DE202005011566U1

DE202005011566U1 - Federsystem für Fahrräder

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Publication number: DE202005011566U1
Application number: DE202005011566U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2015-07-23

Abstract

Federsystem für Fahrräder, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens
– einem Hohlzylinder, der kleiner als die Felge und grösser als die Radachse ist, der konzentrisch zu der Radachse und der Radfelge angeordnet ist, der mit Speichen-Verbindungs-Elemente auf denen Radspeichen befestigt werden können und dadurch mit der Felge gekoppelt werden kann, ausgestattet ist,
– einem kleineren Hohlzylinder, der mit der Radachse direkt oder über Speichen gekoppelt werden kann oder als Radachsen-Hülle konzipiert ist, der konzentrisch angeordnet in dem grösseren Hohlzylinder eingebaut ist,
– federnde Speichen-Elemente, die aus Blattfeder-Elemente bestehen, die spiralförmig wie die Flügel einer Spiral-Galaxy gebaut sind, die den grossen und den kleinen Hohlzylinder mit einander federnd verbinden, die eine radiale Federkraft erzeugen und die in den Raum zwischen den Wänden der beiden Hohlzylindern spiralförmig angeordnet sind und die durch die Federkraft den kleineren Zylinder angenähert oder genau und konzentrisch in der Mitte halten, wobei der kleinere...

Description

Die Erfindung betrifft ein Federsystem für Fahrräder, das auch für andere einspurige Fahrzeuge, Motorrad, Mofa etc. verwendet werden kann.
Das Federungs-System für Fahrzeuge besteht aus einer komplizierten gelenkartigen Radaufhängung, einem Feder und einem Stossdämpfer, der die Schwingungen dämpfen kann.
Bei den Fahrrädern ist das Federsystem ziemlich einfach gebaut und besteht aus einem Feder und einem Gelenk, an dem das Rad angebracht ist. Heutige Fahrräder sind sowohl vorne auch hinten gefedert. Das macht sie komfortabel und rückenschonend.
Das Federungs-System für Fahrräder oder Motorräder (oder auch für andere motorisierte zweispurige Fahrzeuge -Autos etc.) fängt die Stossbewegungen des Rads ab, dadurch dass die Rad-Achse in eine festgelegte Richtung (meistens senkrecht oder etwas schräg-senkrecht) gefedert bewegbar ist. Die Federung kann jedoch nur diese Bewegung abfedern. In der Regel ist das auch ausreichend für eine gute Federung eines motorisierten Fahrzeugs, weil hier auch das Gewicht des Fahrzeugs eine Rolle spielt.
Für das Fahrrad ist aber das herkömmliche Federungs-System nicht ausreichend. Es gibt versuche das Federungs-System durch Luft-Federung komfortabel zu gestalten, es wird aber keine wirklich perfekt funktionierende Federung erreicht. Auch der Sattel, der mit einer Federstange oder mit Gel-Polster ausgestattet ist bringt in der Richtung nicht sehr viel.
Es gibt zahlreiche Federsysteme, die für Fahrzeuge und Fahrräder konzipiert sind. Fast alle haben eines gemeinsam: Die abrupte Bewegungen der Radachse werden durch Federelemente außerhalb des Laufrads aufgefangen, abgesehen von der Federung die zusätzlich durch Luftfüllung der Reifen erzeugt wird. Die Federsysteme, die z.B. für Fahrrad konzipiert sind, bestehen aus Federelemente, die in den Fahrrad-Rahmen und in der Fahrrad-Gabel eingebaut sind. Der Rahmen ist in zwei Teilen getrennt, die durch ein Gelenk mit einander gekoppelt sind. Das Federelement ist in der Mitte eingebaut und federt die „Knick-Bewegung" der Rahmen. Trotz gute Federung und gute Federelemente (teilweise aus Gasdruck-Federn bestehend) ermöglicht diese Feder-Technik keine perfekte Federung.
Federkraft-Elemente auf den Speichen eines Rads anzubringen, ist schon längst bekannt. Es gibt sogar Fahrzeuge, die Speichen-Reifen aufweisen, die blatffederartig gebaut sind und die biegsam sind, was bei Einwirkung von Aussenkräften eine Federung erzeugen. Diese Federung ist relativ gut, hat aber mehrere Nebeneffekte:

– die Blattfeder-Speichen erzeugen sehr laute Geräusche, die den Fahrkomfort gewaltig beeinträchtigen,
– die Blatffeder-Speichen sind nicht gut ansprechbar bei Unebenheiten.

Sie erzeugen anfangs sehr starke Federkräfte, und werden immer weicher, je weiter die Rad-Achse gegenüber den Felgen geschwenkt wird. Dadurch ist die Federkraft unproportional, was auch die Ansprechbarkeit negativ beeinflusst. Das liegt es daran, weil die Blattfedern paarweise in dem Rad radial angeordnet sind und nur leicht gebogen sind. Bei einer Federung, werden die Blattfedern in der Mitte von einander gespreizt und die Federkraft wird erzeugt.
Der in den Schutzansprüchen 1 bis 25 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Federungs-System für Fahrzeuge, insbesondere für Fahrräder zu schaffen, das in der Lage ist, sehr gut jede Art von Radstößen oder Fahrbahn-Unebenheiten abzufedern.
Dieses Problem wird mit den in den Schutzansprüchen 1 bis 25 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Vorteile der Erfindung sind:

– perfekte Federung bei jede Fahrbahn-Beschaffung,
– keine komplizierte Rahmen-Aufbau, weil keine zusätzliche Federung notwendig,
– Rücken schonend,
– einfach gebaut,
– mechanische Energie-Speicher-System für die Überbrückung des Totpunktbereichs bei Pedal-Tritt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 6 erläutert. Es zeigen:
1 ein Rad mit dem neuartigen Federungs-System,
2 das Verhalten des Rads bei Unebenheiten,
3 eine Variante, wobei das Rad als Energie-Speicher/Puffer dient,
4 eine Variante mit Stossdämpfern,
5 die S-förmige Speichen-Feder-Elemente,
6 die Variante mit Spiralfedern.
Das Feder-System ist ziemlich einfach gebaut, ist jedoch sehr effektiv. Anstatt den Fahrrad-Rahmen mit Feder auszustatten, ist das Federsystem direkt in den Rädern eingebaut.
Das Feder-System besteht aus zwei Hohlzylindern, die konzentrisch in einander gesteckt sind. Einer davon ist kleiner und weist Verbindungselemente auf, durch die er mit der Radachse gekoppelt werden kann. Der grössere Hohlzylinder 1 weist Verbindungselemente 2 auf, an denen die herkömmlichen Radspeichen 3 gekoppelt werden können. Die Radspeichen dienen als Verbindungselement zwischen dem Hohlzylinder und der Radfelgen 4. Sie sind kürzer als herkömmliche Speichen. Die beiden Hohlzylinder, die konzentrisch in einander angeordnet sind, sind durch Blattfeder-Speichen 5 mit einander gekoppelt, die wie die Flügel einer Spiral-Galaxy angeordnet sind.
Der grössere Hohlzylinder 1 hat einen Innen-Durchmesser von ca. 15 bis 20 cm. In dem Zylinder befindet sich ein zweiter Hohlzylinder 6, der wesentlich kleiner ist und der durch die spiralförmigen Feder-Speichen 5 mit dem grösseren Hohlzylinder konzentrisch gekoppelt ist. In dem kleineren Hohlzylinder 6 ist die Rad-Achse 7 angebracht oder einfach eingesteckt. Der grössere Hohlzylinder ist an seine Aussenhülle mit herkömmlichen Speichen gekoppelt, die ihn mit der Felge verbinden. Diese Speichen verleihen ihm keine Federkraft. Dagegen, die Federspeichen, die spiralförmig innerhalb des grossen Hohlzylinders sich befinden und die den Hohlzylinder mit den kleinen Achsen-Zylinder 6 verbinden, bilden ein perfektes Federungs-System, das in der Lage ist, jede Fahrbahn-Unebenheit zu glätten. In den Raum zwischen beiden konzentrisch angeordneten Hohlzylindern können auch Stossdämpfer-Elemente 8 eingebaut werden. Es sind in der Regel nur drei solche Elemente notwendig, die um 120° versetzt eingebaut sind, um die Stosskräfte zu dämpfen. Die Federung, die mit dieser Variante erreicht wird, ist sehr gut und übertrifft durch den Komfort bei weitem die herkömmlichen Feder-Systeme. Das Federsystem kann komplett unabhängig von dem Fahrradreifen gebaut werden und dann an herkömmlichen Fahrradreifen eingebaut werden, solange die herkömmlichen Speichen noch nicht eingebaut sind.
Die Feder-/Spiral-Speichen 5 sind ein paar cm breit und wie eine gebogene Spiralflügel an den Raum zwischen den beiden Hohlzylindern angebracht. Sie verbinden indirekt die Radachse mit der Rad-Felge. Die Feder-Speichen erlauben eine Federung der Achse in jede Richtung und damit sind in der Lage jede Unebenheit perfekt abzufedern. Dadurch, dass sie ein paar cm breit sind, werden die seitlichen Achsenbewegungen ausgeschlossen. Das erinnert uns an die aufziehbaren Spiralfeder von früheren Wanduhren, wobei die zentrale Achse der Spiralfeder innerhalb der Feder- Ebene in jede Richtung schwenkbar ist, nicht aber außerhalb der Feder-Ebene. Man kann das Rad auch als ein Gehäuse betrachten, in das mehrere Spiralfedern angebracht sind, die wie eine Spiral-Galaxy angeordnet sind.
Die Federkraft kann durch enffernen von einigen Feder-Speichen verringert werden. Wenn man auf das Fahrrad 9 einsteigt, werden durch das Gewicht die Radachsen und damit auch das Fahrrad um ein paar cm gesenkt. Die Achse liegt nicht mehr zentral in der Mitte der Felge positioniert, sondern exzentrisch. Das erzeugt jedoch keine Unwucht auch bei hohe Fahrgeschwindigkeit, weil die Rad-Achse stets nach unten gedrückt sich befindet und folgt die Raddrehung nicht wie eine feste exzentrische Achse das machen würde. Die Feder-Speichen 5, die sich unter dem Radachsen-Niveau befinden, werden stärker gebogen, wobei die die sich oben befinden, ein wenig gestreckt werden. Die Federkraft wird sowohl von unteren auch von oberen Feder-Speichen erzeugt. Sie können aus Stahlfeder oder auch aus eine bruchsichere Plastik/ Kunststoff hergestellt werden. Sie müssen nicht dick sein, sondern nur ausreichend Federstärke aufweisen. Ein Ring 10, der zwischen den Hohlzylindern eingebaut werden kann, kann die Speichen mit einander verbinden. Es können mehrere solche Ringe eingebaut werden, die die Feder-Speichen-Stabilität erhöhen können.
Die Befestigung der Feder-Speichen kann durch Bolzen 11, Nieten, Schrauben oder einer Schnell-Spann-Vorrichtung erreicht werden. Deshalb können die Feder-Speichen mit Löchern oder kleine Rohren 12 ausgestattet werden, die sich auf beiden Enden der Feder-Speichen befinden. Eine Schnell-Spann-Vorrichtung kann vorteilhaft sein, wenn man die Federkraft individuell anpassen möchte. Das kann durch Entfernen oder Einbauen der Feder-Speichen erfolgen. Selbstverständlich müssen die gegenüberliegenden Feder-Speichen paarweise angebracht oder entfernt werden, weil wenn man das anders macht, dann kann eventuell Unwucht entstehen, der nicht mehr mit der exzentrisch liegenden Achse zu tun hat.
Für die Federkraft-Einstellung können z.B. nur einige der Feder-Speichen abnehmbar angebracht werden, wobei der Rest der Feder-Speichen 5 fest eingebaut ist.
Die Verlaufrichtung der Flügel der Spirale kann beliebig gewählt werden. Jedoch, wenn sie in Gegenuhrzeigersinn angeordnet sind, dann können sie die Energie aus dem Tret-Moment speichern. Das ist eine andere wichtige Eigenschaft dieses Systems, dass es möglich macht, ein Teil der Antriebskraft zu speichern. Dieser Nebeneffekt kann als Hilfe für die Überwindung des Totpunktbereichsdlenen. Wenn die Feder-Speichen so wie in der 3 dargestellt worden ist, eingebaut sind, dann können sie die Tritt-Energie speichern. Das ermöglicht ein sanftes Anfahren und kann behilflich sein, wenn man mühelos den toten Kraftmoment überbrücken will. Das ist der Moment, wenn die Pedal-Kurbelhebel senkrecht stehen. Die Feder-Speichen werden von der Achse spiralförmig stärker gebogen, wenn man in die Pedale kräftig tritt. Das erinnert uns an die aufziehbaren Spiralfeder, die beim Aufziehen dichter an die Achse sich anordnen.
Die Federkraft dieses Systems kann durch die Form der Feder-Speichen und mit Hilfe von Ringen innerhalb eines Bereichs abgegrenzt werden, sodass die Federweg der Achse nicht so gross wird und die Federkraft nicht zu ungewünschten Schwingungen führt. Dadurch ist auch eine Einstellung der Federkraft möglich. Eine unkontrollierte Federung wird ohnehin durch die Länge der Feder-Speichen verhindert. Die Federspeichen, die sich während der Fahrt kurzzeitig sich oben befinden, werden nach unten gezogen und gestreckt. Die Federkraft erlaubt nicht, dass sie komplett gerade gestreckt werden (ausser bei starken Stössen). Falls sie doch gerade gestreckt werden sollen, dann ist zwangsweise der Federweg zu Ende.
Das Rad fängt jeden Stoss ab und überträgt ihn gar nicht oder nur sehr weich an den Rahmen. Das Fahrrad mit solchen Rädern fährt weich wie auf einer Wasserfläche. Selbstverständlich muss an dem Rahmen ein ausreichender Spielraum für das Rad vorhanden sein, weil das Rad durch die Federkraft in eine senkrechte Ebene hin und her in jede Richtung beweglich ist. Die Federkraft hält die Achse des Rads vorwiegend in Zentrum. Durch die Stösse oder durch das Gewicht des Fahrers, wird die Achse verlegt. Eine übermäßig starke Verlegung wird ebenfalls durch die Federkraft der spiralförmigen Feder-Speichen 5 verhindert. Während die unten sich befindenden Spiral-Speichen stärker gebogen werden, strecken sich die oberen gerade.
Die Federkraft kann durch speziellen Stossdämpfer gedämpft werden. Das Rad ist mit drei Stoßdämpfern ausgestattet, die unter 120° Winkel eingebaut sind. Sie verbinden die Achse des Rads mit der Felge (4).
In die Pedal-Kurbel können Freiläufer eingebaut werden, um die gespeicherte mechanische Energie zu Nutzen.
In der 5 sind Feder-Speichen dargestellt worden, die S-förmig gebaut sind. Diese Feder-Speichen können ebenfalls sehr gut die Stosskräfte auffangen.
Eine andere Variante, die in der 6 dargestellt worden ist, zeigt Spiralfeder 13, die anstatt von Feder-Speichen eingebaut sind. Die Spiralfeder können in kleine Zylinder-Hüllen 14 eingebaut werden, die vielmehr als Stabilisierungs-Elemente dienen sollen. Die Spiralfedern sind radial angeordnet und federn die Bewegung der Achse gegenüber der Felge. Das findet nur zwischen den beiden Hohlzylindern statt. Die Anzahl der Federelemente kann bei jeder der Varianten auf drei Stück pro Rad reduziert werden. Eine Anordnung unter einem 120° Winkel kann als ausreichend stabil bewertet werden.
Das Federsystem ist erfindungsgemäss in eine ziemlich kompakte Einheit durch Zwei-Hohlzylindersystem eingebaut, die eine bessere Stabilisierung des Laufrads ermöglicht. Dadurch, dass der grössere Hohlzylinder mit Speichen-Ösen ausgestattet werden kann, an denen die Radspeichen eingebaut werden können, wird der Einbau vereinfacht. Praktisch kann man in diesem Fall jeden herkömmlichen Fahrrad oder Fahrrad-Felge mit dem System nachrüsten. Der kleinere Hohlzylinder kann ebenfalls mit Speichen-Ösen in seiner inneren Fläche ausgestattet werden und dadurch für eine Verbindung mit der Radachse schon vorbereitet werden. In Gegensatz zu einem Blattfeder-Speichen-System, das direkt die Radachse mit der Felge verbinden würde, ist das System hier stabiler.

1: Der grössere Hohlzylinder
2: Verbindungselemente
3: Radspeichen
4: Radfelgen
5: Blattfeder-Speichen
6: Hohlzylinder
7: Rad-Achse
8: Stossdämpfer-Elemente
9: Fahrrad
10: Ring
11: Bolzen
12: Rohren
13: Spiralfeder
14: Zylinder-Hüllen

Claims

Federsystem für Fahrräder, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens – einem Hohlzylinder, der kleiner als die Felge und grösser als die Radachse ist, der konzentrisch zu der Radachse und der Radfelge angeordnet ist, der mit Speichen-Verbindungs-Elemente auf denen Radspeichen befestigt werden können und dadurch mit der Felge gekoppelt werden kann, ausgestattet ist, – einem kleineren Hohlzylinder, der mit der Radachse direkt oder über Speichen gekoppelt werden kann oder als Radachsen-Hülle konzipiert ist, der konzentrisch angeordnet in dem grösseren Hohlzylinder eingebaut ist, – federnde Speichen-Elemente, die aus Blattfeder-Elemente bestehen, die spiralförmig wie die Flügel einer Spiral-Galaxy gebaut sind, die den grossen und den kleinen Hohlzylinder mit einander federnd verbinden, die eine radiale Federkraft erzeugen und die in den Raum zwischen den Wänden der beiden Hohlzylindern spiralförmig angeordnet sind und die durch die Federkraft den kleineren Zylinder angenähert oder genau und konzentrisch in der Mitte halten, wobei der kleinere Hohlzylinder und damit auch die Radachse innerhalb eines kreisförmigen Bereichs in die geometrischen Felgen-Ebene abhängig von der Stosskräfte auf der Felge während der Fahrt gefedert bewegbar oder verschiebbar ist, besteht.
Federsystem für Fahrräder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Speichen-Elemente elastische bandförmige Speichen / Blechstreifen, die eine Krümmung aufweisen und als Feder-Konstruktion wirken und in den Raum zwischen den Wänden der beiden Hohlzylindern eingebaut sind, die die beiden Hohlzylinder mit einender federnd verbinden, aufweist.
Federsystem für Fahrräder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die blechstreifen-artigen federnden Speichen-Elemente/Spiral-Speichen mit ihrer schmalen Fläche parallel oder nahezu parallel zu der Rad-Ebene zwischen der Felge und der Radachse angebracht sind.
Federsystem für Fahrräder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegungs-Richtung der Spiral-Speichen im Uhrzeigersinn angeordnet ist.
Federsystem für Fahrräder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiral-Speichen im Gegen-Uhrzeigersinn angeordnet sind.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiral-Speichen so konzipiert sind, dass sie wie ein Energiepuffer beim Antrieb des Rads dienen.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmigen Speichen aus Stahl oder speziellen federnden Plastik bestehen.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiral-Speichen in Form von Stahl-/Blech-Streifen oder federnde Bänder so angeordnet sind, dass sie nur gefederte Achsen-Bewegungen innerhalb der geometrischen Felgen-Ebene erlauben.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiral-Speichen/Blech-Streifen oder die Stahl-Bänder näher an die Wand des grösseren Hohlzylinders schmaler und näher an die Achse breiter gebaut sind.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiral-Speichen in Peripherie und/oder Achsen-Bereich gedreht und planparallel mit der geometrischen Felgen-Ebene angeordnet sind.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiral-Speichen durch Schrauben oder Nieten mit den Wänden der Hohlzylindern verbunden sind.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinere Hohlzylinder mit Verbindungsteile ausgestattet ist, durch die er mit der Radachse fest oder lösbar gekoppelt werden kann.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinere Hohlzylinder mit einer Schnellspanner ausgestattet ist, durch den er mit der Radachse gekoppelt werden kann.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiral-Speichen in Befestigungs-Bereich stärker oder dicker gebaut sind.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der grössere Hohlzylinder kürzer als der kleinere ist.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiral-Speichen mit mindestens einem Ring, dessen Durchmesser zwischen den beiden Hohlzylindern passt, mit einander verbunden sind.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Spiral-Speichen leicht aus dem Rad abnehmbar sind.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federstärke des Rads durch Abnehmen oder Anbringen bestimmter Anzahl von federnden Spiral-Speichen individuell einstellbar ist.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiral-Speichen ein paar cm breit sind.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der Spiral-Speichen abgerundet sind.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der grössere Hohlzylinder mit einer Schnell-Spann-Vorrichtung gekoppelt ist, durch die er mit der Radfelge direkt oder über Speichen verbunden werden kann, ausgestattet ist.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen Stossdämpfer, der in den Raum zwischen beiden Hohl-Zylindern eingebaut ist, der die Schwingungen der beiden Hohlzylinder dämpft, aufweist.
Federsystem für Fahrräder nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens drei Stossdämpfer, die in 120° Winkel in den Raum zwischen den beiden konzentrischen Hohlzylindern eingebaut sind, aufweist.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen/Feder-Elemente mehrfach oder S-Förmig gebogen sind, wobei die Enden mit den Wänden der Hohlzylinder gekoppelt sind.
Federsystem für Fahrräder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den beiden Hohlzylindern, anstatt durch blattfeder-förmigen Feder-Speichen, durch radial angeordneten Spiral-Feder realisiert ist.