DE202006021207U1 - Two-wheel suspension with continuously variable travel and adjustable spring characteristic with 3-chamber air system - Google Patents
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Abstract
Luftgefederte Zweirad-Federgabel ( und ) nach dem Prinzip des doppelt wirkenden Luftzylinders (9) mit hohler Kolbenstange (3) und darin befindlicher Betätigungsstange (4) für das Kolbenventil (6), mit welchem die beiden ersten Kammern (14a und 14b) des Arbeitsluftzylinders (9) zwecks Druckausgleichs und relativ zum Arbeitsluftzylinder (9) stufenlos einstellbarer Stellung des Arbeitskolbens (7) verbunden werden können, sowie einem Ventil (13) am oberen Ende der Kolbenstange (3), durch welches eine Befüllung des Arbeitsluftzylinder (9) ermöglicht wird, und einem fest verbundenen Ausfallende (12) am unteren Ende dieses Luftzylinders dadurch gekennzeichnet, dass sich im Arbeitsluftzylinder (9), im Bereich des positiven Federweges (14b) eine einfach wirkende Progressionskammer (10) befindet, deren gegen die Zylinderwand (9) gedichteter kolbenstangenloser Progressionskolben (8) mittels eines Seils (16) mit dem Boden des Luftzylinders (9), der durch das Ausfallende (12) oder einen Progressionskammerboden (17) gebildet wird, kraftschlüssig so verbunden ist, dass die Progressionskammer (10) über ein Ventil (18) mit Druckluft befüllt werden kann.Air-sprung two-wheel suspension fork (and) on the principle of the double-acting air cylinder (9) with hollow piston rod (3) and therein actuating rod (4) for the piston valve (6), with which the two first chambers (14a and 14b) of the working air cylinder (9) for the purpose of pressure equalization and relative to the working air cylinder (9) infinitely adjustable position of the working piston (7) can be connected, and a valve (13) at the upper end of the piston rod (3), through which a filling of the working air cylinder (9) is made possible , and a firmly connected dropout (12) at the lower end of this air cylinder, characterized in that in the working air cylinder (9), in the region of the positive spring travel (14b) is a single-acting Progressionskammer (10) whose sealed against the cylinder wall (9) rodless Progressionskolben (8) by means of a rope (16) with the bottom of the air cylinder (9) through the dropout (12) or a progre sionskammerboden (17) is formed, is positively connected so that the Progressionskammer (10) via a valve (18) can be filled with compressed air.
Description
Allgemeines:General:
Zweirad-Federungen werden standardmäßig im Motorradbereich eingesetzt, finden aber zunehmend in Fahrrädern Einsatz. Gut ausgelegte Federungen einschließlich entsprechender Dämpfungen verbessern in Fahrzeugen aller Art durch konstanteren Bodenkontakt die Fahrsicherheit. Die vertikalen Beschleunigungen auf die gefederte Masse, im Falle des Fahrrades also insbesondere den Fahrer, werden verringert und subjektiv wie auch objektiv der Fahrkomfort erhöht. Strukturelle Schäden, die an ungefederten Fahrrädern durch eingeleitete Schwingungen und stochastische Stöße hervorgerufen werden können, wie auch gesundheitliche Beeinträchtigungen der Fahrer werden aufgrund von Federungen minimiert. Das macht sich besonders beim Fahren mit Fahrrädern für den sportlichen Einsatz positiv bemerkbar.Two-wheel suspensions are standard in motorcycle use, but are increasingly used in bicycles use. Well-designed suspensions including appropriate damping improve driving safety in vehicles of all kinds by more constant ground contact. The vertical accelerations on the sprung mass, in the case of the bicycle so in particular the driver, are reduced and subjectively and objectively increased ride comfort. Structural damage that can be caused to unsprung bicycles by induced vibrations and stochastic impacts, as well as health impairments of the drivers are minimized due to suspension. This is especially noticeable when driving with bicycles for sports use.
Stand der Technik:State of the art:
Der Entwicklung von Fahrradfederungen galt schon vor Jahrzehnten besondere Aufmerksamkeit. So lassen sich interessante technische Lösungen gefederter Fahrradgabeln in der Zeit weit zurückverfolgen. Vor Jahrzehnten wurden an Fahrräder keineswegs Anforderungen gestellt, wie sie heute im Bereich der Mountainbikes üblich sind. Der Wunsch nach verbesserter Spurführung war damals auf die schlechten Straßen zurückzuführen. Heute, da Fahrräder auch in schwerem Gelände gefahren werden, steht die grundsätzliche Einsetzbarkeit sowie die Sicherheit im Vordergrund.The development of bicycle suspensions was already attracting special attention decades ago. In this way, interesting technical solutions for spring-loaded bicycle forks can be traced far back in time. Decades ago, bicycles were by no means set as they are today in the field of mountain bikes. The desire for improved tracking was due to the bad roads back then. Today, as bicycles are driven in difficult terrain, the basic applicability and safety is in the foreground.
Gegenüber den vielen musealen Federungsentwicklungen hat erst die heutige ausgereifte Dämpfungstechnik die wirkliche Effektivität der Fahrradfederungen gebracht.Compared to the many museum suspension developments, only today's mature damping technology has brought the real effectiveness of bicycle suspension.
Rund 25% ”Negativfederweg” = statische Einfederung (meist mit einfachen Mitteln auf das Fahrergewicht abstimmbar) werden heute empfohlen. Verantwortlich für die häufigen Wünsche nach immer mehr Federweg ist der immer breitere Einsatz von Fahrrädern in beliebigem Gelände. Einerseits sind Federgabeln mit um die 80 mm Federweg heute der Standard des ”Feld-, Wald- und Wiesenfahrers” und i. a. völlig ausreichend. Andererseits ist Federweg der eigenen Federgabel für viele ”Mountainbiker” eine Frage des Prestiges, obwohl nur in speziellen Einsatzbereichen wie „Freeride” und „Downhill” wirklich sinnvoll einzusetzen.About 25% "negative suspension travel" = static deflection (usually with simple means on the driver's weight tunable) are recommended today. Responsible for the frequent requests for more and more travel is the ever wider use of bicycles in any terrain. On the one hand, suspension forks with 80 mm travel today are the standard of the "field, forest and meadow driver" and i. a. completely adequate. On the other hand, suspension travel of the own suspension fork is a matter of prestige for many "mountain bikers", although it is only really useful in special applications such as "freeride" and "downhill".
Sogenannte ”Downhill-Gabeln” mit 200 mm Federweg (und mehr) sind Spezialkomponenten, die quasi auch nur im ”downhill” und besonders in den Bergen vernünftig eingesetzt werden können, die aber, wie erwähnt, eine wesentlich breitere Anwendung finden.So-called "downhill forks" with 200 mm travel (and more) are special components that can be used practically only in the "downhill" and especially in the mountains reasonable, but, as mentioned, find a much wider application.
Ähnlich verhält es sich mit den Schwingenfedern. Die meist relativ kleinen eigentlichen Feder-Dämpfungselemente arbeiten teilweise mit hohen Übersetzungen. Sie sind der Vielzahl der Schwingenkonstruktionen angepasst.The situation is similar with the swinging springs. The usually relatively small actual spring-damping elements work partly with high ratios. They are adapted to the large number of swing constructions.
Früher wurden bevorzugt Feststofffedern (Stahl, Metall-Legierungen, Elastomere) als Federelemente eingesetzt. Heute finden mehr und mehr Luftfederungen Verwendung. Das ist nicht zuletzt auf den Einsatz von Konstruktionsprinzipien der ausgereiften Pneumatik und deren Dichtungstechnik zurückzuführen. Aber auch das Gewicht spielt eine große Rolle. Ehrgeizige Fahrer wollen die Berge nicht nur hinunterfahren (downhill), sondern auch hinauf. Und beim bergauf fahren zählt jedes Gramm, daher die starke Tendenz zur Luftfederung.In the past, solid springs (steel, metal alloys, elastomers) were preferred as spring elements. Today more and more air suspensions are used. This is not least due to the use of design principles of mature pneumatics and their sealing technology. But also the weight plays a big role. Ambitious riders not only want to go downhill (downhill), but also up. And when driving uphill, every gram counts, hence the strong tendency to air suspension.
Luftfederungen waren anfänglich sehr kompliziert und dementsprechend anfällig gegen Störungen infolge von Verunreinigungen. Die frühen Luftfederungen waren wie einfach wirkende Pneumatikzylinder ausgeführt (siehe einschlägige Literatur). Das bewirkte in Abhängigkeit von der Konstruktion verhältnismäßig hohe Anfangskräfte bei niedriger Anfangssteifigkeit der Federcharakteristik.Air suspensions were initially very complicated and therefore prone to interference due to contamination. The early air suspensions were designed as single-acting pneumatic cylinders (see relevant literature). This caused, depending on the construction, relatively high initial forces with low initial stiffness of the spring characteristic.
Anfangssteifigkeiten von Stahlfedern waren aber von Anbeginn eher erwünscht. Solche Anfangssteifigkeiten können auch mit Luftfedern erreicht werden, wenn man mit sogenannten Gegenfedern arbeitet. Derartige Konstruktionen verhalten sich ähnlich wie doppelt wirkende Pneumatikzylinder, wobei die veränderlichen Drücke in den Zylinderräumen zu beiden Seiten des Kolbens den Relativbewegungen zwischen Kolben und Zylinder zuzuordnen sind (Erläuterungen zu einfach und doppelt wirkenden Pneumatikzylindern sind in der entsprechenden Literatur der anbietenden Firmen, z. B. Festo, zu finden). Nur wird im Falle des Einsatzes als Luftfederung der Kolben nicht durch von außen zugeführte Druckluft bewegt. Stattdessen ändern sich die Drücke in den Zylinderkammern zu beiden Seiten des Kolbens durch Bewegen des Kolbens in die eine oder andere Richtung. Im Ruhezustand wirkt auf beiden Seiten des Arbeitskolbens die gleiche Kraft (nicht der gleiche Druck!).Initial stiffnesses of steel springs were rather desirable from the beginning. Such initial stiffness can also be achieved with air springs when working with so-called counter-springs. Such constructions behave in a similar way to double-acting pneumatic cylinders, the variable pressures in the cylinder chambers on both sides of the piston being attributed to the relative movements between the piston and the cylinder (explanations of single and double acting pneumatic cylinders are given in the relevant literature of the offering companies, e.g. Festo). Only in the case of use as air suspension, the piston is not moved by externally supplied compressed air. Instead, the pressures in the cylinder chambers on both sides of the piston change by moving the piston in one or the other direction. At rest, the same force acts on both sides of the working piston (not the same pressure!).
Die Verformungskurve, auch Federcharakteristik genannt, beginnt bei derartigen Konstruktionen mit 0 [N] bei 0 [mm] Einfederung. Eine Relativverschiebung des Kolbens in die eine oder andere Richtung sorgt dann entsprechend der sich ändernden Druckverhältnisse für entsprechende Kräfte. Die Federcharakteristik selbst hängt von den Flächen zu beiden Seiten des Kolbens und dem möglichen Verformungsweg = Federweg ab. Die Federkurve beruht qualitativ auf der Annahme einer isothermen Zustandsänderung: P1 × V1 = P2 × V2 (die in der Realität isentropen bzw. adiabaten Annahmen seien hierbei vernachlässigt). Bei den in einer Federgabel zur Anwendung kommenden Drücken kann die Gaskonstante R vernachlässigt werden, da sich die Temperaturen nur wenig ändern. Die Federkurve ist bei Vernachlässigung der Reibung daher immer eine Hyperbel.The deformation curve, also called spring characteristic, starts in such constructions with 0 [N] at 0 [mm] deflection. A relative displacement of the piston in one or the other direction then ensures according to the changing pressure conditions for corresponding forces. The spring characteristic itself depends on the areas on both sides of the piston and the possible deformation = travel. The spring curve is qualitatively based on the assumption of an isothermal Change of state: P 1 × V 1 = P 2 × V 2 (in reality the isentropic and adiabatic assumptions are neglected). For the pressures applied in a suspension fork, the gas constant R can be neglected, since the temperatures change only slightly. The spring curve is therefore always a hyperbola, neglecting the friction.
Gegen Ende der Einfederung bieten Luftfedern, bedingt durch das angeführte Naturgesetz, eine Progression der Federkennlinie, wie Stahlfedern sie für den Einsatz in Fahrradkomponenten in gleichem Maße nicht aufweisen können. Diese Progressivität gegen Ende der Federbewegung ist sowohl fahr- und sicherheitstechnisch als auch vom Fahrgefühl her erwünscht. Die Progression hängt ausschlaggebend von dem bei voller Einfederung noch verbleibenden Verdichtungsraum ab, durch den auch gleichzeitig die Durchschlagsicherheit der Federung gewährleistet wird.Towards the end of the deflection air springs, due to the cited natural law, a progression of the spring characteristic, as steel springs they can not have for the use in bicycle components to the same extent. This progressiveness towards the end of the spring movement is desirable in terms of both driving and safety as well as the driving experience. The progression depends crucially on the remaining compression space at full deflection, which also ensures the breakdown safety of the suspension at the same time.
Federn aus kompakten wie auch zelligen Elastomeren bieten bei richtiger Auslegung (und ausreichendem Raumangebot) ebenfalls eine erwünschte Anfangsteifigkeit und auch die Progression gegen Ende der Federkurve. Trotzdem werden Elastomere als Federelemente immer seltener eingesetzt, da ihre Eigendämpfung stark temperaturabhängig ist. Diese materialspezifische Eigendämpfung wirkt bei der Ausfederung durchaus positiv. Leider aber wirkt sie bei der Einfederung gleichermaßen. Und das schränkt bei Umgebungstemperaturen unter 10°C das Ansprechverhalten solchermaßen ausgerüsteter Fahrradfederungen erheblich ein. Das mangelnde Ansprechverhalten spürt selbst der ungeübte Fahrer und lehnt daher solche Federungen ab.Springs made of both compact and cellular elastomers, with proper design (and sufficient space), also provide a desirable initial stiffness and progression towards the end of the spring curve. Nevertheless, elastomers are used less and less as spring elements, since their internal damping is highly temperature-dependent. This material-specific internal damping has a positive effect on rebounding. Unfortunately, however, it affects the deflection equally. And that limits significantly at ambient temperatures below 10 ° C, the response of such equipped bicycle suspension significantly. The lack of response feels even the untrained driver and therefore rejects such suspensions.
Wie erwähnt wollen harte Mountainbike Fahrer auch die Berge hinauf fahren (s. S. 2, Zeile 13 ff). Das ist aber mit Fahrradgabeln, die für das Bergabfahren 200 mm Federweg (und mehr) haben, weder leicht noch angenehm. Solche Gabeln lassen beim Bergauffahren den vorderen Rahmen zu hoch stehen, so dass in vielen Situationen ein rückwärts Überschlagen droht. Beim Bergauffahren werden daher möglichst geringe Federwege gewünscht, um den vorderen Rahmen so weit wie möglich abzusenken und damit die Gefahr des rückwärts Überschlagens zu verringern. Da die Gabeln nicht gewechselt werden können wurden Federgabeln entwickelt, deren Federwege einstellbar sind.As mentioned, hard mountain bike riders also want to drive up the mountains (see
Die Firma Rock Shox bietet eine mit Stahlfedern ausgerüstete Federgabel an, deren aktive Federlänge mittels Blockierens oder Freigebens von Federwindungen stufenlos verstellt werden kann (s. a. Bike Workshop 1/2002). Mit der Veränderung der aktiven Federlänge stellt sich aber auch jeweils eine andere Federcharakteristik ein. Daher ist der einstellbare Federweg dieser Gabeln relativ eng begrenzt. Die vorgenannten Nachteile einer Stahlfederung bleiben darüber hinaus erhalten.The company Rock Shox offers a spring fork equipped with steel springs whose active spring length can be infinitely adjusted by blocking or releasing spring coils (see Bike Workshop 1/2002). With the change of the active spring length but also sets a different spring characteristics. Therefore, the adjustable travel of these forks is relatively narrow. The aforementioned disadvantages of steel suspension remain beyond.
Eine andere Lösung hat die Firma Bionicon mit einer ganz speziellen Niveauregulierung vorgestellt (ebenfalls Bike Workshop 1/2002). Das von Bionicon vorgestellte Fahrrad koppelt die Luftfederungen von Gabel und Schwinge mittels eines speziellen Zylinders und gestattet in Grenzen eine stufenlose Winkeleinstellung des Rahmens gegenüber der Fahrbahn.Another solution was presented by Bionicon with a very special level control (also Bike Workshop 1/2002). The bicycle presented by Bionicon couples the air suspension of the fork and swingarm with a special cylinder and allows, within limits, a stepless angle adjustment of the frame with respect to the road surface.
Bekannt sind Niveauregulierungen insbesondere auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge bzw. der Lieferanten von Stoßdämpfern. In Kraftfahrzeugen werden Niveauregulierungen schon lange angeboten, um bei hohen Zuladungen die Fahrzeuge selbsttätig parallel zur Fahrbahn auszurichten. Dabei wird durch Druckerhöhung (pneumatisch, hydropneumatisch, hydraulisch) in den Stoßdämpfern das Fahrzeug wieder in eine parallele Lage zur Fahrbahn gebracht.Level adjustments are known in particular in the field of motor vehicles or suppliers of shock absorbers. In motor vehicles, leveling controls have been offered for a long time in order to align the vehicles automatically parallel to the roadway at high payloads. By increasing the pressure (pneumatic, hydropneumatic, hydraulic) in the shock absorbers, the vehicle is again brought into a parallel position to the roadway.
Lange bekannt und recht ausgereift ist die Technik der gefederten Bürostühle mit stufenlos einstellbarer Sitzhöhe. Auch bei diesen wird zwischen der Sitzfläche und dem Bodenaufstandsteil ein doppelt wirkender Zylinder (siehe Seite 2, Zeile 25 ff) eingesetzt, dessen Kolbenstange an ihrem Ende die Sitzfläche trägt. Wird die Kolbenstange völlig ausgefahren, steht die Sitzfläche in ihrer höchsten Position. Im Kolben des doppelt wirkenden Zylinders ist ein Ventil, das beispielsweise durch die hohle Kolbenstange betätigt werden kann. Mit diesem Ventil können die Zylinderräume zu beiden Seiten des Kolbens miteinander verbunden werden. Bei geöffnetem Ventil und unbelasteter Sitzfläche treibt der Wirkdruck den Kolben vor sich her und die Kolbenstange aus dem Zylinder, da die kolbenstangenseitige Wirkfläche des Kolbens um die Querschnittsfläche der Kolbenstange kleiner ist, als die gegenüber liegende Seite. Dementsprechend bewegt sich bei geöffnetem Ventil, d. h. bei verbundenen Zylinderräumen, die unbelastete Sitzfläche des Bürostuhls nach oben, bis der Kolben im Zylinder seinen oberen Anschlag erreicht.Long known and quite mature is the technique of sprung office chairs with infinitely adjustable seat height. Also in these, a double-acting cylinder (see
Wird die Sitzfläche bei geöffnetem Ventil, d. h. wiederum bei verbundenen Zylinderräumen, belastet, so kann der Kolben über die Kolbenstange an jede beliebige Stelle und bis zum unteren Anschlag des Kolbens bewegt werden. Am unteren Anschlag ist die niedrigste Position der Sitzfläche erreicht. Bei geschlossenem Kolbenventil ergibt sich je nach Fülldruck in allen Mittelstellungen des Kolbens im doppelt wirkenden Luftzylinder und bei Sitzflächenbelastung eine progressive Federkennlinie (P1 × V1 = P2 × V2), wobei auch hohen Belastungen durch entsprechende Füllung des Zylinders mit Druckluft Rechnung getragen werden kann. Für Fahrräder wird ein ähnliches System in der Offenlegungsschrift
Allen genannten und durch die verstellbaren Bürostühle teilweise schon sehr lange bekannten technischen Lösungen ist eine Eigenschaft gemeinsam: Bei allen ändert sich je nach eingestellter Position des Kolbens nicht nur der Federweg, sondern auch die Federcharakteristik des Systems. Zwangsläufig ergeben sich auf Grund der jeweils noch zur Verfügung stehenden Restvolumina für jede Kolbenstellung bei unverändertem Systemdruck außer dem jeweils verbleibenden Federweg auch andere Anfangssteifigkeiten und Endprogressionen der Federkennlinie, d. h. eine andere Endkennung, ein anderer End-Verdichtungsraum. In Fahrzeugen aller Art ist für eine optimale Gesamtfederung die Dämpfungscharakteristik sorgfältig auf die Federung und das Gewicht abgestimmt. Darüber hinaus werden bei leichten Wettbewerbsfahrzeugen Federung und Dämpfung auch auf die Fahrbahn ja sogar den Fahrstil des jeweiligen Fahrers getrimmt. Dasselbe gilt auch für Fahrräder der gehobenen Klasse.All mentioned and by the adjustable office chairs partly for a long time known technical solutions has one feature in common: In all changes depending on the set position of the piston not only the spring travel, but also the spring characteristic of the system. Inevitably arise due to the still remaining volumes available for each piston position at unchanged system pressure in addition to the respective remaining travel also other initial stiffnesses and End Progressionen the spring characteristic, d. H. another end identifier, another end compression space. In vehicles of all kinds, the damping characteristics are carefully matched to the suspension and the weight for optimum overall suspension. In addition, in light competition vehicles suspension and damping are also trimmed on the roadway and even the driving style of each driver. The same applies to bikes of the upper class.
Ein Beispiel hierfür bieten die nach dem Prinzip des höhenverstellbaren Bürostuhls arbeitenden Teleskopgabeln mit Luftfederung der Firma Manitous ausgestattet mit dem ”Infinite Travel Adjust” System. Hierbei öffnet man durch Drücken eines Lenkerhebels ein Ventil, welches Positiv- und Negativ-Luftkammer miteinander verbindet und ein Absenken und somit Verringerung der Federwegs der Gabel ermöglicht.An example of this is provided by the telescopic forks with air suspension from Manitous, which work on the principle of a height-adjustable office chair and equipped with the "Infinite Travel Adjust" system. This opens by pressing a handlebar lever, a valve which positive and negative air chamber connects with each other and allows lowering and thus reducing the spring travel of the fork.
Bei den angeführten stufenlos einstellbaren Federsystemen nach dem Stand der Technik kann eine optimale Gesamtabstimmung Federung-Dämpfung im Hinblick auf die sich verändernden Federkennlinien nicht erzielt werden. Mit anderen Worten, die bekannten Federsysteme können keine optimalen Fahreigenschaften bieten, weil die Dämpfungscharakteristika zu den Federcharakteristika jeweils nur für eine Kolbenstellung stimmig sein können. Alle angeführten auch während des Betriebes einstellbaren Federsysteme nach dem Stand der Technik verändern aber ihre Federcharakteristik und verlassen somit eine vormals vielleicht optimale Fahrwerksabstimmung.In the cited prior art steplessly adjustable spring systems, optimum overall damping suspension damping can not be achieved in view of the changing spring characteristics. In other words, the known spring systems can not provide optimum driving characteristics because the damping characteristics to the spring characteristics can be consistent only for one piston position. All mentioned also adjustable during operation spring systems according to the prior art but change their spring characteristics and thus leave a previously possibly optimal suspension tuning.
Das in der Offenlegungsschrift
Neuerunginnovation
Ziel der Neuerung ist es, mittels einer neuen technischen Lösung bei Verstellung des Restfederwegs eine weitestgehend gleich bleibende Federkennlinie zu erreichen, wobei aufbaubedingt die gesamte Federcharakteristik grundlegend einstellbar ist. So wird für alle Betriebszustände eine tatsächlich optimale und an die Bedürfnisse des jeweiligen Fahrers angepasste Fahrwerksabstimmung gewährleistet.The aim of the innovation is to achieve a largely constant spring characteristic curve by means of a new technical solution when adjusting the residual spring travel, wherein the entire spring characteristic is fundamentally adjustable due to the design. In this way, an actual optimum suspension tuning adapted to the needs of the respective driver is ensured for all operating states.
Wie andere bereits lange bekannte Federsysteme (Bürostuhl) arbeitet die Neuerung mit einem von außen befüllbaren, doppelt wirkenden Arbeitsluftzylinder, dessen hohle Kolbenstange im von der Gabelbrücke gehaltenen Standrohr bis zur Gabelbrücke bzw. oberen Doppelbrücke geführt und dort festgelegt ist. Damit steht nach dem Prinzip der „upside-down” Federgabel der Kolben in seinem Abstand zur Lenkstange still und die Federbewegungen werden vom auf und nieder gehenden Arbeitsluftzylinder, auch vielmals Tauchrohr genannt, ausgeführt. Im Kolben dieses Zylinders befindet sich ein von außen durch die hohle Kolbenstange schaltbares Ventil, im folgenden Kolbenventil genannt. Geöffnet bewirkt das Kolbenventil einen Druckausgleich zwischen den durch den Kolben getrennten Zylinderräumen. Bei geöffnetem Ventil und unbelasteter Kolbenstange ergeben sich zu beiden Seiten des Kolbens zwar gleiche Drücke, aber unterschiedliche Kräfte, da kolbenstangenseitig nur eine kleinere Kolbenfläche (um den Querschnitt der Kolbenstange kleiner, s. a. Seite 4, Zeile 27) mit Druckluft beaufschlagt wird. Dementsprechend wird bei geöffnetem Kolbenventil die unbelastete Kolbenstange bis zum Anschlag aus dem Zylinder ausfahren – bzw. der Zylinder verschiebt sich gegenüber dem stillstehenden Kolben entsprechend. Für die Federgabel heißt das: sie federt aus und erreicht ihre maximale Länge. Wird die Kolbenstange bzw. das Ende des Zylinders belastet, so kann der Kolben bei geöffnetem Kolbenventil mit geringem Kraftaufwand in jede beliebige Stellung im Zylinder bewegt werden. Die Kolbenstange kann somit von ganz ausgefahren bis völlig eingefahren punktgenau in jede Stellung gebracht werden. Gleichzeitig bietet die eingesetzte Dichtungstechnik für dieses System ausgezeichnete Sicherheit.Like other long-known spring systems (office chair), the innovation works with an externally fillable, double-acting working air cylinder, whose hollow piston rod is guided in the fork tube held by the standpipe to the fork bridge or upper double bridge and fixed there. Thus, according to the principle of the "upside-down" suspension fork of the piston in its distance from the handlebar still and the spring movements are called by the up-and-down working air cylinder, also called dip tube many times. In the piston of this cylinder is a switchable from the outside through the hollow piston rod valve, hereinafter referred to piston valve. Opened the piston valve causes a pressure equalization between the cylinder chambers separated by the piston. When the valve is open and the piston rod is unloaded, equal pressures but different forces result on both sides of the piston, since only a smaller piston area (smaller than the cross section of the piston rod, see
Diese vom Bürostuhl her lange bekannten Eigenschaften werden auch gemäß der Neuerung für eine in ihrem Federweg stufenlos einstellbare Fahrrad Federgabel genutzt. Zusätzlich aber nutzt die Neuerung eine Lösung, um bei Verstellung des Restfederwegs eine weitestgehend gleich bleibende Federkennlinie zu erreichen und um diese aufbaubedingt in ihrer Federcharakteristik grundlegend variieren zu können.These long known from the office chair properties are also used in accordance with the innovation for a steplessly adjustable in their travel bike suspension fork. In addition, however, the innovation uses a solution to achieve a largely constant spring characteristic when adjusting the residual spring travel and to be able to fundamentally vary these in terms of their spring characteristics.
Die Federcharakteristik lässt sich weitestgehend anpassen, indem in den Bereich des positiven Federweges eines doppelt wirkenden Arbeitsluftzylinders ein Progressionskolben, mittels eines Seiles in seiner Position frei durch die Seillänge limitiert mit einem positionsveränderlichen Boden am unteren Ende des Arbeitsluftzylinders verbunden, eingebaut wird. Dieser Kolben bildet somit eine 3. Luftkammer, die im folgenden Progressionskammer genannt wird. Der positionsveränderliche Boden der Progressionskammer kann dabei entweder durch ein hohles Befestigungsrohr mit dem dichtend mit dem unteren Ende des Arbeitsluftzylinders verbundenen Ausfallenden verbunden werden, oder das Ausfallende bildet selbst den Boden der Progressionskammer. Dabei ist der Arbeitsbereich des Arbeitskolbens nicht zusätzlich durch die feste Länge der Kolbenstange einer Druckpatrone eingeschränkt, da die Progressionskammer lediglich durch den kolbenstangenlosen Progressionskolben, den Progressionskammerboden und das fixierende Seil gebildet wird und in ihrem Volumen nur durch die Länge des verbindenden Seils und die Position des Progressionskammerbodens bestimmt wird. The spring characteristic can be largely adapted by a progression piston, by means of a rope in its free position limited by the rope length with a position variable bottom at the lower end of the working air cylinder is installed in the region of the positive travel of a double-acting working air cylinder. This piston thus forms a third air chamber, which is called progression chamber in the following. The positionally variable bottom of the progression chamber can either be connected by a hollow mounting tube with the connected to the lower end of the working air cylinder dropouts, or the dropout itself forms the bottom of the Progressionskammer. The working range of the working piston is not additionally limited by the fixed length of the piston rod of a print cartridge, since the progression chamber is formed only by the rodless progression piston, the Progressionskammerboden and the fixing rope and in volume only by the length of the connecting rope and the position of the Progressionskammerbodens is determined.
Das Ausfallende trägt ein Ventil und ist dichtend durch den Zylinderboden des doppelt wirkenden Arbeitsluftzylinders hindurch mit der Befestigungsstange der Progressionskammerbodens so verbunden, dass der Progressionskammerraum über dieses Ventil von außen mit Druckluft befüllt werden kann.The dropout carries a valve and is sealingly connected through the cylinder bottom of the double-acting working air cylinder with the mounting rod of the Progressionkammerbodens so that the Progressionskammerraum can be filled via this valve from the outside with compressed air.
Das obere Ende der Progressionskammer bildet der oben genannte Progressionskolben, gegen den der Druck bei Befüllung der Kammer anliegt und welcher im Gegensatz zur Variante aus Offenlegungsschrift
Ohne Progressionskammer ändert sich für jede einzuregelnde Stellung des Arbeitskolbens nicht nur der verbleibende Federweg. Auch die gesamte Federcharakteristik samt Endprogression ändert sich gemäß dem jeweils verbleibenden Arbeitsvolumen, wobei sich der zugehörige kleinste Verdichtungsraum ebenfalls ändert. Für die isothermen Zustandsänderungen in luftgefederten Federgabeln ergeben sich sinnvolle kleinste Verdichtungsräume, die errechnet werden können. Diese liegen bei den für Federgabeln üblichen Drücken bei rund 20% des jeweiligen Ausgangsvolumens.Without a progression chamber, not only the remaining spring travel changes for each position of the working piston to be adjusted. The entire spring characteristic including end progression also changes in accordance with the respective remaining working volume, with the associated smallest compression space likewise changing. For the isothermal state changes in air suspension forks there are meaningful smallest compression spaces that can be calculated. These are at the usual pressures for forks at about 20% of the respective output volume.
Mit Progressionskammer verlängert sich der Federweg in jeder beliebig eingeregelten Stellung des Arbeitskolbens um den durch das Progressionskammervolumen vorgegebenen Federweg. Dieser Federweg ist durch Längenanpassung des verbindenden Seils zwischen Progressionskolben und -kammerboden sowie mittels weiterer Volumenanpassungen durch den positionsveränderlichen Progressionskammerboden frei konfigurierbar. Beim Einfedern steigt der Druck auf der Seite des Arbeitskolbens im doppelt wirkenden Arbeitsluftzylinder und wirkt auf den kolbenstangenlosen Progressionskolben. Auf diesen Progressionskolben wirkt gleichzeitig auch der Innendruck der Progressionskammer. Nach Erreichen der Kräftegleichheit am Progressionskolbenkolben und weiterer Einfederung des Gesamtsystems wird die Federcharakteristik der Progressionskammer mit ihrem zusätzlichen Federweg dem doppelt wirkenden Arbeitsluftzylinder in Serie überlagert. Dabei ist durch Montage variabler Längen von Seil und Befestigungsrohr des Progressionskammerbodens das Volumen dieser Progressionskammer und durch unterschiedliche Drücke in den 3 Luftkammern die Federkennlinie grundlegend einstellbar. Mit dieser Neuerung ist gegeben, dass für jede beliebige Stellung des Arbeitskolbens nach Erreichen der Kräftegleichheit zwischen Arbeitsraum und Progressionskammerraum die weitere Federcharakteristik (Endkennung) nahezu gleich bleibt, solange der Innendruck der Progressionskammer nicht verändert wird.With a progression chamber, the travel in each arbitrarily adjusted position of the working piston is extended by the spring travel predetermined by the progression chamber volume. This spring travel is freely configurable by length adaptation of the connecting cable between the progression piston and the chamber floor and by means of further volume adjustments by the position-variable progression chamber floor. During compression, the pressure on the side of the working piston in the double-acting working air cylinder increases and acts on the rodless progression piston. At the same time, the internal pressure of the progression chamber acts on this progression piston. After reaching the equality of forces on Progressionskolbenkolben and further compression of the overall system, the spring characteristic of the Progressionskammer is superimposed with their additional travel the double-acting working air cylinder in series. In this case, by mounting variable lengths of rope and mounting tube of the Progressionkammerbodens the volume of this Progressionskammer and by different pressures in the 3 air chambers, the spring characteristic is fundamentally adjustable. With this innovation is given that for any position of the working piston after reaching the equality of forces between the working space and Progressionskammerraum the more spring characteristic (final detection) remains almost the same, as long as the internal pressure of the Progressionskammer is not changed.
Mit dem Einsatz der volumenvariablen Progressionskammer wird also eine Federwegregulierung mit gleichzeitiger Federkennlinienanpassung gewährleistet. Zusätzlich ist der Arbeitsbereich des Arbeitskolbens nicht zusätzlich durch die feste Länge der Kolbenstange einer Druckpatrone eingeschränkt, die einen festen Endanschlag bilden würde.With the use of the variable-volume progression chamber, therefore, a suspension travel regulation with simultaneous spring characteristic adjustment is ensured. In addition, the working range of the working piston is not additionally limited by the fixed length of the piston rod of a print cartridge which would form a fixed end stop.
Die maximale Absenkung der Federgabel ist erreicht, wenn der Arbeitskolben den Progressionskolbens berührt. Danach steht nur noch der Federweg der Progressionskammer als Restfederweg zur Verfügung. Bei dieser extremen Verringerung des Federweges sind zusätzliche zellige oder auch kompakte Elastomerfedern zwischen Progressionskolben und Arbeitskolben als Durchschlagschutz vorgesehen, deren Federkennung vorab über die Dichte bzw. den Elastizitätsmodul des Materials so abgestimmt ist, dass sie der geplanten Wunschendkennung des Systems entsprechen. Damit ist gewährleistet, dass die Federungsendkennung weitestgehend unverändert bleibt. In Verbindung mit der Neuerung braucht daher ein hydraulischer Stoßdämpfer nach seiner einmaligen optimalen Einregelung nicht mehr nachjustiert werden.The maximum lowering of the suspension fork is achieved when the working piston touches the Progressionskolbens. After that, only the spring travel of the progression chamber is available as a residual spring travel. In this extreme reduction of the spring travel additional cellular or even compact elastomer springs between progression piston and working piston are provided as punch-through protection, the spring rate is adjusted in advance on the density or the modulus of elasticity of the material so that they correspond to the planned Wunschendkennung the system. This ensures that the suspension end identifier remains largely unchanged. In connection with the innovation, therefore, a hydraulic shock absorber after its one-time optimum adjustment need not be readjusted.
Die Wirkungsweise der Neuerung, basierend auf einem 3-Kammer-Luftsystem mit variablem Progressionskammervolumen, wird anhand folgender Abbildungen erläutert.The mode of action of the innovation, based on a 3-chamber air system with variable progression chamber volume, is illustrated by the following figures.
Die Einzelbrücke (
Die Progressionskammer (
Der Progressionskolben (
Bei geöffnetem Kolbenventil (
Werden für eine möglichst große Absenkung der Federgabel und somit geringe Federwege im Arbeitszylinder zwischen Arbeitskolben und Progressionskolbens oder oberhalb des Arbeitsluftzylinders im Standrohr zellige oder kompakte Elastomerfedern (
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19953901 A1 [0018] DE 19953901 A1 [0018]
- DE 10236624 A1 [0022, 0028] DE 10236624 A1 [0022, 0028]
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