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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese Erfindung betrifft eine Stoßdämpferanordnung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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TECHNISCHER
HINTERGRUND
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Immer wenn ein Radfahrer über ein
Hindernis oder über
einen rauen Untergrund fährt,
werden Stöße von den
Rädern über den
Fahrradrahmen an die Füße, die
Hände und
das Gesäß des Fahrers, überall,
wo der Fahrer und der Rahmen in gegenseitigem Kontakt sind, übertragen.
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Um sich vor Verletzungen zu schützen, erheben
sich Fahrer unwillkürlich
vom Sitz, sobald sie auf ein Hindernis treffen, insbesondere dann,
wenn ein starker Höhenunterschied
wie etwa ein Gehsteig oder eine Bordkante bevorsteht. Dies bewirkt
unvermeidlich eine höhere
Beanspruchung der Handgelenke des Fahrers, da ein größerer Teil
des Stofles an der Lenkstange absorbiert werden muß. Wenn
das Hindernis oder der Höhenunterschied
unvorhergesehen sind, hat der Fahrer keine Chance, eine vorbeugende
Maßnahme
zu treffen, so daß oftmals
Verletzungen entstehen.
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Die EP-A-0 703 138 schafft eine Stoßdämpferanordnung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Genauer zeigt dieses Dokument eine Montagestruktur
für eine
Fahrradlenkstange, die einen Stoßdämpfer umfaßt, der aus vulkanisier tem Gummi
hergestellt und zwischen einem Lenkstangenschaft und einem Lenkrohr
angeordnet ist. Der Stoßdämpfer kann
vorbelastet sein und arbeitet nur in einer Richtung. Die Anordnung
bietet nur einen begrenzten Bewegungsbereich zum Einstellen der
Position der Lenkstange.
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Eine Aufgabe dieser Erfindung ist
es, eine raumsparende Anordnung des Dämpfers bei verringerter Beanspruchung
auf seinen beiden Seiten zu schaffen, um eine Größenzunahme zu verhindern, wenn
er für
eine Montagestruktur für
eine Fahrradlenkstange verwendet wird, wobei eine bessere Stoßabsorption
an der Lenkstange erzielt wird, um Verletzungen zu minimieren, und
wobei der Komfort des Fahrers verbessert ist, indem Mittel zum Einstellen
der Position der Lenkstange vorgesehen sind.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die Erfindung schafft eine Stoßdämpferanordnung,
wie sie im Anspruch 1 definiert ist. Die unregelmäßige Oberfläche an wenigstens
einer der Komponenten ist so beschaffen, daß der Dämpfer vor Ort (in situ) gegossen
und verformt wird. Alternativ kann der Dämpfer im voraus mit einer gezahnten Oberfläche, die
mit den zugeordneten Komponenten in Eingriff gelangen kann, gegossen
werden.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird im folgenden detailliert mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, worin:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht ist, die die Erfindung zeigt,
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2 ein
schematischer Seitenaufriß der
Erfindung ist, und
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3 eine
teilweise geschnittene Ansicht (im größeren Maßstab) längs der Linie 3–3 der 1 ist.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Die Montageanordnung ist in 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet
und an einem Ende mit einer Lenkstange 22 und an dem anderen
Ende mit einem Lenkrohrverbinder 23 verbunden, der in der
Ausführungsform
der 1 so dargestellt
ist, daß er
in einem Lenkrohr 24 axial aufgenommen ist . Das Lenkrohr 24 ist
in einem sich nach oben erstreckenden Hohlschaft oder -rohr 28,
das einen Teil des Fahrradrahmens bildet, aufgenommen. Ein Abschnitt
der horizontal verlaufenden Querstange 30, die einen Teil
des Fahrradrahmens bildet, ist in 1 ebenfalls
gezeigt.
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Die Montageanordnung 20 umfaßt eine
gabelförmige
Klammer 32, die an dem Lenkrohrverbinder 23 mit
einem herkömmlichen
Lenkrohrverbindungsbolzen 34, der durch eine in der Klammer
vorgesehene Öffnung
aufgenommen ist, angebracht ist. Ein Paar beabstandeter, paralleler
Arme 36, die einen Teil der Klammer 32 bilden,
erstrecken sich auf gegenüberliegenden
Seiten des Lenkrohrverbinders 23 nach oben und begrenzen
mit dem Lenkrohrverbinder einen stumpfen Winkel, so daß in der
in 1 gezeigten Konfiguration
die Arme nach vorn zu der Lenkstange 22 gerichtet sind.
Wie mit Bezug auf 2 genauer
beschrieben wird, kann der Lenkrohrverbinder 23 im Lenkrohr 24 um
180° gedreht
sein, um die Lenkstange hinter das Lenkrohr 24 und dadurch
näher zum
Fahrer zu bringen, wobei in diesem Fall die Arme 36 nach
hinten gerichtet sind.
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Ein Schaft 38 ist zweiteilig
bereitgestellt und umfaßt
einen oberen Abschnitt 40 sowie einen unteren Abschnitt 42,
die in einer horizontalen Trennfläche (wie gezeichnet) zusammenpassen
und durch ein Paar Bolzen 44, die mit Muttern 46 (wovon
in 1 nur eine gezeigt
ist) zusammenwirken, zusammengehalten werden.
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In dem Schaft 38 sind Durchgangslöcher 48 vorgesehen,
die die Bolzen 44 aufnehmen.
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Ein inneres Ende 50 des
unteren Abschnitts 42 hat die Form eines Halbzylinders
mit einer Achse, die zu den Armen 36 quer verläuft, wobei
die innere Oberfläche
des Zylinders beabstandete, parallele Zähne 52 aufweist, die
sich in Längsrichtung
parallel zu der Zylinderachse erstrecken und eine gezahnte Oberfläche definieren.
Ein ähnlicher
Halbzylinder definiert ein äußeres Ende 54 für den unteren
Abschnitt 42 und trägt
in ähnlicher
Weise beabstandete, parallele Zähne 56,
die sich in Längsrichtung
parallel zu der Zylinderachse erstrecken. Das Profil der Zähne ist
quadratisch gezeichnet, es können
jedoch viele andere Konfigurationen der Zähne verwendet werden, wie aus
der folgenden Beschreibung deutlich wird.
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Der obere Abschnitt 40 (wie
in 1 gezeichnet) des
Schafts 38 umfaßt
in ähnlicher
Weise Halbzylinderabschnitte mit gezahnten inneren Oberflächen an
einem inneren Ende 58, das von dem äußeren Ende 60 beabstandet
ist. Die Lenkstange 22 ist in einer Buchse aufgenommen,
die zwischen den äußeren Enden 54, 60 des
unteren bzw. des oberen Abschnitts 42, 40 definiert
ist. Auf die Lenkstange 22 können an der Grenzfläche zwischen
der Lenkstange und dem Schaft 38 Dichtungsringe geschraubt
sein.
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Die Länge des Schafts 38 wird
in Übereinstimmung
mit der Einstellbarkeit bezüglich
des gewünschten
Rahmens ausgewählt.
Wie aus 2 ersichtlich
ist, ist die Lenkstange 22 von dem Lenkrohrverbinder 23 um
eine erhebliche Strecke, typischerweise sechs Zoll (15 cm) beabstandet,
was dem Fahrer ermöglicht,
seine Vorwärtsreichweite
zu erweitern, so daß das
Fahrrad in einer nach vorn gebückten
Stellung verwendet werden kann, was dem Radfahrer jedoch auch ermöglicht,
aufrecht zu sitzen, indem sich die Lenkstange näher beim Körper des Radfahrers befindet,
wie durch die gestrichelt gezeichnete Position rechts in 2 gezeigt ist, was durch
eine durch den Pfeil 64 gezeigte 180°-Drehung des Lenkrohrverbinders 23 erhalten
wird.
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Das innere Ende des Schafts 38 ist
zwischen den Armen 36 angeordnet und mit einer zylindrischen Welle 66 drehbar
verbunden, wobei die Welle 66 so bemessen ist, daß sie den
Abstand zwischen den Armen 36 überbrückt, und an den Armen in gegenüberliegenden Öffnungen 68, 70,
die an dem freien Ende der Arme ausgebildet sind, unterstützt ist.
Eine Öffnung 68 ist
rund, während
die andere Öffnung 70 quadratisch
ist. Die Achse der Welle 66 ist von dem freien oberen Ende
des Lenkrohrverbinders 23 nach oben beabstandet und von
der Achse des Lenkrohrverbinders seitlich beabstandet, so daß sie in
der in 1 gezeigten Konfiguration
zwischen dem Lenkrohrverbinder 23 und der Lenkstange 22 liegt.
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Die Welle 66 weist zwischen
ihren Enden eine mit Zähnen
versehene oder gezahnte Oberfläche 72 und
an einem Ende eine Umfangsnut 74 auf, die im Gebrauch einen
CirclipTM 76 aufnimmt, der an dem
Arm 36 anliegt, der die runde Öffnung 68 trägt. Das
andere Ende der Welle 66 hat zahlreiche Abflachungen, die
in der quadratischen Öffnung 70 angeordnet
werden können
und eine Relativbewegung zwischen der Welle und der Klammer 32 verhindern.
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Ein Stoßdämpfer 80 in Form eines
Zylinders aus Polyurethan ist an der gezahnten Oberfläche 72 der
Welle 66 angeordnet und nimmt den Raum zwischen der Welle 66 und
den inneren Enden 50, 58 des Schafts 38 ein.
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Der Schaft 38 kann an der
Welle 66 in verschiedenen radialen Positionen, wie in 2 durch gestrichelte Positionen
angegeben ist, angeordnet sein. Solche Positionsänderungen, die durch Umpositionieren
des Schafts 38 an der Welle 66 bewerkstelligt
werden, sind statisch und werden vom Fahrer entsprechend den persönlichen
Vorlieben ausgewählt.
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Es ist klar, daß eine solche Drehung des Schafts 38 um
die Welle 66 eine entsprechende Änderung der Höhe der Lenkstange 22 über der
Querstange 30 und eine wirksame Trennung zwischen der Lenkstange 22 und
dem Lenkrohrverbinder 23 zur Folge hat. Solche Höhenänderungen
können
gegebenenfalls durch Bewegen des Lenkrohrverbinders 23 in
axialer Richtung wie durch den Pfeil 94 gezeigt in das
bzw. aus dem Lenkrohr 24 (1)
ausgeglichen werden.
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Durch Drehen des Schafts 38 um
die Welle 66 wie durch die Pfeile 96 gezeigt und
durch Bewegen der Welle oder des Drehzentrums nach vorn (wie gezeichnet)
oder nach hinten (wie durch die Strichlinie gezeigt) durch Drehen
des Lenkrohrverbinders 23 um 180° in dem Lenkrohr 24 (wie
durch den Pfeil 64 gezeigt) kann die Lenkstange 22 in
nahezu jede Position bewegt werden, die erforderlich ist, um die jeweiligen
Vorlieben zu befriedigen.
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Es ist klar, daß der Schaft 38 einen
großen Bewegungsbereich
besitzt, der durch den Lenkrohrverbinder 23 nahezu nicht
behindert wird, da die Welle 66 von ihm sowohl nach oben
als auch seitlich ausreichend weit beabstandet ist, um dem oberen
Abschnitt 40 und dem unteren Abschnitt 42 zu ermöglichen,
das freie Ende des Lenkrohrverbinders freizugeben. Der Betriebsbereich
des Schafts 38 erstreckt sich über 180° sowohl dann, wenn das Drehzentrum vorn
liegt, als auch dann, wenn es hinten liegt, so daß der vol-le Bewegungsbereich
nur durch die Länge der
Arme 32 und durch die Winkelanordnung der Arme 32 relativ
zu dem Lenkrohrverbinder begrenzt wird. Weiterhin gibt es keine
Behinderungen im Betriebsbereich zwischen dem Schaft 38 und
dem Lenkrohrverbinder 23, die die Bewegung begrenzen, wobei
der Stoßdämpfer am
Drehzentrum in Form des Dämpfers 80 angeordnet
ist.
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In der gezeichneten Ausführungsform
beträgt
der resultierende effektive Bewegungsbereich etwa 270° und umfaßt den Betriebsbereich,
der in 2 durch den Winkel α angegeben
ist. Dieses Merkmal der Erfindung ermöglicht außerdem, daß ein Fahrrad so eingestellt
werden kann, daß es
Fahrer mit unterschiedlichen Armlängen aufnehmen kann, so daß das Fahrrad
mit einem Kind "mitwachsen" kann und von verschiedenen Familienmitgliedern
verwendet werden kann.
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Kleinere Änderungen der radialen Position der
Schaftverlängerung 38 werden
in dynamischer Weise erzielt, wann immer der Radfahrer eine Last auf
die Lenkstange 22 ausübt,
die durch den Schaft 38 an der Klammer 32 effektiv
einseitig unterstützt
ist.
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Im Gebrauch sind der obere und der
untere Abschnitt 40 bzw. 42 bei den Bolzen 44 sehr
eng festgeklemmt, wobei der Polyurethanwerkstoff, den der Dämpfer 80 aufweist,
in die Zwischenräume
zwischen den Zähnen 52 des
Schafts 38 und der gezahnten Oberfläche 72 der Welle 66 eingequetscht ist.
Der Dämpfer 80 wird
effektiv vor Ort (in situ) gegossen, damit er an die angrenzenden
gezahnten Oberflächen
angepaßt
ist, und definiert zwischen der Welle 66 und dem Schaft 38 ein
Zwischenzahnrad.
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Um den Dämpfer 80 zwischen
den Armen 36 zu halten und um zu verhindern, daß der Polyurethanwerkstoff,
den der Dämpfer
enthält,
in die Öffnungen 68, 70 extrudiert
wird, ist in den inneren Enden 50, 58 eine transversale
Sperre in Form eines Paars von Spaltringen 82, 84,
die an gegenüberliegenden Enden
der Welle 66 angeordnet sind, angeordnet. Die Ringe 82, 84 befinden
sich in damit zusammenwirkenden Umfangsnuten 86, 88 (3), die an der inneren Oberfläche der
zylindrischen Abschnitte ausgebildet sind, die das innere Ende des
Schafts 38 bilden, wobei die Nuten 86, 88 die
gleiche Tiefe wie die Zähne 52 besitzen.
Es ist klar, daß die
inneren Enden 50, 58 mit transversalen Stirnwänden in
der Nähe
der Nuten 86, 88 ausgebildet sind, um dadurch
die Ringe 82, 84. zu halten.
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Um die Herstellung zu vereinfachen,
können die
gezahnten Oberflächen
an den inneren Enden 50, 58 des Schafts 38 auf
Einsätzen
vorgesehen sein, die getrennt hergestellt und beispielsweise mittels
einer Keil-Schlitz-Kopplung zu Zylindern zusammengefügt sind.
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Die Ringe 82, 84 weisen
bequemerweise einen Lförmigen
Querschnitt mit sechs Seiten auf, wovon jede Lageroberflächen definiert
und zylindrische Lageroberflächen 90, 92 aufweist,
die sich an der Welle 66 frei drehen können. Äußere Lageroberflächen 98, 100 stellen
einen Gleitkontakt mit den Armen 36 der Klammer 32 her,
um die Reibung dazwischen minimal zu machen, während innere Lageroberflächen 102, 104 in
der Nähe
des Dämpfers 80 für den Schaft 38 eine
maximale Drehfreiheit gewährleisten.
Die verbleibenden Lageroberflächen
ermöglichen
in ähnlicher
Weise dem inneren Ende des Schafts 38 eine freie Drehung
um die Welle 66, sofern die zylindrischen Lageroberflächen 90, 92 wegen
Schmutz und dergleichen funktionslos geworden sein sollten.
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Es sei angemerkt, daß das Volumen
des Polyurethandämpfers 80 so
gewählt
ist, daß der
zwischen den Zähnen 52 und
der gezahnten Oberfläche 72 definierte
Hohlraum ausgefüllt
wird, wobei der Dämpfer 80 wie
gezeigt etwas größer ist,
um die Höhe
der Ringe 82, 84 zu übersteigen (wie am besten in 3 ersichtlich ist), um dadurch
einen Drehspielraum an den Lagerringen 82, 84 am
inneren Ende des Schafts 38 und der Welle 66 zu
definieren. Wie aus 3 hervorgeht,
belegt das Polyurethan, das der Dämpfer 80 enthält, die
gesamte Tiefe der Zähne
im unteren Abschnitt 42 des Schafts und der Zähne der
gezahnten Oberfläche 72 der
Welle 66.
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Der für den Dämpfer 80 gewählte Werkstoff ist
Polyurethan, ein verhältnismäßig inkompressibler, viskoelastischer
Werkstoff mit sehr hohem Kompressionsmodul, der gegossen und wiederholt
gegossen werden kann, um den vorgesehenen Raum einzunehmen und um
als elastisches Zahnrad zwischen den Zähnen 52 und der gezahnten
Oberfläche 72 zu wirken.
Selbstverständlich
ist der Dämpfer 80 zwischen
dem inneren Ende des Schafts 38 und der Welle 66 und
zwischen den Lagerringen 82, 84, die sämtlich präzise bearbeitet
sind, um einen Hohlraum für
den Dämpfer
zu definieren, der ein Volumen besitzt, das dem Volumen des Polyurethandämpfers entspricht,
eingeschlossen. Zwischen den Ringen 82, 84 und
der Welle 66 ist nur ein kleiner Spielraum vorhanden, ferner
ist die Viskosität
des Polyurethans ausrei chend hoch, so daß es im Normalbetrieb nicht in
den Spielraum entweicht.
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Im Gegensatz zu Dämpfern, die aus Gummi hergestellt
sind und vulkanisiert oder in anderer Weise an benachbarte Unterstützungsoberflächen geklebt
sind, ist der Polyurethandämpfer
diskret und kann je nach Anforderung entfernt, ersetzt oder umgeformt
werden. Gummidämpfer
können,
wenn sie einmal beschädigt
sind, insbesondere dann, wenn sie vulkanisiert sind, nicht einfach
von der umgebenden Struktur entfernt werden, um ersetzt zu werden.
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In der betrachteten Anwendung muß der Dämpfer 80 eine
strukturelle Einheit besitzen. Es wird erwartet, daß eine minimale
Shore-Härte
erforderlich ist. Bei solchen relativ hohen Härten ist Gummi ein stärker kompressives
Elastomer als Polyurethan, wobei ein Ankleben an die umgebende Struktur
erforderlich ist, um einen aus Gummi hergestellten Dämpfer in
seiner Funktionsorientierung anzuordnen. Wenn andernfalls ein Gummidämpfer mit
Scherkraftbeaufschlagung angeordnet ist, wird er von der zugeordneten
Oberfläche
weggezogen. Da die auf einen Dämpfer
aus Gummi ausgeübten
Beanspruchungen den Gummi zu einer Volumenänderung veranlassen, wenn seine
Form verzerrt wird, wird ein aus Gummi hergestellter Dämpfer gewöhnlich nicht
eingeschlossen. Der Raum ist gewöhnlich
in einer Struktur vorgesehen, die aus Gummi hergestellten Dämpfern ermöglicht,
ihr Volumen zu vergrößern. Alternativ
können
aus Gummi hergestellte Dämpfer
teilweise der umgebenden Atmosphäre
ausgesetzt werden, um eine solche Ausdehnung zu ermöglichen.
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Wenn Lasten ein vorgegebenes Minimum übersteigen,
blättert
ein Gummidämpfer
von der umgebenden Struktur ab und fällt herunter. Bei einem Polyurethandämpfer, der
in Bezug auf die umgebenden Struktur ein diskretes Element bleibt,
ist das Abblättern
kein Faktor, der die Leistungsfähigkeit
des Dämpfers
oder die Last, die der Dämpfer
aushalten kann, bestimmt.
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In der Erfindung des Anmelders wird
jede Last, die auf die Lenkstange 22 ausgeübt wird,
an den Polyurethandämpfer 80 übertragen,
der sich in Winkelrichtung verbiegt und in Reaktion auf das Drehmoment
mit einer radialen Scherkraft beaufschlagt wird, wobei er von der
umgebenden Struktur wie oben beschrieben eingeschlossen ist. Der
Dämpfer
kehrt – geführt durch
die Spaltringe 86, 88, die in der Weise arbeiten,
daß die
Ausrichtung zwischen den Komponenten aufrechterhalten wird – in eine Neutralstellung
zurück.
Wegen seiner inhärenten Elastizität erfordert
der Polyurethandämpfer 80 keine Vorbeanspruchung
vor der Ausübung
einer Last, ferner arbeitet der Dämpfer in jeder beliebigen Richtung.
Der Polyurethandämpfer 80 antwortet
daher auf abgeschwächte
Stöße, die
an die Lenkstange aus irgendeiner Richtung übertragen werden, unabhängig davon,
ob der Radfahrer ein Hindernis hochfährt oder von dem Hindernis
herunterfährt.
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Kraft seiner Beschaffenheit stellt
der Polyurethandämpfer 80 einen
engen Kontakt mit den benachbarten gezahnten Oberflächen her
und ist unbegrenzt einstellbar, so daß er in jeder relativen Zwischenposition
zwischen den zugeordneten Komponenten arbeiten kann. In einigen
Anwendungen könnte
ein solcher Einstellbarkeitsbereich nicht erforderlich oder wünschenswert
sein, wobei selbstverständlich
ein vorgeformter oder im voraus gegossener Dämpfer aus einem elastischen
Werkstoff mit unregelmäßiger oder
gezahnter Oberfläche,
die mit den gezahnten Oberflächen
der zugeordneten Komponenten zusammenwirken kann, eine zufrieden
stellende Alternative für
einen Dämpfer
ist, der vor Ort gegossen wird. Ein solcher im voraus gegossener Dämpfer ermög licht dem
oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt 40 bzw. 42 eine
Anbringung mit einer geringeren Klemmkraft als bei dem Dämpfer, der vor
Ort gegossen wird, der Dämpfer
muß jedoch
auf allen Seiten eng eingeschlossen sein.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Der Polyurethandämpfer schafft ausgezeichnete
Dämpfungseigenschaften
und vermeidet den Bedarf an einer Abwandlung des Fahrradrahmens, um
hydraulische oder Druckluftvorrichtungen, Torsionsstäbe und Federn
einzubauen, wodurch die Integrität
des Rahmens beibehalten wird. Durch weiteres Einbauen des Polyurethandämpfers in
einer Montagestruktur, bei der die Position der Lenkstange einfach
eingestellt wird, wird der Komfort des Radfahrers stark verbessert.
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Selbstverständlich können die Vorteile der Erfindung
durch andere Ausführungsformen
der Erfindung verwirklicht werden und begrenzt die oben genannte
Beschreibung die Konstruktion der Ansprüche nicht. Außerdem ist
beabsichtigt, daß der
Dämpfer
gemäß der Erfindung
in anderen Strukturen, in denen eine Stoßabsorption erforderlich oder
wünschenswert
ist, ohne Einschränkung
Anwendung findet.