DE4429562C2 - Hydraulischer Schwingungsdämpfer für das gefederte Vorderrad eines Fahrrads - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten (DE 41 37 176 C2) Schwingungsdämpfer dieser Art ist die Verstellstange schraubbar, so daß sie sich gleichzeitig dreht und axial bewegt. Mit der Verstellstange wird ein Kegelstück mehr oder we­ niger weit in den Strömungsdurchlaß der Zugstufe eingescho­ ben, um die Zugstufe verstellen zu können. Eine Verstellbarkeit des Querschnitts des Strömungsdurchlasses der Druckstufe ist nicht vorgesehen. Bei diesem Schwingungsdämpfer ist der Einbau des Schwingungsdämpfers beim gefederten Vorderrad eines Fahrrads nicht angesprochen.

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 werden 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.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schwingungsdämpfer gemäß Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem nicht nur die Zugstufe und die Druckstufe unabhängig voneinander verstellbar sind, sondern auch das eingefederte Vorderrad am Ausfedern hinderbar ist. Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer weist, diese Aufgabe lösend, die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.

Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Hauptanspruches hat 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, daß 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. Es ist dann nur ein bewegliches Bauteil nötig, das gegen Dämpferöl und Federungsluftpolster gedichtet werden muß, und es kann somit mit vertretbarem technischen Aufwand eine getrennte Einstellung von Zug- und Druckstufe realisiert werden.

In den Unteransprüchen werden vorteilhafte Maßnahmen zur Ausbildung des Schwingungsdämpfers nach Hauptanspruch 1 angeführt.

Vorteilhaft ist es, wenn gemäß Anspruch 2 die Stellscheibe und Verstellstange über ein formschlüssiges Profil axial frei verschieblich, aber drehmomentfest verbunden sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß Anspruch 3 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, wenn gemäß Anspruch 4 die Zugstufe hydraulisch dicht ausgebildet ist, indem der Dämpferkopf gegen das Gabelrohr 2 mit einem O-Ring abgedichtet wird, wenn gemäß Anspruch 5 die Stellscheibe und deren Auflagefläche hochgenau gearbeitet sind und wenn gemäß Anspruch 6 das Schließelement der Druckstufe mit einer elastischen Dichtplatte versehen ist.

Besonders vorteilhaft ist, wenn gemäß den Ansprüchen 7 und 8 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 gemäß Anspruch 9 zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit mit einer hochgenauen metallischen Stirnfläche dichtet und dann am zylindrischen Außendurchmesser mit einem elastischen O-Ring mit leichtem Übermaß versehen wird, so daß die Vibrationen des Schließelementes zur Vermeidung von Geräusch gedämpft werden.

Vorteilhaft ist auch, wenn gemäß den Ansprüchen 10 und 11 zur Abstimmung der Dämpfung zusätzlich zur Druckfederkraft noch der Druckstufenquerschnitt angepaßt werden kann, indem die Druckstufenplatte mit Schrauben von unten befestigt ist und nach entfernen eines Stopfens mit geringem Aufwand gewechselt werden kann.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

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; und

Fig. 4, 5 sowie 6 jeweils Darstellungen des Schnittes längs der Schnittlinie IIII-IIII in Fig. 3, 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 (11)

1. Hydraulischer Schwingungsdämpfer für das gefederte Vorderrad ei­ nes Fahrrads,
bei dem ein von einer Kolbenstange (10) getragener Dämpferkopf (16) in einem Rohr (2) angeordnet ist, das relativ zum Dämpferkopf (16) axial hin- und herbewegbar ist, und bei dem im Dämpferkopf (16) für die Zugstufe ein Strömungsdurchlaß (41) vorgesehen ist, der im Querschnitt mittels einer von außen betätigbaren Verstellstange (22) veränderbar ist, die axial bewegbar sowie drehbar in der Kol­ benstange angeordnet ist und am Dämpferkopf (16) endet, dadurch gekennzeichnet, daß
im Dämpferkopf (16) ein von einer Druckfeder (53) belastetes Schließventil (47, 52) vorgesehen ist, das in der Druckstufe öffnet, und
die Verstellstange (22) einerseits drehbar andererseits axial ver­ schiebbar ist und mit dem dem Dämpferkopf (16) zugewandten En­ de sowohl die Druckfeder (53) des Schließventils (47, 52) axial ver­ änderlich abstützt als auch über einen Schiebesitz (54, 57) zur Dreh­ momentübertragung an einer drehbaren Stellscheibe (40) angreift, die mindestens eine Aussparung (55) aufweist, um den Strömungs­ durchlaß (41) für die Zugstufe freizugeben oder zu verschließen.

2. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Drehmoment übertragende Schiebesitz (54, 57) als Keilnut-, Flachkant- oder Vieleckprofil formschlüssig ausge­ bildet ist.

3. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stellscheibe (40) große Querschnittsöff­ nungen (56) für einen drosselfreien Durchfluß in der Druckstufe hat.

4. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stellscheibe (40) auf einem Dämpferunterteil (39) des Dämpferkopfs (16) über Kontaktflächen hydraulisch dicht aufliegt und eine längliche Aussparung (55) aufweist.

5. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kontaktflächen der Verstellscheibe (40) und des Dämpferunterteils (39) hochgenau plangearbeitet, vorzugsweise geläppt oder geschliffen oder poliert, sind.

6. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Dämpferkopf (16) mit einer elastischen Dich­ tung (35) gegen das Rohr (2) gedichtet ist.

7. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Schließventil (47, 52) der Druckstufe ein Schließelement (51) aufweist, das mit einer elastischen Dichtplatte (52) versehen ist.

8. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elastische Dichtplatte (52) mit einer kleinen Pressung an Stegen auf einem Dämpferunterteil (39) des Dämpfer­ kopfs (16) geführt ist.

9. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein metallisches Schließelement des Schließven­ tils (47, 52) an der dichtenden Stirnfläche hoch genau bearbeitet ist und am zylindrischen Umfang ein elastisches Element trägt, das mit geringer Pressung an Stegen auf einem Dämpferunterteil (39) des Dämpferkopfs (16) geführt ist.

10. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Schließventil (47, 52) einen Durchlaß (50) in einer Druckstufenplatte (47) aufweist die mit dem Dämpferkopf (16) lösbar verbunden ist.

11. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckstufenplatte (47) mit Schrauben am Dämpferkopf (16) befestigt ist.