DE19503047A1 - Vorderradaufhängung für ein Motorrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorderradaufhängung für ein Mo­ torrad mit einer ein Vorderrad aufnehmenden Gabel, die im Be­ reich eines Steuerkopfes und in einem darunterliegenden mit dem Motorradrahmen verbunden ist und die eine Feder- und Dämpfungseinrichtung enthält.

Eine bekannte Vorderradaufhängung der eingangs genannten Art (DE 35 13 974 C1) enthält eine Teleskop-Vorderradgabel, die zwei obere Teleskoprohre und zwei untere Teleskoprohre auf­ weist, die Feder- und Dämpfungseinrichtungen enthalten. Die oberen Teleskoprohre sind mittels einer Gabelbrücke verbun­ den, die mittels eines den Steuerkopf bildenden Kugelgelenks an dem Rahmen gelagert ist. Die unteren Teleskoprohre sind im Bereich ihrer oberen Enden mit einer unteren Gabelbrücke ver­ bunden, die mittels eines Lenkersystems an dem Motorradrahmen gehalten ist. Dieses Lenkersystem schließt über ein Kugelge­ lenk an die untere Gabelbrücke an. Diese Vorderradaufhängung erfordert einen hohen Herstellungsaufwand und führt zu ent­ sprechend hohen Herstellungskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine funktionstüch­ tige Vorderradaufhängung für ein Motorrad zu schaffen, die einen verringerten Herstellungsaufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Gabel als ein starrer Rahmen gestaltet ist, der zum Übertragen von Lenkbe­ wegungen mittels einer oberen Schwinge an dem Steuerkopf und zum Aufnehmen von im wesentlichen vertikalen Kräften mittels einer unteren Schwinge an dem Motorradrahmen angelenkt ist, daß die obere Schwinge mittels quer zur Fahrtrichtung verlau­ fenden, horizontalen Achsen an dem Steuerkopf und an der Ga­ bel angelenkt ist, daß die untere Schwinge mittels einer quer zur Fahrtrichtung verlaufenden, horizontalen Achse an dem Mo­ torradrahmen und über ein Gelenk an der Vorderradgabel ange­ lenkt ist, in welchem die Gabel um die Achse des Steuerkopfes verdrehbar und um eine quer zur Fahrtrichtung verlaufende, horizontale Achse verschwenkbar ist, und daß zwischen der un­ teren Schwinge und dem Motorradrahmen die Feder- und Dämp­ fungseinrichtung angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung besitzt die Gabel eine einfache, unkomplizierte Gestalt, so daß sie einfach her­ stellbar ist. Sie kann beispielsweise als Leichtmetalldruck­ guß hergestellt werden, oder auch aus Profilen zusammenge­ setzt sein, beispielsweise aus Stahlpreßteilen oder auch aus Profilen mit rundem, halbrundem oder eckigem Profil, die auch aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein können. Die Verbindung der Gabel mit dem Motorradrahmen ist ebenfalls einfach und unkompliziert, ohne daß die Funktion der Radfüh­ rung, der Radfederung und der Radlenkung beeinträchtigt sind.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß zwischen der unteren Schwinge und dem Motorradrahmen ein mit einer Schraubenfeder umgebener Stoßdämpfer angeordnet ist. Damit kann eine einfach gestaltete Feder- und Dämpfungseinrichtung eingesetzt werden, die einem in der Kraftfahrzeugtechnik be­ kannten Federbein entspricht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Gabel aus zwei Seitenteilen gebildet ist, die im Bereich der Anlenkstellen der Schwingen jeweils mit einer Brücke ver­ bunden sind. Damit wird eine einfache aber gleichzeitig sehr steife Konstruktion für die Gabel geschaffen, die kostengün­ stig herstellbar ist. In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Seitenteile der Gabel zwischen der unte­ ren Schwinge und der oberen Schwinge nach vorne abgewinkelt sind. Dadurch ist es möglich, eine obere Schwinge mit einer ausreichenden Länge anzubringen, die ohne Beeinrächtigung der Radführung und der Radlenkung eine gute Radfederung ermög­ licht, d. h. ein Ein- und Ausfedern des Vorderrades.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die obere Schwinge einen in dem Steuerkopf gelagerten, mit einer Lenkstange verbundenen Achsbolzen mit der Gabel verbin­ det. Um sicherzustellen, daß Bewegungen der Gabel beim Ein- und Ausfedern die Lenkbarkeit nicht beeinträchtigen, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Achsbolzen mittels einer Winkelauslenkungen erlaubenden Lage­ rung in dem Steuerkopf gelagert ist. Damit wird sicherge­ stellt, daß auch bei extremen Radeinfederungen die Drehachse des die Gabel mit der unteren Schwinge verbindenden Gelenks und der Achsbolzen des Steuerkopfes miteinander fluchten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorderradaufhängung für ein Motorrad,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen axialen Schnitt durch den Steuerkopf,

Fig. 3 einen axialen Schnitt entsprechend Fig. 2 bei einer Winkelauslenkung,

Fig. 4, 5 und 6 axiale Schnitte durch alternative Gestaltungen des Steuerkopfes,

Fig. 7 eine Seitenansicht auf ein Gelenk, das eine untere Brücke der Gabel mit der unteren Schwinge verbindet und

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII des Gelen­ kes der Fig. 7.

In Fig. 1 ist der vordere Bereich eines Motorradrahmens (10) dargestellt, an welchem ein Steuerkopf (11) angebracht ist, in welchem eine Lenkstange (12) gelagert ist, die um eine Lenkachse (13) verdrehbar ist. Die Lenkachse (13) ist unter einem Winkel von etwa 65° zur Horizontalen geneigt.

Das Vorderrad (14) des Motorrades ist in einer Gabel (15) ge­ lagert. Die Gabel (15) weist zwei parallele Seitenteile auf, die etwas oberhalb des Umfanges des Vorderrades (14) mittels einer unteren Brücke (16) und im Bereich ihrer oberen Enden mittels einer oberen Brücke (17) miteinander verbunden sind. Die unterhalb der Brücke (16) befindlichen Abschnitte der Seitenteile sind in Richtung der Lenkachse (13) ausgerichtet. Die oberhalb der Brücke (16) befindlichen Abschnitte der Sei­ tenteile verlaufen im wesentlichen vertikal.

Die oberen Enden der Gabel (15) sind mittels einer oberen Schwinge (18) mit dem Steuerkopf (11) derart verbunden, daß Lenkbewegungen der Lenkstange (12) um die Lenkachse (13) mit­ tels der Schwinge (18) auf die Gabel (15) übertragen wird. Die Schwinge (18) besteht bei dem Ausführungsbeispiel aus zwei parallelen Hebeln, die mittels einer horizontalen Achse (19) an seitliche Wangen (20) eines Bauteils (21) angelenkt sind, das die Lenkstange- (12) aufnimmt. Die Lagerung dieses Bauteils (21) wird später insbesondere in Verbindung mit Fig. 2 und 3 noch im einzelnen erläutert werden. Die obere Schwin­ ge (18), die aus zwei Armen gebildet ist, ist an dem oberen Ende der Gabel (15) mittels Achsen (22) angelenkt, die zu den Achsen (19) parallel verlaufen.

Die Gabel (15) ist zusätzlich mittels einer unteren Schwinge (23) mit dem Motorradrahmen (10) verbunden. Die untere Schwinge (23) ist als eine Dreiecksschwinge ausgebildet, die an zwei Lagerstellen um eine horizontale, quer zur Fahrtrich­ tung verlaufende Achse (24) an dem Motorradrahmen (10) gela­ gert ist. Das vordere Ende der Schwinge (23) ist an die Gabel (15) mittels eines Gelenkes (25) angelenkt, das eine zu der Achse (24) parallele Schwenkachse sowie eine mit der Lenk­ sachse (13) fluchtende Drehachse bildet. Das Gelenk (25) wird später anhand von Fig. 7 und 8 noch näher erläutert werden.

Zwischen der unteren Schwinge (23) und dem Motorradrahmen (10) ist eine Feder- und Dämpfungseinrichtung (26) in Form eines Federbeines angeordnet, das einen mit einer Schrauben­ feder umgebenen Stoßdämpfer enthält. Das untere Ende dieses Federbeines ist in der Nähe des Gelenkes (25) an der unteren Schwinge (23) angelenkt. Das obere Ende des Federbeines ist dagegen bezüglich des Steuerkopfes (11) zu dem Motorradrahmen (10) hin zurückgesetzt angelenkt, so daß das Federbein abwei­ chend von der Lenkachse (13) geneigt ist, d. h. mit einem zur Horizontalen geringeren Neigungswinkel.

Die Feder- und Dämpfungseinrichtung (26) ist so ausgelegt, daß in einer Ausgangsstellung oder Nullstellung, d. h. im Stillstand und mit auf dem Motorrad sitzendem Fahrer, die un­ tere Schwinge (23) mit der Lenkachse (13) einen Winkel von etwa 90° einschließt. Die obere Schwinge (18) verläuft im we­ sentlichen parallel zu der unteren Schwinge (23), so daß ihr Winkel zu dem oberen, im wesentlichen vertikalen Abschnitt der Gabel (15) geringer als 90° ist.

Bei einem Ein- oder Ausfedern des Vorderrades (14) wird die Gabel (15) relativ zu dem Motorradrahmen (10) mittels der oberen Schwinge (18) und der unteren Schwinge (23) geführt, wobei sich die Achse (22) auf einem Kreisbogen um die Achse (19) und das Gelenk (25) auf einem Kreisbogen um die Achse (24) bewegen. Um dabei die Ausrichtung des unteren Abschnit­ tes der Gabel (15) möglichst wenig zu ändern, d. h. um das Ge­ lenk (25) während des Ein- und Ausfederns auf einem angenä­ hert gradlinigen Weg zu führen, sollte die Länge der unteren Schwinge (23) so groß werden, wie dies bei gegebenen kon­ struktiven Verhältnissen möglich ist. Ähnliches gilt auch für die obere Schwinge (18), deren Länge ebenfalls gemäß kon­ struktiven Gegebenheiten beschränkt werden muß. Die obere Schwinge (18) wird während des Fahrbetriebes aufgrund von Be­ schleunigungs- oder Bremskräften auf Zug und gegebenenfalls auch auf Druck belastet. Diese Kräfte sollen in dem Steuer­ kopf so über die Achse (19) eingeleitet werden, daß sie nicht zu einer Störung der Lenkung und/oder Beeinflussung der Lenk­ bewegung führen. Wie dies geschieht, wird anhand von Fig. 2 und 3 noch näher dargelegt werden. Da sich darüber hinaus beim Ein- und Ausfedern der Gabel (15) die Flucht zwischen der Lenkachse (13) und der in der Nullstellung in Richtung der Lenkachse (13) verlaufenden Achse des Gelenkes (25) än­ dert, wird darüber hinaus noch vorgesehen, daß der Steuerkopf (11) so ausgebildet ist, daß Winkelabweichungen oder Winke­ lausrichtungen der Lenksachse (13) möglich sind.

In Fig. 2 und 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Steuerkopf (11) dargestellt. Das Bauteil (21), das mit einer Aufnahme (28) für die Lenkstange (12) und mit den Seitenwan­ gen (20) für die Achse (19) versehen ist, ist auf einem Achs­ bolzen (29) angeordnet und zwischen einem Flansch (30) und einer Mutter (31) gehalten. Der Achsbolzen (29) ist in einem rohrförmigen Lagergehäuse (32) des Steuerkopfes (11) gelagert, das an dem Motorradrahmen (10) beispielsweise durch Schweißen befestigt ist. Der Achsbolzen (29) ist zwischen zwei aufge­ schraubten Muttern (33, 34) in einem Pendelrollenlager (35) gelagert. Die Seitenwangen (20) des Bauteils (21) sind so di­ mensioniert, daß die Achsen (19) mittig zu dem Pendelrollen­ lager (35) ausgerichtet sind. Zug- oder Druckkräfte, die an der Achse (19) angreifen, werden somit von dem Pendelrollen­ lager (35) aufgenommen, ohne daß es dadurch zu einer Verlage­ rung des Achsbolzens (29) und damit der Lenkachse (13) kommt.

Der Achsbolzen (29) ist zusätzlich mit zwei als Axiallager gestalteten Rollenlagern (36, 37) in dem Gehäuse (32) des Steuerkopfes (11) gelagert. Die jeweils einander zugewandten Lagerringe der Rollenlager (36, 37) liegen an dem Innenring des Pendelrollenlagers (35) an. Die jeweils gegenüberliegen­ den Lagerringe der Rollenlager (36, 37) sind an ringförmigen Abstützelementen (38, 39) abgestützt, die aus einem elasti­ schen Polymer-Werkstoff mit einer definierten Härte beste­ hen. Diese ringförmigen Abstützelemente werden mittels auf das rohrförmige Gehäuse (32) aufgeschraubten Deckeln (40, 41) gehalten. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist es dadurch mög­ lich, daß der Achsbolzen (29) Pendelbewegungen um die Mitte des Pendelrollenlagers (35) ausführt, die von den Abstützele­ menten (38, 39) elastisch aufgefangen und gedämpft werden. Aufgrund dieser Beweglichkeit kann der Steuerkopf (11) Win­ kelabweichungen zwischen der Lenkachse (13) und der Drehachse des Gelenks (25) ausgleichen.

Da der Steuerkopf (11) in Richtung der Lenkachse (13) keine größeren Kräfte aufnehmen muß, sind selbstverständlich auch andere Lagerungen für den Achsbolzen (29) möglich. Weitere beispielhafte Lösungen sind in Fig. 4, 5 und 6 dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Lagerbolzen (29) mittels eines Pendelrollenlagers (35) in dem Gehäuse (32) des Steuerkopfes (11) gelagert. Oberhalb und unterhalb des Pendelrollenlagers (35) sind an dessen Innenring axial abgestützte Radialkugellager (42, 43) vorgesehen, deren Au­ ßenring jeweils in elastischen Abstützelementen (44, 45) ge­ halten ist. Ähnliche Lösungen zeigen auch die Ausführungsbei­ spiele nach Fig. 5 und 6, die sich von dem Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 4 im wesentlichen nur dadurch unterscheiden, daß anstelle von Radialkugellagern (42, 43) Radial-Rol­ lenlager (46, 47) vorgesehen werden (Fig. 5) oder Kegel­ rollenlager (48, 49) gemäß Fig. 6.

In Fig. 7 und 8 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Gelenk (25) dargestellt, das die untere Schwinge (23) mit der Brücke (16) der Gabel (15) verbindet. Das Gelenk (25) be­ sitzt einen Lagerbolzen (50) mit einer (in der Nullstellung) zu der Lenkachse (13) fluchtenden Achse. Dieser Lagerbolzen (50) ist in der Brücke (16) mittels zweier gegensinnig ange­ ordneter Kegelrollenlager (51, 52) gelagert.

Der mit dem Lagerbolzen (50) versehene Lagerkörper besitzt oberhalb der Brücke (16) eine versetzt angeordnete Lagerauf­ nahme (53), in welcher mittels zweier gegensinnig angeordne­ ter Kegelrollenlager (54) ein Lagerbolzen (56) gelagert ist. Der Lagerbolzen (56) ist an der unteren Schwinge (23) befe­ stigt. Hierzu ist diese unter Schwinge (23) mit einer ge­ schlitzten Bohrung versehen, die mittels zwei Schrauben (58) zusammenziehbar ist.

Die obere, aus zwei parallelen Streben bestehende Schwinge (18) und die untere Schwinge (23) lassen sich ebenfalls ein­ fach herstellen. Sie können beispielsweise ein Leichtme­ talldruckguß sein. Ebenso sind Stahlrohrkonstruktionen oder Konstruktionen aus anderen Profilen möglich.

Die Gabel aus den beiden Seitenteilen und den beiden Brücken (16, 17) bildet einen stabilen, biege- und torsionssteifen Rahmen, der das Vorderrad (14) des Motorrades führt und zur Übertragung aller zwischen Rad (14) und Motorradrahmen (10) auftretenden Bewegungen und Kräfte dient. Die untere dreieck­ förmige Schwinge (23) übernimmt in Verbindung mit der Gabel (15) die Radführung. Die im Fahrtbetrieb eines Motorrades auftretenden dynamischen Kräfte werden über die Schwinge (23) in den Motorradrahmen (10) eingeleitet. Die obere Schwinge (18), die aus zwei Federn besteht, dient zur Übertragung der Lenkbewegung von der Lenkstange (12) zu der Gabel (15) und damit auf das Vorderrad (14). Diese obere Schwinge (18) ent­ koppelt somit zugleich die Lenkstange von Federungsbewegungen des Vorderrades (14). Das im Steuerkopf (11) angeordnete Pen­ delrollenlager (35) ermöglicht der Lenkachse (13) ein Kippen, so daß auch bei extrem kombinierten Lenkeinschlägen und Rad­ hüben die Drehachse des Gelenkes (25) mit der Lenkachse (13) fluchtet. Damit ist die Steuerbarkeit des Motorrades unter allen denkbaren Fahrzuständen sichergestellt. Die Feder- und Dämpfungseinrichtung (26) ist bei dem Ausführungsbeispiel di­ rekt zwischen der unteren Schwinge (23) und dem Motorradrah­ men (10) angeordnet. Dieses Federbein kann so ausgebildet werden, daß es eine progressive Federkennlinie aufweist. Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird vorgesehen, daß die Feder- und Dämpfungseinrichtung über ein Hebelsystem mit der unteren Schwinge (23) und/oder dem Motorradrahmen (10) ver­ bunden ist, durch welches eine progressive Federkennlinie er­ zeugbar ist.

Claims (12)

1. Vorderradaufhängung für ein Motorrad mit einer ein Vor­ derrad aufnehmenden Gabel, die im Bereich eines Steuer­ kopfes und in einem darunterliegenden Bereich mit dem Mo­ torradrahmen verbunden ist und die eine Feder- und Dämp­ fungseinrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Gabel (15) als ein starrer Rahmen gestaltet ist, der zum Übertragen von Lenkbewegungen mit einer oberen Schwinge (18) an dem Steuerkopf (11) und zum Aufnehmen von im we­ sentlichen vertikalen Kräften mittels einer unteren Schwinge (23) an dem Motorradrahmen (10) angelenkt ist, daß die obere Schwinge mittels quer zur Fahrtrichtung verlaufenden horizontalen Achsen (19, 22) an dem Steuer­ kopf und der Gabel angelenkt ist, daß die untere Schwinge (23) mittels einer quer zur Fahrtrichtung verlaufenden, horizontalen Achse (24) an dem Motorradrahmen und über ein Gelenk (25) an der Gabel (15) angelenkt ist, in wel­ chem die Gabel um die Achse (13) des Steuerkopfes (11) verdrehbar und um eine quer zur Fahrtrichtung verlaufende horizontale Achse (57) verschwenkbar ist, und daß zwi­ schen der unteren Schwinge (23) und dem Motorradrahmen (10) die Feder- und Dämpfungseinrichtung (26) angeordnet ist.

2. Vorderradaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen der unteren Schwinge (23) und dem Mo­ torradrahmen (10) ein mit einer Schraubenfeder umgebener Stoßdämpfer angeordnet ist.

3. Vorderradaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die obere Schwinge (18) und die untere Schwinge (23) annähernd in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind.

4. Vorderradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gabel (15) aus zwei Seiten­ teilen gebildet ist, die im Bereich der Anlenkstellen der Schwingen (18, 23) jeweils mit einer Brücke (16, 17) ver­ bunden sind.

5. Vorderradaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Seitenteile der Gabel (15) zwischen der un­ teren Schwinge (23) und der oberen Schwinge (18) nach vorne abgewinkelt sind.

6. Vorderradaufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der zwischen den beiden Schwingen (18, 23) be­ findliche Bereich der Seitenteile der Gabel (15) annä­ hernd vertikal verläuft.

7. Vorderradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die obere Schwinge (18) einen in dem Steuerkopf (11) gelagerten, mit einer Lenkstange (12) verbundenen Achsbolzen (29) mit der Gabel (15) ver­ bindet.

8. Vorderradaufhängung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Achsbolzen (29) mittels einer Winkelauslen­ kungen erlaubenden Lagerung in dem Steuerkopf (11) gela­ gert ist.

9. Vorderradaufhängung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Achsbolzen (29) mittels eines als Pendelrol­ lenlager (35) ausgebildeten Radiallagers und mittels we­ nigstens eines elastisch an dem Gehäuse (32) des Steuer­ kopfes (11) gehaltenen Axiallagers (36, 37; 42, 43; 46, 47; 48, 49) gelagert ist.

10. Vorderradaufhängung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die obere Schwinge in Höhe ei­ nes den Achsbolzen (29) aufnehmenden Pendelrollenlagers (35) mit dem Achsbolzen (29) verbunden ist.

11. Vorderradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schwinge (23) als eine Dreieckschwinge gestaltet ist.

12. Vorderradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das die untere Schwinge (23) mit der Gabel (15) verbindende Gelenk (25) einen Lager­ körper aufweist, der mittels einer zur Lenkachse (13) koaxialen kombinierten Radial-Axiallagerung (51, 52) in einer Brücke (16) der Gabel (15) gelagert ist und an wel­ chem die untere Schwinge (23) um eine horizontale Achse (57) verschwenkbar angelenkt ist.