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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine aufgehängte
Vordergabel für
ein Fahrzeug mit zwei Rädern
und insbesondere für
ein geländegängiges Motorrad
oder Fahrrad.
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Die Vordergabel eines derartigen
Fahrzeugs hat zwei grundlegende Rollen zu übernehmen:
- 1.
Richtungsrolle: sie muss den Lenkeinschlag und die dauerhafte Stabilität des Fahrzeugs
gewährleisten
(Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Bremsen, Beschleunigen).
- 2. Aufhängungsrolle:
diese Funktion ist notwendig, um den Komfort zu gewährleisten,
aber auch zur Aufrechterhaltung der Berührung des Reifens mit dem Boden
unter allen Umständen.
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Die Schwierigkeit bei der Auslegung
einer derartigen Gabel beruht darauf, dass die zweite Rolle (Aufhängung) eine
Veränderung
der Geometrie mit sich bringt, die nicht immer mit der ersten Rolle
(Lenkung) vereinbar ist.
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Dieser Kompromiss besteht zur Zeit
bei der sogenannten Teleskopgabel.
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Diese Gabel besteht aus einer Lenkachse sowie
zwei rohrförmigen
und teleskopartigen Schenkeln, die parallel zur Lenkachse verlaufen.
Die oberen Teile dieser Schenkel sind an dieser Lenkachse mittels
zweier T-förmiger
Auflagen verbun den. Es hat ein T an jedem Ende der Lenkachse. Feder/Stossdämpfer-Einheiten
sind in den beiden Schenkeln enthalten, um die Funktion der Aufhängung zu
gewährleisten.
Die Radachse ist an den unteren Enden der beiden Schenkel befestigt.
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Man findet diese Bauart der Gabel
an 99% der weltweit hergestellten Motorräder und an mehr als 80% der
Geländefahrräder mit
aufgehängter
Gabel.
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Vorteile der Teleskopgabel:
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- 1. Aussehen: es handelt sich um einen sehr
einfach aussehenden Mechanismus, wobei der mechanische Teil im Innern
der Rohre versteckt ist.
- 2. Verringerte Herstellungskosten aufgrund der Einfachheit des
Mechanismus.
- 3. Harmonische Funktionsweise mit der Geometrie eines zweirädrigen Fahrzeugs:
die Neigung der Gabel ist derart, dass die beim Bremsen oder Überwinden
eines Hindernisses durch das Rad auf sie einwirkenden Kräfte bis
auf wenige Ausnahmen mit den Schenkeln dieser Gabel koaxial sind,
wodurch sich eine geringe Biegung ergibt.
- 4. Konstante Geometrie mit der Ausfederung (Durchfederung) der
Aufhängung,
da der Versatz der Radachse bezüglich
der Lenkachse konstant ist.
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Bei konstanter Lage (ohne Nickbewegung) ist
somit der Vorund Nachlauf konstant. Dieser verändert sich nur bei einer Veränderung
der Lage (Nickbewegung): das Abtauchen (Absenken) der Vorderaufhängung, Entspannung
der Hinteraufhängung, führt zu seiner
Verringerung. Ein Bocken (Hochgehen der Vorderräder) führt hingegen zu seiner Erhöhung. Beim Bremsen
(und somit beim Abtauchen) wird durch die Verlagerung der Massen
nach vorne die Lenkung erschwert, was dem Fahrer verbieten sollte,
gleichzeitig beim Bremsen zu lenken.
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Da die Verringerung des Vor- und
Nachlaufs eine Erhöhung
der vorderen Belastung ausgleicht, bleibt der Fahrer in der Lage,
ohne Schwierigkeit die Richtung zu verändern.
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Nachteile der Teleskopgabel:
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1. Reibung.
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Die Tauchkolben müssen in den Gabelhülsen ohne
Spiel gleiten. Es treten daher Reibungskräfte auf, die um so größer sind,
je stärker
die Schenkel Biegebeanspruchungen ausgesetzt werden.
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Die derzeitige Motorradtechnik möchte, dass die
Gabeln immer vertikaler werden (10° weniger in 20 Jahren). Diese
werden daher immer größeren Biegebeanspruchungen
ausgesetzt. Die durch die Bremsvorrichtungen erzielten Fortschritte
gehen in dieselbe negative Richtung (größere Biegebeanspruchung).
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Für
Geländefahrräder sind
die Änderungen der
Lage aufgrund des geringen Radstandes so groß, dass man zu demselben Problem
gelangt, wobei eine sehr vertikale Gabel beim Bremsen starke Biegespannungen
mit sich bringt. In diesem Zusammenhang arbeiten die Teleskopgabeln
immer schlechter.
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2. Linearität der Aufhängung einer
Teleskopgabel.
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Eine vordere Aufhängung ist noch mehr als eine
hintere Aufhängung
sehr großen
Belastungsänderungen
ausgesetzt. Bei einem Motorrad gelangt man leicht von 0 kg bei minimaler
Be lastung zu 300 kg bei maximaler Belastung. Eine lineare Aufhängung kann
bei derart unterschiedlichen Belastungen nicht richtig funktionieren
(zu hart für
die minimalen Kräfte
und zu weich für
die maximalen Kräfte).
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3. Steifigkeit.
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Zahlreiche Studien zeigen diese Schwäche. Bei
einem Motorrad erreicht die Torsionssteifigkeit einer Teleskopgabel
nicht einmal 6% derjenigen von Rahmen plus Motor, ihre Steifigkeit
gegenüber
einer Längsbiegung
ist unterhalb von 60%, und ihre Steifigkeit gegenüber einer
Querbiegung erreicht kaum 35%.
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4. Geometrie.
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Der Vor- und Nachlauf wird durch
den Nachlaufwinkel (Winkel der Lenksäule mit der Vertikalen), den
Radachsen-Versatz und den Umfang des Reifens bestimmt. Während des
Betriebs einer Teleskopgabel verändert
sich der Vor- und Nachlauf in Abhängigkeit von der einzigen Veränderlichen,
nämlich dem
Nachlaufwinkel (durch Änderung
der Lage), doch die Amplitude der Änderung des Vor- und Nachlaufs
mit der Lage ist nicht beherrschbar.
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Andere Gabeln:
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– Schwinghebel-Gabeln
(vor allem für
Roller) werden wegen ihres geringen Platzbedarfs in der Höhe ausgewählt, da
sie für
kleine Räder
gut angepasst sind. Sie haben wenig Amplitude mit Ausnahme der unter
dem Namen EARLES bekannten Gabeln, die einen großen Schwinghebel für einen
größeren Durchfederungsweg
aufweist, jedoch viel Rotationsträgheit um die Lenkachse herum
hat.
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Diese Schwinghebel arbeiten im allgemeinen
mit einem geschobenen Rad, doch gibt es auch solche mit gezogenem
Rad. Es sei daran erinnert, dass eine Gabel mit gezogenem Rad bedeutet,
dass sich der Schenkel vor der Radachse in der Bewegungsrichtung
befindet, während
es für
ein geschobenes Rad umgekehrt ist.
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– Parallelogramm-Gabeln.
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Die Parallelogramm-Gabel ist der
Vorfahre der aufgehängten
Gabel für
ein Motorrad. In der heutigen Zeit wurde sie durch die Teleskopgabel
abgelöst.
Sie wurden jedoch beide zu Beginn des Jahrhunderts erfunden. Die
Parallelogramm-Gabel
ist bei Motorrädern
verschwunden, doch gibt es mehrere von ihnen für Geländefahrräder. Sie arbeiten immer mit
geschobenem Rad. Leider haben sie einen geringen Durchfederungsweg
(80/90 mm maximal), und ihre theoretischen Vorteile finden sich
im Gelände nicht
wieder.
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Eine Parallelogrammgabel für ein Fahrrad
ist z. B. in dem Dokument WO 97/46443 beschrieben.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, eine aufgehängte
Vordergabel bereitzustellen, welche die Reibung eliminiert, eine
progressive Aufhängung
besitzt, eine große
Steifigkeit aufweist mit einer Möglichkeit
zur Einstellung der Geometrie und zur Änderung des Nachlaufwinkels,
um all dies der Bauart des auszustattenden Fahrzeugs anzupassen.
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Hierfür weist die Gabel die Merkmale
des Anspruchs 1 auf.
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Bei einer Ausführungsform weist das starre Gestell
zwei horizontale Platten auf, und zwar oben und unten, die an dem
oberen bzw. dem unteren Ende der Lenkachse angeordnet sind, an deren
seitlichen Rändern
die vertikalen Flansche befestigt sind.
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Bei einer herkömmlichen Ausführungsform weist
diese Gabel zwei parallele Schenkel auf, die mittels eines Versteifungsteils
miteinander verbunden sind, wobei sich jede Stange in zwei miteinander verbundene
Arme gabelt.
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In einem Merkmal der Erfindung befindet sich
die Schwenkachse der oberen Stange auf dem starren Gestell zwischen
den beiden Platten, während
die Schwenkachse der unteren Stange auf dem starren Gestell sich
unterhalb der unteren Platte befindet.
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Um eine große Ausfederung ohne Störung der
Benutzungsbedingungen des Fahrzeugs zu ermöglichen, haben die Arme der
beiden Stangen einen Abstand, der größer als die jeweilige Breite
der oberen Platte, der Lenkachse und des Dämpfungselements ist, um von
der einen zur anderen Seite dieser Elemente gelangen zu können.
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Die Arme der Stangen können sich
innerhalb oder außerhalb
der vertikalen Flansche befinden.
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Gemäss einer ersten Möglichkeit
wirkt das elastische Dämpfungselement
unmittelbar auf eine der beiden Stangen mittels eines Teils ein,
das mit der betreffenden Stange verbunden ist, wobei die Schwenkachse
des Dämpfers
auf diesem Teil bezüglich
der Achse der Stange versetzt ist, so dass in der maximalen Kompressionsstellung
der Feder die Linie, welche durch die Schwenkachse des Dämpfers und
durch die Schwenkachse der betreffenden Stange auf dem starren Gestell
verläuft,
im wesentlichen senkrecht zur Achse des Dämpfers ist.
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Wichtig ist, dass diese Anordnung
es ermöglicht,
eine Progressivität
der Dämpfung
zu erzeugen.
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Gemäss einer anderen Ausführungsform dieser
Gabel ist das untere Ende des elastischen Dämpfungselements an einem Einsatz
gelenkig gelagert, der seinerseits auf dem starren Gestell schwenkbar
gelagert ist und an dem ein Ende eines Stabes schwenkbar gelagert
ist, dessen anderes Ende an der unteren Stange schwenkbar gelagert
ist, wobei die drei Schwenkachsen auf dem Ansatz derart angeordnet
sind, dass sie ein Dreieck bilden, in welchem die Schwenkachse des
unteren Endes des Dämpfers
auf dem Ansatz sich zwischen den beiden anderen Achsen und unterhalb
von ihnen befindet.
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Ein besseres Verständnis der
Erfindung ergibt sich anhand der nun folgenden Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung, die mehrere Ausführungsformen
dieser Gabel zeigt:
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1 ist
eine Seitenansicht einer ersten Gabel im Ruhezustand;
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2 ist
eine Vorderansicht davon;
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3 ist
eine Seitenansicht davon in der komprimierten Stellung des Dämpfungselements;
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4 bis 6 sind Ansichten einer zweiten
Gabel mit großer
Ausfederung (Durchfederungsweg), die jeweils den Ansichten der 1 bis 3 der ersten Ausführungsform entsprechen;
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7 ist
eine Elastizitätskurve
der Gabel von 4 bis 6;
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8 und 9 sind zwei Ansichten einer
Gabel für
ein Mehrzweck-Geländefahrrad
von der Seite bzw, von vorne;
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10 zeigt
die Elastizitätskurve
dieser Mehrzweck-Gabel;
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11 und 12 sind eine Seitenansicht
bzw. eine Vorderansicht einer Gabel für ein Straßenmotorrad mit großem Hubraum;
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13 zeigt
die Elastizitätskurve
der Gabel für
das Motorrad.
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Die in 1 gezeigte
Gabel umfasst zwei parallele Schenkel 2, die an ihrem unteren
Ende eine Befestigungsvorrichtung 3 für die Achse eines Rades und
an ihrem oberen Ende eine Stangenachse 4 aufweisen.
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Ungefähr 15 bis 20 cm unterhalb dieser
Achse 4 – Dieser
Wert ist ein Kompromiss zwischen Belastung und zur Verfügung stehendem
Raum – befindet
sich eine zweite Stangenachse 5 und ein die beiden Schenkel
vereinigender Steg 6.
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Zwei Stangen 7 und 8 derselben
Länge sind um
horizontale Achsen 9 und 10 schwenkbar montiert,
die in vertikalen Flanschen 12 positioniert sind, die mit
der Lenkachse 13 vor dieser mittels einer unteren Platte 14,
die an dem unteren Ende der Lenkstange befestigt ist oder einer
oberen Platte 15, die am oberen Ende der Lenkstange befestigt
ist, verbunden sind.
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Die Achsen 9 und 10 sind überlagert
und etwa 15 bis 20 cm beabstandet, so dass die Stangen 7, 8 den
richtigen Winkel bilden. Die Achsen 9 und 10 bestimmen
eine Ebene, die im wesentlichen parallel zur Lenkachse ist, doch
kann diese Ebene z. B. in Abhängigkeit
von der Längendifferenz
der Stangen geneigt sein. Eine weitere Besonderheit der Achsen 9 und 10 besteht
darin, dass sie vor den beiden Schenkeln 2 angeordnet sind.
Diese Gabel umfasst somit eine Feder/Stossdämpfer-Einheit 16, deren oberes
Ende bei 17 an der oberen Platte 15 befestigt und
angelenkt ist und deren unteres Endes bei 18 an einem Teil 19 befestigt
und angelenkt ist, das mit der oberen Stange verbunden ist. Es kann
gesagt werden, dass der Punkt 18 so positioniert ist, dass
in der maximalen Kompressionsstellung des Elements 16 die
durch den Punkt 18 und den Punkt 19 verlaufende
Linie im wesentlichen senkrecht zur Achse des Dämpfungselements 16 ist.
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Die beiden Arme 2 haben
keine Teleskopelemente und sind vollständig steif. Vorteilhafterweise sind
sie rohrförmig,
so dass sie den Abstand zwischen den Achsen 4 und 5 mit
Hilfe von Gleitkrägen regeln
können.
Sie können
auch aus einer maschinell bearbeiteten oder gegossenen, mechanisch
verschweißten
Leichtmetalllegierung oder auch aus Kohlenstoff oder dergleichen
bestehen, um den Belastungen widerstehen zu können. Bei nicht-rohrförmigen Schenkeln
kann der Abstand zwischen den Achsen 4 und 5 über Exzenter
einstellbar sein.
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Die Stangen 7 und 8 bestehen
aus maschinell bearbeiteter Aluminiumlegierung für das Fahrrad oder aus einer
mechanisch verschweißten
Konstruktion für
das Motorrad.
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Wie jede Parallelogramm-Gabel ist
auch die erfindungsgemäße Gabel
steifer als eine Teleskop-Gabel und hat keine Reibung. Wie bei einer
Teleskopgabel hat sie eine größere Ausfederung
als eine Parallelogramm-Gabel mit geschobenem Rad. Im Gegensatz
zu den beiden Bauarten der Gabel hat sie eine Aufhängungs-Progressivität, die in
ihrer Funktion mit enthalten ist:
- – Bei in 1 dargestellter entspannter
Aufhängung
sind die Schwenkachsen 9 und 10 der Stangen 7 und 8 auf
den Flanschen 12, die sich oberhalb und vor den Schwenkachsen 4 und 5 auf
den Schenkeln befinden. Die auf die Radachse und somit auf die Schenkel
während
des Überwindens eines
Hindernisses durch das Rad oder beim Bremsen einwirkende Kraft ist
senkrecht zu den Stangen 7 und 8 und erzeugt ein
maximales Kompressions-Drehmoment.
- – Bei
in 3 dargestellter komprimierter
Aufhängung
führen
die Stangen 7 und 8 eine Drehung von etwa 90° durch, wobei
ihre Schwenkachsen 9, 10 auf den Flanschen sich
dann unterhalb und stets vor den Achsen 4 und 5 auf
den Schenkeln befinden. Die Stangen 7, 8 sind
somit parallel zur Achse der einwirkenden Kraft, wie zuvor auf die Radachse
und die Schenkel. Das Kompressions-Drehmoment wird praktisch Null.
Die Aufhängung
verhärtet
sich viel schneller als eine lineare Aufhängung. Sie ist progressiv.
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Im Vergleich dazu haben Parallelogramm-Gabeln
mit geschobenem Rad ein umgekehrtes Verhalten: ihre Aufhängung ist
regressiv.
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Die erfindungsgemäße Gabel überlässt ihrem Entwickler die Wahl
der Amplitude des Nachlaufs mit der Änderung der Lage: wenn die
Stangen parallel (und somit gleich) sind, ist diese Amplitude abhängig von
der Differenz zwischen der Neigung der Stangen bezüglich einer
Senkrechten zur Lenkachse bei entspannter Aufhängung und ihrer Neigung bei
maximaler Kompression, wobei diese Werte als Absolutwert genommen
werden. Je größer diese Differenz
ist, desto kleiner sind die Änderungen
des Vor- und Nachlaufs. Es ist möglich,
diese Amplitude des Vor- und Nachlaufs noch weiter zu verringern,
indem man auf Stangen mit ungleichen Längen sowie auf klug ausgewählte Achsabstände auf
den Flanschen und auf den Schenkeln zurückgreift. Diese Lösung wird
notwendig für
Fahrräder
und Motorräder, deren
Ausfederungen (die Federungswege) 170 mm übersteigen. Dennoch müssen selbst
in diesem letzten Fall die Stangen immer einen Winkel von etwa 60° bis 90° um ihre
Achse auf den Klappen beschreiben, um den besten Kompromiss zwischen
Platzbedarf und Ausfederung zu erzielen, wobei dieser Winkel zwangsläufig die
Senkrechte zur Lenkachse enthält,
die durch diese Achse verläuft.
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Berücksichtigt man die Amplitude
ihrer Drehung, so können
sich die Stangen niemals vor einer Parallelen zur Lenkachse befinden,
die durch ihre Achse auf den Flanschen verläuft.
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Die Gabel ist für sämtliche Fahrräder und sämtliche
Motorräder
anpassbar: die Höhe,
der Vor- und Nachlauf sowie die Aufhängungskenngrößen (die
Feder/Stossdämpfer-Einheit
ist unabhängig
von der Gabel und kann aus der Spanne der Hersteller für Federn
oder Reifen ausgewählt
werden) sind für
jeden Fall anpassbar.
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4 bis 6, bei denen dieselben Elemente durch
dieselben Bezugszeichen wie zuvor gekennzeichnet sind, zeigen eine
Gabel für
ein Geländefahrrad
für Abfahrten
mit einer sehr großen
Ausfederung (220 mm) mit Stangen 7, 8 ungleicher
Längen,
damit eine sehr geringe Änderung
des Vor- und Nachlaufs vorhanden ist. Sie besitzt eine Kompressionsstange, die
zwischen der unteren Stange 8 und dem Stossdämpfer 16 eingeschoben
ist, der dazu dient, um die Progressivität der Aufhängung zu erhöhen.
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Hierfür ist ein Ansatz 20 um
eine Achse 22 auf der unteren Platte 14 herum
schwenkbar montiert. Auf diesem Ansatz ist ebenfalls bei 23 das
untere Ende des Dämpfungselements 16 und
bei 24 das obere Ende einer Stange 25 angelenkt,
deren anderes Ende bei 26 auf der unteren Stange 8 angelenkt ist.
Wie in der Zeichnung gezeigt ist, bilden die drei Schwenkachsen 22, 23 und 24 ein
Dreieck, wobei die Achse 23 zur Befestigung des unteren
Endes des Stossdämpfers
zwischen den beiden anderen Achsen und unterhalb davon angeordnet
ist.
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Die aus Aluminium bestehenden, maschinell bearbeiteten
Stangen können
auf Nadellagern oder auf selbstschmierenden Ringen angelenkt bzw.
gelagert sein. Diese letzte Lösung
wurde hier wegen des Volumens und der Lastkapazität bevorzugt.
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Änderung der Geometrie.
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Verglichen mit einer Teleskop-Gabel
zur Abfahrt mit 145 mm Ausfederung (heute gibt es davon keine mit
220 mm), die auf einem Fahrrad mit 1050 mm Radabstand montiert ist,
das eine hinter Aufhängung
mit einer Ausfederung von etwa 200 mm besitzt, ergeben sich die
folgenden extremen Veränderungen
des Vor- und Nachlaufs:
- – bei maximalem Abtauchen:
übliche Teleskopgabel:
20 mm
neue Gabel: 60 mm
- – bei
maximalem Hochgehen der Vorderräder (Bocken):
Teleskopgabel:
150 mm
neue Gabel: 90 mm.
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Somit hat man also 130 mm Amplitude
für die
Teleskopgabel und lediglich 30 mm für die erfindungsgemäße Gabel
trotz einer viel größeren Ausfederung
bei letzterer (220 mm anstatt 145 mm).
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Die Achse 5 kann auf den
Schenkeln 2 durch ein Exzentersystem verschoben werden,
welches diese Änderung
des Vorund Nachlaufs (vertikale Einstellung) und auch den mittleren
Wert dieses Vor- und Nachlaufs (horizontale Regelung) nach Belieben verändern kann.
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Der Vorteil dieser Gabel besteht
somit darin, für
das Fahrzeug beim Bremsen (maximales Abtauchen) trotz einer sehr großen Ausfederung
der Aufhängung
eine gute Stabilität
beizubehalten, wobei die mit der Teleskopgabel erzielten 20 mm Vor-
und Nachlauf das Fahrrad unlenkbar machen.
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Im Gegensatz dazu verbietet ein Vor-
und Nachlauf von 150 mm beim Hochgehen der Vorderräder, den
man mit derselben Teleskopgabel erzielt, dem Fahrer eine Richtungsänderung,
wenn er schnell fährt.
Die Erfindung verhindert diese beiden Extreme.
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Progressivität der Aufhängung.
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7 gibt
Elastizitätskurven
der Gabel für die
Abfahrt mit einer Federabgleichung von 75 N/mm an, wobei man den
Winkel α berücksichtigt,
den die auf die Radachse einwirkende Kraft mit der Richtung der
Lenkachse der Gabel bildet. Diese Kurven zeigen, dass die extreme
Progressivität
der Abfahrtsgabel es ermöglicht,
das zu vereinen, was mit einer linearen Aufhängung unmöglich ist:
- – am Anfang
des Hubs bewirkt eine Kompressionskraft 5 kg ein Absenken von 50
mm, was einer sehr großen
Weichheit der Aufhängung
entspricht.
- – am
Ende des Hubs bewirkt dieselbe Kraft von 5 kg nur noch eine Kompression
von 2 mm. Man beachte, dass eine Erhöhung des Winkels α diese Kompression
noch weiter verringert. Nun nimmt der Winkel α aber mit der Intensität des Bremsens zu.
Dies bedeutet, dass die Gabel in ihrer Funktionsweise eine Anti-Abtauchwirkung
hat.
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8 und 9, in denen dieselben Elemente durch
dieselben Bezugszeichen wie zuvor gekennzeichnet sind, zeigen eine
Mehrzweck-Gabel für
ein Geländefahrrad.
Die Ausfederung beträgt
135 mm. Da die Änderungen
der Lage mit 135 mm weniger groß sind
als in dem vorhergehenden Fall (Abfahrt) mit 220 mm, bewirken diese
eine geringere Veränderung
des Vorund Nachlaufs. Aus diesem Grund sind die Stangen 7, 8 parallel
und haben die gleiche Länge.
Es gibt keine Schubstange 26 zwischen der Stange und dem
Stossdämpfer,
da die "natürliche" Progressivität dieser
Gabel für
eine Ausfederung von 135 mm ausreicht. Der Stossdämpfer 16 wird
durch die obere Stange 7 betätigt.
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Man verwendet in diesem Fall vorzugsweise eine
oliopneumatische Einheit und keine Feder/Stossdämpfer-Einheit.
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Änderung der Geometrie.
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Wenn man dieselbe Vergleichsbasis
wie für die
Gabel des Abfahrtfahrrads verwendet (dasselbe Fahrrad, dieselbe
Bezugsgabel), ergeben sich die folgenden extremen Änderungen
des Vor- und Nachlaufs:
- – bei maximalem Abtauchen:
Teleskopgabel:
20 mm
neue Gabel: 50 mm
- – bei
maximalem Hochgehen der Vorderräder (Bocken):
Teleskopgabel:
150 mm
neue Gabel: 140 mm
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Somit hat man also 130 mm Amplitude
für den
Vor- und Nachlauf der Teleskopgabe und 90 mm für die neue Gabel.
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Aufgrund der progressiven Aufhängung gerät die neue
Gabel nur schwer in die neue Situation des maximalen Hochgehens,
da sie viel negativen Hub hat (Kompression, die sich aus dem alleinigen Gewicht
von Fahrrad plus Fahrer ergibt). Es ist keine Regelung bzw. Einstellung
für die
Position der Achsen 4 und 5 vorgesehen, da die
Stangen parallel bleiben müssen.
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Progressivität der Aufhängung.
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10 gibt
die Elastizitätskurven
dieser Gabel an für
ein Mehrzweck-Geländefahrrad
mit einer Federabgleichung von 75 N/mm unter Berücksichtigung des Winkels α, den die
auf die Radachse einwirkende Kraft mit der Richtung der Lenkachse
der Gabel bildet. Die Kurve α =
20° entspricht
den Vertikalkräften:
das Gewicht Fahrrad plus Fahrer auf die Vorderradachse sowie die
Tretkräfte
beim Radeln. Diese Kurve ist geradlinig (lineare Funktionsweise).
Da das beim Radeln bewirkte Treten die vordere Last um etwa 20 kg
(z. B. zwischen 30 und 50 kg) verändert, stellt dies einen Hub
von 25 mm dar, der durch die Dämpfungskräfte verringert
wird. Die Amplitude bleibt in einer akzeptablen Norm. Die Kurve α = +15° entspricht
den Kräften,
die durch Bremsungen und das Überwinden
von Hindernissen mit großer
Amplitude erzeugt werden. Die Kurve α = 0° entspricht dem Überwinden
von Hindernissen kleiner Amplitude. Die Divergenz dieser beiden
Kurven nach oben zeigt eine Anti-Abtauchwirkung der neuen Gabel,
wodurch die Lageänderungen
(Nickbewegungen) begrenzt werden. Die Kurve α = +15° zeigt eine sehr große Progressivität: 5 kg
bewirken ein Abtauchen von 15 mm zu beginn des Hubes, während 5
kg ein Abtauchen von 5 mm am Ende des Hubes bewirken. Dies verbietet
praktisch das Aufsitzen bzw. Durchschlagen auf großen Hindernissen
oder bei abgestützten Bremsungen.
Diese neue Gabel hat somit einen Geometrie- und Progressivitätsvorteil
bezüglich
einer Teleskopgabel.
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11 und 12, bei denen dieselben Elemente
durch dieselben Bezugszeichen wie zuvor gekennzeichnet sind, zeigen
eine Gabel für
ein Straßenmotorrad
mit großem
Hubraum (750 cm3 in dem vorliegenden Fall).
Seine Ausfederung beträgt 135
mm, wobei die Stangen 7, 8 parallel sind und dieselbe Länge haben,
da aufgrund der kleinen Aufhängungsamplituden
die Lageänderungen
verringert sind. Da die Feder/Stossdämpfer-Einheiten 16 eines Motorrads
viel länger
als diejenigen der Fahrräder
sind, ist es hier die untere Stange 8, welche diejenige
dieser Gabel komprimiert. Die Schenkel 2 bestehen aus einer
maschinell bearbeiteten Leichtmetall-Legierung mit einem Versteifungssteg
bei den Achsen der unteren Stangen, der die beiden Schenkel vereint.
Die Gelenke bzw. Schwenkvorrichtungen werden durch kombinierte Nadellager
gebildet.
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Änderung der Geometrie.
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Die durch die Teleskopgabel beim
Verhalten eines Straßenmotorrads
aufgeworfenen Problemen sind nicht dieselben wie die bei einem Geländefahrrad.
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Es ist schwierig, bei einem Motorrad
die Handhabbarkeit beim Einfahren in eine Kurve und die Stabilität bei hoher
Geschwindigkeit zu vereinen, da es entweder zuviel Nachlauf für den Winkel
gibt oder zuwenig in der geraden Linie. Da die Lage des Motorrads
sich nur wenig verändert,
ist die Amplitude des Nachlaufs im Gegensatz zu der des Geländefahrrads ungenügend.
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Das Hochgehen beim Verlassen der
Kurve unter der Einwirkung der erneuten Beschleunigung erhöht den Nachlauf
viel zu sehr, wodurch der Fahrer gezwungen wird, seine Bahn auszuweiten.
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Verglichen mit einer Teleskopgabel
mit 120 mm Ausfederung, die auf einem Sportmotorrad mit 1400 mm
Radabstand und 130 mm Ausfederung für die hintere Aufhängung montiert
ist, hat die neue Gabel die folgenden Änderungen des Vor- und Nachlaufs:
- – bei
maximalem Abtauchen:
Teleskopgabel: 85 mm
neue Gabel:
85 mm
- – im
Stillstand:
Teleskopgabel: 104 mm
neue Gabel: 110 mm
- – bei
maximalem Hochgehen:
Teleskopgabel: 133 mm
neue Gabel:
103 mm
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Bei gleicher Handhabbarkeit beim
Eintritt in eine Kurve (maximales Abtauchen) verleiht die neue Gabel
somit bei geradliniger Fahr mehr Stabilität (110 mm anstelle von 104
mm Nachlauf) und vor allem eine viel größere Leichtigkeit für das Verlassen
der Kurven, da der Nachlauf abnimmt (103 mm anstelle von 133 mm
für die
Teleskopgabel).
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Progressivität der Aufhängung:
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13 zeigt
die Elastizitätskurven
der neuen Motorradgabel für α = 0° und α = 25° mit einer
Federabgleichung von 110 N/mm. Die erste entspricht den Kräften, die
durch das Überwinden
kleiner Höhenunterschiede
bzw. Unebenheiten eingeleitet werden, die man auf der Strasse häufig findet.
Die Kurve α =
25° entspricht
den Kräften,
die durch eine starke Bremsung eingeleitet werden, und zwar um 45° bezüglich der
Vertikalen geneigte Kräfte
verringert um 20% Neigung der Lenkachse. Der isolierte Punkt auf der
Grafik entspricht dem Absenken der Aufhängung unter der Einwirkung
des alleinigen Gewichts der Einheit Motorrad plus Fahrer (Motorrad
mit 200 kg sowie Fahrer mit 70 kg). Die Position dieses Punktes
zeigt einen sehr großen
negativen Hub, der es der Aufhängung
ermöglicht,
selbst dann zu funktionieren, wenn der Vorderteil des Motorrads
durch dessen Beschleunigungen sehr stark entlastet wird. Insbesondere
beobachtet man, dass selbst eine Belastung von 10 kg schon ein Eintauchen
von 10 mm bewirkt. Eine Teleskopgabel arbeitet immer mit einer Vorspannung. Diese
Vorspannung, zu der noch die Reibungskräfte hinzukommen, bewirken,
dass eine vier bis fünfmal größere Belastung
notwendig ist, um einen Kompressionsbeginn auszuüben. Dieses Nicht-Funktionieren der
Teleskopgabel auf Erhebungen im Falle einer starken Entlastung ist
die Ursache eines sehr gefährlichen
Motorrad-Phänomens:
Lenkerschwingungen. Dieses Phänomen
wird mit der neuen Gabel unterdrückt.
Die Kurve α =
0 ist stärker
aufgerichtet als die Kurve α =
25°. Dies
bedeutet, dass die Gabel aus Schwingungen, die sich aus kleinen
Unebenheiten ergeben, weicher ist als aus kräftigen Bremsreaktionen. Dies
bedeutet, dass kleine Unebenheiten stets sehr gut absorbiert werden,
dass aber die durch das Bremsen eingeleiteten sehr starken Kräfte bei
ihr kein Durchschlagen (Aufsitzen) bewirken können.
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Eine Teleskopgabel hat eine begrenzte
Ausfederung unter anderem wegen der in dem vorhergehenden Absatz
behandelten geometrischen Gründe. Dies
erklärt,
dass sie stets eine Vorspannung hat und sie dennoch immer an der
Grenze des Durchschlagens beim Bremsen ist. Dies verhindert nicht,
dass sie einen viel zu niedrigen Elastizitätskoeffizienten hat (härtere Aufhängung),
wobei ihre lineare Aufhängung
Extreme nicht miteinander vereinigen kann.
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Diese sehr progressive neue Gabel,
die auf kleine Unebenheiten viel weicher reagiert als auf starkes
Bremsen und auf Belastungsänderungen
von weniger als 10 kg reagieren kann, erweist sich im Betrieb gegenüber einer
Teleskopgabel als weitaus überlegen.
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Die Verschiedenheit der hier dargestellten Anwendungen
zeigt, dass jegliches Fahrzeug mit zwei aufgehängten Rädern durch Verwenden dieser Erfindung
einen Vorteil bekommt. Lediglich der Fall des Geländemotorrads
wurde nicht behandelt, doch er lässt
sich dem Fall des Abfahrtfahrrads aufgrund der erforderlichen Ausfederungen
angleichen (250 bis 300 mm). Es ist somit möglich, jede Teleskopgabel durch
die erfindungsgemäße Gabel
ohne eine Abwandlung ihrer allgemeinen Auslegung zu ersetzen. Einzige
Einschränkung:
die Verkleidungen, Scheinwerfer und die Armaturentafel der Motorräder müssen angepasst
werden, um sie aufzunehmen. Doch diese Abwandlungen bewirken keine
gravierenden ästhetischen
Veränderungen.
Die sehr spitzen Verkleidungen (um einen negativen aerodynamischen
Auftrieb zu erzielen) verdecken ohne weiteres das Vorstehen dieser
neuen Gabel. Neuartige Erscheinungsbilder mit aufwändiger Oberfläche führen ebenfalls
zu einem starken Raumgewinn im Innern der Verkleidungen, wodurch
die Montage dieser neuen Gabel erleichtert wird. Die Anpassung dieser
Erfindung ist nicht nur für
alle diese Fahrzeuge möglich, sondern
es ist auch sehr interessant, sie zu untersuchen, um speziell diese
neue Gabel aufzunehmen. Insbesondere ist es vorteilhaft, kleinere
Nachlaufwinkel zu verwenden, da die derzeitigen Winkel nur deshalb
gerechtfertigt sind, weil man sich um das richtige Funktionieren
der Teleskopgabeln sorgt. Diese Verringerung des Nachlaufwinkels
ermöglicht
kleinere Änderungen
des Vorund Nachlaufs und somit die Verwendung der Version der Erfindung
mit parallelen Stangen in allen Fällen.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht
nur auf die hier beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen dieser Gabel beschränkt. So
könnte
die Gabel insbesondere lediglich einen Schenkel aufweisen, das starre
Gestell könnte
anders sein und z. B. nur eine untere Platte und einen vertikalen
Flansch aufweisen, ohne dass man dadurch den Rahmen der Er findung
verlässt,
wie sie in den beigefügten
Ansprüchen
bestimmt ist .