DE4429562A1 - Hydraulischer Schwingungsdämpfer für Fahrräder mit Einstellbarkeit von Zug- und Druckstufe - Google Patents
Hydraulischer Schwingungsdämpfer für Fahrräder mit Einstellbarkeit von Zug- und DruckstufeInfo
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Description
Der hydraulische Schwingungsdämpfer an einem gefederten Fahrzeug hat die
Aufgabe für Fahrkomfort und Fahrsicherheit zu sorgen. Er ist ein wichtiger
Bestandteil des Fahrwerks und daher wird für nahezu jedes Fahrzeug mit großem
Aufwand ein spezieller Schwingungsdämpfer ausgelegt. Besonders im
Renneinsatz zählt die Abstimmung der Federung und Dämpfung zu den
entscheidenden Aufgaben eines Rennteams. Für die optimale Abstimmung des
Schwingungsdämpfers muß die Dämpfung in der Druckstufe
(Einfedergeschwindigkeit) und die Dämpfung in der Zugstufe
(Ausfedergeschwindigkeit) verstellbar sein.
Im Folgenden soll auf die speziellen Anforderungen an die Dämpfung eines
gefederten Fahrrades eingegangen werden.
Die Druckstufe bestimmt den Fahrkomfort. Durch sie wird die
Einfedergeschwindigkeit und das Ansprechverhalten eingestellt. Für
größtmöglichen Fahrkomfort ist die Dämpfung der Druckstufe möglichst gering.
Die Druckstufe wird nur dann stärker gedämpft, wenn vermieden werden soll, daß
beim Fahren im Wiegetritt bei jedem Tritt die Gabel einfedert, was zu
Energieverlust im Schwingungsdämpfer führt, oder, daß beim Bremsen auf
schnellen ebenen Passagen die Gabel einfedert, was zu erhöhter
Überschlaggefahr führt. Aus diesem Grund sind viele Federgabeln vorhanden, bei
denen die Dämpfung der Druckstufe erhöht werden kann.
Die Dämpfung in der Zugstufe bestimmt die Fahrsicherheit des Fahrrades. Durch
sie wird die Ausfedergeschwindigkeit geregelt. Die Dämpfung in der Zugstufe soll
ein Aufschwingen der Federung verhindern (d. h. möglichst große Dämpfung) und
dennoch optimalen Bodenkontakt nach dem Überfahren des Hindernisses (d. h.
möglichst kleine Dämpfung) gewährleisten. Aus diesem Kompromiß und aus der
Tatsache, daß unterschiedliche Federkräfte (z. B. schwerer Fahrer mit höherer
Federvorspannung) vorkommen, ist es für anspruchsvolle Fahrer unbedingt
notwendig die Dämpfung der Zugstufe für jedes Terrain abzustimmen. Wegen des
hohen technischen Aufwandes sind nur wenige Federgabeln bekannt, bei denen
die Zugstufe eingestellt werden kann. Allerdings muß der Fahrer bei diesen
bekannten Produkten anhalten und absteigen, um die Verstellung vornehmen zu
können. Diese Unannehmlichkeit ist so groß, daß selbst ambitionierte Fahrer auf
die Abstimmung der Zugstufe verzichten und der Markt die Einstellmöglichkeit
dieses Produktes nicht honoriert. Für den Renneinsatz ist eine gute Abstimmung
der Dämpfung bezüglich Fahrer und Strecke möglich. Ein kurzfristiges Anpassen
an unterschiedliche Streckenabschnitte ist nicht möglich, so daß die gesamte
Renndistanz mit der gewählten Dämpfung in der Zugstufe bestritten werden muß.
Weiterhin führt der Einbau einer Federung wegen des zusätzlichen Federweges
dazu, daß das Fahrrad vorne höher wird und dann dazu neigt bei steilen
Anstiegen nach hinten überzukippen, d. h. die Steigfähigkeit wird deutlich
schlechter.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß die Zugstufe während der
Fahrt ohne abzusteigen verstellt werden kann, so daß eine optimale Abstimmung
auf die Anforderungen unterschiedlicher Streckenabschnitte kurzfristig möglich ist
und auch die Steigfähigkeit bei steilen Anstiegen verbessert werden kann, indem
das Fahrrad vorne um die Länge des Federweges tiefergelegt wird. Dies ist
möglich, wenn der Fahrer den Hebel für die Zugstufe auf vollständige Dämpfung
stellt, durch eine aktive Hoch-Tiefbewegung die Federgabel einfedert und die
Gabel nicht mehr in die Ausgangslage zurückfedern kann, weil der Ölkanal der
Zugstufe hydraulisch dicht ausgebildet ist und das inkompressible Dämpferöl nicht
abströmen kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur getrennten, stufenlosen Verstellung der
Dämpfung in Zug- und Druckstufe eine einzige Verstellstange verwendet wird, die
durch Axialbewegung die Druckstufe verstellt und durch Drehung um ihre Achse
die Zugstufe verstellt, weil dann nur ein bewegliches Bauteil nötig ist, das gegen
Dämpferöl und Federungsluftpolster gedichtet werden muß und somit mit
vertretbarem technischen Aufwand eine getrennte Einstellung von Zug- und
Druckstufe realisiert werden kann.
In den Unteransprüchen werden vorteilhafte Maßnahmen zur Ausbildung des
Schwingungsdämpfers nach Hauptanspruch 1 angeführt.
Vorteilhaft ist es, wenn die Stellscheibe und Verstellstange über ein
formschlüssiges Profil axial frei verschieblich, aber drehmomentfest verbunden
sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stellscheibe mit großen nicht drosselnden
Freisparungen versehen ist, so daß das Dämpferöl aus der Druckstufe ohne
weiteren aufwendigen Ölkanal den Dämpferkopf durchströmen kann.
Vorteilhaft ist außerdem, daß die Zugstufe hydraulisch dicht ausgebildet ist, indem
der Dämpferkopf gegen das Gabelrohr 2 mit einem O-Ring abgedichtet wird, die
Stellscheibe und deren Auflagefläche hochgenau gearbeitet sind und das
Schließelement der Druckstufe mit einer elastischen Dichtplatte versehen ist.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die elastische Dichtplatte des
Druckstufendichtelementes mit leichter Pressung auf den Stegen des
Druckstufenquerschnittes geführt wird, weil damit eine Geräuschentwicklung
durch Vibrieren des Druckstufenschließelementes, wenn es vom Ölstrom angeregt
wird, vermieden werden kann.
Vorteilhaft ist, wenn das Schließelement 51 zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit
mit einer hochgenauen metallischen Stirnfläche dichtet, das Schließelement 51
dann am zylindrischen Außendurchmesser mit einem elastischen O-Ring mit
leichtem Übermaß versehen wird, so daß die Vibrationen des Schließelement 51
zur Vermeidung von Geräusch gedämpft werden.
Vorteilhaft ist auch, daß zur Abstimmung der Dämpfung zusätzlich zur
Druckfederkraft noch der Druckstufenquerschnitt 50 angepaßt werden kann,
indem die Druckstufenplatte 47 mit Schrauben von unten befestigt ist und nach
entfernen des Stopfens 17 mit geringem Aufwand gewechselt werden kann.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die komplette Federungs-
und Dämpfungs-Einheit.
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes II in
Fig. 1.
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes III in
Fig. 1 zur Erläuterung des Dämpferkopfes.
Fig. 4, 5, 6 Darstellungen des Schnittes längs der Schnittlinie
IIII-IIII in Fig. 1, zur Erläuterung der Verstellung der
Zugstufe.
Die in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Federungs- und Dämpfungseinheit
einer Federgabel zeigt eine Fahrradgabel 1 mit Gabelrohr 2, das auf vier
Nadellagerbahnen 3 im Steuerrohr 4 axial verschieblich gelagert ist. Das
Steuerrohr 4 ist mit zwei Lenkkopflagern 5 drehbar am Fahrradrahmen befestigt.
Am oberen Ende des Steuerrohres 4 ist die Halteplatte 6 eingeschraubt und diese
wiederum hält das Trägerrohr 7, das einerseits auf dem Gleitband 8 im Gabelrohr
2 geführt ist und mit dem Pneumatikdichtring 9 das Gabelrohr 2 nach oben
abdichtet und andererseits die Kolbenstange 10 trägt. Auf der Kolbenstange 10
gleitet der Trennkolben 11, der mit den O-Ringen 12 und 13 auf der Kolbenstange
10 und dem Gabelrohr 2 gedichtet ist und der das als Federung dienende
Federluftvolumen 14 vom Dämpferöl 15 trennt. Am unteren Ende der
Kolbenstange 10 ist der Dämpferkopf 16 befestigt.
Das Gabelrohr 2 wird nach unten über den mit den O-Ringen 18 und 19
versehenen Stopfen 17 gedichtet. Der Sprengring 20 fixiert den Stopfen 17. Die
Schraube 21 dient zum Entlüften des Dämpferöl 15.
Die Verstellstange 22 befindet sich in der Kolbenstange 10, wird mit dem O-Ring
23 gedichtet und reicht mit dem unteren Ende in den Dämpferkopf 16 und ist am
oberen Ende mit einer Querbohrung 24 versehen, in der ein Paßstift 25 eingepaßt
ist, der eine verdreh- und verschiebefeste Verbindung zu der Schiebehülse 32
herstellt. Diese Schiebehülse 32 ist in dem Trägerrohr 7 axialverschieblich und
verdrehbar geführt. Sie ist auf dem Außendurchmesser mit dem O-Ring 33 und
innen durch ein eingeschraubtes Schraderventil (nicht dargestellt) gedichtet. Der
Haltebund 28 ist mit der Schiebehülse 32 schiebe- und verdrehfest mittels der
Madenschrauben 29 verbunden und trägt zum Einen den Zugstufenschwenkhebel
30, über den die Drehbewegung der Verstellstange 22 eingeleitet wird, und zum
Anderen das Kugellager 31, auf dem über den Fixierteller 26 der Seilzug 27
eingehängt ist mittels dem die axiale Bewegung der Verstellstange 22 über einen
Stellhebel am Lenkergriff eingeleitet wird. Das Kugellager 31 ermöglicht trotz der
axialen Kraft durch den Seilzug eine kleine Verstellkraft für die Drehverstellung
über den Zugstufenschwenkhebel 30.
Die Kappe 34 schützt die gesamte Verstelleinheit und gibt durch einen seitlichen
Schlitz den Zugstufenschwenkhebel 30 frei, so daß dieser mit einem Finger
geschwenkt werden kann.
Der Dämpferkopf 16 ist mit O-Ring 35 hydraulisch dicht gegen das Gabelrohr 2
gedichtet und mit dem Gleitband 36 im Gabelrohr 2 geführt. Das Dämpferoberteil
37 besitzt mehrere Bohrungen 38, deren Querschnitt so groß ist, daß der
Dämpferölstrom nicht gedrosselt ist, und ist mit dem Dämpferunterteil 39 so
verbunden, daß die Stellscheibe 40 mit kleinem Spiel frei drehbar gelagert ist. Das
Dämpferunterteil 39 hat zum Einen für die Zugstufe zwei Strömungsquerschnitte
41, die sich gegenüberliegen und einen Segmentwinkel von ca. 45° haben und
zum Anderen den zentralen Druckstufenquerschnitt 50 mit den
Strömungsfreisparungen 46. Auf die Stirnseite wird die Druckstufenplatte 47 mit
Schrauben befestigt, die einerseits die Druckfeder 48, die die Verschlußscheibe
49 mit geringer Vorspannung zum Abdichten gegen die Strömungsquerschnitte 41
drückt und die Durchströmung von unten nach oben verhindert, und andererseits
durch ihren zentralen Druckstufenquerschnitt 50 den Querschnitt für die
Druckstufe darstellt.
Mit dem Schließelement 51, das eine elastische Dichtplatte 52 trägt, kann der
Druckstufenquerschnitt 50 über die Druckfeder 53 mit unterschiedlicher Kraft
abgedichtet werden, so daß der Strömungswiderstand in der Druckstufe verändert
werden kann.
Die Stellscheibe 40 trägt auf ihrem Innendurchmesser zwei Nasen 57, die in die
Keilnuten 54 der Verstellstange 22 eingreifen, so daß eine Drehbewegung der
Verstellstange 22 auf die Stellscheibe 40 übertragen wird und damit durch die
Zugstufenquerschnitte 55 ein einstellbarer Strömungsquerschnitt bestimmt wird.
Durch die Freisparungen 56 der Stellscheibe kann das Öl aus der Druckstufe
drosselfrei strömen.
Fig. 4 und 5 zeigen, wie sich die Überdeckungsflächen 58, die den gedrosselten
Strömungsquerschnitt für die Zugstufe darstellen, kontinuierlich durch Verdrehen
der Stellscheibe 40 verändern lassen.
Fig. 6 zeigt die Stellung der Stellscheibe 40, in der der Querschnitt vollständig
verschlossen ist, so daß die Gabel nicht mehr ausfedern kann.
Beim Einfedern der Fahrradgabel 1 wird das Dämpferöl 15 durch den Stopfen 17
nach oben gedrückt und, da die Verschlußscheibe 49 die Strömungsquerschnitte
41 verschließt, strömt das Dämpferöl 15 durch den Druckstufenquerschnitt 50
gegen die einstellbare Schließkraft des Schließelement 51, durch die
Strömungsfreisparungen 46 und Freisparungen 56 und durch die Bohrungen 38
und drückt dann den Trennkolben 11 nach oben, so daß das Federluftvolumen 14
zusammengedrückt wird und die Federkraft ansteigt.
Zum Ausfedern drückt das komprimierte Federluftvolumen 14 den Trennkolben 11
und dieser das Dämpferöl 15 durch die Bohrungen 38 zurück und, da das
Schließelement 51 den Druckstufenquerschnitt 50 verschließt, strömt das
Dämpferöl 15 durch die einstellbaren Zugstufenquerschnitte 55 und
Strömungsquerschnitte 41 gegen die leicht abhebende Verschlußscheibe 49, bis
die Ausgangslage wieder erreicht ist.
Durch Axialverschieben der Verstellstange 22 kann über die variable Schließkraft
der Druckfeder 53 die Dämpfung beim Einfedern verstellt werden.
Durch drehen der Verstellstange 22 kann über den variablen freien
Strömungsquerschnitt 58 an der Stellscheibe 40 die Dämpfung beim Ausfedern
eingestellt werden. In der Endstellung verschließt die Stellscheibe 40 die
Strömungsquerschnitte 41 und, weil die Zugstufe durch den O-Ring 35 und die
elastische Dichtplatte Druckstufenquerschnitt 50 hydraulisch dicht ist und das
Dämpferöl 15 nicht abströmen kann, kann die Fahrradgabel 1 nicht mehr
ausfedern und somit liegt das Fahrrad vorne um den Federweg tiefer.
Zug- und Druckstufe können mit geringem technischem Aufwand getrennt
voneinander verstellt werden.
Claims (12)
1. Hydraulischer Schwingungsdämpfer für ein gefedertes Fahrrad, der in Zug- und
Druckstufe verstellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Verstellstange 22 durch Axialverschieben und Verdrehen die Verstellung von
Druck- und Zugstufe unabhängig voneinander bewirkt, und dadurch
gekennzeichnet, daß die Zugstufe während der Fahrt hydraulisch dicht
verschlossen werden kann, so daß das eingefederte Vorderrad am Ausfedern
gehindert ist und das Fahrrad zur Verbesserung der Steigfähigkeit vorne um den
eingefederten Weg tiefer liegt.
2. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindungsstelle zwischen Verstellstange 22 und Stellscheibe 40 mit
einem Schiebesitz versehen ist, der ein Drehmoment übertragen kann.
3. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehmomentübertragung formschlüssig über Keilnutprofil, Flachkant- oder
sonstiges Vieleckprofil erfolgt.
4. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellscheibe 40 große Querschnittsöffnungen 56 für drosselfreien
Durchfluß für die Druckstufe hat.
5. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellscheibe 40 im Auflagebereich auf dem Dämpferunterteil 39
hydraulisch dichtet und längliche Aussparungen besitzt.
6. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellscheibe 40 und das Dämpferunterteil 39 in ihrer Kontaktfläche
hochgenau plan gearbeitet ist, vorteilhaft geläppt oder geschliffen oder poliert.
7. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dämpferkopf 16 mit einer elastischen Dichtung 35 gegen das Gabelrohr 2
gedichtet ist.
8. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schließelement 51 mit einer elastischen Dichtplatte 52 versehen ist.
9. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die elastische Dichtplatte mit einer kleinen Pressung auf den Stegen des
Druckstufenquerschnittes 50 geführt ist.
10. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das metallische Schließelement 51 auf der dichtenden
Stirnfläche hochgenau bearbeitet ist und am zylindrischen Umfang ein elastisches
Element trägt, das mit geringer Pressung auf den Stegen des
Druckstufenquerschnittes 50 geführt ist.
11. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die mit dem dämpfungsbestimmenden
Druckstufenquerschnitt 50 versehene Druckstufenplatte 47 lösbar mit dem
Dämpferkopf 16 verbunden ist.
12. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Druckstufenplatte 47 mit Schrauben am Dämpferkopf 16
befestigt wird.
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