DE3202740A1

DE3202740A1 - Vorderradaufhaengung fuer motorraeder

Info

Publication number: DE3202740A1
Application number: DE19823202740
Authority: DE
Inventors: Manfred 8013 Haar Depree; Michael 8000 München Horst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-01-28
Filing date: 1982-01-28
Publication date: 1983-09-08

Description

Vorderradaufhängung für Motorräder
Problemstellung Moderne Motorräder weisen hohe Bremsverzögerungen (bis 9,5 m/sec 2) auf und verfügen über komfortable Federungen, also große Federwege bei weicher Feder. Das daraus resultierende starke Eintauchen der üblichen Teleskopgabel beim Bremsen durch Verschiebung der Radlast auf die Vorderachse bewirkt eine starke Veränderung der Fahrwerksgeometrie. Der Nachlaufwinkel, also der Winkel zwischen der Lenkachse und der Fahrbahn wird größer, der Nachlauf und der Radstand werden kleiner (Fig. 1). Diese Veränderungen beeinträchtigen die Fahrstabilität nicht unerheblich. Außerdem verkürzt sich durch das starke Nicken der Lichtkegel des Scheinwerfers und beeinträchtigt somit die Nachtfahrsicherheit.
Bisherige Lösung Einige Hersteller haben bereits in leistungsstarken Serienmotorrädern und Rennmotorrädern sog. "Anti-Dive-Systeme" in die Teleskopgabel eingebaut. Diese Teleskopgabeln besitzen zwei Holme mit je einem Feder-Dämpfer-System, das aus einer Schraubenfeder und einem Viscodämpfer besteht. Dabei wird während des Bremsvorgangs die ansonsten weiche Druckstufendämpfung verhärtet, indem ein auf unterschiedliche Weise angesteuertes Drosselventil den Durchflußquerschnitt für das hydraulische Dämpfermedium verkleinert und so die Gabel am Eintauchen hindern soll (Fig. 2). Wird die auf das Feder-Dämpfer-System wirkende Kraft lange genug aufrechterhalten, taucht die Teleskopgabel genauso weit ein wie ohne "Anti-Dive-System", da die Kraft, die zum Bewegen des Viscodämpfers nötig ist, hubgeschwindigkeits- und damit zeitabhängig ist.
Aufgabe Es muß eine Möglichkeit gefunden werden, die Teleskopgabel durch eine hubgeschwindigkeits- und damit zeitunabhängige Größe am Eintauchen zu hindern. Diese Größe kann im Feder-Dämpfer-System nur die Federkraft sein. Es muß nach einer Lösung gesucht werden, die eine komfortable, also weiche Federung verspricht und trotzdem während des Bremsvorgangs ein übermäßiges Eintauchen verhindert.
Lösung Um die anstehenden und mit den bisherigen "Anti-Dive-Systemen" nicht beseitigten Probleme zu lösen, ist folgende Gleichung für eine Federkraft dienlich: F = c- f wobei c die Federrate und f der Federweg ist. Man kann eine Federkraft erhöhen, indem man die Federrate und/oder den Federweg vergrößert. Das eigentliche Problem liegt darin, diese Größen nur während des Bremsens zu erhöhen.
Fig. 3 zeigt eine dieser möglichen Lösungen. Die beiden Schraubenfedern der üblichen Teleskopgabel werden in je 2 Einzelfedern (2 und 3) aufgeteilt, die hintereinander, also in Serie geschaltet werden. (In Fig. 3 werden bewußt zur Vereinfachung der Darstellung die zweifach vorhandenen Dämpfer und Federn zu den wirksamen Dämpfern und Federn des Gesamtsystems zusammengefaßt.) An die Trennflächen beider Federn werden die Kolbenstangen (5) von Hydraulikzylindern (6) montiert. Beim Ausgleich der Fahrbahnunebenheiten während des nicht verzögerten Fahrens pumpen die beiden Hydraulikzylinder das in ihnen enthaltene dl (7) beim Einfedern der Teleskopgabel in ein Reservoir (8), beim Ausfedern saugen sie es aus diesem an. Beim Bremsen wird dieser Ulstrom durch ein Ventil abgesperrt, so daß die Federn, die den Zylindern parallelgeschaltet sind (2), keinen Federweg mehr zurücklegen können. Das Ventil (9) sollte, wie in Fig. 3 dargestellt, als 2/2-Wege-Sperrventil ausgebildet sein. Das hat den Vorteil, daß, sofern der Fahrer den Bremsvorgang einleitete, als die Teleskopgabel durch einen Fahrbahnstoß eingetaucht war, Ul vom Reservoir in die Hydraulikzylinder zurückfließen kann, wenn sich die Fahrwerksgeometrie wieder einstellen soll, die der durch die Bremskraft entstandenen Vorderachslast entspricht. Die Ansteuerung des Ventils kann auf verschiedene Art erfolgen, mechanisch durch die Handkraft des Fahrers am Bremshebel oder durch das Drehmoment am Bremsanker, hydraulisch durch das Druckmedium in einer hydraulischen Bremsanlage oder durch einen Elektromagneten, der durch Kontakte am Bremshebel ähnlich dem Bremslichtschalter betätigt wird. Sofern die Einzelfedern (2 und 3) die gleiche Federrate aufweisen, verdoppelt sich durch die oben beschriebene Vorrichtung aufgrund der bekannten Gesetze der Mechanik die Federrate beim Bremsen im Vergleich zum ungebremsten Motorrad. Selbstverständlich können die Federraten der Einzelfedern auch variieren.
Das Reservoir (8) sollte, um ungewünschten Ulaustritt zu vermeiden, mit einer Rollmembran (10) zur Umwelt hin abgedichtet sein. Das hat den Vorteil, daß der Raum über der Rollmembran mit Druckluft (11) gefüllt, und somit Kavitation in der Ulleitung und im Ventil beim Ausfedern vermieden werden kann.
Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 3 dargestellten Ausführung, bei der die Hydraulikzylinder (6) durch Pneumatikzylinder (14) ersetzt wurden. Beim Ausgleich von Fahrbahnunebenheiten wird jetzt die durch den oszillierenden Kolben bewegte Luft mit der Atmosphäre ausgetauscht.
Beim Bremsen versperrt das bereits in Fig. 3 aufgezeigt Ventil den Luftstrom. Die Pneumatikzylinder sind jetzt Luftfedern, deren Federrate durch den Durchmesser des Kolbens, den verbleibenden Totraum und die Länge des Kolbenhubes bestimmt wird. Zum Totraum gehört das Volumen in den Zuleitungen, im Ventil und das im Zylinder, das nicht vom Kolben verdrängt werden kann.
Man kann auch wie,in Fig. 4 dargestellt, dem Ventil einen Druckluftbehälter (15) nachschalten. Die Pneumatikzylinder sind dann auch bei nicht verzögertem Fahren Luftfedern, das beim Kolbenhub verdrängte Volumen verändert den Druck der Luft im Behälter. Beim Bremsen wird durch das Schließen des Ventils der Totraum verkleinert und somit die Federrate erhöht.
Fig. 5 zeigt eine weitere Variante, bei der überhaupt keine der in Teleskopgabeln üblichen Schraubenfedern verwendet werden, sie werden ganz ersetzt durch Luftfedern (17), die miteinander verbunden sind und über einen gemeinsamen Druckluftbehälter (18) verfügen. Bei ganz ausgefahrener Teleskopgabel verfügt die Luft in der Luftfeder über einen gewissen Überdruck und bestimmt so zusammen mit dem Kolbendurchmesser und dem bei ganz eingefahrener Teleskopgabel verbleibenden Totraum die Federrate für nicht verzögertes Fahren. Beim Beginn des Bremsvorganges sperrt das bebereits aus den vorstehenden Erläuterungen bekannte Ventil zwischen den Luftfedern und dem Druckluftbehälter den Luftstrom. Dadurch wird der verbleibende Totraum kleiner und die Federrate der Luftfeder größer.
Die bisher gezeigten Lösungen beschränkten sich darauf, die Federrate zu erhöhen. Fig. 6 zeigt schematisch die Möglichkeit, beim Bremsen den Federweg zu erhöhen. Beim Vergrößern der Vorder-.
achslast bewegt sich der Kolben (24) relativ zum Hydraulikzylinderrohr (23). Dadurch wird das verdrängte Ul bei absperrendem Ventil (25) über die Ulleitung (29) in den Raum zwischen Hydraulikzylinderrohr (21) und Kolben (22) gepumpt. Die Schraubenfeder (20) wird somit nicht nur durch die kraftschlüssige Verbindung (28) von unten, sondern auch durch den Kolben (22) von oben belastet. Sofern die Kolben (22) und (24) den gleichen Durchmesser aufweisen, wird durch die genannte Anordnung die Auslenkung des Vorderrades verdoppelt und somit zum Federweg f, der zusammen mit der von der Schraubenfeder gegebenen Federrate c nach der bekannten Gleichung die Federkraft F ergibt. Beim nicht sperrenden Ventil (25) wird der Kolben (22) durch die Feder (20) gegen einen festen Anschlag gedrückt und das vom Kolben (24) verdrängte Ul fließt in ein Reservoir (26). Dieses Reservoir kann, wie das der Fig. 3, mit einer Rollmembran gegen die Umwelt abgedichtet sein und der Raum über der Rollmembran (30) zur Vermeidung von Kavitation beim Ausfedern mit Druckluft (27) gefüllt sein.
Fig. 7 zeigt ein Konstruktionsbeispiel für einen Gabel holm, der mit einer in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung versehen ist.
Der mit V bezeichnete Ulvolumenstrom fließt zum Ventil (25).
In den Fig. 3 mit Fig. 7 sind mehrere derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung schematisch aufgezeigt und im vorstehenden Text beschrieben worden. Es ist aber für den Fachmann offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen an den Ausführungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken der Erfindung abzuweichen, der in Anspruch 1 definiert ist. So beschränkt sich die Anwendung nicht auf Teleskopgabeln, sondern bezieht sich allgemein auf die Feder-Dämpfer-Systeme in Vorderradaufhängungen von Motorrädern. Die Beschreibungen beziehen sich aber ausschließlich auf Teleskopgabeln, da sie bei den heutigen Motorrädern zum Fahrwerksstandard zählen und in absehbarer Zeit auch keine Anderung dieses Zustands in Aussicht ist.
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Claims

Ansprüche Ö Vorderradaufhängung für Motorräder mit einer oder mehreren Federn zum Ausgleich von Fahrbahnunebenheiten und einem oder mehreren Dämpfern zur Dämpfung der systemeigenen Schwingungen, wobei das Vorderrad eine Bremse aufweist, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß durch geeignete Mittel auf die Federkraft der Gesamtfeder des Feder-Dämpfer-Systems Einfluß genommen wird, um beim Bremsen die Fahrwerksgeometrie, insbesondere den Nachlaufwinkel (Winkel zwischen der Lenkachse und der Fahrbahn) und den Nachlauf, die beim Rollen auf ebener Fahrbahn maßgeblich zur nötigen Fahrstabilität beitragen, nahezu aufrecht erhalten zu können, ohne aber das Feder-Dämpfer-System gänzlich an der Möglichkeit zum Ausgleich von Fahrbahnunebenheiten zu hindern.
2.

Vorderradaufhängung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e 1 c h n e t , daß die im Feder-Dämpfer-System der üblichen Teleskopgabeln vorhandenen Schraubenfedern aus je 2 Einzelfedern bestehen, wobei 2 gleichartigen Einzelfedern je ein Hydraulikzylinder parallelgeschaltet ist, dessen zustrom zu einem Ausgleichsbehälter beim Bremsen durch ein auf versc-hiedene Arten angesteuertes Ventil gesperrt werden kann. Durch das Blockieren dieser Federn wird die Federrate des Gesamtsystems vergrößert.
3.

Vorderradaufhängung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die im Feder-Dämpfer-System der üblichen Teleskopgabeln vorhandenen Schraubenfedern aus je einer oder mehreren Einz-elfedern bestehen, wobei 2 gleichartigen Einzelfedern je ein Pneumatikzylinder parallelgeschaltet ist, dessen Luftstrom zur Atmosphäre beim Bremsen durch ein auf verschiedene Arten angesteuertes Ventil gesperrt werden kann. Durch das Absperren fungieren die Pneumatikzylinder als Luftfedern, die den beiden Einzelfedern parallelgeschaltet sind und somit die Federrate des Gesamtsystems erhöhen.
4.

Vorderradaufhängung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die im Feder-Dämpfer-System der üblichen Teleskopgabeln vorhandenen Schraubenfedern aus je einer oder mehreren Einzelfedern bestehen, wobei 2 gleichartigen Einzelfedern je eine Luftfeder parallelgeschaltet ist oder diese 2 Einzelfedern aus je einer Luftfeder gebildet werden, deren Luftstrom zu einem Druckluftbehälter durch ein auf verschiedene Arten angesteuertes Ventil gesperrt werden kann. Durch das damit verbundene Verkleinern des Totraumes erhöht sich die Federrate der Luftfedern und damit des Gesamtsystems.
5.

Vorderradaufhängung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die im Feder-Dämpfer-System der üblichen Teleskopgabeln vorhandenen Schraubenfedern gänzlich durch Luftfedern ersetzt werden, deren Luftstrom zu einem Druckluftbehälter beim Bremsen durch ein auf verschiedene Arten angesteuertes Ventil gesperrt wird. Durch das damit verbundene Verkleinern des Totraumes erhöht sich die Federrate der Luftfedern.
6.

Vorderradaufhängung nach Anspruch 1, dadurch 9 e k e n n -z e i c h n e t , daß die durch das Bremsen vergrößerte Vorderachslast auf das eine Ende der in üblichen Teleskopgabeln vorhandenen Schraubenfedern mechanisch und gleichzeitig auf das andere Ende hydraulisch durch ein Druckmedium mittels geeigneter Hydraulikzylinder übertragen wird, wodurch eine Vergrößerung des den Schraubenfedern aufgezwungenen Federwegs und damit eine Vergrößerung der Federkraft erreicht wird. Im normalen Fahrbetrieb wird das Hydraulikmedium in einen Ausgleichsbehälter abgeleitet.