DE68919668T2 - Aufhängungsanordnung für das Rad eines Zweirades. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Radaufhängungen und im besonderen auf Vorderradaufhängungen bei Fahrrädern.
• Es wurde bereits mehrfach versucht, eine federnde, stoßdämpfende Radaufhängung für Fahrräder zu konstruieren, und in allen Fällen treten vier wesentliche Konstruktionsfaktoren und -probleme auf. Erstens muß zu einer wirksamen Absorption von Stoßenergie das mechanische System leicht sein. Zweitens sollte die Tretkraft beim Fahrradfahren im System nicht in einer Weise absorbiert werden, die zu einer Unwirksamkeit in Bezug auf die vom Fahrradfahrer abgegebene Energie führt. Drittens muß die Starrheit des Vorderrads in Bezug auf den das Fahrrad steuernden Lenker aufrechterhalten bleiben. Viertens muß das Aufhängungssystem in Verbindung mit Standard-Fahrradkonstruktionen und -komponenten, wie Schnellspannern, Felgenbremsen, Steuerkopflageraufbauten und Anschlußstangen für lösbare Lenker, funktionieren.
• Der naheliegendste Ansatz für die Konstruktion eines Fahrradaufhängungssystems könnte darin bestehen, gängige Technik von Geländemotorrädern einzubauen, es gibt aber eine Reihe von Faktoren, die deren Adaptierbarkeit Grenzen setzen. Motorradaufhängungen sind um die Wirkungen und Erfordernisse eines Fortbewegungsmotors hoher Leistung herum konzipiert, während es eine Fahrradaufhängung mit der begrenzten menschlichen Leistungsabgabe zutun hat, wobei der Hauptunterschied in der vom Treten herrührenden zyklischen Belastung der Aufhängung liegt und auch Faktoren wie das Entlasten einer Motorradaufhängung beim Gasgeben und das Belasten der Aufhängung beim Bremsen zu den Unterschieden beitragen. Außerdem begegnen Motorräder viel größeren Geschwindigkeiten als Fahrräder, und ebenso haben sie mit viel größeren Massebeschleunigen bei diesen Geschwindigkeiten zutun.
• Eine einfache Anpassung von herkömmlicher Motorradtechnik an ein Fahrrad ist daher nicht möglich. In Anbetracht der weitentwickelten Konstruktion einer Motorradaufhängung gibt es einige Techniken, die übernommen und/oder geändert werden können, um den Notwendigkeiten eines Fahrrad-Aufhängungssystems gerecht zu werden. Diese Techniken sind der Teleskoprohraufbau und ein Stoßdämpfungssystem zur Umwandlung von Stoßenergie in viskosen Wärmeverlust.
• Eine Radaufhängung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus FR-A-1 036 016 bekannt.
• Die Erfindung ist wie in Patentanspruch 1 definiert.
• Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detallierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, die auf die verschiedenen Figuren der Zeichnung Bezug nimmt, deutlich werden.
• Fig. 1 ist eine Gesamtansicht eines mit der Erfindung ausgestatteten Fahrrads.
• Fig. 2 ist eine Detailansicht der äußeren und Umgebungskomponenten der Erfindung.
• Fig. 3 ist eine Seiten-Schnittansicht der teleskopischen Rohre und des Ventils der vorliegenden Erfindung, gezeigt in Kompression.
• Fig. 4 ist eine Seiten-Schnittansicht der teleskopischen Rohre und des Ventils der vorliegenden Erfindung, gezeigt in Ausdehnung.
• Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, montiert die Erfindung 10 am Steuerkopfrohr 12 eines Fahrradrahmens 14 mittels eines hohlen Lenkrohres 16, welches zwischen zwei Drehlagern 18 längs der Lenkachse enthalten ist. Am unteren Ende des Lenkrohres 16 ist eine einzige obere Krone 20 angebracht, welche zwei teleskopische Aufhängungsaufbauten 40 in einem Winkel zur Lenkachse einspannt, so daß das Vorderrad 21 nach vorne bezüglich der Linie der Lenkachse angeordnet ist. An einer Standardfahrradgabel ist dies als Neigung bekannt. Jeder teleskopische Aufbau 40 setzt sich aus einem oberen Gleitrohr 44 und einem unteren Gleitrohr 46, das an der Vorderradachse 22 festmacht, zusammen. An den unteren Gleitrohren 46 ist eine Standard-Felgenbremse 24 und ein Querträger 48 zur Verstärkung der beiden Aufhängungsaufbauten 40 angebracht. Dieser Querträger 48 besitzt einen Seilzuganschlag 26, der es dem Vorderbremsenseilzug 28 ermöglicht, zusammen mit den unteren Gleitrohren 46 und damit mit der Felge 30 des Vorderrads 21 zu schwimmen. Am oberen Ende des Lenkrohres 16 ist ein Standard-Lenker 32 und ein Vorbau 34 angebracht.
• Ein wesentliches Konstruktionskriterium bestand darin, eine bauliche Ganzheit des Systems zu bewahren und dabei noch im Rahmen der Parameter üblicher Fahrradkonstruktion und -komponenten zu arbeiten und das gesamte System leicht zu halten. Mit einem teleskopischen System geht die gesamte Torsionsfestigkeit längs jedes Gabelschenkels zwischen der oberen Verbindungskrone und der Achse verloren. Dies ist es genau, woher eine starre Standard-Fahrradgabel ihre gesamte Steifigkeit in Bezug auf Torsionsbeanspruchung durch den Lenker und die Lenkbewegungen bezieht. Bei einem typischen teleskopischen Vordergabelaufbau wird diese Steifigkeit durch das Hinzufügen einer weiteren oberen Verbindungkrone oben am Rahmenlenkrohr wiedergewonnen, bei einem Fahrrad würde diese aber ein unannehmbares Ausmaß an zusätzlichem Gewicht bedeuten und bei einer vollen Umdrehung der Lenkung schwere Beschädigungen der dünnwandigen Rahmenrohre bewirken. Die bevorzugte Ausführungsform funktioniert mit nur einer einzigen, unteren Verbindungskrone, die diesen Verlust an Torsionssteifigkeit mittels des Querträgers 48 zwischen den beiden unteren teleskopischen Rohren 46 wiedergewinnt, der Widerstand dagegen leistet, daß die teleskopischen Rohre schiefwinklig laufen, wenn die Gabel torsionsbelastet wird. Dieser Querträger 48 ist mit den unteren teleskopischen Rohren 46 unter Verwendung zweier Bolzen verbunden, die durch zwei Bolzenlöcher 47 und 49 verlaufen, die sowohl den Querträger 48 als auch das untere Rohr 46 durchsetzen, so daß der Querträger 48 eine Verwindungs- oder Drehbewegung der Aufhängungsaufbauten 40 an seiner Befestigung verhindert.
• Zur Beibehaltung der Verwendung von Felgenbremsen 24 weist der Querträger 48 auch einen Seilzuganschlag 26 auf, damit sich der Bremszug nach Maßgabe der Bremsarme und des Rades bewegen kann. Dieses Merkmal ermöglicht der Erfindung, daß das Standard-Fahrradfelgenbremsensystem eingefügt werden kann.
• Die beiden teleskopischen Aufhängungsaufbauten 40 sind im wesentlichen identisch, wobei einer von ihnen in Fig. 3 gezeigt ist. Jeder Aufhängungsaufbau 40 weist ein oberes Gleitrohr 44 und ein unteres Gleitrohr 46 auf. Die Gleitbewegung der Rohre 44 und 46 wird durch eine obere Büchse 50, die am unteren Gleitrohr 46 befestigt ist und gleitend an der Außenfläche des oberen Gleitrohres 44 angreift, und eine untere Büchse 52, die am oberen Gleitrohr 44 befestigt ist und gleitend an der Innenfläche des unteren Gleitrohres 46 angreift, geführt. Die teleskopischen Rohre sind an der Stelle der Hin- und Herbewegung mit einer Dichtung 54 abgedichtet, die durch einen Sprengring 56 in Stellung gehalten wird, der auch die obere Büchse 50 in Stellung hält. Mit dieser Technik können die teleskopischen Rohre 44 und 46 leicht demontiert werden, indem einfach der Sprengring 56 entfernt wird.
• Eine untere Dichtplatte 51 ist zur Schaffung einer Kammer 53 für die Aufnahme eines viskosen Flüssigkeitsmediums 62 im unteren Rohr 46 angeordnet. Eine obere Dichtplatte 55 ist zur Schaffung einer Kammer 57 für die Aufnahme sowohl von Flüssigkeit 62 als auch eines Luftraums 74 im oberen Rohr 44 angeordnet.
• In das untere Ende des inneren Gleitrohres 44 ist ein Dämpfungsventil 60 geschraubt, das den Strom des viskosen Flüssigkeitsmediums 62 zwischen den Kammern 53 und 57 beim Zusammendrücken und Auseinanderziehen der teleskopischen Rohre dosiert. Der Aufbau läßt sich auch betrachten als eine einzige Flüssigkeitskammer mit einem Teil 53 im unteren Rohr 46, einem Teil 57 im oberen Rohr 44 und einem in ihr angeordneten Flüssigkeitsdosierventil 60, das den Flüssigkeitsstrom in der Kammer reguliert. Das Dämpfungsventil 60 zeigt Öffnungen 64, die sich durch den Körper des Dämpfungsventils 60 erstrecken und am oberen Auslaß durch eine Platte 66 blockiert sind, die durch eine Druckfeder 68 geschlossen gehalten wird, welche durch einen Schulterbolzen 70 in Stellung gehalten wird. Der Verlauf dieser Öffnungen 64 vereinigt sich unter der Platte 66 durch einen Senkbohrungsbereich 72, welcher eine große Druckzone unter der Platte 66 erzeugt. Dieser Senkbohrungsbereich 72 gestattet den Aufbau einer Flüssigkeitsdruckkraft unter der Platte 66, die größer ist als diejenige der Öffnungen 64 selbst. Dieser größere Anfangsaufbau von Flüssigkeitsdruck in Verbindung mit der zusammengedrückten bzw. vorbelasteten Feder 68 erzeugt eine Dämpfungscharakteristik, die einen wesentlich größeren Widerstand bei niedrigen aufgegebenen Kompressionskräften (Pedalkräften) als im Verhältnis zu höheren aufgegebenen Kräften (Unebenheitsstoßkräften) hat. Diese Anfangsdämpfung bzw. Dämpfung bei geringen aufgegebenen Kräften reicht aus, das System zu verriegeln und zu verhindern, daß die Aufhängung Tretenergie des Fahrers absorbiert.
• In der bevorzugten Ausführungsform beträgt der Innendurchmesser des oberen Rohres 44 ungefähr 2,36 cm (0,93 inch), der Innendurchmesser des unteren Rohres 46 ungefähr 2,80 cm (1,1 inch). Der Durchmesser des Senkbohrungsbereichs 72 beträgt ungefähr 1,90 cm (0,75 inch), und die Feder 68 hat eine Steifigkeit von ungefähr 7,15 bis 8,94 kg/cm (40 bis 50 lbs/inch), wobei eine Hydraulikflüssigkeit mit SAE 5 Gewicht verwendet wird.
• Man muß sich daher vorstellen, daß mit dem Auftreffen auf eine Fahrbahnunebenheit -ausreichender Größe jeder der teleskopischen Aufhängungsaufbauten 40 einer Kompressionsbelastung ausgesetzt wird. Die Kompressionsbelastung bewirkt dann, daß Flüssigkeit 62 aus der Kammer 53 des unteren Rohres 46 durch die Öffnungen 64 des Ventils 60 mit einem Druck gepreßt wird, der ausreicht, die federbelastete Ventilplatte 66 zu überwinden, wodurch dann Flüssigkeit in die Kammer 57 des oberen teleskopischen Rohres 44 eintritt. Der Eintritt von Flüssigkeit in das obere Rohr 44 bewirkt dann eine Kompression der Luft im Luftraum 74 der Kammer 57. Zusätzlich gestattet der Verlust von Flüssigkeit im unteren Rohr 46 ein kompressives Gleiten der beiden Rohre 44 und 46 relativ zueinander, so daß der Öffnungsraum 76 zwischen den Büchsen 50 und 52 wächst. Eine Flüssigkeitsöffnung 78 ist in der Wand des oberen Rohres 44 in der Nähe des unteren Randes der Büchse 50 ausgebildet, so daß Flüssigkeit aus dem oberen Rohr 44 durch Öffnung 78 und in den Öffnungsraum 76 zwischen den beiden Büchsen 50 und 52 treten kann. Der gleitende Angriff der Büchsen 50 und 52 an den Rohren 44 bzw. 46 ist eine flüssigkeitsdichte Gleitdichtung zur Unterstützung des richtigen Funktionierens der Aufhängungsaufbauten. Aus Gründen, die weiter unten noch im einzelnen beschrieben werden, ist die Öffnung 78 ungefähr ein Zehntel inch oberhalb der unteren Erstreckung der Büchse 50 angeordnet, wenn die beiden Rohre 44 und 46 voll angezogen sind.
• Beim Ausziehen der teleskopischen Rohre 44 und 46 strömt das viskose Medium durch das Ventil 60 vermittels einer Rückführöffnung 80 zurück, die in der Mitte des Schulterbolzens 70 angeordnet ist. Die Rückführöffnung 80 ist mit einem Durchmesser von ungefähr 0,34 cm (0,17 inch) ausgebildet. Am unteren Ende der Rückführöffnung 80 sitzt ein Einrichtungs-Sperrkugelventil 82, das in der Kompressionsbewegung schließt und bei der Auszugsbewegung des Systems öffnet und gestattet, daß das viskose Medium 62 durch eine Umgehungsöffnung 84 in die Kompressionsventilöffnungen 64 strömt. Wenn das System voll die Bodenstellung erreicht, sind die Rohre vor einem Metall-Metallkontakt durch einen Puffer 86 aus elastischem Material geschützt.
• Bei vollem Auszug des Systems sind die Büchsen 50 und 52 mittels einer hydraulischen Verriegelungssituation geschützt, die durch das viskose Medium 62 bewirkt wird, das durch die Öffnung 78 des inneren Gleitrohres 44 in den Raum 76 zwischen den beiden teleskopischen Rohren 44 und 46 und innerhalb der oberen und unteren Büchse 50 und 52 strömt, wenn das System komprimiert. Da sich die Öffnung 78 ein Zehntel inch über dem unteren Rand der Büchse 50 befindet, wenn das System einen Punkt unmittelbar vor vollem Auszug erreicht, wird die Öffnung 78 durch den unteren Rand der oberen Büchse 50 geschlossen, und es tritt eine hydraulische Verriegelungssituation im Raum 76 ein. Dieser hydraulische Riegel verhindert einen Metall-Metallkontakt der beiden Büchsen 50 und 52 infolge der Unmöglichkeit für die Flüssigkeit, aus dem Raum 76 zu entweichen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist ein O-Ring 88 im Raum 76 angeordnet, um sicherzustellen, daß kein Metall-Metallkontakt auftreten kann.
• Das Teleskopsystem wird mit Luft durch ein Luftventil 90 unter Druck gesetzt, das in der oberen Dichtung 55 des oberen Rohres 44 sitzt. Dieser Gasdruck streckt das System nach Kompression bei der Absorption von Stoßenergie und kann in seinem Wert geändert werden, um unterschiedliche Fahrergewichte oder Fahrbedingungen auszugleichen. Ein Luftdruck von ungefähr 40 psi hat sich als brauchbar erwiesen.
• Die Art von Fahrbahnunebenheiten, die für die Kontrolle des Fahrers über das Fahrrad schädlich sind, sind Aufschlagunebenheiten einer Höhe von 2,54 bis 15,24 cm (eins bis sechs inch), wie etwa Schlaglöcher, Baumwurzeln, Felsbrokken, Radspuren usw.. Dies sind die Art von Unebenheiten, die mit einer Biegung des Rahmens oder durch den menschlichen Körper nicht absorbiert werden können, insbesondere dann, wenn sie vielfach und in schneller Aufeinanderfolge auftreten. Große Unebenheiten, die sich sanft nähern, bedrohen die Kontrolle durch den Fahrer nicht, und kleine Erschütterungsunebenheiten werden größtenteils durch die federnde Natur des Rahmens und der Reifen absorbiert.
• Wegen dieser Zwänge wurde ein Stoßdämpfer hydraulischer Art erfunden, der unter den Tretkräften nicht nachgibt, sehr wohl aber nachgibt unter den größeren Kräften eines Aufschlags des Rades auf eine Unebenheit. Dies zu erreichen war möglich wegen zweier Erscheinungen, die der Erfindung zugeordnet sind. Erstens ist der auf die Aufhängung gegebene Betrag der Tretkraft des Fahrers geringer als der Betrag der Kraft, der erforderlich ist, die Aufhängung zu bewegen, wenn sie auf eine scharfe Schlagunebenheit von ein inch oder mehr trifft. Zweitens liegt die Radbahn der Aufhängung horizontal versetzt zur Lenkachse, was bewirkt, daß die auf die Aufhängung gegebene Tretkraft nicht gleich den erzeugten Pedalkräften ist. Eine Pedalkraft gleicher Energie wie diejenige einer Fahrbahnunebenheit hat damit weniger Einfluß auf die Aufhängung, als es die Unebenheit hätte.
• Es war erforderlich, dieses System, welches die notwendigen Dämpfungseigenschaften in sich vereinigen konnte, leichtgewichtig zu konstruieren. Eine Teleskoprohrkonstruktion wurde wegen der minimalen Redundanz an Materialien und wegen der Bahn der Aufhängungsablenkung gewählt. Die Probleme, auf die man bei bekannten teleskopischen Aufhängungseinheiten stieß, waren jedoch die Verwendung eines dritten oder sogar eines vierten inneren Rohres, mit welchem die Dämpfung erzeugt wurde, und damit das zusätzliche Gewicht. Zur Überwindung dessen verwendet die Erfindung ein einzelnes einfacheres Dämpfungssystem mit einem inneren Dämpfungsventil. Dieses Dämpfungsventil enthält ein Merkmal, welches eine Kompressionsbewegung der Aufhängung aussperrt, wenn aufgegebene Kräfte geringer als diejenige einer scharfen Aufschlagunebenheit von einem inch oder weniger waren. Dieses Dämpfungsventil bietet alle Feinheiten früherer Konstruktionen. Es ist einfacher, weil weniger bewegliche Teile vorhanden sind; es erfordert also die Verwendung von weniger Materialien und ist daher leichter.

Claims (2)

1. Radaufhängung einer Vordergabel eines Fahrrads einer Art mit einem Paar von teleskopischen Aufhängungsaufbauten (44, 46), von denen jeder jeweils auf einem Schenkel der Vordergabel angeordnet ist und ein oberes und unteres Teleskoprohr (44, 46) aufweist, Dämpfungsmitteln zur Steuerung des Zusammendrückens des betreffenden teleskopischen Aufbaus, einem Querträger (48), welcher einen oberen Teil des einen unteren Teleskoprohres mit einem oberen Teil des anderen unteren Teleskoprohres (46) verbindend als ein Mittel zur Begrenzung einer Verwindungs- und Drehbewegung derselben vorgesehen ist, und einer Felgenbremse (24), welche auf den unteren Teleskoprohren (46) sitzt, so daß die Felgenbremse (24) mit den unteren Teleskoprohren (46) wandern kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Felgenbremse (24) auf den unteren Teleskoprohren (46) an dem Querträger (48) sitzt.

2. Radaufhängungssystem nach Anspruch 1, bei welchem ein Bremszuganschlag (26) in einer Weise vorgesehen ist, der es einem Vorderbremszug (28) ermöglicht, mit den unteren Rohren der teleskopischen Aufbauten mitzuschwimmen.