DE202008007380U1

DE202008007380U1 - Schwingender und selbstgedämpfter Rahmen

Info

Publication number: DE202008007380U1
Application number: DE200820007380
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2018-06-03

Abstract

Anordnung mit einem Rahmen für ein Fahrrad oder fahrradähnliches Fortbewegungsmittel, Motorrad, Automobil oder sonstiges Fahrzeug, mit zwei oder mehr Rädern oder Flügeln, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger-Rahmen eine Form hat, die insgesamt eine federnde Konstruktion darstellt, bzw. der Rahmen an sich eine biegsame und nicht starre, sondern schwingende Eigenschaft hat.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich die Entwicklung eines neuen Typs von Fahrzeug-Rahmen. Der Rahmen sollte einen einfachen Aufbau haben und nicht in erster Linie nur leicht, sondern auch bequem, einfach, sehr robust und praktisch sein. Es sollen kein Rennfahrzeug mit möglichst leichten Baumerkmalen ausgestattet werden, sondern alltagstaugliche Geräte, auch unter Verwendung neuer Materialien, geschaffen werden.
Bisher bekannte Fahrzeugrahmen weisen eine vom Prinzip der Bauart starre und steife Struktur auf. Im Fall von Fahrrädern zu Beispiel sind dreieckige oder vieleckige Rahmenstrukturen bekannt, gebogene Formen auch, aber niemals mit der Absicht schwingend wie eine Blattfeder gebogen zu werden, sondern vom Prinzip her eher dafür ausgelegt, steife Strukturen aufzuweisen.
Deshalb wird für den Bau von Fahrradrahmen oder Karosserien von Fahrzeugen bisher auch kein Vollmaterial verwendet, sondern in der Regel möglichst dünnwandige Rohre mit einem rechteckigen, kastenförmigen, runden oder ovalen Querschnitt. Im Wesentlichen wird der neue Rahmentyp im folgenden an Hand des Aufbaus eines Fahrradrahmens und in den Zeichnungen in Hand einer Automobil-Bodengruppe beschrieben, da diese beiden stellvertretend für viele andere Rahmenkonstruktionen sind, inbesondere beim Fahrrad, was die schwingenden und gleichzeitig dampfenden Eigenschaften in einer Form repräsentiert, welche wahrscheinlich die höchsten Ansprüche an den Rahmenbau stellt.
Die für Fahrräder bekannte Bau-Strategie zeichnet sich zwar durch eine hohe Belastbarkeit bei Druck- und Zugbeanspruchung bei sehr geringem Gewicht aus, die bekannten Strukturen sind dagegen aber fast völlig instabil bei Biegebelastung, insbesondere dann, wenn Sie möglichst dünn und materialsparend ausgelegt werden. Aus diesem Grund werden heute alle Fahrradrahmen steif gebaut, weshalb sie weder in der Lage sind federnde, noch stoßdämpfende Eigenschaften mitzubringen. Federnde und stoßdämpfende Wirkung bringen solche Rahmenstrukturen vom Prinzip her nicht mit, diese Wirkung muss bisher durch zusätzliche Teile und erheblichen mechanischen Aufwand erzeugt werden. In der Regel wurde darauf in der Vergangeheit wegen des Kostenaufwandes ganz verzichtet.
In jüngerer Zeit wurden deshalb Rahmenstrukturen entwickelt, die den Fahrradrahmen zum Beispiel in zwei Teile zerlegen, die über eine Drehachse miteinander verbunden gegeneinander schwingen können. Diese schwingende Konstruktion wird durch eine rückstellende Feder in einer mechanisch stabilen Position gehalten. Der Rahmen wird bezogen auf einen fixen Drehpunkt zu einem schwingenden Gesamtteil, trotzdem sind die beiden Einzelrahmen nach wie vor steif und die federnde Rückstellkfraft wird durch ein eindimensionales Schwingungsverhalten gekennzeichnet. Zusätzlich wird für ein solches Schwingungsprinzip ein Stoßdämpfer verwendet, um die nötige Dämpfung in die Schwingung zu bringen. Der Nachteil solcher Lösungen für Schlag- und Bodenwellendämpfung ist eine permanente Verkürzung des Abstandes zwischen Sattel und Lenker. In den Anfängen des Fahrradbaus hat man versucht Schläge eines steifem Fahrradrahmens auf den Körper des Radfahrers durch eine Dämpfung des Sattles, zum Beispiel durch in den Sattel eingebaute Federn, abzumildern. Bei solchen Lösungen fehlte aber der Federweg und gleichzeitig eine Dämpfung in einen so kurzen Federweg einzubauen, ist nur schwer zu realisieren.
Die vorliegende Erfindung schlägt einen Weg vor, auf solche Federkonstruktionen und Stoßdämpfer komplett dadurch zu verzichten, dass der gesamte Rahmen zur schwingenden Einheit wird. Durch die Erfindung wird aus der 1- dimensionalen Verformung des Rahmens eine 2-dimensionale Verformung, die insgesamt ein völlig neues Schwingungs- und Dämpfungsverhalten erzeugt. Die federnde Wirkung des Rahmens äussert sich in einer Abstandsveränderung zwischen Sattel und Pedale, die für den Fahrkomfort weniger irritierend ist, als die Abstandsänderung zwischen Sattel und Lenker.
Das Schwingen des gesamten Rahmens wird durch eine entsprechende Form des Rahmens und die Verwendung von Vollmaterial erzeugt. Rohre können bedingt zum Einsatz kommen, aber nur, wenn sie unter Dauerlast biegbar sind.
Darüber hinaus schlägt die Erfindung einen Weg vor, durch neue Kompositmaterialien eine Eigendämpfung in den Gesamtaufbau zu bringen, ohne dass die Verwendung von Stossdämpfern notwendig ist. Die Erfindung ist so angelegt, dass der Rahmen selbst die Schwingungsfähigkeit hat, um Stösse zu dämpfen, wobei nach Möglichkeit die Dämpfung ohne weiteren mechanischen Aufwand mit "eingebaut" ist.
Um dieses Ziel zu erreichen ist es sinnvoll einerseits mit einer federnden Rahmen-Form aus Vollmaterial (oder schwingfähigem Rohrmaterial) zu arbeiten, andererseits Dämpfung dadurch zu erzeugen, dass zwei federnde Rahmenformen gegeneinander arbeiten, die sich mit unterschiedlichen Eigenschwingunskonstanten gegenseitig dampfen, wenn sie an den Endpunkten miteinander verbunden werden. Zusätzlich ist es hilfreich ein Material zu wählen, welches grundsätzlich schwingungsdämpfende Eigenschaften hat. Für die meisten Materialien gilt, dass dies ein Widerspruch ist, schwingende Eigenschaften und gleichzeitig dampfende Eigenschaften kennt man von bisherigen Materialien für den Einsatz im Fahrradbau und Fahrzeugbau nicht. Hier soll durch diese Erfindung auch ein neuer Weg aufgezeigt werden. Kern der Lösung, die für selbstschwingende Rahmen geeignete Kombination von Geometrie, Schwingungsverhalten und Dämpfung zu erzeugen, ist ein Rahmen, der aus Vollkreisen, Halbkreisen oder anderer Bogengeometrien mit unterschiedlichem Radius besteht, die an den Endpunkten bzw. Anfangspunkten miteinander verbunden sind. Um diese neue Rahmenkonstruktion baut sich der Rest des Fahrgestells auf, im Fall des Fahrrades mit den benötigten Komponenten, das sind zwei Räder, Nabe mit Pedalen und Momentübertragung auf das Hinterrad, Lenker und Sattel. Zusätzlich kann für den Rahmen ein Material verwendet werden, welches selbstdämpfende Eigenschaften hat, zum Beispiel carbonummanteltes Steingut. Carbonummantelter Naturstein zum Beispiel hat ein nahezu lineares Dämpfungsverhalten. Das Gesamtprinzip das schwingenden, selbst dampfenden Rahmens kann für jegliche anderen Rahmenstrukturen Anwendung finden, von Motorrädern, und Automobilen bis hin zu Fluggerät und Schiffen.
Eine der vielen möglichen Ausführungen der Erfindung beschreibt in 1 einen Rahmen aus zwei Carbonfaser- ummantelten Naturstein-Stäben (1) und (2), die jeweils in Form eines ovalen Bogens mit auf eine Achse (A) bezogen unterschiedlichen Radien ausgeführt sind. Die beiden Bögen sind an den Endpunkten bzw. Anfangspunkten (3) miteinander verbunden. Nabe mit Zahnradkranz (4) und Naben mit Rädern (5a, 5b) sind an dem Rahmen angebracht, sowie ein das Vorderrad (5a) schwenkender Lenker (6), Sattel (7) und Übertragung des Drehmomentes des Zahnradkranzes (4) auf das Hinterrad (5b) mit Hilfe einer Kette (8).
2 zeigt den gleichen Rahmen mit gleicher Funktion und pysikalischem Verhalten, indem die beiden Bögen geschachtelt angeordnet sind.
3 zeigt den Rahmen eines Automobils (1), auf dem eine Karosserie (2) aufgebaut ist. Die ovalen Ringe (3) sind aus selbst dämpfendem Vollmaterial in Form von carbonummalteltem Naturstein ausgeführt. Der Rahmen spielt beim Fahren permanent eine angenehme Dämpfung von Schlägen, und insbesondere im Fall eines Crash, seine dampfenden Eigenschaften aus.

Claims

Anordnung mit einem Rahmen für ein Fahrrad oder fahrradähnliches Fortbewegungsmittel, Motorrad, Automobil oder sonstiges Fahrzeug, mit zwei oder mehr Rädern oder Flügeln, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger-Rahmen eine Form hat, die insgesamt eine federnde Konstruktion darstellt, bzw. der Rahmen an sich eine biegsame und nicht starre, sondern schwingende Eigenschaft hat.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingende Eigenschaft eines Rahmens durch gebogene Stäbe erzeugt wird.
Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe aus Vollmaterial bestehen.
Anordnung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenstäbe aus Holz, faserstabilisiertem Holz, Metall, sandgefüllten Metallrohren, Faser-Kompositmaterial oder faserstabilisiertem Steingut oder einem Gemisch dieser unterschiedlichen Materialien bestehen.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steingut aus Naturstein, Kunststein, Beton, Glas oder glashaltigen Materialien, sowie Sand besteht.
Anordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatrix des faserstabilisierten Steinguts oder des faserstabilisierten Holz Glasfasern, Steinfasern, Basaltfasern oder Carbonfasern oder ein Gemisch dieser Fasern – ggls. in unterschiedlichen Schichten – enthält.
Anordnung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausdehungskoeffizent der Fasermatrix kleiner als der des zu stabilisierenden Steinguts oder Holz ist.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil als schwingender – ggfls. selbstdämpfender – Rahmen im Maschinenbau Anwendung findet.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil den schwingenden, sich selbst dämpfenden Rahmen eines Fahrrades bildet, in dem zwei Bögen mit unterschiedlichen Radien ineinandergeschachtelt an den Endpunkten verbunden werden.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Prinzip einzelner, oder mehrerer oder mehrer ineinandergeschatelter Bögen mit den sich dadurch ergebenden dämpfenden Eigenschaften in jeglicher anderen Rahmenstruktur im Fahrzeugbau, Flugzeugbau und Schiffsbau Anwendung findet.