DE202020104217U1 - Muscle-powered vehicle - Google Patents
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- B62K2201/00—Springs used in cycle frames or parts thereof
- B62K2201/06—Leaf springs
Abstract
Muskelkraftbetriebenes Fahrzeug (2), aufweisend einen Rahmen (21) und eine Radaufhängung (22) welche über ein kraftleitendes Strukturbauteil (1) miteinander verbunden sind, wobei das Strukturbauteil (1) einen entlang der Längsachse (AL) des Strukturbauteils (1) ausgerichteten Federbereich (11) und einen an den Federbereich (11) in Richtung der Radaufhängung (22) angrenzenden Versteifungsbereich (12) aufweist, wobei der Federbereich (11) eine geringere Biegesteifigkeit um eine Querachse (AQ) des Strukturbauteils aufweist, als der Versteifungsbereich (12) und wobei die Höhe (H) des Federbereiches (11) geringer ist als die Breite (B) des Federbereiches (11). Muscle-powered vehicle (2), comprising a frame (21) and a wheel suspension (22) which are connected to one another via a force-conducting structural component (1), the structural component (1) being aligned along the longitudinal axis (A L ) of the structural component (1) Has a spring area (11) and a stiffening area (12) adjoining the spring area (11) in the direction of the wheel suspension (22), the spring area (11) having a lower flexural rigidity about a transverse axis (A Q ) of the structural component than the stiffening area ( 12) and wherein the height (H) of the spring area (11) is less than the width (B) of the spring area (11).
Description
Die Erfindung betrifft ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug, aufweisend einen Rahmen und eine Radaufhängung, welche über ein kraftleitendes Strukturbauteil miteinander verbunden sind.The invention relates to a muscle-powered vehicle, having a frame and a wheel suspension, which are connected to one another via a force-conducting structural component.
Bei den meisten muskelkraftbetriebenen Fahrzeugen, insbesondere auch bei Fahrrädern, ist eine Federung unerlässlich, um sowohl den Fahrer als auch das Fahrzeug vor Stößen und Schwingungen im Kontakt mit dem Untergrund zu schützen. Auf diese Weise werden Fahrkomfort und Fahrsicherheit erhöht.In most muscle-powered vehicles, especially bicycles, suspension is essential in order to protect both the driver and the vehicle from impacts and vibrations in contact with the ground. In this way, driving comfort and driving safety are increased.
Die Druckschrift
In der Druckschrift
Eine weitere Möglichkeit für eine Federung an einem Fahrrad wird in der Druckschrift
Die Druckschrift
Insbesondere bei Rennrädern mit breiteren Reifen werden zuweilen Blattfedergabeln verbaut, bei denen jeweils sechs elastische, waagerecht angeordnete Blattfedern die Vorderradaufnahmen mit den Gabelschneiden verbinden („Lauf Federgabeln“ oder „Lauf Grit Suspension“). Die Federn sind dabei aus einem Glasfasermaterial gefertigt.Especially on racing bikes with wider tires, leaf spring forks are sometimes used, in which six elastic, horizontally arranged leaf springs connect the front wheel mounts to the fork blades ("Lauf suspension forks" or "Lauf Grit Suspension"). The springs are made from a glass fiber material.
Weiterhin bekannt sind elektronische Vorder- und Hinterradaufhängungen, welche sowohl die Geländebedingungen als auch Änderungen des Rahmens in Echtzeit analysieren, wobei das Verhalten der Aufhängung automatisch so angepasst wird, dass der Rahmen steifer oder flexibler wird. Derartige Systeme weisen elektrohydraulische Aufhängungen und eine Steuereinheit mit Beschleunigungs-Sensoren und Gyroskopen auf.Also known are electronic front and rear wheel suspensions which analyze both the terrain conditions and changes in the frame in real time, the behavior of the suspension being automatically adapted so that the frame becomes stiffer or more flexible. Such systems have electrohydraulic suspensions and a control unit with acceleration sensors and gyroscopes.
Einen relativ geringen Federweg von etwa 15 mm bietet die sogenannte X-Cell-Dämpfung des MTT Micro-Suspension Systems. Der Dämpfer wird von zwei Führungsstiften unterstützt, die durch die Vorderseite der Sitzstrebe zugänglich sind und unter einer geformten Kappe verborgen sind. Der Dämpfer ist ein Elastomer, das sich zusammendrücken lässt, um einen Hub von 15 mm zu ermöglichen.The so-called X-Cell damping of the MTT Micro-Suspension System offers a relatively small spring deflection of around 15 mm. The damper is supported by two guide pins accessible through the front of the seat stay and hidden under a molded cap. The damper is an elastomer that can be compressed to allow a 15mm stroke.
Die aktuell verwendeten Systeme zur Federung der Laufräder an Fahrrädern besitzen Gelenke und/oder bewegte/gleitende Bauteile, die verschmutzen und verschleißen und damit Wartungsaufwand verursachen. Außerdem wird viel Bauraum benötigt. Systeme wie „Micro Suspension“ bieten nur sehr geringe Federwege. „Lauf Grit Suspension“ ist aktuell nur für große Raddurchmesser verfügbar und verhindert ein Anpassen der Gabelgeometrie auf die Rahmengeometrie.The systems currently used for the suspension of the running wheels on bicycles have joints and / or moving / sliding components that get dirty and wear and thus cause maintenance costs. In addition, a lot of installation space is required. Systems like "Micro Suspension" only offer very little spring travel. "Lauf Grit Suspension" is currently only available for large wheel diameters and prevents the fork geometry from being adapted to the frame geometry.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, welches gegenüber den bekannten Systemen wartungsarm ist und gleichzeitig einen erhöhten Fahrkomfort und eine erhöhte Sicherheit gewährleistet.The object of the invention is to provide a muscle-powered vehicle which is low-maintenance compared to the known systems and at the same time ensures increased driving comfort and increased safety.
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß dem selbstständigen Schutzanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Schutzansprüchen angegeben.The object is achieved by an object with the features according to
Erfindungsgemäß ist ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug, aufweisend einen Rahmen und eine Radaufhängung welche über ein kraftleitendes Strukturbauteil miteinander verbunden sind, wobei das Strukturbauteil einen entlang der Längsachse des Strukturbauteils ausgerichteten Federbereich und einen an den Federbereich in Richtung der Radaufhängung angrenzenden Versteifungsbereich aufweist, wobei der Federbereich eine geringere Biegesteifigkeit um eine Querachse des Strukturbauteils aufweist, als der Versteifungsbereich und wobei die Höhe des Federbereiches geringer ist als die Breite des Federbereiches.According to the invention is a muscle-powered vehicle, comprising a frame and a Wheel suspension which are connected to one another via a force-conducting structural component, the structural component having a spring area aligned along the longitudinal axis of the structural component and a stiffening area adjoining the spring area in the direction of the wheel suspension, the spring area having a lower bending stiffness around a transverse axis of the structural component than the stiffening area and wherein the height of the spring area is less than the width of the spring area.
Ein erfindungsgemäßes muskelkraftbetriebenes Fahrzeug kann dabei ein einspuriges oder ein mehrspuriges Fahrrad, aber auch ein Dreirad, ein Roller, ein Lastenrad oder Ähnliches sein. Auch ein Fahrradanhänger zum Transport von beispielsweise Kindern oder Haustieren kann ein erfindungsgemäßes muskelkraftbetriebenes Fahrzeug sein.A muscle-powered vehicle according to the invention can be a single-track or multi-track bicycle, but also a tricycle, a scooter, a cargo bike or the like. A bicycle trailer for transporting children or pets, for example, can also be a muscle-powered vehicle according to the invention.
Ein Fahrrad hat dabei üblicherweise ein angetriebenes Hinterrad und ein freilaufendes Vorderrad, wobei der Antrieb mit reiner Muskelkraft oder mit zusätzlicher, beispielsweise elektromotorischer, Unterstützung erfolgen kann. Ein Fahrrad im Sinne der Erfindung kann auch zusätzliche angetriebene und/oder freilaufende Räder und/oder unterstützende Räder aufweisen.A bicycle usually has a driven rear wheel and a free-running front wheel, and it can be driven with pure muscle power or with additional support, for example with an electric motor. A bicycle within the meaning of the invention can also have additional driven and / or free-running wheels and / or supporting wheels.
Das Strukturbauteil kann an Vorder- und/oder Hinterrad eines Fahrrades und an einem oder mehreren seitlichen Rädern eines mehrspurigen Fahrrades angeordnet sein.The structural component can be arranged on the front and / or rear wheel of a bicycle and on one or more side wheels of a multi-track bicycle.
Vorteilhafterweise ist das Strukturbauteil direkt in den Rahmen des erfindungsgemäßen muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges integriert und einteilig mit dem Rahmen ausgebildet. Alternativ kann das Strukturbauteil separat über einen Befestigungsbereich an dem Rahmen, insbesondere im Bereich des Tretlagers, befestigt werden.The structural component is advantageously integrated directly into the frame of the muscle-powered vehicle according to the invention and is formed in one piece with the frame. Alternatively, the structural component can be fastened separately to the frame, in particular in the area of the bottom bracket, via a fastening area.
Im kraftleitenden Strukturbauteil, das Rahmen und Rad miteinander verbindet, ist entlang der Längsachse des Strukturbauteils der Federbereich angeordnet. Senkrecht zur Längsachse des Federbereiches steht eine Querachse oder Nickachse, um die eine Federung gewährleistet werden soll.In the force-conducting structural component that connects the frame and wheel to one another, the spring area is arranged along the longitudinal axis of the structural component. A transverse axis or pitch axis is perpendicular to the longitudinal axis of the spring area, around which a spring should be ensured.
Je größer die Länge des Federbereiches ausgebildet ist, umso niedriger ist die Biegesteifigkeit um die Querachse/Nickachse und umso größer ist der Federweg des Rades.The greater the length of the spring area, the lower the flexural rigidity about the transverse axis / pitch axis and the greater the spring deflection of the wheel.
Biegesteifigkeit im Sinne dieser Anmeldung meint rotatorische Biegesteifigkeit. Die Höhe des Federbereiches beschreibt seine Ausdehnung entlang einer senkrecht zur Längs- und Querachse verlaufenden Gierachse/Hochachse. Eine niedrigere Höhe führt ebenfalls zu einer Absenkung der Biegesteifigkeit um die Querachse/Nickachse und somit zu einer Verbesserung der Federwirkung des Rades.Flexural rigidity in the context of this application means rotational flexural rigidity. The height of the spring area describes its extent along a yaw axis / vertical axis running perpendicular to the longitudinal and transverse axes. A lower height also leads to a reduction in the bending stiffness around the transverse axis / pitch axis and thus to an improvement in the spring action of the wheel.
Die Breite des Federbereiches beschreibt seine Ausdehnung entlang der Querachse/Nickachse. Eine höhere Breite gewährleistet eine erhöhte Biegesteifigkeit um die Längsachse und die Hochachse. Die Biegesteifigkeit um die Längsachse wird im Folgenden als Torsionssteifigkeit bezeichnet. Ein seitliches Verkippen (Tordieren) wird somit vermieden.The width of the spring area describes its extension along the transverse axis / pitch axis. A greater width ensures increased flexural rigidity around the longitudinal axis and the vertical axis. The flexural rigidity around the longitudinal axis is referred to below as the torsional rigidity. Lateral tilting (twisting) is thus avoided.
Der Versteifungsbereich weist eine signifikant höhere Biegesteifigkeit um die Querachse auf als der Federbereich, wodurch ein Tordieren des Hinterrades ebenfalls vermieden wird.The stiffening area has a significantly higher flexural rigidity around the transverse axis than the spring area, which also prevents the rear wheel from twisting.
Vorzugsweise ist das Strukturbauteil aus wenigstens einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet.The structural component is preferably formed from at least one fiber composite material.
Durch die Ausbildung des Strukturteils aus einem Faserverbundwerkstoff können vorteilhafterweise spezifische Steifigkeiten und Festigkeiten ausgebildet und ein richtungsabhängiges Elastizitätsverhalten herbeigeführt werden.By forming the structural part from a fiber composite material, specific stiffnesses and strengths can advantageously be formed and a direction-dependent elasticity behavior can be brought about.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Federbereich und der Versteifungsbereich des Strukturbauteils einteilig ausgebildet.In a preferred embodiment of the invention, the spring area and the stiffening area of the structural component are formed in one piece.
Dadurch wird vorteilhafterweise die Anzahl der Bauteile verringert, welche verschmutzen und einen zusätzlichen Wartungsaufwand verursachen. This advantageously reduces the number of components that get dirty and cause additional maintenance.
Bevorzugt weist der Federbereich Fasern aus einem ersten Fasermaterial auf, welche in einem ersten Winkel von +/- 30° bis 60° zur Längsachse ausgerichtet sind.The spring area preferably has fibers made of a first fiber material, which are oriented at a first angle of +/- 30 ° to 60 ° to the longitudinal axis.
Dadurch wird vorteilhafterweise die Torsionssteifigkeit um die Längsachse erhöht.This advantageously increases the torsional rigidity about the longitudinal axis.
Besonders bevorzugt sind die Fasern aus dem ersten Fasermaterial in einem ersten Winkel von +/- 45° zur Längsachse ausgerichtet.The fibers made from the first fiber material are particularly preferably aligned at a first angle of +/- 45 ° to the longitudinal axis.
Weiterhin bevorzugt weist der Federbereich Fasern aus einem zweiten Fasermaterial auf, welche in einem zweiten Winkel von -15° bis +15° zur Längsachse ausgerichtet sind, wobei das zweite Fasermaterial ein geringeres Elastizitätsmodul aufweist als das erste Fasermaterial.The spring area also preferably has fibers made from a second fiber material, which are oriented at a second angle of -15 ° to + 15 ° to the longitudinal axis, the second fiber material having a lower modulus of elasticity than the first fiber material.
Besonders bevorzugt sind die Fasern aus dem zweiten Fasermaterial in einem zweiten Winkel von 0° zur Längsachse ausgerichtet.The fibers made from the second fiber material are particularly preferably oriented at a second angle of 0 ° to the longitudinal axis.
Vorzugsweise werden als Fasern des ersten Fasermaterials hochmodulige Fasern (zum Beispiel HM-Fasern) und als Fasern des zweiten Fasermaterials niedrigmodulige Fasern (zum Beispiel LM-Fasern oder Glasfasern) verwendet.The fibers of the first fiber material are preferably high-modulus fibers (for example HM fibers) and low-modulus fibers (for example LM fibers or glass fibers) are used as fibers of the second fiber material.
Durch die Verwendung von weichen, nachgiebigeren Fasern in einem Winkel von 0° zur Längsachse wird die Biegesteifigkeit um die Querachse verringert und die Federwirkung des Rades verbessert.By using soft, more flexible fibers at an angle of 0 ° to the longitudinal axis, the bending stiffness around the transverse axis is reduced and the spring effect of the wheel is improved.
Vorzugsweise sind die Fasern des zweiten Fasermaterials Glasfasern. Der Einsatz von Glasfasern führt zum einen zur beschriebenen verbesserten Federwirkung, und bewirkt zum anderen ein sehr langsames Ermüden bei dynamischer Belastung. Alternativ können auch andere Fasern mit einem ausreichend geringen Elastizitätsmodul verwendet werden.The fibers of the second fiber material are preferably glass fibers. The use of glass fibers leads, on the one hand, to the improved spring action described, and, on the other hand, causes very slow fatigue under dynamic loading. Alternatively, other fibers with a sufficiently low modulus of elasticity can also be used.
Bevorzugt sind die Fasern des ersten Fasermaterials Kohlenstofffasern. Durch die Verwendung derartiger steifer Fasern wird die Torsionssteifigkeit um die Längsachse erhöht. Alternativ können auch andere Fasern mit einem ausreichend hohen Elastizitätsmodul verwendet werden.The fibers of the first fiber material are preferably carbon fibers. The use of such stiff fibers increases the torsional stiffness about the longitudinal axis. Alternatively, other fibers with a sufficiently high modulus of elasticity can also be used.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erster radial außen liegender Bereich des Federbereiches aus Fasern des ersten Fasermaterials und ein zweiter, radial innen liegender Bereich des Federbereiches aus Fasern des zweiten Fasermaterials gebildet.In a preferred embodiment, a first radially outer area of the spring area is formed from fibers of the first fiber material and a second, radially inner area of the spring area is formed from fibers of the second fiber material.
Durch einen derartigen geänderten Laminataufbau können richtungsabhängige Steifigkeitsänderungen herbeigeführt und die Federwirkung optimiert werden. Insbesondere wird die Biegesteifigkeit um die Gierachse und um die Längsachse erhöht und um die Querachse verringert.With such a modified laminate structure, direction-dependent changes in rigidity can be brought about and the spring action can be optimized. In particular, the flexural rigidity is increased about the yaw axis and about the longitudinal axis and decreased about the transverse axis.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein erster radial innen liegender Bereich des Federbereiches aus Fasern des ersten Fasermaterials und ein zweiter, radial außen liegender Bereich des Federbereiches aus Fasern des zweiten Fasermaterials gebildet.In a further preferred embodiment, a first radially inner area of the spring area is formed from fibers of the first fiber material and a second, radially outer area of the spring area is formed from fibers of the second fiber material.
Vorteilhafterweise sind in den zweiten Bereich Fasern des ersten Fasermaterials mit einer Ausrichtung von 0° zur Längsachse integriert.Fibers of the first fiber material with an orientation of 0 ° to the longitudinal axis are advantageously integrated into the second region.
Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der oben beschriebenen Steifigkeits-Eigenschaften.This leads to a further improvement in the rigidity properties described above.
Dabei liegt der Anteil der Fasern des ersten (härteren) Fasermaterials in dem zweiten Bereich bei 10% bis 50% von der Gesamtmenge der Fasern im zweiten Bereich.The proportion of fibers of the first (harder) fiber material in the second area is 10% to 50% of the total amount of fibers in the second area.
In dem erfindungsgemäßen muskelkraftbetriebenen Fahrzeug ist der Federbereich im Fahrradrahmen integriert mit lokaler, richtungsabhängiger Steifigkeitsänderung durch Querschnittsänderung und/oder Änderung des Lagenaufbaus. Damit federn die Räder nach oben ein ohne sich aber seitlich zu verkippen (tordieren) oder zu gieren.In the muscle-powered vehicle according to the invention, the spring area is integrated in the bicycle frame with a local, direction-dependent change in stiffness by changing the cross-section and / or changing the layer structure. This means that the wheels deflect upwards without tilting (twisting) or yawing to the side.
Weiterhin von Vorteil ist, dass das Strukturbauteil des erfindungsgemäßen muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges eine gelenkfreie Federung ermöglicht. Dadurch wird vorteilhafterweise die Anzahl der Bauteile verringert, welche verschmutzen und einen zusätzlichen Wartungsaufwand verursachen.It is also advantageous that the structural component of the muscle-powered vehicle according to the invention enables a suspension without joints. This advantageously reduces the number of components that get dirty and cause additional maintenance.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 : eine schematische Ansicht einer ersten einteiligen Ausführungsform eines Strukturbauteils eines erfindungsgemäßen muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges; -
2 : eine schematische Ansicht einer weiteren, Ausführungsform eines Strukturbauteils eines erfindungsgemäßen muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges; und -
3 : eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges.
-
1 : a schematic view of a first one-piece embodiment of a structural component of a muscle-powered vehicle according to the invention; -
2 : a schematic view of a further, embodiment of a structural component of a muscle-powered vehicle according to the invention; and -
3 : a schematic view of a muscle-powered vehicle according to the invention.
In den
Das hier dargestellte Strukturbauteil
Entlang der Längsachse AL des Strukturbauteils
Das Strukturbauteil
Das Strukturbauteil
Ein mit einem Strukturbauteil
Die
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform könnte der radial außen liegende Bereich aus Fasern des zweiten Fasermaterials und der radial innen liegende Bereich aus Fasern des ersten Fasermaterials gebildet sein.In an alternative embodiment, not shown, the radially outer area could be formed from fibers of the second fiber material and the radially inner area could be formed from fibers of the first fiber material.
Im Querschnitt ist zudem deutlich erkennbar, dass die Höhe H des Federbereiches
Die
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- StrukturbauteilStructural component
- 22
- Muskelkraftbetriebenes FahrzeugMuscle-powered vehicle
- 33
- erstes Fasermaterialfirst fiber material
- 44th
- zweites Fasermaterialsecond fiber material
- 55
- erster radial außen liegender Bereichfirst radially outer area
- 66th
- zweiter radial innen liegender Bereichsecond radially inner area
- 1111
- FederbereichFeather area
- 1212
- VersteifungsbereichStiffening area
- 1313
- TretlagerBottom bracket
- 1414th
- KettenstrebenChain stays
- 2121st
- Rahmenframe
- 2222nd
- RadaufhängungSuspension
- LL.
- Länge des FederbereichesLength of the spring area
- BB.
- Breite des FederbereichesWidth of the spring area
- HH
- Höhe des FederbereichesHeight of the spring area
- AL A L
- LängsachseLongitudinal axis
- AQ A Q
- QuerachseTransverse axis
- AG A G
- Gierachse/HochachseYaw axis / vertical axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102016101204 A1 [0003]DE 102016101204 A1 [0003]
- DE 19855229 A1 [0004]DE 19855229 A1 [0004]
- DE 29909626 U1 [0005]DE 29909626 U1 [0005]
- DE 202014011077 U1 [0006]DE 202014011077 U1 [0006]
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202020104217.3U DE202020104217U1 (en) | 2020-07-22 | 2020-07-22 | Muscle-powered vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202020104217.3U DE202020104217U1 (en) | 2020-07-22 | 2020-07-22 | Muscle-powered vehicle |
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DE202020104217U1 true DE202020104217U1 (en) | 2020-07-30 |
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ID=72146982
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DE202020104217.3U Active DE202020104217U1 (en) | 2020-07-22 | 2020-07-22 | Muscle-powered vehicle |
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DE (1) | DE202020104217U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4223624A1 (en) | 2022-02-04 | 2023-08-09 | André Armando Muff | Bicycle frame with spring elements and bicycle |
-
2020
- 2020-07-22 DE DE202020104217.3U patent/DE202020104217U1/en active Active
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP4223624A1 (en) | 2022-02-04 | 2023-08-09 | André Armando Muff | Bicycle frame with spring elements and bicycle |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |