einer Ausführungsform
ist die vorliegende Fahrradradfederungsanordnung eine Fahrradvorderradgabel,
die wünschenswerte
Leistungsdaten und Einstellmöglichkeiten
bietet, bei Erhaltung eines wettbewerbsfähig geringen Gewichts. In einer
Ausführungsform
umfasst die Fahrradradfedergabel ein Paar teleskopierbarer Gabelholme,
die durch eine Gabelbrücke
mit einem Steuerrohr verbunden sind. Sowohl eine Tragfeder als auch
ein Dämpfer
sind in nur einem des Paares der Gabelholme vorgesehen. Der Dämpfer kann
einen Trennkolben umfassen, der eine Dämpfungsflüssigkeitskammer von einer Gaskammer
trennt. In einer Ausführungsform
erlaubt ein Ventil die Kommunikation mit der Gaskammer und das Ventil
ist zumindest teilweise in einen Dämpfungseinstellmechanismus
des Dämpfers
integriert. Die Tragfederanordnung kann eine Zugfeder umfassen.
In einer Ausführungsform
ist die Zugfeder eine zweistufige Zug-Gasfeder, bei der eine Zug-Gasfederkammer
ein erstes und ein zweites Ende umfasst. Das zweite Ende der Zug-Gasfederkammer
wird definiert durch eine erste Dichtung in einer ersten Position
der Tragfeder und durch eine zweite Dichtung in einer zweiten Stellung
der Tragfeder.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst eine Fahrradradfedergabel einen ersten Gabelholm, der ein
oberes Gabelrohr und ein unteres Gabelrohr aufweist, und einen zweiten
Gabelholm, der ein oberes Gabelrohr und ein unteres Gabelrohr umfasst.
Eine Tragfeder, die im Wesentlichen die gesamte Federkraft der Federgabel
bereitstellt, ist innerhalb des ersten Gabelholms und nicht innerhalb des
zweiten Gabelholms angeordnet. Die Tragfeder umfasst eine Gasfederkammer
und einen Gasfederkolben. Der Gasfederkolben ist beweglich, um ein Volumen
der Gasfederkammer zu verändern.
Ein Dämpfer,
der im Wesentlichen die gesamte Dämpfungskraft der Federgabel
bereitstellt, ist innerhalb des ersten Gabelholms und nicht innerhalb
des zweiten Gabelholms angeordnet. Der Dämpfer umfasst eine Dämpfungskammer,
eine Kolbenstange und einen Dämpfungskolben,
der an einem Endabschnitt der Kolbenstange angeordnet ist. Die Kolbenstange und
der Dämpfungskolben
sind innerhalb der Dämpfungskammer
beweglich. Der Dämpfungskolben
bewegt sich relativ zu dem Gasfederkolben, wenn das obere Gabelrohr
des ersten Gabelholms sich relativ zu dem unteren Gabelrohr des
ersten Gabelholms bewegt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
umfasst eine Fahrradradfedergabel, enthaltend einen ersten Gabelholm
mit einem ersten Gabelrohr, das teleskopierbar mit einem zweiten
Gabelrohr verbunden ist, und einen zweiten Gabelholm mit einem ersten
Gabelrohr, das teleskopierbar mit einem zweiten Gabelrohr angeordnet
ist. Eine Tragfeder, die im Wesentlichen die gesamte Federkraft
der Federgabel bereitstellt, ist innerhalb des ersten Gabelholms
und nicht innerhalb des zweiten Gabelholms angeordnet. Die Tragfeder
umfasst eine Gasfederkammer und einen Gasfederkolben. Der Gasfederkolben
ist beweglich, um ein Volumen der Gasfederkammer zu verändern. Ein
Dämpfer,
der im Wesentlichen die gesamte Dämpfungskraft der Federgabel
bereitstellt, ist innerhalb des ersten Gabelholms und nicht innerhalb
des zweiten Gabelholms angeordnet. Der Dämpfer umfasst eine Dämpfungskammer,
eine Kolbenstange und einen Dämpfungskolben,
der an einem Endabschnitt der Kolbenstange befestigt ist. Die Kolbenstange
und der Dämpfungskolben
sind innerhalb der Dämpfungskammer
beweglich. Der Dämpfungskolben
ist zur Bewegung mit dem ersten Gabelrohr des ersten Gabelholms
verbunden, und der Gasfederkolben ist zur Bewegung mit dem zweiten
Gabelrohr des ersten Gabelholms verbunden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
umfasst eine Fahrradradfedergabel, enthaltend einen ersten Gabelholm,
der ein oberes Gabelrohr und ein unteres Gabelrohr umfasst, und
einen zweiten Gabelholm, der ein oberes Gabelrohr und ein unteres
Gabelrohr umfasst. Eine Tragfeder, die im Wesentlichen die gesamte
Federkraft der Federgabel bereitstellt, ist innerhalb des ersten
Gabelholms angeordnet und nicht innerhalb des zweiten Gabelholms.
Die Tragfeder umfasst eine Gasfederkammer und einen Gasfederkolben.
Der Gasfederkolben ist beweglich, um ein Volumen der Gasfederkammer
zu verändern.
Ein Dämpfer,
der im Wesentlichen die gesamte Dämpfungskraft der Federgabel
bereitstellt, ist innerhalb des ersten Gabelholms und nicht innerhalb
des zweiten Gabelholms angeordnet. Der Dämpfer umfasst eine Dämpfungskammer,
eine Kolbenstange und einen Dämpfungskolben,
der an einem Endabschnitt der Kolbenstange befestigt ist. Die Kolbenstange
und der Dämpfungskolben
sind innerhalb der Dämpfungskammer
beweglich. Eine Ausgleichskammer nimmt Fluid auf, das aus der Dämpfungskammer
verdrängt
worden ist. Die Dämpfungskammer
ist von der Ausgleichskammer durch ein oder mehrere Ventile getrennt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
umfasst eine Federungsanordnung für ein Fahrrad, enthaltend einen
ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Ein erster Kolben
ist durch den zweiten Abschnitt getragen. Der erste Kolben und der
erste Abschnitt treffen zusammen, um eine Luft-Druckfederkammer
zu bilden, die eine Kraft erzeugt, um den ersten Abschnitt gegenüber dem
zweiten Abschnitt auseinander zu drücken. Eine Zugluftfeder erzeugt
eine Kraft, die ein Zusammendrücken
des ersten Abschnittes und des zweiten Abschnittes bewirkt. Die Zugluftfeder
umfasst eine erste Kammer und eine zweite Kammer. Die Radfederungsanordnung
umfasst wenigstens eine erste Dichtungsanordnung. Die erste Dichtungsanordnung
trennt die erste Kammer von der zweiten Kammer in einer ersten relativen Position
des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts. Die erste Dichtungsanordnung
erlaubt eine Verbindung zwischen der ersten Kammer und der zweiten
Kammer in einer zweiten relativen Position des ersten Abschnitts
und des zweiten Abschnitts.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
ist eine Federungsanordnung für
ein Fahrrad, enthaltend einen ersten Abschnitt, umfassend eine Kolbenstange, die
einen Dämpfungskolben
trägt,
und einen zweiten Abschnitt, der wenigstens eine Fluidkammer bildet, die
mit einem Dämpfungsfluid
gefüllt
ist. Der Dämpfungskolben
ist beweglich innerhalb der wenigstens einen Fluidkammer. Die Kolbenstange
nimmt ein variierendes Volumen der wenigstens einen Fluidkammer
ein, wenn sich der Dämpfungskolben
zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position innerhalb
der wenigstens einen Fluidkammer bewegt. Ein Dämpfungseinstellmechanismus
erstreckt sich von dem Äußeren der
Federungsanordnung zu einem Dämpfungsventil.
Der Dämpfungseinstellmechanismus
ist angepasst, um eine äußere Einstellung
des Dämpfungsventils
zu erlauben. Eine Gaskammer ist von der wenigstens einen Fluidkammer durch
eine Teilung getrennt. Die Teilung ist beweglich, um das Volumen
der Gaskammer zu verändern, um
eine Veränderung
des Volumens der wenigstens einen Fluidkammer kompensieren, das
durch die Kolbenstange eingenommen wird. Ein Füllventil ist angepasst, um
das Einführen
von Gas in die Gaskammer durch einen Füllkanal zu ermöglichen.
Der Füllkanal
ist wenigstens teilweise gebildet durch den Dämpfungseinstellmechanismus.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
umfasst ein Verfahren zur Einstellung einer Menge von Fluid innerhalb
der Federungsanordnung, das das Bereitstellen eines Rohres umfasst,
das einen Abschnitt der Federungsanordnung bildet. Ein erster Kolben
ist in ein offenes Ende eines Rohres eingesetzt, um eine Dichtung
zwischen dem ersten Kolben und dem Rohr zu erzeugen und ein erstes
Ende einer Fluidkammer zu bilden. Der erste Kolben wird innerhalb
des Rohres vorgeschoben, bis das erste Ende der Fluidkammer sich
in einer ersten Position relativ zu dem offenen Ende des Rohres
befindet. Fluid wird das Eintreten in die Fluidkammer ermöglicht.
Ein zweiter Kolben ist in das Rohr eingesetzt, um eine Dichtung
zwischen dem zweiten Kolben und dem Rohr zu erzeugen und ein zweites
Ende der Fluidkammer zu definieren. Die erste Position des ersten
Kolbens ist so gewählt,
dass das Einsetzen des zweiten Kolbens eine gewünschte Menge an Fluid innerhalb
der Fluidkammer einschließt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
umfasst eine Fahrradradfedergabel, umfassend einen ersten Gabelholm
mit einem oberen Gabelrohr und einem unteren Gabelrohr und einen
zweiten Gabelholm mit einem oberen Gabelrohr und einem unteren Gabelrohr.
Eine Tragfeder, die im Wesentlichen die gesamte Federkraft der Federgabel
bereitstellt, ist innerhalb des ersten Gabelholms und nicht innerhalb
des zweiten Gabelholms angeordnet. Ein Dämpfer, der im Wesentlichen
die gesamte Dämpfungskraft
der Federgabel bereitstellt, ist innerhalb des ersten Gabelholms
und nicht innerhalb des zweiten Gabelholms angeordnet. Eine Gabelbrücke verbindet
das obere Gabelrohr des ersten Gabelholms mit dem oberen Gabelrohr
des zweiten Gabelholms und umfasst einen Wandabschnitt, der sich
vollständig über ein oberes
Ende des oberen Gabelrohrs des zweiten Gabelholms erstreckt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diese
und andere Merkmale, Aspekte und Vorzüge der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend beschrieben im Hinblick auf Zeichnungen von bevorzugten
Ausführungsformen,
die bestimmt sind, die Erfindung zu erläutern, jedoch nicht zu beschränken. Die
Zeichnungen umfassen zwölf
(12) Figuren.
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1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrades, umfassend eine vordere Federungsanordnung mit
verschiedenen Merkmalen, Aspekten und Vorzügen der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Frontansicht einer vorderen Federungsanordnung des Fahrrades
aus 1. In 2 ist die vordere Federungsanordnung
von dem Fahrrad getrennt.
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3 ist
eine Schnittansicht eines Paares von Gabelholmen der vorderen Federungsanordnung
aus 2. Eine Tragfeder und ein Dämpfer sind nur in einem der
Gabelholme vorgesehen.
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4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts des Gabelholms, der die Tragfeder und den Dämpfer enthält. Der
Abschnitt des Gabelholms, der in 4 dargestellt
ist, ist durch den mit 4 bezeichneten Kreis in 3 angegeben.
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5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines oberen Endes des Gabelholms, der die Tragfeder und den Dämpfer enthält. Der
Abschnitt des Gabelholms, der in 5 dargestellt
ist, ist durch den Kreis mit der Bezeichnung 5 in 3 angegeben.
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6 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines unteren Abschnitts des Gabelholms, der die Tragfeder und den
Dämpfer
enthält.
Der Abschnitt des Gabelholms, der in 6 dargestellt
ist, ist durch den mit 6 bezeichneten Kreis in 3 angegeben.
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7 ist
eine Querschnittsansicht des Gabelholms, der die Tragfeder und den
Dämpfer
enthält,
entlang der Linie 7-7 in 6.
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8 ist
eine Querschnittsansicht des Gabelholms, der die Tragfeder und den
Dämpfer
umfasst, entlang der Linie 8-8 in 6.
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9 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts des unteren Endes des Gabelholms aus 6,
der einen Dämpfungseinstellmechanismus
mit einem integrierten Ventil zeigt, das erlaubt, Gas in die Gaskammer
des Dämpfers
einzubringen.
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10 ist
eine Querschnittsansicht des Gabelholms, der die Tragfeder und den
Dämpfer
enthält,
entlang der Linie 10-10 in 9.
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11 ist
eine Querschnittsansicht des Gabelholms, der die Tragfeder und den
Dämpfer
enthält,
entlang der Linie 11-11 in 9.
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12a und 12b zeigen
eine Zugfederanordnung der Tragfeder der Fahrradgabel aus 2. 12a zeigt die Zugfeder in einer ersten Position
der Tragfeder, bei der ein Ende der Zugfeder definiert ist durch
eine erste Dichtung. 12b zeigt die Zugfeder in einer
zweiten Position der Tragfeder, bei der das eine Ende der Zugfeder
durch eine zweite Dichtung anstelle der ersten Dichtung gebildet
ist.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Federungsanordnung wird hier in Form einer vorderen
Federgabel für
ein Fahrrad 20 beschrieben. Der Begriff „Gabel” wird hier
in seiner üblichen
Bedeutung verwendet und umfasst verschiedene Formen einer vorderen
Federungsanordnung für
ein Fahrzeug und insbesondere für
ein Fahrrad. Daher umfasst der Begriff „Gabel” eine Federungsanordnung mit
einem oder mehreren Holmen oder Stützen. Ferner sollen ebenfalls
vordere Federungen in Gestängeform
unter den Begriff „Gabel” fallen.
Ferner können
verschiedene Merkmale, Aspekte und Vorzüge der vorliegenden Federungsanordnung bei
Federungsanordnungen anderer Fahrzeuge in gleicher Weise verwendet
werden. Beispielsweise können
verschiedene Merkmale, Aspekte und Vorzüge der vorliegenden Federungsanordnung
verwendet werden bei anderen zweirädrigen Fahrzeugen, wie beispielsweise
Motorrädern.
Ferner können
verschiedene Merkmale, Aspekte und Vorzüge der vorliegenden Federungsanordnung
bei Fahrzeugen verwendet werden, die eine andere Anzahl von Rädern aufweisen
(beispielsweise ein Automobil), oder keine Räder aufweist (beispielsweise
ein Schneemobil). Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf
eine bestimmte Struktur oder Funktion beschränkt, wie sie hier beschrieben
ist, obwohl die vorliegende Federungsanordnung im Zusammenhang mit
der vorderen Federgabel eines Fahrrades beschrieben ist. Verschiedene
Merkmale, Aspekte und Vorzüge
der vorliegenden Federungsanordnung können auch in Nicht-Fahrzeug-Applikationen verwendet
werden.
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1 zeigt
ein Fahrrad, insbesondere ein Geländefahrrad oder Mountain-Bike 20.
Zur Erleichterung der Beschreibung des Mountain-Bikes 20 und der
vorliegenden Federungsanordnung, werden verschiedene Richtungs-
oder relative Begriffe verwendet. Der Begriff „längs” bezieht sich auf eine Richtung,
Länge oder
Stelle zwischen der Front und der Rückseite des Rades 20.
Der Begriff „quer” bezieht sich
auf eine Richtung, Länge
oder Stelle zwischen den Seiten des Fahrrades 20. Höhen können als
relative Abstände
von einer Oberfläche
beschrieben sein, auf der ein Fahrrad 20 auf normale Weise
betrieben wird. Daher beziehen sich die Begriffe „oberhalb” oder „unterhalb” im Allgemeinen
auf die Federungsanordnung, wie sie an einem Fahrrad angebracht
und das Fahrrad so orientiert ist, als würde es normal gefahren, oder
wie die Federungsanordnung in einer der entsprechenden Figuren dargestellt
ist. Vordere, hintere, linke und rechte Richtungen beziehen sich
im Allgemeinen auf die Richtungen aus der Sicht eines Fahrers, der
normal auf dem Fahrrad 20 sitzt.
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Unter
Bezug auf die 1 umfasst das Mountain-Bike 20 eine
Rahmenanordnung 22, ein Vorderrad 24 und ein Hinterrad 26.
Die Rahmenanordnung 22 trägt eine Sattelanordnung 28 an
einer Stelle, die hinter einer Lenkeranordnung 30 liegt.
Die Lenkeranordnung 30 ist drehbar durch die Rahmenanordnung 22 gehalten
und mit dem Vorderrad 24 so verbunden, dass eine Schwenkung
des Lenkers 30 zu einer Drehung des Vorderrades 24 um
eine Lenkachse AS des Mountain-Bikes 20 führt.
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Das
Mountain-Bike 20 umfasst ferner einen Antriebsstrang 32,
der angepasst ist, um einem Fahrer des Mountain-Bikes 20 die Übertragung
von Kraft auf eines oder beide der Räder 24, 26 zu
ermöglichen.
Bei der dargestellten Ausführungsform
umfasst der Antriebsstrang 32 eine Tretkurbel 34,
die mit dem Hinterrad 26 durch einen Mehrgangkettenantrieb 36 verbunden
ist. Der Mehrgangkettenantrieb 36 kann ein oder mehrere
Zahnräder
oder Kettenringe umfassen, die mit der Tretkurbel 34 verbunden
sind, und ein oder mehrere Zahnräder
oder Ritzel, die mit dem Hinterrad 26 verbunden sind. Die
Kettenringe und Ritzel sind durch eine Endlosantriebskette verbunden,
die in der Lage ist, Drehmoment von der Tretkurbel 34 zu
dem Hinterrad 26 zu übertragen.
Ein oder mehrere Schaltmechanismen, wie ein Umwerfer, können vorgesehen
sein, um die Kette zwischen den Kettenringen oder Ritzeln zu bewegen.
Die Schalteinrichtung kann durch Schalthebel gesteuert werden, die
an der Lenkeranordnung 30 angebracht sind.
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Das
Mountain-Bike 20 umfasst vordere und hintere Bremsanordnungen 38, 40,
die jeweils dem vorderen und hinteren Rad 24, 26 zugeordnet
sind. Die Bremsanordnungen 38, 40 können durch
einen Fahrer des Mountain-Bikes 20 gesteuert werden, typischerweise
durch Handhebel, die an dem Lenker 30 vorgesehen sind.
Die Bremsanordnungen 38, 40 sind in der Lage,
eine Kraft auf das entsprechende Rad 24, 26 aufzubringen,
die der Bewegung des Rades entgegenwirkt, um das Mountain-Bike 20 zu
verzögern
oder anzuhalten. Auch wenn die dargestellten Bremsanordnungen 38, 40 Scheibenbremsen
sind, können
andere geeignete Typen von Bremsanordnungen, wie beispielsweise
Felgenbremsen, ebenfalls verwendet werden.
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Vorzugsweise
ist das Hinterrad 26 zur Bewegung relativ zu wenigstens
einem Abschnitt der Rahmenanordnung 22 befestigt. Insbesondere
umfasst die Rahmenanordnung 22 einen Hauptrahmenabschnitt 42 und
einen Hilfsrahmenabschnitt oder Radaufnahmeabschnitt 44.
Der Hilfsrahmenabschnitt 44 trägt das Hinterrad 26 beweglich
gegenüber dem Hauptrahmenabschnitt 42 der
Rahmenanordnung 22. Ein Federungselement, wie ein Stoßdämpfer oder
Federbein 46 ist funktional zwischen dem Hauptrahmen 42 und
dem Hilfsrahmen 44 angeordnet, um die Bewegung des Hilfsrahmens 44 und
des Hinterrades 26 bzgl. des Hauptrahmens 42 zu
beeinflussen. Zusammen bilden der Hilfsrahmen 44 und das
Federbein 46 ein hinteres Federungssystem 48 für das Mountain-Bike 20.
In der dargestellten Ausführungsform
ist der Hilfsrahmen 44 eine Mehrlenkeranordnung, die eine
Vielzahl von miteinander verbundenen Gestängeelementen umfasst. Dennoch besteht
eine Vielzahl von Möglichkeiten
für die
genaue Konfiguration des Hauptrahmens 42 und des Hilfsrahmens 44,
wie für
einen Fachmann klar erkennbar ist. Ferner kann in einigen Ausführungsformen
das Mountain-Bike 20 einen
Starrrahmen oder hard tail umfassen, bei dem keine hintere Federungsanordnung 48 vorgesehen
ist. Der Hauptrahmen 42 und der Hilfsrahmen 44 können von
jeder geeigneten Form sein und aus jedem geeigneten Material oder Kombinationen
von Materialien aufgebaut sein, wie für einen Fachmann klar erkennbar
ist.
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Das
Mountain-Bike 20 umfasst ferner eine vordere Federungsanordnung 50,
die das Vorderrad 24 beweglich gegenüber dem Hauptrahmen 42 der Rahmenanordnung 22 trägt. Die
vordere Federungsanordnung 50 umfasst, wie dargestellt,
eine Federgabel 50, die an ihrem oberen Ende durch den Hauptrahmen 42 zur
Drehung bzgl. der Rahmenanordnung 22 des Mountain-Bikes 20 befestigt
ist. Die Federgabel 50 trägt drehbar das Vorderrad 24 an
seinem unteren Ende. Der Lenker 30 ist mit der Federgabel 50 gekoppelt,
so dass eine Drehung des Lenkers 30 eine Rotation der Vorderradgabel 50 und
damit des Vorderrades 24 um die Lenkachse AS erzeugt.
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Unter
Bezug auf 2 ist die Federgabel 50 separiert
von dem Rest des Mountain-Bikes 20 dargestellt.
Bei der dargestellten Ausführungsform
umfasst die Federgabel 50 einen ersten Gabelholm 52 und
einen zweiten Gabelholm 54, die das Vorderrad 24 des
Mountain-Bikes 20 übergreifen.
Die oberen Ende der Gabelholme 52, 54 sind mit
einem Lenkrohr oder Steuerrohr 56 verbunden. Das Steuerrohr 56 ist in
einem Steuerkopfrohr des Hauptrahmens 42 der Fahrradrahmenanordnung 22 aufgenommen.
Das Steuerrohr 56 ist mit den Gabelholmen 52, 54 durch eine
Brücke 58 verbunden.
Bei der dargestellten Ausführungsform
ist die Brücke 58 ein
bogenförmiges Element.
Endabschnitte der bogenförmigen
Gabelbrücke 58 umgeben
ein oberes Ende eines jeweiligen Gabelholms 52, 54.
Das Steuerrohr 56 erstreckt sich aufwärts von einer Mitte der bogenförmigen Gabelbrücke 58 und
ist vorzugsweise einstückig
mit der Gabelbrücke 58 ausgebildet.
Dies bedeutet, dass vorzugsweise das Steuerrohr 56 und
die Gabelbrücke 58 als
ein einziges Bauteil ausgeführt
sind. In einer Ausführungsform
sind das Steuerrohr 56 und die Brücke 58 durch Formgeben
eines Kompositmaterials, wie einem Carbonfaser/Harz-Komposit, gebildet. Dennoch
können
in anderen Ausführungsformen
das Steuerrohr 56 und die Gabelbrücke 58 durch zwei oder
mehrere Teile, die miteinander verbunden sind, gebildet sein.
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In
der dargestellten Ausführungsform
hat das Steuerrohr 56 einen oberen Endabschnitt 60,
der einen ersten Durchmesser D1 bildet und einen unteren Endabschnitt 62,
der einen zweiten Durchmesser D2 bildet. Vorzugsweise ist der Durchmesser
D2 größer als
der Durchmesser D1. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser
D1 etwa 1 1/8 Zoll und der Durchmesser D2 beträgt etwa 1 1/2 Zoll. Dennoch
können
andere geeignete Größen für das Steuerrohr 56 ebenfalls
verwendet werden. Ein konischer Übergangsabschnitt 64 erstreckt
sich zwischen dem oberen Abschnitt 60 und dem unteren Abschnitt 62.
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Wie
oben erwähnt,
wird das Steuerrohr 56 drehbar durch die Rahmenanordnung 22 des
Mountain-Bikes 20 gehalten. Insbesondere wird das Steuerrohr 56 typischerweise
durch ein Paar von Lagern gehalten, die voneinander beabstandet
sind entlang einer Achse des Steurerrohrs 56. Dem entsprechend definiert
das Steuerrohr 56 einen ersten Bereich B1, der angepasst
ist, um durch ein oberes Lager gehalten zu werden und einen zweiten
Bereich B2, der angepasst ist, um durch ein zweites Lager gehalten
zu werden. Der Bereich B2 ist mit Abstand unterhalb des Bereichs
B1 angeordnet und befindet sich vorzugsweise in der Nähe eines
unteren Endes des Steuerrohrs 56. Das Steuerrohr 56 weist
vorzugsweise den Durchmesser D1 in dem Bereich B1 auf und den Durchmesser
D2 im Bereich B2.
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Eine
relativ flache schmale ringförmige
Kante 66 wird durch einen relativ abrupten Übergang
(zumindest im Vergleich zu dem konischen Übergang 64) zwischen
dem Steuerrohr 56 und der Brücke 58 gebildet. Die
Kante 66 ist angepasst, um benachbart zu einem unteren
Ende des Steuerkopfrohrs der Fahrradrahmenanordnung 22 angeordnet
zu sein, wenn die Federgabel 50 an dem Mountain-Bike 20 montiert
ist, um dem Übergang
zwischen der Federgabel 50 und der Rahmenanordnung 22 ein
hübsches
Erscheinungsbild zu geben. Vorzugsweise ist der Lagerbereich B2
oberhalb von der Kante 66 um einen Abstand S beabstandet.
In einer Ausführungsform
beträgt
der Abstand S etwa ½ Zoll.
Dennoch kann der Abstand S variiert werden, um einer bestimmten
Rahmenanordnung 22 zu entsprechen oder erwünschten
funktionalen oder ästhetischen
Eigenschaften der Federgabel 50 und/oder der Fahrradrahmenanordnung 22 zu
entsprechen.
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Wie
oben beschrieben, ist ein unteres Ende der Federgabel 50 angepasst,
um das Vorderrad 24 des Mountain-Bikes 20 zu tragen.
In der dargestellten Ausführungsform
umfasst jeder Gabelholm 52, 54 eine Radaufnahme 70.
Die Radaufnahmen 70 wirken nun miteinander zusammen, um
das Vorderrad 24 zu tragen. Die Radaufnahmen 70 werden
oft als Ausfallenden bezeichnet, da die Aufnahmen 70 oft
eine im Wesentlichen vertikale Ausnehmung aufweisen, die an ihrem
unteren Ende offen ist. Die Ausnehmung erlaubt es, dass eine Achse
des Vorderrades 24 aus dem unteren Ende der Ausnehmung
herausfallen kann, wenn die Radbefestigungsmechanik gelöst wird.
Dennoch können
die Radaufnahmen 70 von jeder geeigneten Bauweise sein,
um die Achse des Vorderrades 24 zu halten und zu führen, einschließlich einer
Durchsteckbefestigungsanordnung, bei der die Radaufnahmen 70 die
Achse des Vorderrades 24 vollständig umgeben. Andere geeignete
Anordnungen können
ebenfalls verwendet werden.
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Der
Gabelholm 52 umfasst einen oberen Gabelholmabschnitt oder
Standrohr 80 („oberer
Gabelholm oder Rohr”)
und einen unteren Gabelholmabschnitt 82 („unterer
Gabelholm oder Rohr”).
Die Gabelholme 80, 82 sind miteinander teleskopierbar verbunden,
so dass eine Gesamtlänge
des Gabelholms 52 veränderlich
ist. In gleicher Weise umfasst der Gabelholm 54 einen oberen
Gabelholm 84 und einen unteren Gabelholm 86, die
miteinander teleskopierbar verbunden sind. Die Brücke 58 verbindet die
oberen Enden des oberen Gabelholms 80 und des oberen Gabelholms 84.
In gleicher Weise sind die oberen Enden der unteren Gabelholme 82 und 86 miteinander
durch einen Bogen 88 verbunden. Der Bogen 88 ist
vorzugsweise einstückig
mit den Holmen 82 und 86 ausgebildet. In einer
Ausführungsform
sind die Holme 82 und 86, der Bogen 88 und
die Radaufnahmen 70 als ein Stück gegossen. Dennoch sind andere
geeignete Anordnungen möglich.
Die Brücke 58 und
der Bogen 88 widerstehen jeweils einer Verdrehung der oberen
Gabelholme 80, 84 und der unteren Gabelholme 82, 86.
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Die
Gabel 50 umfasst vorzugsweise ebenfalls eine Bremsbefestigung 90,
die angepasst ist, um die vordere Bremse 38 zu halten.
Die Bremsbefestigung 90 kann von jeder geeigneten Ausgestaltung sein,
um eine vordere Bremsanordnung mit Bezug auf das Vorderrad 24 zu
halten. Ferner kann die Gabel 50 weiterhin eine Bremsieitungsbefestigung 92 aufweisen,
die ausgebildet ist, um das Zurückhalten der
Bremsleitung der Vorderradbremse 38 zu erleichtern. Die
Bremsleitungsbefestigung 92 hilft dabei, die Bremsleitung
vom Kontakt mit dem Vorderrad 24 während der Federbewegung der
Gabel 50 fernzuhalten.
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die verschiedene interne Bauteile der
Federgabel 50 zeigt. Jeder der Gabelholme 52, 54 umfasst
eine obere Buchse 92 und eine untere Buchse 94,
die zwischen den oberen Gabelholmen 80, 84 und
den unteren Gabelholmen 82, 86 angeordnet sind.
Vorzugsweise sind die Buchsen 92, 94 durch die
unteren Gabelholme 82, 86 gehalten und stellen
eine Oberfläche
bereit, auf der die oberen Gabelholme 80, 84 gegenüber den
unteren Gabelholmen 82, 86 gleiten. Eine Dichtung 96 und
ein Abstreifer 98 sind an einem oberen Ende der unteren
Gabelholme 82, 86 angeordnet. Die Dichtung 96 stellt
vorzugsweise eine flüssigkeitsdichte
Abdichtung zwischen den oberen Gabelholmen 80, 84 und
den unteren Gabelholmen 82, 86 bereit, um ein
Austreten einer Flüssigkeit,
die sich innerhalb der Gabelholme 52, 54 befinden
kann, zu verhindern. Der Abstreifer 98 hindert Fremdmaterial, wie
Schmutz oder Wasser, in die Gabelholme 52, 54 bei
Bewegung der oberen Gabelholme 80, 84 in die unteren
Gabelholmen 82, 86 einzudringen. Durchschlagpuffer 99 sind
am unteren Ende jedes der Gabelholme 82, 86 vorgesehen.
Die Durchschlagpuffer 99 dienen als Kissen, um direkten
Kontakt zwischen den unteren Enden der oberen Gabelholme 80, 84 mit
den unteren Enden der unteren Gabelholme 82, 84 bei
vollständigem
Zusammendrücken
der Federgabel 50 zu verhindern.
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Vorzugsweise
umfasst die Federgabel 50 eine Tragfeder 100 und
einen Dämpfer 102.
In einer bevorzugten Ausführungsform
sind sowohl die Tragfeder 100 als auch der Dämpfer 102 nur
in einem der Holme 52, 54 der Federgabel 50 angeordnet.
Ferner stellt die Tragfeder 100 im Wesentlichen die gesamte Federkraft
der Gabel 50 bereit und der Dämpfer 102 stellt im
Wesentlichen die gesamte Dämpfungskraft der
Gabel 50 bereit. Bei der dargestellten Ausführungsform
sind die Tragfeder 100 und der Dämpfer 102 in dem Holm 52 angeordnet,
der sich auf der rechten Seite des Vorderrades 24 befindet
(die linke Seite von 3). Vorzugsweise sind die Tragfeder 100 und
der Dämpfer 102 in
einem Raum aufgenommen, der durch das obere Rohr 80 und
das untere Rohr 82 des rechten Gabelholmes 52 gebildet
wird. Dennoch ist es möglich,
in anderen Ausführungsformen
Teile der Tragfeder 100 und/oder des Dämpfers 102 innerhalb
anderer Teile der Gabel 50 anzuordnen, wie beispielsweise
einem abgesetzten Ausgleichsrohr. Daher umfasst die Angabe „angeordnet innerhalb” unter
Bezug auf die Gabelholme 52 oder 54 auch mögliche zusätzliche
Bauteile unabhängig von
den oberen Rohren 80 oder 84 und den unteren Rohren 82 oder 86.
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Wünschenswerterweise
ist der andere Gabelholm 54 im Wesentlichen leer mit der
möglichen Ausnahme
einer relativ kleinen Menge einer Schmierflüssigkeit, um die Buchsen 92, 94 und
die Dichtung 96 zu schmieren. Der Gabelholm 54 umfasst
eine Endkappe 104, die eine Zugangsöffnung zu dem Inneren des Gabelholmes 54 verschließt. Die Kappe 104 kann
entfernt werden, um ein Einbringen oder Entfernen von Schmierflüssigkeit
in das Innere des Gabelholmes 54 zu ermöglichen. Da es nicht erforderlich
ist, Bauteile in das Innere des Gabelholms 54 einzubauen
oder zu entfernen, kann die Brücke 58 einen
Wandabschnitt 58a umfassen, der das obere Ende des oberen
Rohres 84 des Gabelholmes 54 überdeckt. Vorzugsweise ist
der Wandabschnitt 58a wenigstens mit einem Teil der Brücke 58 einteilig,
der den oberen Endabschnitt des oberen Rohres 84 umgibt
und verschließt
ein oberes offenes Ende des oberen Rohres 84. Wie oben
beschrieben, kann die gesamte Brücke 58 (und
möglicherweise
das Steuerrohr 56) aus einem einzigen Stück gebildet
sein.
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Bevorzugte Ausgestaltungen
einer Tragfeder
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Die
Tragfeder 100 wird nachfolgend unter Bezug auf die 3 bis 6, 12a und 12b beschrieben.
Vorzugsweise umfasst die Tragfeder 100 eine Druckfeder
und eine Zugfeder. Die Druckfeder dient dazu, einer Einfederbewegung
(das heißt, einer
Kompression) der Federgabel 50 entgegenzuwirken, bei der
die Gesamtlänge
der Gabelholme 52, 54 verringert wird. Die Zugfeder
wirkt entgegen der Druckfeder. Daher stellt die Zugfeder eine Kraft
bereit, die ein Zusammenschieben der Federgabel 50 bewirkt
oder entgegen einer Ausdehnungsbewegung (das heißt Rückfederung) der Federgabel 50,
bei der sich die Gesamtlänge
der Gabelholme 52, 54 vergrößert.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist die Druckfeder eine Gasfeder, die eine Drucklufffederkammer 110 umfasst.
Wünschenswerterweise
ist die Zugfeder ebenfalls eine Gasfeder, die eine Zug-Luftfederkammer 112 (4)
umfasst. Zweckmäßig verwenden
die Druckluftkammer 110 und die Zug-Luftkammer 112 Luft
als das Gas. Dennoch können
in anderen Ausführungsformen
andere Arten geeigneter Gase stattdessen verwendet werden.
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Die
Druckluftfeder 110 wird zwischen einer oberen Kappenanordnung 114 und
einem Hauptkolben 116 gebildet. Die obere Kappenanordnung 114 verschließt ein oberes
Ende des Gabelholms 52. Der Hauptkolben 116 ist
in dem Inneren des Gabelholmes 52 angeordnet und ist beweglich
entlang des unteren Gabelholms 82. Daher führt eine
Aufwärtsbewegung
des unteren Gabelholms 82 zu einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 116 gegenüber der oberen
Kappe 114. Eine Aufwärtsbewegung
des Kolbens 116 reduziert das Volumen der Druckluftkammer 110.
Eine Verringerung des Volumens der Druckfederluftkammer 110 führt zu einer
Erhöhung
der Kraft entsprechend einer Kraft- Verdrängungskurve, die der Art des
verwendeten Gases in der Druckluftfederkammer 110 eigen
ist. Der Hauptfederkolben 116 trägt ein erstes Dichtelement 118,
das vorzugsweise eine im Wesentlichen luftdichte Abdichtung zwischen
dem Kolben 116 und einer inneren Oberfläche des oberen Gabelholms 80 erzeugt.
Eine Buchse 120 wird ebenfalls von dem Hauptkolben 116 getragen.
Die Buchse 120 ist zwischen dem Kolben 116 und
der inneren Fläche
des oberen Gabelholms 80 angeordnet. Die Buchse 120 verbessert
die Gleitfähigkeit
des Kolbens 116 innerhalb des oberen Gabelholms 80 und
kann ebenfalls einige Dichtungsfunktionen übernehmen. Der Haupffederkolben 116 umfasst
ferner ein oder mehrere zusätzliche
Dichtungen, die nachfolgend näher
beschrieben werden.
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Die
Zugfederkammer 112 wird zwischen dem Druckfederkolben 116 und
einem Zugfederkolben 122 gebildet, der mit dem oberen Gabelholm 80 beweglich
ist. Daher bewegt sich der Zugfederkolben 122 abwärts weg
von dem Hauptkolben 116, um das Volumen der Zugfederkammer
zu vergrößern, wenn sich
der obere Gabelholm 80 gegenüber dem unteren Gabelholm 82 abwärts bewegt
(das heißt,
beim Zusammendrücken
der Federgabel 50). Mit anderen Worten drückt die
Zugfederluftkammer 112 den Zugfederkolben 122 weg
von dem Hauptkolben 116 und drückt damit die Federgabel 50 zusammen.
Wie für Fachleute
verständlich
ist, unterstützt
die Zugfeder anfängliche
Einfedern der Federgabel 50 durch zumindest teilweise Entgegenwirkung
der der Tragfeder eigenen Reibung. Die inhärente Reibung kann verursacht
werden durch die verschiedenen Dichtungen, die die beweglichen Teile
beispielsweise der Tragfeder 100 oder anderer Komponenten
der Federgabel 50 verursachen.
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Wie
in den 4 und 6 dargestellt ist, ist der Zugfederkolben 122 mit
einem oberen Ende eines Tragrohres 124 verbunden. Ein unteres
Ende des Tragrohres 124 ist mit einem unteren Ende des oberen
Gabelholms 80 durch ein ringförmiges Befestigungselement 126 verbunden,
das den radialen Raum zwischen dem Tragrohr 124 und dem
oberen Gabelholm 80 einnimmt. Das ringförmige Befestigungselement 126 umfasst
ein Muttergewinde, das mit einem Schraubengewinde eines unteren
Endes des Tragrohres 124 zusammenpasst. Das Tragrohr 124 und
das ringförmige
Befestigungselement 126 können durch jeden geeigneten
Mechanismus innerhalb des oberen Gabelholms 80 gehalten
werden, wie beispielsweise der Federring-Nutanordnung 128, die
in 6 dargestellt ist. Solch eine Anordnung erleichtert
die Montage der Zugfeder. Das Tragrohr 124 ist eine zweckmäßige Einrichtung
zum Anordnen und Halten des Zugfederkolbens 122 an der
dargestellten Stelle, beabstandet in einer erheblichen Entfernung von
dem unteren Ende des oberen Gabelholms 80. Andere geeignete
Einrichtungen oder Anordnungen zur Positionierung und/oder zum Halten
des Zugfederkolbens 122 können dadurch an der gewünschten Position
innerhalb des oberen Gabelholms 80 verwendet werden. Darüber hinaus
kann der Zugfederkolben 122 vorzugsweise axial in der Lage
bezüglich des
Tragrohres 124 und dadurch des Druckfederkolbens 116 eingestellt
werden (wie durch die dargestellte Gewindeverbindung), sodass das
Volumen der Zugfederkammer 112 eingestellt werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform
kann die Lage des Tragrohres 124 bezüglich des Druckfederkolbens 116 oder
des oberen Gabelholms 80 einstellbar sein, um die Lage
des Zugfederkolbens 122 einzustellen. Ferner können andere
geeignete Einstelleinrichtungen für den Zugfederkolben 122 ebenfalls
verwendet werden.
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Weiterhin
ermöglicht
die Zugfederanordnung, wie dargestellt, die Menge an innerhalb der Zugfeder
eingeschlossener Luft während
des Zusammenbaus der Federgabel 50 zu wählen. Insbesondere wenn das
Dämpferrohr 150 innerhalb
des oberen Gabelholms 80 angeordnet ist, bildet das Dichtungselement 118 das
obere Ende der Zugfederkammer 112. Das untere Ende der
Zugfederkammer 112 wird gebildet, wenn der Zugfederkolben 122 in den
Gabelholm 80 eingesetzt ist und eine untere Dichtungsanordnung 132 (oder
eine obere Dichtungsanordnung 130) eine Abdichtung mit
sowohl dem oberen Gabelholm 80 als auch dem Dämpferrohr 150 (oder
dem Flansch 138) herstellt. Die genaue Position des Zugfederkolbens 116 (und
daher des Dichtungselementes 118) innerhalb des Gabelholms 80 im
Moment des Einsetzens des Zugfederkolbens 122 in den Gabelholm 80 bestimmt
die Menge an Luft, die innerhalb der Zugfederkammer 112 eingeschlossen
ist. Daher wird eine Veränderung
der Position des Dämpferrohrs 150 und
des Dichtungselementes 118 (also des ersten oder oberen
Endes der Zugfederkammer 112) innerhalb des oberen Gabelholms 80 vor
dem Einsetzen des Zugfederkolbens 122 in den Gabelholm 80 (und
damit Herstellung des zweiten oder unteren Endes der Zugfederkammer 112)
eine Veränderung
der Menge der innerhalb der Zugfederkammer 112 eingeschlossenen
Luft. Die eingeschlossene Menge an Luft beeinflußt die Höhe des Druckes der Zugfederkammer 112 in
jeder Relativposition des oberen Gabelholms 80 und des
unteren Gabelholms 82. Mit anderen Worten verschiebt die
Veränderung
der Menge an eingeschlossener Luft die Federkennlinie der Zugfeder.
Das Einschließen
einer größeren Luftmenge
in der Zugfederkammer 112 führt zu einer höheren Kraft
bei einer gegebenen Verdrängung
als bei einer geringeren eingeschlossenen Luftmenge innerhalb der
Zugfederkammer 112. Vorteilhafterweise erlaubt eine solche
Anordnung die Veränderung
der Druckkurve der Zugfeder, ohne ein von außen zugängliches Luftventil bereitstellen
zu müssen,
das erlauben würde,
Luft der Zugfederkammer 112 zuzuführen oder zu entfernen, was
Komplexität
und Kosten zu der Federgabel 50 hinzufügen würde.
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Vorzugsweise
ist die Zugfederanordnung eine zweistufige Anordnung. In der dargestellten Ausführungsform
wird das untere Ende der Zugfeder in einer ersten Stellung der Gabel
durch eine erste Dichtung gebildet und in einer anderen Stellung
der Gabel wird das untere Ende der Zugfeder durch eine zweite Dichtung
gebildet. Vorzugsweise umfasst der Zugfederkolben 122 die
erste Dichtungsanordnung 130 und die zweite Dichtungsanordnung 132,
die oben eingeführt
wurde. Die erste Dichtungsanordnung 130 ist oberhalb der
zweiten Dichtungsanordnung 132 angeordnet. Die erste Dichtungsanordnung 130 umfasst
ein inneres Dichtungselement 134 und ein äußeres Dichtungselement 136.
Das innere Dichtungselement 134 erzeugt eine zumindest
im Wesentlichen flüssigkeitsdichte
Abdichtung zwischen dem Zugfederkolben 122 und einem sich
abwärts
erstreckenden Flanschabschnitt 138 des Hauptkolbens 116,
wenn der Zugfederkolben 122 so angeordnet ist, dass das
innere Dichtungselement 134 den Flansch 138 berührt. Das äußere Dichtungselement 136 erzeugt
eine zumindest im Wesentlichen flüssigkeitsdichte Abdichtung
zwischen dem Zugfederkolben 122 und einer inneren Fläche des
oberen Gabelholms 80. Wenn das innere Dichtungselement 134 eine
Abdichtung mit dem Flansch 138 des Hauptkolbens herstellt,
wird die Zugfeder durch einen Abschnitt 112a (12A) der Zugfederkammer 112 zwischen
dem Dichtungselement 118 und dem ersten Dichtungselement 130 gebildet.
Der Abschnitt 112a wird hier auch als erste Kammer 112a der
Zugfeder bezeichnet. Die Dichtungselemente 134, 136 können von
jeder geeigneten Bauart sein, um eine Abdichtung zwischen zwei gegeneinander
gleitverschieblichen Bauelementen herzustellen und aufrechtzuerhalten.
Bei der dargestellten Ausführungsform
sind die Dichtungselemente 134, 136 O-Ringe.
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Die
zweite Dichtungsanordnung 132 umfasst ebenfalls ein inneres
Dichtungselement 140 und ein äußeres Dichtungselement 142.
Das innere Dichtungselement 140 stellt eine zumindest im
Wesentlichen flüssigkeitsdichte
Abdichtung zwischen dem Zugfederkolben 122 und einem Dämpferrohr 150 des Dämpfers 102 her,
der nachfolgend näher
beschrieben wird. Das äußere Dichtungselement 142 erzeugt eine
zumindest im Wesentlichen flüssigkeitsdichte Abdichtung
zwischen dem Zugfederkolben 122 und der inneren Fläche des
oberen Gabelholms 80. Wenn sich die erste Dichtungsanordnung 130 nicht
in abdichtendem Kontakt mit dem Flansch 138 befindet, wird
die Zugfeder definiert sowohl durch den ersten Kammerabschnitt 112a und
einen zweiten Kammerabschnitt 112b (12b),
der im Wesentlichen gebildet wird zwischen der ersten Dichtungsanordnung 130 und
der zweiten Dichtungsanordnung 132. Wie erkennbar ist,
können
ein oder mehrere im Wesentlichen radiale Öffnungen 144 in dem
Zugfederkolben 122 vorgesehen sein, um eine Strömungsverbindung
zwischen den Abschnitten 112a und 112b herzustellen.
Weiterhin können
andere geeignete Anordnungen zur Verbindung der Abschnitte 112a und 112b verwendet
werden. Der zweite Kammerabschnitt 112b wird hier auch
als zweite Kammer 112b der Zugfeder bezeichnet. Die Dichtungselemente 140, 142 können von
jeder geeigneten Bauart sein, die erlaubt, eine Abdichtung zwischen
zwei Elementen herzustellen und aufrechtzuerhalten bei gleichzeitigem
Zulassen einer Gleitbewegung. In der dargestellten Ausführungsform
sind die Dichtungselemente 140, 142 O-Ringe.
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In
den 12a und 12b ist
die Zugfeder in zwei Stellungen der Federgabel 50 dargestellt.
In 12a erzeugt die Dichtungsanordnung 130 oder obere
Dichtung eine Abdichtung mit dem sich abwärts erstreckenden Flansch 138 des
Druckluftfederkolbens 116. Als Folge wird die Zug-Luftfederkammer 112 gebildet
zwischen dem Dichtungselement 118 und der Dichtungsanordnung 130.
Mit anderen Worten entspricht in der dargestellten Position die Zugfederkammer 112 im
Wesentlichen dem Abschnitt 112a.
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In 12b ist der obere Gabelholm 80 abwärts innerhalb
des unteren Gabelholms 82 gegenüber der in 12a dargestellten Position bewegt, sodass die
Dichtungsanordnung 130 nicht länger eine Abdichtung mit dem
abwärts
erstreckenden Flansch 138 des Hauptkolbens 116 herstellt.
Dennoch ist in der Stellung gemäß 12a eine Abdichtung zwischen der unteren Dichtungsanordnung 132 und dem
Dämpferrohr 150 aufrecht
erhalten. Als Folge wird in der dargestellten Ausführungsform
die Zug-Luftfederkammer 112 zwischen dem Dichtelement 118 und
der unteren Dichtungsanordnung 132 gebildet oder ist im
Wesentlichen gleich zu der Kombination der Abschnitte 112a und 112b.
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Sobald
im Betrieb die Abdichtung zwischen der oberen Dichtungsanordnung 130 und
dem sich abwärts
erstreckenden Flansch 138 aufgehoben ist, vergrößert sich
das Volumen der Zugfederkammer 112 sofort, da eine Kammer,
die zwischen der oberen Dichtungsanordnung 130 und der
unteren Dichtungsanordnung 132 mit der Kammer, die zwischen
dem Dichtungselement 118 und der oberen Dichtungsanordnung 130 gebildet
ist, kommunizieren kann, wie durch die optionalen Öffnungen 144.
Die Vergrößerung des
Volumens in der dargestellten Ausführungsform entspricht im Wesentlichen
einem Volumen des im Wesentlichen ringförmigen Raumes, der zwischen dem
inneren Gabelholm 80, dem Dämpferrohr 150 und
den oberen und unteren Dichtungsanordnungen 130, 132 gebildet
ist, abzüglich
des Volumens, das durch den Zugfederkolben 122 innerhalb
des ringförmigen
Volumens eingenommen wird. In einigen Ausführungsformen verdoppelt sich
das Volumen der Zugfederkammer 112 ungefähr, wenn
die obere Dichtungsanordnung 130 außer Eingriff mit dem Flansch 138 tritt.
Diese plötzliche
verhältnismäßig erhebliche
Vergrößerung des
Volumens der Zugfederkammer 112 verringert wesentlich die
Kraft, die durch die Zugfeder erzeugt wird. Als Folge wird der gegenwirkende
Einfluss der Zugfeder auf die Druckfeder wesentlich vermindert.
Eine solche Anordnung erlaubt es, dass die Zugfeder eine relativ
erhebliche Gegenwirkungskraft auf die Druckfeder beim anfänglichen
Einfedern erzeugt, das heißt,
solange die Dichtungsanordnung 130 mit dem Flansch 138 in
Eingriff steht, um eine anfängliche
Einfederbewegung der Federgabel 50 zu unterstützen. Sobald
die Dichtung 130 außer
Eingriff mit dem Flansch 138 kommt, vermindert die Erhöhung des
Volumens der Zugfederluftkammer 112 den Einfluss der Zugfeder.
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Demgegenüber vermindert
sich das Volumen der Zugfederkammer 112 plötzlich während einer
Ausfederbewegung der Gabel 50, sobald die Dichtungsanordnung 130 mit
dem Flansch 138 in Eingriff kommt. Die plötzliche
Abnahme des Volumens der Zugfederluftkammer 112 führt zu einer
Erhöhung
der Federrate der Zugfederluftkammer 112, was wiederum
einen größeren Widerstand
gegen weitere Ausfederbewegung bietet und als Ausfederanschlagfeder
dient, um einen mechanischen Kontakt zwischen den oberen und unteren
Abschnitten der Gabel 50 zu vermeiden. Eine Gleichgewichtsstellung
oder entspannte Stellung der Gabel 50 ist eine Stellung,
bei der die Kraft, die durch die Zugfederluftkammer 112 erzeugt
wird, gleich der Kraft ist, die durch die Druckfederluftkammer 110 erzeugt
wird. Dementsprechend bestimmt die Stellung der Dichtungsanordnung 130 gegenüber dem
Hauptkolbendichtelement 118, bei welcher Stellung die Kräfte der Zugfederluftkammer 112 und
der Druckfederluftkammer 110 sich ausgleichen und bestimmt
daher die Länge
der Gabel 50 in der entspannten Stellung. Dementsprechend
kann die Veränderung
der Stellung der Dichtungsanordnung 130, wie zuvor beschrieben,
verwendet werden, um die entspannte Stellung der Gabel 50 zu
verändern.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann anstelle der Bereitstellung sowohl einer oberen Dichtungsanordnung 130 und
einer unteren Dichtungsanordnung 132 eine einzelne Dichtung
ein Ende der Zugfeder bilden und die Zugfeder kann eine Hauptzugfederkammer
mit einer Hilfszugfederkammer verbinden, wenn die Dichtung sich über eine Öffnung zu der
Hilfszugfederkammer bewegt. Auch wenn die dargestellte Zugfederanordnung
bevorzugt wird, können
andere geeignete Zugfederanordnungen ebenfalls verwendet werden.
Beispielsweise kann die Zugfeder eine einstufige Gasfeder oder eine
Schraubenfeder sein, oder kann eine andere Ausführungsform einer zweistufigen
Zugfeder sein, wie beispielsweise einem Paar von Schraubenfedern.
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Bevorzugte Ausführungsformen
eines Dämpfers
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Wie
oben beschrieben, umfasst die Federgabel 50 ferner einen
Dämpfer 102.
Der in 3 und 4 dargestellte Dämpfer 102 umfasst
eine Kolbenstange 152, die beweglich ist mit einem von
oberem und unterem Gabelholm 80, 82. Bei der dargestellten
Ausführungsform
ist die Kolbenstange 152 beweglich mit dem oberen Gabelholm 80.
Insbesondere ist die Kolbenstange 150 mit einem oberen Ende
des oberen Gabelholms 80 durch die obere Kappenanordnung 114 verbunden.
Ein Kolben 154 ist an dem unteren Ende der Kolbenstange 152 gehalten.
Der Kolben 154 gleitet innerhalb einer Innenfläche des
Dämpferrohrs 150.
Der Kolben 154 unterteilt eine Dämpfungskammer innerhalb des
Innenraumes des Dämpferrohres 150 in
eine Einfeder- oder Kompressionskammer 156 unterhalb des
Kolbens 154 und eine Ausfederkammer 158 oberhalb
des Kolbens 154.
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Der
Dämpfer 102 umfasst
ferner ein Ausgleichsrohr 160, das mit einem unteren Ende
des Dämpferrohrs 150 verbunden
ist. Das Ausgleichsrohr 160 bildet eine Ausgleichskammer 162,
die in der Lage ist, aus dem Dämpferrohr 150 während des
Einfederns der Federgabel 50 verdrängtes Fluid aufzunehmen und
ermöglicht,
dass das Fluid in das Dämpferrohr 150 bei
einer Ausfederbewegung der Federgabel 50 zurückkehrt.
Bei der dargestellten Ausführungsform
ist das Ausgleichsrohr 160 koaxial mit dem Dämpferrohr 150 angeordnet.
Ferner ist das Ausgleichsrohr in axialer Richtung abgesetzt von
dem Dämpferrohr 150.
Dies bedeutet, dass das Ausgleichsrohr 160 unterhalb des
Dämpferrohres 150 angeordnet
ist und vorzugsweise die Rohre 150 und 160 sich
nicht entlang der Achse des Gabelholms 52 überdecken.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind
die Kolbenstange 152, das Dämpferrohr 150 und das
Ausgleichsrohr 160 aus dem Gabelholm 52 entfernbar
als Einheit oder Dämpferpatrone.
Vorzugsweise enthält
die Dämpferpatrone
die gesamte Dämpfungsflüssigkeit,
die durch den Dämpfer 102 verwendet
wird, sodass keine Dämpfungsflüssigkeit innerhalb
des Gabelholms 52 verbleibt, wenn die Patrone entfernt
wird. Dennoch kann eine gewisse Menge Flüssigkeit in dem Gabelholm 52 verbleiben,
die für
Schmieraufgaben verwendet wird.
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Vorzugsweise
beherbergt das Ausgleichsrohr 160 ferner ein beschleunigungsempfindliches oder
ein beschleunigungsbetätigtes
Ventil oder Trägheitsventil 164.
Das Trägheitsventil 164 ist
angepasst, um zwischen geländebedingten
Kräften
zu unterscheiden, die eine Aufwärtsbewegung
der unteren Gabelholme 82, 86 verursachen, von
fahrerbedingten Kräften
zu unterschieden, die zu einer Abwärtsbewegung der oberen Gabelholme 80, 84 führen. Das
Trägheitsventil 164 bleibt
geschlossen gegenüber
fahrerinduzierten Kräften,
jedoch öffnet
dies als Reaktion auf ausreichend hohe geländebedingte Kräfte, um
die Dämpfungskraft,
die durch den Dämpfer 102 erzeugt
wird, zu reduzieren. Vorzugsweise umfasst ferner der Dämpfer 102 eine
Gaskammer 166, die getrennt ist von der Ausgleichskammer 162 durch
einen geeigneten Abschnitt, wie einem Trennkolben 168.
Der Trennkolben 168 ist beweglich innerhalb des Dämpferrohres 160,
um eine Veränderung des
Volumens der Ausgleichskammer 162 zu ermöglichen.
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Die
Kolbenstange 152 tritt durch eine Öffnung des Druck-Luftfederkolbens 116 der
Luftfeder 100 hindurch. Daher dient der Druck-Luftfederkolben 116 auch
als Verschluss für
das obere Ende des Dämpferrohres 150.
Ein Dichtungselement, wie ein O-Ring 170, erzeugt eine
im Wesentlichen flüssigkeitsdichte
Abdichtung zwischen dem Druck-Luftfederkolben 116 und
der Kolbenstange 152, sodass Flüssigkeit innerhalb des Dämpferrohres 150 gehalten
wird. Wie bereits oben bemerkt, wird der Kolben 154 durch
ein unteres Ende der Kolbenstange 152 getragen und ist
innerhalb des Dämpferrohres 150 angeordnet
während
der gesamten Federbewegung der Federgabel 50. Daher erstreckt
sich die Kolbenstange 152 nicht in das Ausgleichsrohr 160 an
irgendeiner Stelle während
der Federbewegung der Federgabel 50.
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Ein
Ausfederanschlag oder eine obere Anschlagfeder 72 ist oberhalb
des Kolbens 154 auf der Kolbenstange 152 angeordnet,
um unmittelbaren Kontakt zwischen dem Kolben 154 und dem
Luft-Federkolben 116 bei völliger Ausdehnung der Federgabel 50 zu
verhindern. Die dargestellte obere Anschlagfeder 172 umfasst
ein Federelement 174, das bei der dargestellten Ausführungsform
ein geformtes Gummistück
ist. Eine äußere Oberfläche des
Federelementes 174 hat eine ziehharmonikaförmige Gestalt,
um ein Zusammendrücken
des Elementes 174 zu erleichtern. Das Federelement 174 umfasst
ferner Vorsprünge 176 an
seinem unteren Ende, die eine Aufnahme 178 berühren, die
an der Kolbenstange 152 befestigt ist. Die Aufnahme 178 verhindert,
dass das Federelement 174 sich unter die Aufnahme 178 abwärts auf
der Kolbenstange 152 bewegt. Die Vorsprünge 176 beabstanden
das Federelement 174 von der Aufnahme 178 und
verringern die Kontaktfläche
zwischen dem Federelement 174 und der Aufnahme 178.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
erlaubt der Dämpfungskolben 154,
dass sich Fluid durch den Kolben zwischen der Kompressionskammer 156 und
der Ausfederkammer 158 bewegt. Dennoch kann in anderen
Ausführungsformen
der Kolben 154 ausgebildet sein, um einen Fluiddurchtritt
zu vermeiden. Stattdessen kann der Kolben 154 ausgebildet
sein, um die gesamte Flüssigkeit
aus der Kompressionskammer 156 in die Ausgleichskammer 162 zu
verdrängen.
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Der
dargestellte Kolben 154 umfasst ein oder mehrere Kompressionsöffnungen 180,
die sich axial durch den Kolben 154 erstrecken. Die oberen
Enden der Kompressionsöffnungen 180 sind
durch eine Scheibe 182 abgedeckt, die leicht durch eine
Feder 184 vorgespannt ist. Die Feder 184 hält normalerweise
die Scheibe 182 in Kontakt mit einer Oberfläche des
Kolbens 154, um einen Flüssigkeitsdurchtritt durch die
Kompressionsöffnungen 180 in
eine Richtung aus der Ausfederkammer 158 in die Kompressionskammer 156 zu
verhindern. Dennoch kann die Vorspannkraft der Feder 184 als
Folge des Fluidflusses aus der Kompressionskammer 156 in
die Ausfederkammer 158 überwunden
werden, sodass die Scheibe 182 sich von dem Kolben 154 entfernt,
um einen Fluiddurchtritt in Kompressionsrichtung zu erlauben.
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Vorzugsweise
umfasst der Kolben 154 ferner eine Vielzahl von Ausfederöffnungen 186.
Die unteren Enden der Ausfederöffnungen 186 sind
durch eine oder mehrere Scheiben 188 abgedeckt, die als Rückschlagventil
wirken. Die Scheiben 188 erlauben eine Fluidströmung in
einer Ausfederrichtung aus der Ausfederkammer 158 in die
Kompressionskammer 156 durch die Ausfederöffnungen 186 gegen
die Vorspannkraft der Scheiben 188. Dennoch bleiben die Scheiben 188 geschlossen,
um einen Fluidstrom durch die Ausfederöffnungen 186 in einer
Richtung aus der Kompressionskammer 156 in die Ausfederkammer 158 zu
unterbinden.
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Der
Kolben 154 umfasst ebenfalls ein Zweiwegeventil. Ein unteres
Ende der Kolbenstange 154 bildet eine Öffnung 190, die mit
der Kompressionskammer 156 in Verbindung steht. Die Öffnung 190 öffnet in
eine Passage 192 innerhalb der Kolbenstange 152,
die sich durch den Kolben 154 hindurch erstreckt. Ein oder
mehrere Öffnungen 194 erlauben eine
Fluidverbindung zwischen der Ausfederkammer 158 und der
Passage 192. Daher kann ein Fluidstrom zugelassen werden
zwischen der Kompressionskammer 156 und der Ausfederkammer 158 durch
die Passage 192 in beide Richtungen, sowohl in Einfeder-
als auch in Ausfederrichtung der Bewegung der Gabel 50.
Ein Nadelventil ist innerhalb der Passage 192 zwischen
der Öffnung 190 und
den Öffnungen 194 angeordnet
und umfasst einen Nadelabschnitt 196 mit einem konifizierten
Ende, das mit einer Öffnung 198 innerhalb
der Passage 192 korrespondiert. Eine Einstellstange 200 erstreckt
sich durch die Kolbenstange 152 und trägt den Nadelabschnitt 196.
Die Einstellstange 200 erlaubt eine Einstellung der axialen
Position des Nadelabschnittes 196 relativ zu der Öffnung 198.
Daher kann der Nadelabschnitt 196 eingestellt werden, um
einen gewünschten
Grad an Fluidstrom durch die Passage 192 zu ermöglichen.
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Die
in 5 dargestellte obere Kappenanordnung 114 umfasst
einen Einstellknopf 202, der mit der Nadeleinstellstange 200 durch
einen Bewegungsübertragungsmechanismus 204 verbunden
ist. Der Mechanismus 204 ist ausgebildet, um die Drehbewegung
des Einstellknopfs 202 in eine axiale Bewegung der Nadeleinstellstange 200 umzusetzen und
damit der Nadel 196. Die Mechanik 204 kann von jeder
geeigneten Bauart sein, um eine axiale Bewegung der Nadeleinstellstange 200 als
Folge der Drehung des Einstellknopfes 202 zu verursachen.
Bei der dargestellten Ausführungsform
hat die Mechanik einen ersten Abschnitt oder Schaft 206,
der drehfest mit dem Einstellknopf 202 verbunden ist. Die
Mechanik umfasst ferner einen zweiten Abschnitt oder Verbinder 208,
der drehfest mit der Nadeleinstellstange 200 verbunden
ist. Der Schaft 206 und der Verbinder 208 sind
rotatorisch gekoppelt, können
jedoch gegeneinander gleiten. In einer Ausführungsform wirken der Schaft 206 und
der Verbinder 208 miteinander zusammen durch komplementäre nicht
kreisförmige
zusammenwirkende Abschnitte, die den Schaft 206 und den
Verbinder 208 rotatorisch fixieren, jedoch eine Gleitbewegung
zwischen beiden erlauben. Ein dritter Abschnitt oder Hülse 210 wird
durch die obere Kappenanordnung 114 gehalten. Übrigens verbindet
in der dargestellten Ausführungsform
die Hülse 210 die
Kolbenstange 152 mit der oberen Kappenanordnung 114.
Der Verbinder 208 ist mit der Hülse 210 durch eine
Gewindeverbindung 211 verbunden, sodass eine Rotation des
Verbinders 208 zu einer axialen Bewegung des Verbinders 208 gegenüber der
Hülse 210 führt. Der
Schaft 206 führt
daher zu einer Drehung des Verbinders 208. Die Drehung
des Verbinders 208 verursacht eine axiale Bewegung oder
Verlagerung des Verbinders 208 gegenüber der Hülse 210, die die Nadeleinstellstange 200 bewegt zur
Einstellung der Nadel 196.
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Die
obere Kappenanordnung 114 umfasst ferner ein Luftventil 212,
das eine Verbindung mit der Luft-Druckfederkammer 110 erlaubt.
Das Luftventil 212 ist mit dem Einstellmechanismus 204 integral ausgebildet
und insbesondere innerhalb einer Vertiefung des Schaftes 206 angeordnet.
Vorzugsweise ist eine Kappe 214 vorgesehen, um das Ventil 212 abzudecken.
Bei der dargestellten Ausführungsform schnappt
die Kappe 216 in den Einstellknopf 202.
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Wie
in 6 dargestellt, steuern eine Mehrzahl von Ventilen
den Fluidstrom zwischen der Kompressionskammer 156 und
der Ausgleichskammer 162. Vorzugsweise erlaubt ein Bodenventil 220 einen Kompressionsstrom
aus der Kompressionskammer 156 in die Ausgleichskammer 162 durch
eine Rückschlagventileinrichtung,
umfassend ein oder mehrere Kompressionsöffnungen 222. Wie
in 7 dargestellt, sind eine Mehrzahl von bogenförmigen Öffnungen 222 in
dem Bodenventil 220 vorgesehen. Die Öffnungen 222 umfassen
einen wesentlichen Teil der Querschnittsfläche des Kolbens 221 und
erlauben einen wesentlichen Fluidfluss durch die Öffnungen 222 des
Bodenventils 220. In der dargestellten Ausführungsform
sind vier Öffnungen 222 vorgesehen.
Ein oder mehrere Scheiben 224 bedecken die unteren Enden
der Kompressionsöffnungen 222 um,
einen Fluidfluss in der Kompressionsrichtung durch die Öffnungen 222 zu
erlauben, jedoch einen Fluidfluss in der Ausfederrichtung zu verhindern.
Ein Körper 221 des
Bodenventils 220 ist ringförmig und verbindet das Ausgleichsrohr 160 und
das Dämpferrohr 150, wobei
das Dämpferrohr 150 oberhalb
des Ausgleichsrohrs 160 angeordnet. Der Körper 221 des Bodenventils
trägt ferner
ein oberes Ende eines Schaftes 226, auf dem eine Trägheitsmasse 228 des Trägheitsventils 164 gleitet.
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Ein
unteres Ende des Schaftes 226 wird bezüglich des Ausgleichsrohres 160 durch
eine Kompressionsventilanordnung 230 gehalten. Die Kompressionsventilanordnung 230 umfasst
einen Ventilkörper
oder Kolben 231, der ringförmig ist und einen Platz zwischen
dem Schaft 226 und dem Ausgleichsrohr 160 einnimmt.
Das Kompressionsventil 230 erlaubt einen Fluidfluss in
einer Kompressionsrichtung aus einem Teil der Ausgleichskammer 162 oberhalb des
Kolbens 231 in einen Teil der Ausgleichskammer 162 unterhalb
des Kolbens 231. Der Kolben 231 bildet ein oder
mehrere Kompressionsöffnungen 232, die
axial durch den Kolben 231 verlaufen. Ein unteres Ende
der Kompressionsöffnungen 232 ist
normalerweise durch eine Scheibe 234 verschlossen, die öffnet, sobald
ein Kompressionsfluidstrom durch die Öffnung 232 erfolgt,
jedoch zumindest im Wesentlichen einen Rückfluss durch die Öffnung 232 verhindert.
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Ein
Rückflussventil 220 ist
an einem unteren Ende des Schaftes 226 befestigt und umfasst
vorzugsweise eine Rückschlagventilanordnung,
die einen Rückfederfluidstrom
aus der Ausgleichskammer 162 in die Kompressionskammer 156 erlaubt,
jedoch zumindest im Wesentlichen einen Kompressionsfluidstrom aus
der Kompressionskammer 156 in die Ausgleichskammer 162 verhindert.
Das Rückflussventil 240 umfasst
einen Kolben 241, der in einer Schale 242 gehalten
wird. Ein Innenraum der Schale steht in Verbindung mit einem Kanal 244 des
Schaftes 226. Der Kolben 241 umfasst wenigstens
eine und vorzugsweise eine Vielzahl von Rückflussöffnungen 246 und deren
oberen Enden sind normalerweise durch eine Ventilscheibe 248 verschlossen.
Die Ventilscheibe 248 ist normalerweise gegen eine Oberseite
des Kolbens 241 durch eine Vorspannfeder 250 gedrückt und
angepasst, um bei einem Rückflussstrom
durch die Öffnungen 246 zu öffnen. Dennoch
bleibt die Ventilscheibe 248 in Kontakt mit der Oberseite
des Kolbens 241 bei einem Kompressionsstrom, um zumindest
im Wesentlichen im Wesentlichen einen Kompressionsstrom durch die Öffnungen 246 zu
verhindern. Wie in 8 zu sehen ist, sind vorzugsweise
vier Rückflussöffnungen 246 in
dem Kolben 241 vorgesehen. Die Rückflussöffnungen 246 sind
wünschenswerterweise
etwas gekrümmt und
nehmen einen wesentlichen Teil der Querschnittsfläche des
Kolbens 241 ein, um einen wesentlichen Betrag an Fluidstrom
durch die Öffnungen 246 zu
ermöglichen.
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Wie
oben beschrieben, umfasst der Dämpfer 102 vorzugsweise
auch ein Trägheitsventil 164.
Das Trägheitsventil 164 umfasst
eine Trägheitsmasse 228,
die auf dem Schaft 226 gleitet, um wahlweise ein oder mehrere Öffnungen 252 freizugeben.
Die Öffnungen 252 erstrecken
sich in radialer Richtung durch den Schaft 226 und erlauben
eine Flüssigkeitskommunikation
zwischen dem Kanal 244 und der Ausgleichskammer 162.
In einer Ausführungsform kann
eine (nicht dargestellte) Nut in einer Außenseite des Schaftes 226 gebildet
sein und sich umlaufend um den Schaft 226 herum erstrecken,
um die Öffnungen 252 miteinander
zu verbinden. Daher dient die Nut als Sammelleitung zum Zusammenführen des Fluids
aus den einzelnen Öffnungen 252 und
zum Ausgleich des Druckes des Fluids, das aus den Öffnungen 252 austritt.
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Die
Trägheitsmasse 228 ist
normalerweise in aufwärtiger
Richtung in einer Stellung vorgespannt, in der sie zumindest teilweise
und vorzugsweise vollständig
die Öffnungen 252 abdeckt,
durch ein Vorspannelement, wie eine Feder 254. Eine Stellung,
in der die Trägheitsmasse 228 teilweise
oder vollständig
die Öffnungen 252 abdeckt,
kann als geschlossene Stellung der Trägheitsmasse 228 angesehen
werden. Wie für
einen Fachmann leicht einsichtig ist, kann ein gewisser Fluidstrom
durch die Öffnungen 252 erlaubt
werden, auch wenn sich die Trägheitsmasse 228 in
einer Stellung befindet, in der sie die Öffnungen 252 vollständig abdeckt,
da die Trägheitsmasse 228 typischerweise
keine fluiddichte Abdichtung mit dem Schaft 226 herstellt.
Ein Fluidstrom durch die Öffnungen 252 im
Falle, dass die Trägheitsmasse
die Öffnungen 252 abdeckt,
wird oft als Leckstrom bezeichnet.
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Sobald
ausreichend große
geländeinduzierte
Kräfte
in den unteren Gabelholm 82 (und das Ausgleichsrohr 160 und
den Schaft 226) in eine aufwärtige Richtung bewegen, verharrt
die Trägheitsmasse 228 im
Wesentlichen an Ort und Stelle. Mit anderen Worten bewegt sich die
Trägheitsmasse 228 bezüglich des
Schaftes 226 abwärts,
komprimiert die Feder 254 und öffnet die Öffnungen 252, um einen
Fluidstrom durch die Öffnungen 252 aus
der Kompressionskammer 156 in die Ausfederkammer 162 zu
ermöglichen.
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Vorzugsweise
umfasst der Dämpfer 102 auch
ein Zweiwegeventil 260, das einen Fluidstrom in sowohl
der Kompressions- als auch der Ausfederrichtung zwischen der Kompressionskammer 156 und
der Ausgleichskammer 162 erlaubt. Das dargestellte Zweiwegeventil
ist eine Art Nadelventil, ähnlich
zu der Nadel 196 und Öffnung 198,
wie oben unter Bezug auf 4 beschrieben ist. Wünschenswerterweise
ist das Ventil 260 durch eine Einstelleinrichtung 270 einstellbar ähnlich dem
Einstellmechanismus 204, der oben unter Bezug auf 5 beschrieben
wurde. Dies bedeutet, dass der Einstellmechanismus 270 eine
Veränderung
der axialen Position der Nadel gegenüber der Öffnung erlaubt.
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In
den 9 und 10 ist eine bevorzugte Anordnung
des Einstellmechanismus 270 dargestellt. Der Nadelabschnitt
des Nadelventils 260 wird durch eine Nadeleinstellstange 272 getragen.
Die Nadeleinstellstange 272 erstreckt sich von dem Einstellmechanismus 272 durch
die Gaskammer 166 zu dem Nadelventil 260. Eine
axial langgestreckte Hülse 274 verbindet
das Ausgleichsrohr 160 mit einem unteren Ende des unteren
Gabelholms 82. Ein Einstellknopf 276 ist mit einem
Einstellschaft 278 fest verbunden, sodass eine Drehung
des Knopfes 275 eine Drehung des Schaftes 278 verursacht.
Der Schaft 278 erstreckt sich durch einen Durchgang, der
durch die langgestreckte Hülse 274 gebildet
wird und ist drehbar gegenüber
der Hülse 274.
Ein Verbinder 280 verbindet die Einstellstange 272 mit
dem Einstellschaft 278. Insbesondere wirkt ein nicht kreisförmiger Vorsprung 282 auf
dem Einstellschaft 278 mit einer korrespondierend geformten
nicht kreisförmigen Ausnehmung 284 des
Verbinders 280 zusammen. Wie in 10 dargestellt
ist, ist bei der dargestellten Ausführungsform sowohl der Vorsprung 282 als
auch die Ausnehmung 284 von entsprechender Sechskantquerschnittsform.
Dennoch können
andere geeignete nicht kreisförmige
Querschnittsformen ebenfalls verwendet werden. Die sich entsprechenden nicht
kreisförmigen
Querschnittsformen fixieren den Einstellschaft 278 drehfest
mit dem Verbinder 280 bei gleichzeitigem Zulassen einer relativen
Axialbewegung oder Längsbewegung
zwischen den beiden. Zusätzlich
ist der Verbinder mit der Hülse 274 durch einen
Gewindeabschnitt 286 verbunden. Als Folge wird der Verbinder 280 gedreht,
sobald der Einstellschaft 278 über den Einstellknopf 276 gedreht
wird. Eine Drehung des Verbinders 280 führt zu einer axialen Bewegung
oder Verschiebung des Verbinders 280 infolge der Gewindeverbindung 286.
Die Einstellstange 272 wird durch den Verbinder 280 getragen und
daher führt
eine axiale Bewegung des Verbinders 280 zu einer axialen
Bewegung der Einstellstange 272 zur Einstellung der axialen
Stellung des Nadelventils 260.
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Zusätzlich zeigt 11,
dass der Einstellmechanismus 270 vorzugsweise ferner eine
Rastmechanik 290 umfasst, die den Benutzer mit einer fühlbaren
Rückmeldung
bei der Einstellung des Nadelventils 260 versorgt. Die
Rastmechanik 290 erlaubt es, dass das Nadelventil 260 in
einer von einer endlichen Zahl von möglichen Positionen eingestellt
wird. Die dargestellte Rastmechanik umfasst ein Rastelement 292,
das mit dem Verbinder 280 drehbar ist. Eine außenseitige
Fläche
des Rastelementes 292 bildet eine Vielzahl von langgestreckten
Ausnehmungen oder Rasten 294. Die Rasten 294 erstrecken
sich in axialer Richtung. Ein im Wesentlichen ringförmiges Federelement 296 ist
an der Hülse 274 befestigt
und umfasst einen gebogenen Endabschnitt 298, der stets
mit einem der Rasten 294 des Rastelements 292 zusammenwirkt.
Da sich das Rastelement 292 in axialer Richtung zusammen
mit der Einstellstange 272 und dem Verbinder 280 bei
der Einstellung des Nadelventils 260 bewegt, sind die Ausnehmungen 294 langgestreckt,
sodass das Ende 298 der Feder 296 mit einer Ausnehmung 294 über den
gesamten Bereich der Axialbewegung des Rastelements 292 zusammenwirken
kann. Solch eine Rastanordnung 290 ist bevorzugt aufgrund
ihrer Einfachheit und Zuverlässigkeit.
Zusätzlich
reduziert die dargestellte Rastanordnung 290 die Kosten
durch Verringerung der Anzahl der Teile, die im Vergleich zu Rastanordnungen
des Standes der Technik erforderlich sind, und vereinfacht den Zusammenbau.
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Wie
in den 6 und 9 dargestellt ist, umfasst die
Federgabel 50 ferner ein Füllventil 300, das
ermöglicht,
ein geeignetes Gas (zum Beispiel Stickstoff) in die Gaskammer 166 einzufüllen. Wie oben
erörtert
wurde, erstreckt sich die Ventileinstellstange 272 durch
die Gaskammer 166 und weiter durch eine zentrale Öffnung des
Trennkolbens 168. Daher befindet sich der Trennkolben 168 in
einer abgedichteten gleitenden Anordnung mit der Ventileinstellstange 272.
Ein durch den Schaft 278, den Verbinder 280 und
die Ventileinstellstange 272 gebildeter Kanal 302 erlaubt
das Einfüllen
von Gas in die Gaskammer 166 über das Ventil 300.
Dadurch bilden zumindest ein Teil der Bauteile der Dämpfungsventileinstellmechanik 270 den
Kanal 302 und tragen das Ventil 300. Daher sind
das Ventil 300 und der Kanal 302 integraler Bestandteil
der Ventileinstellmechanik 270.
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Betrieb der Federungsanordnung
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Der
Betrieb der vorliegenden Federgabel 50 wird für einen
Fachmann deutlich anhand der vorhergehenden Erörterung des Aufbaus, des Zusammenbaus
und des Betriebs der verschiedenen Bauteile und Baugruppen der Federgabel 50.
Dennoch wird nachfolgend kurz der Betrieb der Federgabel 50 infolge
gelände-
und fahrerinduzierter Kräfte
nachfolgend beschrieben.
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Wenn
das Mountainbike 20 beim Betrieb einer Unebenheit ausgesetzt
ist, wird eine geländeinduzierte
Kraft auf die unteren Holme 82, 86 der Federgabel 50 durch
das Vorderrad 24 übertragen.
Infolge der geländeinduzierten
Kraft wollen die unteren Gabelholme 82, 86 sich
aufwärts
gegenüber
den oberen Gabelholme 80, 84 bewegen und daher
die Federgabel 50 zusammendrücken. Ein Luftdruck innerhalb
der Druckfederkammer 110 erzeugt eine Kraft, die der Einfederbewegung
der Federgabel 50 entgegenwirkt. Wie oben beschrieben,
erzeugt der Luftdruck innerhalb der Zugfederkammer 112 eine Kraft,
die eine anfängliche
Einfederung der Federgabel 50 unterstützt. Die Kraft der Zugfeder
wird wesentlich vermindert, sobald die obere Dichtung 130 außer Eingriff
mit dem sich abwärts
erstreckenden Flansch 138 des Hauptluftfederkolbens 116 tritt.
Ferner werden die Gegenkräfte
der Zugfeder weiter reduziert, sobald das Volumen der Zugfederkammer 112 infolge
der Relativbewebung zwischen dem oberen Gabelholm 80 und
dem unteren Gabelholm 82 und daher einer Bewegung des Zugfederkolbens 122 weg
von dem Hauptkolben 116 zunimmt. Daher unterstützt die
Zugfederkammer 112 eine anfängliche Einfederbewegung der
Federgabel 50, führt
jedoch zu vorzugsweise keinem signifikanten Einfluss auf das Gesamtverhalten
der Tragfeder 100 über
den Rest des Federwegs der Gabel 50, sodass die Charakteristik
der Tragfeder 100 im Wesentlichen durch die Druckfederkammer 110 bestimmt
wird.
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Der
Dämpfer 102 stellt
ebenfalls eine Widerstandskraft gegen die Einfederung der Federgabel 50 bereit.
Wie oben beschrieben, bewegt sich der Kolben 154 abwärts innerhalb
des Dämpferrohrs 150 zusammen
mit einer Abwärtsbewegung
des oberen Gabelholms 80 gegenüber dem unteren Gabelholm 82.
Als Folge wird das Volumen der Kompressionskammer 156 reduziert.
Umgekehrt wird das Volumen der Rückfederkammer 158 vergrößert. Da
jedoch ein größeres Volumen
der Kolbenstange 152 den Raum innerhalb des Dämpferrohrs 150 oberhalb
des Kolbens 154 einnimmt während der Kolben sich abwärts bewegt,
ist die Zunahme des Volumens der Rückfederkammer 158 geringer
als die Verminderung des Volumens in der Kompressionskammer 156.
Als Folge wird ein Teil der aus der Kompressionskammer 156 verdrängten Flüssigkeit
in die Ausgleichskammer 162 bewegt.
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Wie
oben beschrieben, betstehen verschiedene Dämpferkreise, durch die aus
der Kompressionskammer 156 verdrängtes Fluid in die Ausgleichskammer 162 tritt.
Wenn die geländeinduzierte
Kraft nicht genügend
groß ist,
um das Trägheitsventil 164 auszulösen, fließt das Fluid
aus der Kompressionskammer 156 durch den Kanal 244 des
Schaftes 226 und, unter der Annahme, dass das Nadelventil 260 zumindest
teilweise offen ist, weiter durch das Nadelventil 260 in
die Ausgleichskammer 162. Der Volumenstrom durch das Nadelventil 260 ist
abhängig von
der Position der Nadel zu der Öffnung
entsprechend der Einstellung durch den Einstellmechanismus 270.
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Fluid
kann ebenfalls aus der Kompressionskammer 156 in die Ausgleichskammer 162 verdrängt werden
während
des Zusammendrückens
der Federgabel 50 durch das Bodenventil 220 unter
der Annahme, dass ausreichend großer Fluiddruck innerhalb der
Kompressionskammer 156 erreicht wird. Der Fluss durch das
Bodenventil 220 passiert längs der Trägheitsmasse 228 und
unterstützt
entweder eine anfängliche Öffnung der
Trägheitsmasse 288 oder das
Aufrechterhalten einer offenen Stellung der Trägheitsmasse 228 während des
Kompressionsstroms. Sobald der Kompressionsfluidstrom die Trägheitsmasse 228 passiert
hat, fließt
dieser weiter durch das Kompressionsventil 230 und in den
Abschnitt der Ausgleichskammer 162 unterhalb des Kolbens 231. Vorzugsweise
weist das Bodenventil 220 einen größeren Widerstand auf als entweder
der Kompressionsventilkreis 180, 182 des Kolbens 154 oder
des Kompressionsventils 230, sodass die Druckdämpfungskraft
im Wesentlichen bestimmt wird durch das Bodenventil 220,
sofern das Bodenventil 220 geöffnet ist. Dennoch ist es verständlich,
dass es möglich ist,
die verschiedenen Ventile untereinander abzustimmen, um die gewünschten
Dämpfungseigenschaften über einen
Bereich von Einfedergeschwindigkeiten zu erreichen.
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Wenn
die geländeinduzierte
Kräfte
ausreichend ist, um das Trägheitsventil 164 zu
aktiveren, bewegt sich das Trägheitsventil
abwärts
auf dem Schaft 226, um einen Fluidstrom durch das Trägheitsventil 164 aus
der Kompressionskammer 156 in die Ausgleichskammer 162 zu
erlauben. Vorzugsweise sind die geländeinduzierten Kräfte üblicherweise ebenfalls
ausreichend, um das Bodenventil 222 zu öffnen, wenn das Trägheitsventil 164 aktiviert
wird. Daher arbeiten vorzugsweise das Bodenventil 222 und das
Trägheitsventil 164 miteinander
zusammen, wenn das Trägheitsventil 164 geöffnet ist.
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Nachdem
der Stoß absorbiert
ist, versucht der Luftdruck innerhalb der Tragfeder 100,
die oberen Gabelholme 80, 84 gegenüber den
unteren Gabelholmen 82, 86 herauszuschieben, was
normalerweise als Ausfederbewegung der Federgabel 50 bezeichnet
wird. Innerhalb des Dämpferrohres 150 erfolgt
ein Fluidstrom aus der Ausfederkammer 158 durch das Ausfederventil,
das durch die Rückströmöffnungen 186 und
die Scheibe 188 des Dämpfungskolbens 154 gebildet
wird. Aufgrund des Volumens, das durch die Kolbenstange 152 eingenommen
wird, ist das Fluid, das sich aus der Rückfederkammer 158 in
die Kompressionskammer 156 bewegt, nicht ausreichend, um
das Fluid zu ersetzen, das aus der Kompressionskammer 156 verdrängt worden
war. Dementsprechend füllt
Fluid aus der Ausgleichskammer 162 den Rest der Kompressionskammer 156. Der
Rückfederstrom
aus der Ausgleichskammer 162 in die Kompressionskammer 156 wird
ermöglicht durch
das Nadelventil 260, sofern geöffnet, und durch das Ausfederventil 240,
vorausgesetzt, dass ein ausreichend großer Fluiddruck innerhalb der
Ausgleichskammer 162 vorhanden ist. Vorzugsweise haben
die Rückströmventile 186, 188 des
Kolbens 154 einen größeren Widerstand,
als das Ausfederventil 246. Ferner ist der Rückflussstrom
durch das Nadelventil minimal verglichen zu dem Rückflussstrom durch
den Kolben 154, sodass die Ausfederdämpfungsrate im Wesentlichen
bestimmt wird durch den Rückflussstrom
durch den Kolben 154. Dennoch können, wie bei den Kompressionsventilen,
verschiedene Rückströmventile
miteinander abgestimmt werden, um die gewünschten Ausfederdämpfungscharakteristiken über einen
Bereich von Ausfedergeschwindigkeiten zu erhalten.
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Infolge
von ausschließlich
fahrerinduzierten Kräften,
das sind Kräfte,
die versuchen, die oberen Gabelholme 80, 84 abwärts bezüglich der
unteren Gabelholme 82 und 84 zu bewegen, wird
das Trägheitsventil 164 normalerweise
nicht aktiviert. Auch wenn der Trägheitsventilkreis 164 infolge
von fahrerinduzierten Kräften
nicht aktiviert wird, wird ein Kompressionsfluidstrom durch das
Nadelventil 260 ermöglicht,
sodass die Federgabel 50 sich in gewissem Maße zusammenschieben
kann. Wenn die fahrerinduzierten Kräfte genügend sind, kann das Bodenventil 220 öffnen, um
zusätzlichen
Fluidstrom aus der Kompressionskammer 156 in die Ausgleichskammer 162 zu
ermöglichen.
Ferner wirkt die Drucktragfederkammer 110 einer Einfederbewegung
der Gabel 50 entgegen, während die Zugfederkammer 112 eine
anfängliche
Einfederbewegung der Gabel 50 infolge der fahrerinduzierten
Kräfte
in gleicher Weise wie bei geländeinduzierten
Kräften
unterstützt.
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Auch
wenn die Erfindung im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen
und Beispielen beschrieben wurde, ist es für Fachleute deutlich, dass
die vorliegende Erfindung sich über
die speziell beschriebenen Ausführungsformen
auf andere alternative Ausführungsformen
und/oder Verwendungen der Erfindung und offensichtliche Modifikationen
und Äquivalente
erstreckt. Insbesondere im Hinblick darauf, dass die vorliegende
Fahrradfederungsanordnung beschrieben wurde im Zusammenhang mit
bestimmten bevorzugten Ausführungsformen,
ist es für den
Fachmann im Hinblick auf die vorliegende Offenbarung verständlich,
dass verschiedene Vorzüge, Merkmale
und Aspekte der Federungsanordnung in einer Verschiedenheit von
anderen Anwendungen realisiert werden kann, von denen einige oben
erwähnt
wurden. Ferner ist zu beachten, dass verschiedene Aspekte und Merkmale
der beschriebenen Erfindung unabhängig, zusammen oder anstelle
voneinander ausgeübt
werden können,
und dass eine Reihge von Kombinationen und Unterkombinationenen
der Merkmale und Aspekte gemacht werden können und noch unter den Bereich
der Erfindung fallen. Daher ist es beabsichtigt, dass der Bereich
der vorliegenden Erfindung, wie hier beschrieben, nicht durch die
oben beschriebenen besonderen dargestellten Ausführungsformen begrenzt sein
soll, sondern ausschließlich
durch eine angemessene Interpretation der Ansprüche.
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Zusammenfassung
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Eine
Fahrradfederungsanordnung kann in Form einer vorderen Fahrradfedergabel
(50) ausgebildet sein. Die Federgabel (50) kann
ein Paar von teleskopierbaren Gabelholmen (52, 54)
umfassen. In einer Ausführungsform
sind eine Tragfeder (100) und ein Dämpfer (102) nur in
einem des Paares der Gabelholme (52, 54) vorgesehen.
Die Tragfederanordnung (100) kann eine Zugfeder umfassen.
In einer Ausführungsform
ist die Zugfeder eine zweistufige Zug-Gasfeder, bei der eine Zug-Gasfederkammer (112)
einen erste Kammerabschnitt (112a) und einen zweiten Kammerabschnitt
(112b) umfasst. Der erste Kammerabschnitt (112a)
und der zweite Kammerabschnitt (112b) sind in einer ersten
Stellung der Tragfeder (100) nichtverbunden, und der erste
Kammerabschnitt (112a) und der zweite Kammerabschnitt (112b)
sind verbunden in einer zweiten Stellung der Tragfeder (100).