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Hintergrund der Erfindung
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1. Anwendungsgebiet
der Erfindung
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Diese
Anmeldung hat Bezug zum Europäischen
Patent EP-A-0888959 desselben Anmelders.
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Fahrradfederungen. Konkreter betrifft
diese Erfindung eine Fahrradfederung, um ein erstes Rahmenteil mit
einem zweiten Rahmenteil elastisch zu verbinden. Die Federungsbaugruppe
kann entweder eine hintere Federungsbaugruppe, eine Sitzfederungsbaugruppe oder
eine Lenkstangenfederungsbaugruppe sein. In einer hinteren Federungsbaugruppe
ist das hintere Rahmenteil elastisch mit dem Hauptrahmenteil so verbunden,
dass das hintere Rahmenteil um ein Tretlager schwenkt.
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2. Informationen
zum Stand der Technik
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Rad
fahren wird zu einer immer populäreren Form
der Entspannung sowie zu einer Transportmöglichkeit. Weiterhin wurde
Rad fahren ein sehr populärer
Wettkampfsport sowohl für
Amateure als auch für
Berufsfahrer. Gleichgültig,
ob das Fahrrad zur Erholung, als Transportmittel oder zum Wettkampf
verwendet wird, verbessert die Fahrradindustrie ständig die
verschiedenen Fahrradbauteile. In der Vergangenheit hatten die meisten
Fahrräder
starre Rahmen, welche typischerweise die Stöße, die von rauen Fahrbahnen
herrührten,
direkt auf den Fahrer übertrugen.
Mit anderen Worten waren die meisten Fahrräder nicht mit irgendeiner Art
von Federung versehen.
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In
der letzten Zeit wurden Fahrräder,
insbesondere Mountain-Bikes (MTB) und All-Terrain-Bikes (ATB) mit vorderen und/oder
hinteren Federungsbaugruppen ausgestattet, um die Stöße, die
auf den Fahrer übertragen
werden, wenn er über
ein raues Pflaster fährt,
zu absorbieren. Weiterhin sind Lenkstangen und Sattel nunmehr ebenfalls
mit Federungen ausgerüstet.
Diese Federungsbaugruppen reichen von sehr einfach bis sehr kompliziert.
Diese Federungsbaugruppen des Standes der Technik besitzen jedoch
viele Nachteile. Zum Beispiel sind einige der Federungsbaugruppen
des Standes der Technik teuer in der Herstellung und/oder schwierig
zu montieren. Einige der Federungsbaugruppen des Standes der Technik
erfordern ständige
Justierungen. Andere Federungsbaugruppen zeigen nachteilige Auswirkungen
auf die Fahreigenschaften.
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Beispiele
für einige
Fahrräder
des Standes der Technik, welche hintere Federungsbaugruppen verwenden,
sind in den folgenden US-Patenten beschrieben: 3,942,821 von Bock;
5,121,937 von Lawwill; 5,205,572 von Buell u. a.; 5,217,241 von
Girvin; 5,226,674 von Buell u. a.; 5,244,224 von Busby; 5,259,637
von Busby; 5,284,354 von McWethy; 5,306,036 von Busby; 5,316,327
von Bell; 5,332,246 von Buell; 5,354,085 von Gally; 5,370,411 von
Takamiya u. a.; 5,385,361 von De Bei; 5,409,249 von Busby; 5,460,396
von Sutter u. a.; 5,474,318 von Castellano; 5,498,013 von Hwang;
5,570,896 von Collins und 5,611,557 von Farris u. a.
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Angesichts
des oben genannten besteht Bedarf an einer Fahrradfederung, welche
die vorstehend erwähnten
Probleme des Standes der Technik überwindet. Diese Erfindung
wendet sich dem aus dem Stand der Technik abgeleiteten Bedarf sowie
anderen Erfordernissen zu, was für
die Fachwelt aus der folgenden Beschreibung verständlich wird.
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Eine
Fahrradfederungsbaugruppe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 ist aus
CH1423367 und
JP-A02159432 bereits bekannt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Fahrradfederungsbaugruppe
entsprechend Patentanspruch 1 gerichtet. Ein zweiter Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist auf einen Fahrradrahmen nach Patentanspruch
13 gerichtet. Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen
Fahrradrahmen nach Patentanspruch 14.
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Die
Federung entsprechend der vorliegenden Erfindung kann eine hintere
Federungsbaugruppe, eine Sitzfederungsbaugruppe oder eine Lenkstangenfederungsbaugruppe
sein. Tatsächlich
kann die erfindungsgemäße Federungsbaugruppe
zwischen jedem von zwei Rahmenteilen je nach Notwendigkeit und/oder
Wunsch verwendet werden.
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Diese
und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung
sollen der Fachwelt durch die folgende detaillierte Beschreibung
in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen, welche eine bevorzugte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen, besser verständlich werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Nunmehr
soll auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen werden, welche
einen Teil dieser ursprünglichen
Offenbarung bilden:
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1 ist
eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fahrrades, welche eine
hintere Federungsbaugruppe und eine Lenkstangenfederungsbaugruppe
entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält;
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2 ist
eine vergrößerte Teilseitenansicht des
in 1 dargestellten Fahrradrahmens, welche die Verbindung
zwischen dem Hauptrahmenteil und dem hinteren Rahmenteil zeigt;
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3 ist
eine Seitenansicht der hinteren Federungsbaugruppe, bei welcher
aus darstellerischen Gründen
das Tretlager weggelassen wurde;
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4 ist
eine Draufsicht auf die hintere Federungsbaugruppe, wie sie sich
in Richtung des Pfeiles A in 2 ergibt,
und bei welcher das hintere Rahmenteil aus darstellerischen Gründen im
Querschnitt dargestellt ist;
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5 ist
eine Ansicht von vorn der in 3 dargestellten
Federungsbaugruppe in Explosionsdarstellung;
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6 ist
eine Seitenansicht des äußeren Federungsteiles
für die
Federungsbaugruppe, die in den 1 bis 5 dargestellt
ist;
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7 ist
eine Seitenansicht des zwischengefügten Federungsteiles für die Federungsbaugruppe,
die in den 1 bis 5 dargestellt
ist;
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8 ist
eine Seitenansicht des inneren Federungsteiles für die Federungsbaugruppe, die
in den 1 bis 5 dargestellt ist;
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9 ist
eine Ansicht von rechts auf das innere Federungsteil, welches in 8 dargestellt
ist, für
die Federungsbaugruppe, die in den 1 bis 5 dargestellt
ist;
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10 ist
eine Teilschnittansicht des in den 8 und 9 dargestellten
inneren Federungsteiles für
die Federungsbaugruppe, die in den 1 bis 5 dargestellt
ist;
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11 ist
eine Querschnittsansicht von einem der stoßabsorbierenden Elemente entsprechend
einer erfindungsgemäßen Struktur;
und
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12 ist
eine Querschnittsansicht von einem der stoßabsorbierenden Elemente entsprechend
einer anderen erfindungsgemäßen Struktur.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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In
den 1 und 2 ist zunächst ein Fahrrad 10 dargestellt,
welches einen Rahmen 12 mit einer hinteren Federungsbaugruppe 14 und
einer Lenkstangenfederungsbaugruppe 14' entsprechend der vorliegenden
Erfindung besitzt. Der Rahmen 12 umfasst im Wesentlichen
ein erstes oder Hauptrahmenteil 16 sowie ein zweites oder
hinteres Rahmenteil 18 mit einer Federungsbaugruppe 14,
welche elastisch das hintere Rahmenteil 18 mit dem Hauptrahmenteil 16 verbindet,
um die darauf wirkenden Stöße zu absorbieren.
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Das
Fahrrad 10 umfasst weiterhin ein Hinterrad 19,
das um eine hintere Nabe 19a drehbar befestigt ist, ein
Vorderrad 20, das um eine vordere Nabe 20a drehbar
befestigt ist, sowie eine Antriebsbaugruppe 22, um das
Fahrrad 10 anzutreiben. Die Antriebsbaugruppe 22 umfasst
im Wesentlichen ein Tretlager 23, eine Kurbelbaugruppe 24 mit
einem vorderen Kettenring oder Zahnkranz 25, einem Paar von
Kurbelarmen 26 mit Pedalen 27, eine Antriebskette 28 und
einen hinteren Zahnkranz 29, der mit der hinteren Nabe 19a des
Hinterrades 19 in bekannter Weise gekoppelt ist. Weil diese
Teile des Fahrrades 10 aus dem Stand der Technik allgemein
bekannt sind, sollen diese im Weiteren weder beschrieben noch detailliert
dargestellt werden, es sei denn, dass sie im Zusammenhang mit der
vorliegenden Erfindung verändert
werden. Weiterhin können
verschiedene bekannte Fahrradteile, z. B. Bremsen, Schaltungen,
zusätzliche
Speichen usw., welche hier nicht dargestellt und/oder beschrieben
werden, in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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In
der hier dargestellten Ausführungsform
ist das Hauptrahmenteil 16 aus einer Mehrzahl von starren
rohrförmigen
Teilen zusammengesetzt, welche fest miteinander verbunden sind.
Das Hauptrahmenteil 16 umfasst eine Sattelverbindung 30,
eine vordere Gabelverbindung 32 und eine hintere Antriebsverbindung 34.
Das Hauptrahmenteil 16 ist vorzugsweise aus einem starren
Material, z. B. Stahl, einer Chrom-Molybdän-Legierung, einem Karbon-Verbundwerkstoff,
aus Aluminium oder anderen bekannten Rahmenwerkstoffen hergestellt.
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Die
Sattelverbindung 30 verbindet vorzugsweise den Sattel 37 mit
dem Hauptrahmenteil 16 über
eine Sattelstütze 38 in
bekannter Weise. Insbesondere ist die Sattelstütze 38 in bevorzugter
Weise teleskopisch innerhalb des Rahmenrohres aufgenommen, welches
eine Sattelverbindung 30 bildet. Die Sattelstütze 38 wird
durch einen bekannten Sattelstützenbolzen
in der gewünschten
Position gehalten. Vorzugsweise ist der Sattelstützenbolzen ein schnell lösbarer Bolzen.
Die Sattelstütze 38 kann
verändert
werden, um eine Sattelstützenfederungsbaugruppe 14'' entsprechend der vorliegenden
Erfindung aufzunehmen. Die Federungsbaugruppe 14'' ist im Wesentlichen mit der Struktur
der hinteren Federungsbaugruppe 14 identisch, abgesehen
von der Größe der Einheit
und dass die Verbindungen zu den Rahmenteilen und zum Tretlager
modifiziert wurden. Deshalb soll die Federungsbaugruppe 14'' hier im Detail nicht beschrieben
oder dargestellt werden. Für die
Fachwelt ist klar, dass die Struktur der Federungsbaugruppe 14,
wie sie hier beschrieben wird, auch auf die Struktur der Federungsbaugruppe 14'' mit bestimmten Modifikationen
zutrifft.
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Die
Verbindung 32 für
die Vordergabel nimmt sowohl die Vordergabel 40 und das
Lenkstangenrohr 42 teleskopisch in bekannter Weise auf.
Die Vordergabel 40 lagert drehbar das Vorderrad 20 über eine vordere
Nabe 20a, während
das Lenkstangenrohr 42 die Lenkstange 46 lagert,
um die Vordergabel 40 schwenken und das Fahrrad 10 steuern
zu können. Eine
Lenkstangenfederungsbaugruppe 14' wird verwendet, um die Lenkstange 46 (Rahmenteil)
mit dem Lenkstangenrohr 42 (Rahmenteil) elastisch zu verbinden.
Die Federungsbaugruppe 14' ist
im Wesentlichen identisch mit der Struktur der hinteren Federungsbaugruppe 14,
mit Ausnahme der Größe der Einheit
und dass die Verbindungen zu den Rahmenteilen und zum Tretlager
modifiziert wurden. Deshalb soll die Federungsbaugruppe 14' hier im Detail
nicht beschrieben oder dargestellt werden. Für die Fachwelt ist klar, dass
die Struktur der Federungsbaugruppe 14, wie sie hier beschrieben
ist, mit bestimmten Modifikationen auch auf die Struktur der Federungsbaugruppe 14' zutreffen.
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Wie 4 zeigt,
ist die hintere Antriebsverbindung 34 vorzugsweise eine
U-förmige Halterung 50 mit
einem Paar von Befestigungsflanschen. Die Halterung 50 ist
an eines der rohrförmigen
Teile, die das Hauptrahmenteil 16 bilden, angeschweißt. Die Befestigungsflansche
der Halterung 50 erstrecken sich von dem Hauptrahmenteil 16 nach
hinten und sind voneinander beabstandet, um darin Platz zur Aufnahme
eines Teiles der Federungsbaugruppe 14 zu schaffen. Die
Federungsbaugruppe 14 ist so gestaltet, dass sie zwischen
den Flanschen der Halterung 50 aufgenommen und dann mittels
Schrauben und Muttern daran angeschraubt werden kann. Insbesondere
besitzt jeder der Flansche der Halterung 50 ein Paar von
Schraubbohrungen zur Aufnahme der Schrauben 56. Die Schrauben 56 haben
mit Gewinde versehene freie Enden, welche die Muttern 58 aufnehmen.
Somit werden die Schrauben 56 und die Muttern 58 verwendet,
um die Federungsbaugruppe 14 mit der Halterung 50 so
zu verbinden, dass das Hauptrahmenteil 16 leicht von der
Federungsbaugruppe 14 und dem hinteren Rahmenteil 18 durch bloße Entfernung
der Schrauben 56 und deren Muttern 58 demontiert
werden kann.
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Wie
am besten aus 4 erkennbar ist, umfasst das
hintere Rahmenteil 18 ein Paar von im Wesentlichen identischen
Armen 60. Jeder Arm 60 besitzt ein vorderes schwenkbares
Ende 62, welches fest mit einem Teil der Fahrrad-Federungsbaugruppe 14 gekoppelt
ist, wie dies im Weiteren noch beschrieben werden soll, sowie ein
hinteres Nabenbefestigungsende 64, welches mit der hinteren
Nabe 19a des Rades 19 in der Weise gekoppelt ist,
dass das Rad 19 sich um die hintere Nabe 19a zwischen
den Armen 60 des hinteren Rahmenteiles 18 drehen kann.
Die Arme 60 sind vorzugsweise aus starrem Material, z.
B. aus Aluminium, Stahl, einer Chrom-Molybdän-Legierung, einem Karbon-Verbundmaterial
oder irgendeinem anderen geeigneten Rahmenmaterial hergestellt.
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Nunmehr
soll auf die 1 bis 4 Bezug genommen
werden, in welchen der rechte Arm 60 dargestellt ist. Das
vordere schwenkbare Ende 62 jedes Armes 60 besitzt
eine mittlere Öffnung 70 zur Aufnahme
des Tretlagers 23 sowie fünf Schraubbohrungen 72 zur
Aufnahme der Schrauben 74, um sein vorderes schwenkbares
Ende 62 mit einem Teil der Federungsbaugruppe 14 zu
verbinden, wie dies im Weiteren noch beschrieben werden soll. Das
hintere Nabenbefestigungsende 64 besitzt einen sich links erstreckenden
Schlitz 76, welcher so gestaltet ist, dass er die mit Gewinde
versehenen Stützen
der hinteren Nabe 19a aufnehmen kann, um die hintere Nabe 19a in
bekannter Weise damit zu verbinden. Weil die hinteren Naben und
die Räder,
wie z. B. die hintere Nabe 19a und das Rad 19 allseits
bekannt sind, sollen diese Teile hier im Detail nicht weiter beschrieben
oder dargestellt werden.
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Nunmehr
soll auf die 3 bis 5 Bezug genommen
werden, und die Federungsbaugruppe 14 umfasst im Wesentlichen
ein äußeres Federungsteil 80,
ein inneres Federungsteil 82, ein zwischengefügtes Federungsteil 81 und
zwei Sätze
von stoßabsorbierenden
Elementen 84 und 86. Die Keile 87 sind zwischen
dem äußeren Federungsteil 80 und
dem zwischengefügten
Federungsteil 81 angeordnet, um die stoßabsorbierenden Elemente 84 vorzuspannen oder
leicht zusammenzudrücken.
In ähnlicher
Weise sind die Keile 88 zwischen dem zwischengefügten Federungsteil 81 und
dem inneren Federungsteil 82 angeordnet, um die stoßabsorbierenden
Elemente 86 vorzuspannen oder leicht zusammenzudrücken.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
verbinden die stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 das äußere Federungsteil 80 mit
dem inneren Federungsteil 82, wie dies am besten in den 6 und 8 erkennbar
ist. Grundsätzlich
ist das äußere Federungsteil 80 starr
mit der hinteren Antriebsverbindung 34 des Hauptrahmenteiles 16 verbunden,
wie dies aus 2 erkennbar ist. Das zwischengefügte Federungsteil 81 ist
koaxial zwischen dem äußeren Federungsteil 80 und
dem inneren Federungsteil 82 angeordnet. Der erste Satz
von stoßabsorbierenden Elementen 84 ist
zwischen dem äußeren Federungsteil 80 und
dem zwischengefügten
Federungsteil 81 angeordnet, um das äußere Federungsteil 80 und das
zwischengefügte
Federungsteil 81 elastisch miteinander zu verbinden. Der
zweite Satz von stoßabsorbierenden
Elementen 86 ist zwischen dem zwischengefügten Federungsteil 81 und
dem inneren Federungsteil 82 angeordnet, um das zwischengefügte Federungsteil 81 und
das innere Federungsteil 82 elastisch miteinander zu verbinden.
Das innere Federungsteil 82 ist fest mit den vorderen schwenkbaren
Enden 62 der Arme 60 des hinteren Rahmenteiles 18 verbunden,
wie dies in 4 erkennbar ist. Die ersten
und zweiten Sätze
von stoßabsorbierenden
Elementen 84 und 86 ermöglichen eine relative Schwenkbewegung
zwischen dem äußeren Federungsteil 80 und
dem inneren Federungsteil 82, um Stöße, die vom Hinterrad 19 auf
den Rahmen 12 übertragen
werden, zu absorbieren.
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Wie
die 5 und 6 zeigen, ist das äußere Federungsteil 80 aus
einem starren Material wie z. B. Aluminium, Stahl, einer Chrom-Molybdän-Legierung
oder anderen geeigneten Materialien gefertigt. Das äußere Federungsteil 80 besitzt
eine mittlere Öffnung 90,
wobei deren Hauptlängsachse
sich im Wesentlichen quer zur Hauptlängsachse des Fahrradrahmens 12 erstreckt.
Die Öffnung 90 ist
so gestaltet, dass sie das zwischengefügte Federungsteil 81 und
das innere Federungsteil 82 darin ebenso aufnehmen kann
wie das Tretlager 23 und die stoßabsorbierenden Elemente 84 und 86,
wie dies in 3 erkennbar ist. Dementsprechend
ist die Hauptlängsachse
der Öffnung 90 axial
zur Achse des Tretlagers 23 ausgerichtet. Die Öffnung 90 besitzt
zehn sich radial erstreckende Flansche oder Anschläge 92,
welche sich radial zur mittleren Längsachse der Öffnung 90 erstrecken.
Diese Flansche oder Anschlagteile 92 besitzen je ein Paar
von aufeinander zu weisenden Anschlagflächen zwecks Zusammenwirken
mit den stoßabsorbierenden
Elementen 84 (Vorspannungsteilen), wie dies im Weiteren
noch erläutert
werden soll.
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Wie
in den 5 und 6 erkennbar ist, besitzen die äußeren Federungsteile 80 auch
ein Paar von Befestigungsteilen 94 mit sich durch diese erstreckenden
Schraubbohrungen 96. Die Befestigungsteile 94 bilden
eine Hauptrahmenmontageverbindung zur Kopplung der Federungsbaugruppe 14 mit
dem Hauptrahmenteil 16 über
Schrauben 56 und deren Muttern. Im Einzelnen werden die
Schrauben 56 durch die Schraubbohrungen 54 in
einer der Halterungen 50 und danach durch die Schraubbohrungen 96 des äußeren Federungsteiles 80 und
letztlich durch die anderen beiden Schraubbohrungen 54 in der
anderen der beiden Halterungen 50 eingefügt. Am Ende
werden die Muttern auf die freien Gewindeenden der Schrauben 56 aufgeschraubt,
um das äußere Federungsteil 80 mit
dem Hauptrahmenteil 16 fest zu verbinden.
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Wie
die 7 zeigt, ist das zwischengefügte Federungsteil 81 aus
starrem Material, z. B. aus Aluminium, Stahl, einer Chrom-Molybdän-Legierung oder
anderen geeigneten Materialien hergestellt. Das zwischengefügte Federungsteil 81 besitzt
einen rohrförmigen
Abschnitt 97 mit zehn Flanschen oder Anschlagteilen 98,
die sich vom rohrförmigen
Abschnitt 97 radial nach außen erstrecken, sowie fünf Flanschen
oder Anschlagteilen 99, die sich vom rohrförmigen Abschnitt 97 radial
nach innen erstrecken. Beim rohrförmigen Abschnitt 97 erstreckt
sich die Hauptlängsachse
im Wesentlichen quer zur Hauptlängsachse
des Fahrradrahmens 12 und ist koaxial zu den Mittelachsen
des äußeren Federungsteiles 80 und
des inneren Federungsteiles 82 angeordnet. Die zehn sich
nach außen
erstreckenden Flansche oder Anschlagteile 98 besitzen je
ein Paar von aufeinander zu weisenden Anschlagflächen zum Zusammenwirken mit
den stoßabsorbierenden
Elementen 84 (Vorspannungsteilen). Die fünf sich
nach innen erstreckenden Flansche oder Anschlagteile 99 besitzen
andererseits je ein Paar aufeinander zu weisender Anschlagflächen zum
Zusammenwirken mit den stoßabsorbierenden
Elementen 86 (Vorspannungsteilen). Dementsprechend wird
der Stoß infolge
der Bewegung des Hinterrades 19 durch die elastische Verformung
der stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 während der relativen Drehung
der inneren und zwischengefügten
Teile 81 und 82 relativ zum äußeren Federungsteil 80 absorbiert.
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Nunmehr
soll auf die 3 sowie 8 bis 10 Bezug
genommen werden, und das innere Federungsteil 82 ist aus
einem starren Material, z. B. Aluminium, Stahl, einer Chrom-Molybdän-Legierung oder
aus anderen geeigneten Materialien hergestellt. Das innere Federungsteil 82 besitzt
einen Nabenabschnitt 102 mit einer sich durch diesen erstreckenden Bohrung 104 und
fünf Flanschen
oder Anschlagteilen 106, die sich vom Nabenabschnitt 102 radial
nach außen
erstrecken. Die mittlere Bohrung 104 ist vorzugsweise so
bemessen, dass sie das Tretlager 23 darin in bekannter
Weise aufnimmt. Insbesondere besitzt jedes Ende der mittleren Bohrung 104 Gewinde 108 zur
Gewindeverbindung mit dem Tretlager 23. Selbstverständlich ist
es für
die Fachwelt klar, dass die mittlere Bohrung 104 auch für andere
Struktur typen für
andere Typen von Tretlagern ausgeführt sein kann, oder mit Teilen,
welche die Fahrradtretkurbelwelle 23a darin drehbar lagern.
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In 3 ist
am besten erkennbar, dass das innere Federungsteil 82 innerhalb
der Mittelöffnung des
zwischengefügten
Federungsteiles 81 so aufgenommen ist, dass die Flansche 106 des
inneren Federungsteiles 82 zwischen den Flanschen 99 des zwischengefügten Federungsteiles 81 angeordnet sind,
wobei die stoßabsorbierenden
Elemente oder Vorspannungsteile 86 zwischen benachbarten
Flanschen 99 und 106 eingefügt sind. Die Flansche oder Anschläge 106 besitzen
vorzugsweise ein Paar von aufeinander zu weisenden Anschlagflächen zum
Zusammenwirken der stoßabsorbierenden
Elemente oder Vorspannungsteile 86, wenn das innere Federungsteil 82 innerhalb
der Mittelöffnung
des zwischengefügten
Federungsteiles 81 angeordnet ist. Jeder der Flansche 106 besitzt
eine Gewindebohrung 110 zur Aufnahme der Schrauben 74,
um die Arme 60 mit jeder Seite des inneren Federungsteiles 82 fest
zu verbinden. Weil das innere Federungsteil 82 fest mit
den Armen 60 des hinteren Rahmenteiles 18 verbunden
ist, bewegt sich das innere Federungsteil 82 und das hintere
Rahmenteil 18 zusammen relativ zum Hauptrahmenteil 16 und
dem äußeren Federungsteil 80,
welche, wie zuvor erwähnt,
fest miteinander verbunden sind. Selbstverständlich ist der Betrag der Dreh-
oder Schwenkbewegung zwischen dem äußeren Federungsteil 80 und
dem inneren Federungsteil 82 auf die Kompression der Vorspannungsteile 84 und 86 begrenzt.
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Die
stoßabsorbierenden
Elemente oder Vorspannungsteile 84 und 86 sind
vorzugsweise elastomere Teile, welche so bemessen und geformt sind, dass
sie zwischen dem äußeren Federungsteil 80, dem
zwischengefügten
Federungsteil 81 und dem inneren Federungsteil 82 aufgenommen
werden können.
Jedes der stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 kann als festes einstückiges Teil
aus einem einzigen elastischen Material hergestellt sein, wie dies
in 3 erkennbar ist. Alternativ können die stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 aus verschiedenen elastischen
und/oder kompressiblen Materialien aufgebaut sein. Beispiele für geeignete
Materialien für die
stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 sind feste Elastomere wie z.
B. Urethan oder elastomeres Schaummaterial, das von einer gasdichten
elastomeren Hülle
um geben ist, oder eine gasdichte elastomere Hülle, die mit einem kompressiblen
Fluid gefüllt
ist.
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In 11 ist
eines der stoßabsorbierenden Elemente 84 so
dargestellt, dass es einen äußeren Abschnitt 84a besitzt,
der aus einem gasdichten elastomeren Material besteht, sowie einem
hohlen Abschnitt 84b, der vollständig von einem äußeren Abschnitt 84a umgeben
ist. Der hohle Abschnitt 84b kann mit einem Fluid, z. B.
verdichteter Luft, oder mit anderen geeigneten Fluiden gefüllt sein.
Alternativ kann der hohle Abschnitt 84b mit einem kompressiblen
Material, z. B. einem Schaummaterial gefüllt sein, wie dies in 12 erkennbar
ist. In jedem der Beispiele der 11 und 12 dichtet
der äußere Abschnitt 84a die
darin befindliche Luft oder das darin befindliche Fluid ab. Durch
Verwendung von stoßabsorbierenden
Elementen 84, wie sie in den 11 und/oder 12 erkennbar
sind, ist eine dauerhafte Ermüdung
durch eine Benutzung mit hoher Kompressionszahl weniger wahrscheinlich.
Wenn die Luft innerhalb der stoßabsorbierenden
Elemente 84, die in den 11 und/12 erkennbar
sind, nicht austritt, ist die Federkonstante gering, und es tritt
keine dauerhafte Ermüdung
ein.
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Die äußeren stoßabsorbierenden
Elemente oder Vorspannungsteile 84 bestehen aus einem weicheren
Material oder besitzen eine niedrigere Federkonstante als die inneren
stoßabsorbierenden
Elemente oder Vorspannungsteile 86. Deshalb werden die
stoßabsorbierenden
Elemente oder Vorspannungsteile 84 und 86 nacheinander
zusammengedrückt.
Genauer gesagt, wenn das Hinterrad 19 auf ein Hindernis
trifft, veranlasst das hintere Rahmenteil 18 zunächst, dass
das innere Federungsteil 82 relativ zum Hauptrahmenteil 16 verschwenkt
wird. Dieses anfängliche
Schwenken des inneren Federungsteiles 82 bewirkt, dass
die inneren stoßabsorbierenden Elemente 86 und
das zwischengefügte
Federungsteil 81 miteinander schwenken, ohne irgendwelches
Zusammendrücken
der inneren stoßabsorbierenden Elemente 86.
Die äußeren stoßabsorbierenden
Elemente oder Vorspannungsteile 84 werden andererseits
zwischen dem äußeren Federungsteil 80 und dem
zwischengefügten
Federungsteil 81 zusammengedrückt. Wenn die Kraft, die auf
das innere Federungsteil 82 einwirkt, groß ist, werden
die inneren stoßabsorbierenden
Elemente 86 zusam mengedrückt, nachdem eine vorbestimmte
Kompressionsstärke
in den äußeren stoßabsorbierenden
Elementen 84 aufgetreten ist. Die Verwendung von weichen äußeren stoßabsorbierenden
Elementen 84 und harten inneren stoßabsorbierenden Elementen 86 führt zu einer
Federungsbaugruppe, die einen längeren Weg
(Bewegung des Hinterrades 19) mit geringerer Kraft aufweist.
Selbstverständlich
hängt die
Kraft pro Wegeinheit von der Härte
der stoßabsorbierenden Elemente 84 und 86 ab.
Weiterhin kann die Steifheit der Federungsbaugruppe auch durch Veränderung der
Anzahl der verwendeten stoßabsorbierenden Elemente 84 und 86 variiert
werden.
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Es
soll nochmals auf die 6 und 8 Bezug
genommen werden, in welchen die stoßabsorbierenden Elemente oder
Vorspannungsteile 84 vorzugsweise elastomere Teile sind,
welche so bemessen und geformt sind, dass sie zwischen den Flanschen 92 des äußeren Federungsteiles 80 und
den Flanschen 98 des zwischengefügten Federungsteiles 81 aufgenommen
werden. Die Keile 87 werden zwischen den Flanschen 92 und 98 eingefügt, um die Federungsteile 84 so
vorzuspannen, dass keine relative Bewegung zwischen dem äußeren Federungsteil 80 und
dem zwischengefügten
Federungsteil 81 auftritt, ohne dass die Vorspannungsteile 84 weiter
verformt werden. Während
der normalen Benutzung sollten die Vorspannungsteile 84 genügend Elastizität aufweisen,
so dass sie elastisch verformt werden, um Stöße zu absorbieren, die auf
den Rahmen 12 übertragen
werden, und um in ihre normalen Ruhepositionen zurückzufedern.
Wie 3 zeigt, sind die Vorspannungsteile 84 im
Wesentlichen zylindrische Teile mit einem kreisförmigen Querschnitt. Selbstverständlich können die
Vorspannungsteile 84 eine Vielzahl von Formen in Abhängigkeit
von den Formen der anderen Bauteile der Federungsbaugruppe 14 aufweisen.
Vorzugsweise sind die Vorspannungsteile 84 so bemessen,
dass sie in ihren Ruhepositionen kaum verformt werden können, um
jegliche relative Bewegung zwischen den äußeren Federungsteilen 80 und
den zwischengefügten
Federungsteilen 81 zu verhindern. Während zehn Vorspannungsteile 84 verwendet
werden, um das stoßabsorbierende
Element der dargestellten Ausführungsform
zu bilden, ist es für
die Fachwelt aus dieser Darstellung klar, dass das stoßabsorbierende
Element als ein einziges elastomeres Element, eine einzige Feder,
eine Mehrzahl von Federn usw. ausgeführt sein kann. Mit anderen
Worten, es ist für
die Fachwelt klar, dass die anliegenden Patentansprüche nicht
auf das hier dargestellte stoßabsorbierende
Element beschränkt sein
sollen.
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Mit
erneutem Bezug auf die 6 und 8 ist erkennbar,
dass die stoßabsorbierenden
Elemente oder Vorspannungsteile 86 vorzugsweise elastomere
Teile sind, welche so bemessen und geformt sind, dass sie zwischen
den Flanschen 99 des zwischengefügten Federungsteiles 81 und
den Flanschen 106 des inneren Federungsteiles 82 aufgenommen
werden. Die Keile 88 werden zwischen den Flanschen 99 und 106 eingefügt, um die
Vorspannungsteile 86 so vorzuspannen, dass keine relative Bewegung
zwischen dem zwischengefügten
Federungsteil 81 und dem inneren Federungsteil 82 eintritt,
ohne dass die Vorspannungsteile 86 deformiert werden. Während der
normalen Benutzung sollten die Vorspannungsteile 86 eine
geeignete Elastizität aufweisen,
so dass sie elastisch verformt werden, um Stöße, die auf den Rahmen 12 übertragen
werden, zu absorbieren und in ihre normale Ruheposition zurückzukehren.
Wie 3 zeigt, sind die Vorspannungsteile 86 gebogene
blockförmige
Teile mit einem etwas gewundenen rechteckigen Querschnitt. Selbstverständlich können die
Vorspannungsteile 86 eine große Vielfalt von Formen in Abhängigkeit
von den Formen der anderen Bauteile der Federungsbaugruppe 14 aufweisen.
Vorzugsweise sind die Vorspannungsteile 86 so bemessen,
dass sie in ihren Ruhepositionen kaum verformt werden, um jegliche Relativbewegung
zwischen dem zwischengefügten Federungsteil 81 und
dem inneren Federungsteil 82 zu verhindern. Obwohl eine
Mehrzahl von Vorspannungsteilen 86 verwendet werden, um
das in der Ausführungsform
dargestellte stoßabsorbierende Element
zu bilden, ist es für
die Fachwelt aus dieser Offenbarung klar, dass das stoßabsorbierende
Element als elastomeres Einzelelement, als einzelne Feder, als Mehrzahl
von Federn usw. strukturiert sein kann. Mit anderen Worten ist der
Fachwelt klar, dass die anliegenden Patentansprüche nicht auf das hier dargestellte
stoßabsorbierende
Element beschränkt sein
sollen.
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Wie
die 3 zeigt, wird ein erster Satz von Distanzteilen
oder Keilen 87 zwischen den Flanschen 92 des äußeren Federungsteiles 80 und
den Flanschen 98 des zwischengefügten Federungsteiles 81 angeordnet,
und ein zweiter Satz von Distanzteilen oder Keilen 88 wird
zwischen den Flanschen 99 des zwischengefügten Federungsteils 81 und
den Flanschen 106 des inneren Federungsteiles 82 angeordnet.
Diese Distanzteile oder Keile 87 und 88 sind so
gestaltet, dass sie die stoßabsorbierenden Elemente 84 und 86 auf
deren maximalen Vorspannungswert, wie er in der dargestellten Ausführungsform
vorgesehen ist, vorspannen. Selbstverständlich ist der Fachwelt aus
dieser Offenbarung klar, dass die stoßabsorbierenden Elemente 84 und 86 eine Vorspannung
durch die Distanzteile 87 und 88 erfordern. Die
Keile 87 und 88 sind vorzugsweise harte, starre
Teile.
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In
Funktion schwenkt das hintere Rahmenteil 18, wenn eine
Kraft oder ein Stoß auf
das hintere Rad 19 ausgeübt wird, zusammen mit dem inneren
Federungsteil 82 um die Hautachse des Tretlagers 23 in Uhrzeigerichtung.
Weil die Absorption dieser Kraft oder dieses Stoßes durch Schwenken um die
Achse des Tretlagers 23 kompensiert wird, ergibt sich keine Auswirkung
auf die Kette 28. Mit anderen Worten, die Kette 28 wird
während
der Schwenkbewegung des hinteren Rahmenteiles 18 in Bezug
zum Hauptrahmenteil 16 weder gelockert noch gestrafft.
Während dieser
Absorption des Stoßes
oder der Kraft auf das Rad 10 werden die stoßabsorbierenden
Elemente oder Vorspannungsteile 84 und/oder 86 elastisch verformt
oder zwischen den äußeren und
inneren Federungsteilen 80 und 82 über das
zwischengefügte Federungsteil 81 zusammengedrückt.
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Weil
die äußeren stoßabsorbierenden
Elemente 84 aus einem weicheren Material als die inneren
stoßabsorbierenden
Elemente 86 gefertigt sind, werden die stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 nacheinander zusammengedrückt. Genauer
gesagt, wenn das Hinterrad 19 auf ein Hindernis trifft,
veranlasst das hintere Rahmenteil 18 zunächst das
innere Federungsteil 82, relativ zum Hauptrahmenteil 16 zu schwenken.
Dieses anfängliche
Schwenken des inneren Federungsteiles 82 veranlasst die
inneren stoßabsorbierenden
Elemente 86 und das zwischengefügte Federungsteil 81,
miteinander zu schwenken, ohne das eine wesentliche Kompression
der inneren stoßabsorbierenden
Elemente 86 eintritt. Die äußeren stoßabsorbierenden Elemente oder
Vorspannungsteile 84 werden andererseits zwischen dem äuße ren Federungsteil 80 und
dem zwischengefügten
Federungsteil 81 zusammengedrückt. Wenn die auf das innere
Federungsteil 82 ausgeübte Kraft
groß ist,
werden die inneren stoßabsorbierenden
Elemente 86 zusammengedrückt, nachdem ein vorbestimmter
Kompressionsbetrag auf die äußeren stoßabsorbierenden
Elemente 84 ausgeübt
wurde.
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Sobald
die Kraft oder der Stoß auf
den Rahmen 12 aufhört,
federn die stoßabsorbierenden
Elemente 84 und/oder 86 in ihre Ruheposition zurück, wodurch
das innere Federungsteil 82 relativ zum äußeren Federungsteil 80 infolge
der Elastizität
der stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 schwenkt. In ihrer ursprünglichen
Ruheposition können
die stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 durch Distanzteile oder Keile 87 und 88 anfänglich zusammengedrückt oder
vorgespannt werden.
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Es
ist wichtig, eine geeignete Federkonstante (einen Hubbetrag) der
stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 festzusetzen, um ein Fahrrad
leicht fahrbar zu machen. Um den Stoß von unebenen Straßen abzuschwächen, soll
die Federkonstante gering sein, um einen langen Weg zu erzeugen.
Mit anderen Worten, je geringer die Federkonstante der stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 ist, umso länger ist der Weg. In der Federungsbaugruppe 14 entspricht
der Schwenkwinkel der Einheit direkt dem Weg oder dem Bewegungsbetrag
des Rades 19. Wenn die stoßabsorbierenden Elemente 84 und 86 der
Federungsbaugruppe 14 in tangentialer Richtung zusammengedrückt werden,
ist der Kompressionswinkel der stoßabsorbierenden Elemente 84 und 86 derselbe
wie der Schwenkwinkel der Einheit. Deshalb muss, um den Schwenkwinkel
der Federungsbaugruppe 14 zu erhöhen, die Elastizität der stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 vergrößert werden. Wenn jedoch die
stoßabsorbierenden
Elemente hohe Elastizitäten
aufweisen, führen
wiederholte Deformationen zu „Dauerermüdung" der stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86. Auch sind stoßabsorbierende
Elemente mit hohen Elastizitäten
nicht gut für eine
Fahrradfederung, weil ein Abscheren und ein Schlupf infolge einer
schlingernden Kompression und einer Kompression in nicht tangentialer
Richtung eintreten können.
Dementsprechend besteht ein Ziel für die Federungsbaugruppe 14 darin,
den Federweg zu verlängern
(d.h. die Federkonstante geringer zu halten), ohne die Elasti zität der stoßabsorbierenden Elemente 84 und 86 zu
erhöhen.
Selbstverständlich hängt die
Kraft pro Wegeinheit von der Härte
der stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 ab. Dementsprechend kann die
Veränderung
der Anzahl und/oder der Härte
der stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 die Steifheit der Federungsbaugruppe 14 verändern.
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Die
Federungsbaugruppe 14 besitzt stoßabsorbierende Elemente 84 und 86,
die zwischen dem äußeren Federungsteil 80 dem
zwischengefügten Federungsteil 81 und
dem inneren Federungsteil 82 angeordnet sind. Diese Anordnung
der stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 ist gleichbedeutend damit,
die stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 in einer Reihe anzuordnen und
sie zusammenzudrücken.
Auf diese Weise kann die Federkonstante der gesamten Federungsbaugruppe 14 unter
Verwendung derselben stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 verringert werden. Es ist auch
möglich,
die Federkonstante beizubehalten, indem die Elastizität der stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 verringert wird (d.h. durch
Verwendung eines harten elastomeren Materials), wodurch eine Dauerermüdung der
stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 vermieden wird.
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Durch
Anwendung äußerer stoßabsorbierender
Elemente 84 und innerer stoßabsorbierender Elemente 86 in
Reihe statt eines oder eines einzigen Satzes von stoßabsorbierenden
Elementen zeigt die Federungsbaugruppe 14 einen längeren Federweg für ein komfortableres
Fahren, und es ergibt sich eine geringere elastische Deformation
für eine
längere Haltbarkeit.
Um dieses Phänomen
zu erklären,
sollen drei Beispiele von Federungsbaugruppen verglichen werden.
In dem ersten Beispiel einer Federung wird ein einziges stoßabsorbierendes
Element (ein elastomeres Teil, eine Feder oder ein anderes elastisches Teil)
verwendet. In dem zweiten Beispiel einer Federung werden erste und
zweite stoßabsorbierende Elemente
(elastomere Teile, Federn oder andere elastische Teile) vom ersten
Beispiel einer Federung in Reihe verwendet. In dem dritten Beispiel
einer Federung werden erste und zweite stoßabsorbierende Elemente (elastomere
Teile, Federn oder andere elastische Teile) in Reihe verwendet,
die härter
oder steifer sind als die des zweiten Beispiels einer Federung.
In jedem Fall können
die ersten und/oder zweiten stoßabsorbierenden Elemente
aus einem oder mehreren stoßabsorbierenden
Elementen bestehen, die parallel angeordnet sind.
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In
dem ersten Beispiel einer Federung tritt, wenn eine vorbestimmte
Kraft oder ein Stoß (F1)
auf das stoßabsorbierende
Element einwirkt, ein vorbestimmter Wert einer elastischen Deformation
ein, der zu einem Weg mit einer Länge (L1) führt. In dem zweiten Beispiel
einer Federung führt
jedoch, wenn dieselbe vorbestimmte Kraft oder ein Stoß (F1) auf zwei
derselben stoßabsorbierenden
Elemente einwirkt, die in Reihe angeordnet sind, der Wert der elastischen
Deformation zu einem Weg mit der Länge (L2), welche das Doppelte
des Beispieles der ersten Federung ist. Mit anderen Worten bei dem
zweiten Beispiel der Federung wird jedes stoßabsorbierende Element mit
einer Länge
(L1) elastisch verformt, so dass der kombinierte Weg das Doppelte
der Länge von
L1 beträgt.
Dementsprechend führt
das zweite Beispiel der Federung zu einer Federungsbaugruppe, die
den zweifachen Weg des ersten Beispieles der Federung aufweist,
wenn derselbe Betrag einer Kraft oder eines Stoßes auf diese ausgeübt wird.
Das zweite Beispiel einer Federung führt somit für den Fahrer zu einer komfortableren
Fahrt.
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Um
die Haltbarkeit der stoßabsorbierenden Elemente
zu erhöhen,
sollte der Betrag der elastischen Deformation, der in den stoßabsorbierenden Elementen
eintritt, vermindert werden. Dies kann durch Verwendung härterer stoßabsorbierender
Elemente in Reihe wie z. B. in dem dritten Beispiel einer Federung
geschehen. In dem dritten Beispiel einer Federung ist eines bzw.
sind beide der stoßabsorbierenden
Elemente härter
als die stoßabsorbierenden Elemente
in dem zweiten Beispiel einer Federung. In dem dritten Beispiel
einer Federung wird ein gegenüber
dem ersten Beispiel einer Federung noch längerer Weg erzielt. Im Einzelnen
wird jeder Satz der stoßabsorbierenden
Elemente elastisch so verformt, dass die Summe der elastischen Deformationen
der beiden Sätze
von stoßabsorbierenden
Elementen größer ist
als der erste vorbestimmte Wert der elastischen Deformation in dem
ersten Beispiel einer Federung. Selbstverständlich wird durch Verwendung härterer stoßabsorbierender
Elemente in dem dritten Beispiel einer Federung der Weg etwas kürzer als
im zweiten Beispiel einer Federung.
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Für die Fachwelt
wird aus dieser Offenbarung selbstverständlich klar, dass die Steifheit
oder Härte
der stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 relativ zueinander verändert werden
können,
um sowohl die Weglänge
als auch die Haltbarkeit der Federungsbaugruppe 14 zu bestimmen.
Mit anderen Worten, je härter
oder steifer die stoßabsorbierenden
Elemente sind, umso kürzer
ist der Weg. Umgekehrt ist, je weicher die stoßabsorbierenden Elemente 84 und 86 sind,
der Weg umso länger.
Für die
Fachwelt wird aus dieser Offenbarung dar, dass die äußeren stoßabsorbierenden
Elemente 84 ebenso wie die stoßabsorbierenden Elemente 86 dieselbe
Steifheit oder eine unterschiedliche Steifheit aufweisen können.
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Die
Verwendung von äußeren stoßabsorbierenden
Elementen 84 und inneren stoßabsorbierenden Elementen 86 führt zu einer
Federungsbaugruppe 14 mit einem längeren Weg (dem Bewegungsweg des
Hinterrades 19) und zu einer höheren Haltbarkeit. Für die Fachwelt
wird aus dieser Offenbarung klar, dass die Steifheit der Federungsbaugruppen 14, 14' und 14'' der vorliegenden Erfindung durch
Veränderung
der Anzahl der Flansche der Federungsteile 80, 81 und 82 und
der Anzahl der stoßabsorbierenden
Elemente 84 und 86 bestimmt werden kann. Für die Fachwelt
ist aus dieser Offenbarung weiterhin klar, dass die Steifheit der
Federungsbaugruppen 14, 14' und 14'' nach
der vorliegenden Erfindung durch Veränderung der elastischen und
kompressiven Eigenschaften der stoßabsorbierenden Elemente 84 und 86 bestimmt
werden kann.
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Obwohl
nur eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im vorstehenden im Detail beschrieben
und dargestellt wurde, ist es für
die Fachwelt aus dieser Offenbarung klar, dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen möglich
sind, ohne vom Erfindungsgegenstand abzuweichen, welcher in den
anliegenden Patentansprüchen
definiert ist. Weiterhin dient die vorstehende Beschreibung von
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung lediglich der Darstellung, und es ist
nicht beabsichtigt, die Erfindung, wie sie in den anliegenden Patentansprüchen und
deren Äquivalenten
definiert ist, zu beschränken.