DE69931843T2

DE69931843T2 - Stossdämpfungsvorrichtung für Fahrrad

Info

Publication number: DE69931843T2
Application number: DE69931843T
Authority: DE
Inventors: Kazauhiro Sakai-shi Fujii
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2019-05-11
Also published as: JPH11321762A; JP3003784B2; EP0957023A2; US6149176A; EP0957023A3; TW421632B; DE69931843D1; EP0957023B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bauteile eines Fahrrades und insbesondere eine Stoßdämpfungsvorrichtung für ein Fahrrad, wobei die Elemente der Stoßdämpfungsvorrichtung aus mehrlagigen Strukturen gebildet sind.
Radfahren gewinnt an Popularität nicht nur als Transportmittel sondern in größerem Umfang als eine Form der Erholung. Außerdem ist Radfahren ein populärer Wettkampfsport für Professionelle und Amateure. Es ist bekannt, dass Mountainbikes und Straßenfahrräder gegenwärtig mit vorderen oder hinteren Stoßdämpfern versehen sind, um Stöße, die auf den Fahrer sowohl auf als auch abseits der Straße einwirken, zu absorbieren. Es werden zahlreiche Strukturen, von der einfachen bis zur komplizierten, für diese Stoßdämpfer verwendet. Zum Beispiel beschreibt die ungeprüfte japanische Patentanmeldung 9-290790 einen kostengünstigen Fahrradstoßdämpfer mit einer einfachen Struktur. Dieser Stoßdämpfer umfasst ein zylindrisches äußeres Teil mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen, die sich von dem äußeren Teil radial zu der Mehrzahl von Vorsprüngen erstrecken, die von dem inneren Teil vorstehen. Elastische Teile sind zwischen dem äußeren Teil und dem inneren Teil befestigt und werden durch die relative Drehung der beiden Teile unter Druck deformiert. Die äußeren und inneren Teile können mit jeweiligen vorderen und hinteren Rahmenteilen des Fahrrades integral verbunden sein, wobei das hintere Rahmenteil an den Seitenstreben befestigt ist. In dieser Weise werden die Stöße, die auf den hinteren Rahmen von der Straßenoberfläche infolge von Unregelmäßigkeiten oder Höhenunterschieden des Straßenbelages einwirken, durch die elastischen Teile absorbiert.
Die Elastizität der elastischen Teile, welche aus Urethangummi oder anderen elastischen Körpern hergestellt sind, bestimmt die Dämpfungscharakteristik. Eine Erhöhung der Elastizität der elastischen Teile führt z. B. zu einer weichen Dämpfungscharakteristik und ermöglicht, dass weiche Stöße, die durch geringe Unregelmäßig keiten verursacht sind, absorbiert werden. Solche elastischen Teile können jedoch harte Stöße, die zu einer „Endauslenkung" der Stoßdämpferhubrichtung führen, nicht effektiv absorbieren, wodurch harte Stöße auf den Fahrer übertragen werden. Umgekehrt führt eine Verringerung der Elastizität der elastischen Teile zu einer härteren Dämpfungscharakteristik. Während diese elastischen Teile den Einfluss von harten Stößen verringern, wirken sie nicht, um weichere Stöße zu absorbieren. Demzufolge ist es schwierig, eine Stoßdämpfungsvorrichtung zu schaffen, welche sowohl harte als auch weiche Stöße absorbieren kann.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung, welcher im Patentanspruch 1 dargelegt wird, ist darauf gerichtet, ein Stoßdämpferelement zu schaffen, welches in einem Stoßdämpfer zwecks Befestigung zwischen einem ersten Rahmenelement und einem zweiten Rahmenelement eines Fahrrades verwendet wird, wobei der Stoßdämpfer ein erstes Element, das ausgebildet ist, um mit dem ersten Rahmenelement verbunden zu werden, und ein zweites Element, das ausgebildet ist, um mit dem zweiten Rahmenelement verbunden zu werden, sowie einen Verbindungsmechanismus beinhaltet, der das erste Element mit dem zweiten Element so verbindet, dass sich das erste Element relativ zum zweiten Element dreht. Das Stoßdämpferelement umfasst einen ersten elastischen Körper sowie einen zweiten elastischen Körper, welcher zumindest teilweise den ersten elastischen Körper in der Drehrichtung des ersten Elementes und des zweiten Elementes überlappt. Die Elastizität des ersten elastischen Körpers unterscheidet sich von der Elastizität des zweiten elastischen Körpers.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung, welcher in Patentanspruch 13 dargelegt ist, besteht darin, einen Stoßdämpfer für ein Fahrrad des Typs zu schaffen, bei welchem ein zweites Element mit einem ersten Element zwecks relativer Drehung zwischen beiden gekoppelt ist, wobei die elastischen Körper, die zwischen den ersten und zweiten Elementen angeordnet sind, sowohl weiche als auch harte Stöße absorbieren können.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der erste elastische Körper unbeweglich an dem zweiten elastischen Körper z. B. durch Kleben befestigt sein, wobei der erste elastische Körper einen Vorsprung aufweist, der in eine Nut im zweiten elastischen Körper eingreift, oder bei dem der erste elastische Körper den zweiten elastischen Körper umgibt. In einer weiteren speziellen Ausführungsform überlappt ein dritter elastischer Körper zumindest teilweise den zweiten elastischen Körper in Rotationsrichtung des ersten Elementes und des zweiten Elementes, wobei sich die Elastizität des dritten elastischen Körpers von der Elastizität des ersten elastischen Körpers und/oder des zweiten elastischen Körpers unterscheidet.
Die vorliegende Erfindung soll nunmehr beispielhaft dargestellt werden, und zwar unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen, in welchen:
1 eine Seitenansicht eines Fahrrades zeigt, welches eine bestimme Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers aufweist;
2 eine detaillierte Ansicht des in 1 dargestellten Fahrrades zeigt;
3 eine Draufsicht auf die Antriebsteile des in 1 dargestellten Fahrrades zeigt;
4 eine Explosionsdarstellung einer bestimmten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers zeigt;
5 eine Querschnittsansicht des montierten Fahrradstoßdämpfers nach 5 zeigt;
6 eine Schnittansicht zeigt, wie sie sich entlang der Schnittlinie VI-VI in 5 ergibt;
7 eine Querschnittsansicht des Fahrradstoßdämpfers in der Mitte eines Stoßdämpfungshubes zeigt;
8 eine Querschnittsansicht des Fahrradstoßdämpfers am Ende des Stoßdämpfungshubes zeigt;
9 eine Kurve zeigt, welche die Stoßdämpfungscharakteristik des in den 6 bis 8 dargestellten Stoßdämpfers angibt;
10 eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines elastischen Elementes zeigt, welches in dem in 5 dargestellten Stoßdämpfer verwendet wird;
11 eine Seitenansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines elastischen Elementes zeigt, das in dem in 5 dargestellten Stoßdämpfer verwendet wird;
12 eine Seitenansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines elastischen Elementes zeigt, das in dem in 5 dargestellten Stoßdämpfer verwendet wird;
13 eine Seitenansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines elastischen Elementes zeigt, das in dem in 5 dargestellten Stoßdämpfer verwendet wird;
14 eine Seitenansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines elastischen Elementes zeigt, das in dem in 5 dargestellten Stoßdämpfer verwendet wird;
15 eine Seitenansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines elastischen Elementes zeigt, welches in dem in 5 dargestellten Stoßdämpfer verwendet wird; und
16 eine Kurve zeigt, welche die Stoßdämpfungscharakteristik eines Stoßdämpfers unter Verwendung des in 15 dargestellten elastischen Elementes darstellt.
In den 1 und 2 handelt es sich bei dem Fahrrad 10, in welchem eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird, um ein BMX-Fahrrad, welches mit einem Rahmen 12 und einem Stoßdämpfer 14 versehen ist. Der Rahmen 12 besitzt in erster Linie ein Hauptrahmenelement (als Beispiel eines ersten Rahmenelementes) 16 und ein hinteres Rahmenelement (als Beispiel eines zweiten Rahmenelementes) 18, welche elastisch mit dem Hauptrahmenelement 16 durch den Stoßdämpfer 14 verbunden ist.
Das Fahrrad 10 umfasst ferner ein Hinterrad 19, welches an dem hinteren Teil des Rahmens 12 befestigt ist, wobei es sich um eine hintere Nabe 19a dreht; ein Vorderrad 20, welches mit dem vorderen Teil des Rahmens 12 verbunden ist, wobei es sich um eine vordere Nabe 20a dreht; und einen Antriebsbereich 22 zum Antrieb des Fahrrades. Wie die 3 zeigt, besitzt der Antriebsbereich 22 dieselbe Struktur wie in der Vergangenheit; d. h. er umfasst eine untere Halterung 23 (4) mit einer unteren Halterungsachse 23a, eine rechte Kurbel 24, die mit einem vorderen Zahnkranz 25 versehen und nicht drehbar am rechten Ende der unteren Halterungsachse 23a befestigt ist, eine linke Kurbel 2b, die nicht drehbar am linken Ende der unteren Halterungsachse 23a befestigt ist, einen hinteren Zahnkranz 29, der an der hinteren Nabe 19a befestigt ist, und eine Antriebskette 28, welche über die beiden Zahnkränze 25 und 29 verläuft. Ein Pedal 27 ist am äußersten Ende jeder Kurbel 24 und 26 befestigt.
Das Hauptrahmenelement 16 ist aus einer Mehrzahl von starren rohrförmigen Elementen zusammengeschweißt. Im Einzelnen weist das Hauptrahmenelement 16 einen Sattelschaft 30, einen Lenkstangenschaft 32, einen oberen Schaft 33 zur Verbindung der beiden Schäfte 30 und 32 und einen unteren Schaft 34 auf. Das Hauptrahmenelement 16 sollte vorzugsweise unter Verwendung von starrem Material, z. B. einem hochfesten Stahl, einem Chrom-Molybdänstahl, einer Aluminiumlegie rung, einer Titanlegierung oder einem anderen metallischen Material bzw. einem Karbonverbundstoff oder einem anderen solchen faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt sein: Eine Sattelstütze 38 mit einem Sattel 37, der am distalen Ende von dieser befestigt ist, wird in dem Sattelschaft 30 so fixiert, dass dessen vertikale Position eingestellt werden kann. Eine vordere Gabel 40 ist drehbar in dem Lenkstangenschaft 32 befestigt. Das Vorderrad 20 ist drehbar am unteren Ende der vorderen Gabel 40 befestigt, und eine Lenkstangeneinheit 42 ist am oberen Ende von dieser so befestigt, dass deren vertikale Position eingestellt werden kann.
Ein Paar Träger 50 zur Befestigung des Stoßdämpfers 14 sind im Verbindungsbereich des unteren Schaftes 34 und des Sattelschaftes 30 fest geschweißt. Wie die 2 und 3 zeigen, besitzen die Träger 50 einen ersten Befestigungsbereich 50a, welcher an dem unteren Schaft 34 fest geschweißt ist; einen zweiten Befestigungsbereich 50b, welcher an dem Sattelschaft 30 diagonal unterhalb des ersten Befestigungsbereiches 50a fest geschweißt ist; und eine Verbindung 50c, welche in ein Viertelkreissegment gebogen ist und die beiden Befestigungsbereiche 50a und 50b verbindet. Diese Träger 50 ermöglichen es, dass das Hauptrahmenelement 16 durch Befestigung des Stoßdämpfers 14 und die Verbindung des unteren Schaftes 34 mit dem Sattelschaft 30 verstärkt wird. Zusätzlich kann das Hauptrahmenelement 16 durch Verbindung der beiden Schäfte 34 und 30 mit Hilfe des Stoßdämpfers 14 verstärkt werden, indem der Stoßdämpfer 14 getrennt an den Schäften 34 und 30 ohne Verwendung der Verbindung 50c befestigt wird.
Der Stoßdämpfer 14 wird zwischen den beiden Trägern 50 angeordnet und mit Schrauben 56 befestigt. Jeder der Träger 50 ist mit zwei Schraubbohrungen (nicht dargestellt) zur Aufnahme der Schrauben 56 in ihnen versehen. Die Demontage des Stoßdämpfers 14 oder des hinteren Rahmenelementes 18 wird somit durch die lösbare Verbindung des Stoßdämpfers 14 mit dem Hauptrahmenelement 16 mittels Schrauben 56 erleichtert.
Das hintere Rahmenelement 18 besitzt ein Paar von im Wesentlichen identischen Armelementen 60, wie sie in 4 dargestellt sind. Jedes Armelement 60 besitzt einen runden Stoßdämpferbefestigungsbereich 62 am unteren Ende und einen Nabenbefestigungsbereich 64 am distalen Ende. Der Stoßdämpferbefestigungsbereich 62 ist in dem inneren Element (siehe unten) des Stoßdämpfers 14 befestigt. Die hintere Nabe 19a ist zwischen den beiden Nabenbefestigungsbereichen 64 befestigt, und eine Nabenachse 19b ist in den Nabenbefestigungsbereichen 64 befestigt.
Die Stoßdämpferbefestigungsbereiche 62 besitzen mittlere Bohrungen 70 zur Aufnahme der unteren Halterungen 23, und fünf Schraubbohrungen 72 für Befestigungsschrauben 74 sind um jede mittlere Bohrung 70 vorgesehen. Die Schrauben 74 werden verwendet, um die Stoßdämpferbefestigungsbereiche 62 mit dem inneren Element des Stoßdämpfers 14 zu verbinden. Die Nabenbefestigungsbereiche 64 sind mit Schlitzen 76 versehen, welche sich in Längsrichtung des Armelementes 60 erstrecken, und die Nabenachse 19b der hinteren Nabe 19a wird in diesen Schlitzen 76 durch ein bekanntes Verfahren befestigt.
Wie die 4 bis 6 zeigen, umfasst der Stoßdämpfer 14 ein äußeres Element (erstes Element) 80, welches an dem Hauptrahmenelement 16 befestigt ist; ein inneres Element (zweites Element) 82, welches um die Innenseite des äußeren Elementes 80 angeordnet und an dem hinteren Rahmenelement 18 befestigt ist; erste und zweite elastische Elemente 83 und 84, welche durch die relative Drehung des äußeren Elementes 80 und des inneren Elementes 82 ausgedehnt und zusammengezogen werden; und einen Verbindungsmechanismus 86 zur konzentrischen Anordnung des äußeren Elementes 80 und des inneren Elementes 82 und zur Verbindung der beiden Elemente 80 und 82 in relativ drehbarer und axial unbeweglicher Weise.
Das äußere Element 80 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element, welches aus Metall hergestellt ist und welches in seinem Inneren eine runde Öffnung 90 besitzt, die sich zentrisch um eine Mittelachse nach rechts und links des Fahrrades 10 erstreckt. Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen, Chrom-Molybdänstahl, hochfester Stahl, Edelstahllegierungen usw. werden als Metalle zur Verwendung bei diesem bevorzugt. Das innere Element 82 kann zusammen mit der unteren Halterung 23 und den beiden elastischen Elementen 83 und 84 in der Öffnung 90 aufgenom men werden. Die Öffnung 90 ist so ausgebildet, dass ihre Mittelachse mit der Mittelachse der unteren Halterung 23 übereinstimmt (axiale Mitte der unteren Halterung 23), und sie ist mit fünf ersten Vorsprüngen 92 versehen, die sich radial nach innen erstrecken. Wie die 6 zeigt, sind abgerundete erste Halteteile 92a entlang der Grenze zwischen der äußeren Umgangsfläche des äußeren Elementes 80 und der Umfaugsseite der unteren Enden (Wurzeln) der ersten Vorsprünge 92 vorgesehen.
Beide Befestigungsteile 94, die sich radial nach außen erstrecken, sind um die Außenseite des äußeren Elementes 80 vorgesehen. Die distalen Enden jedes Befestigungsteiles 94 sind mit Gewindebohrungen 96 versehen, die sich bis zu einer vorgeschriebenen Tiefe von beiden Enden erstrecken. Diese Gewindebohrungen 96 sind an Positionen ausgebildet, welche zu den Schraubbohrungen der Träger 50 weisen, und der Stoßdämpfer 14 ist an dem Hauptrahmenelement 16 durch Einschrauben der Schrauben 56, welche sich durch die Schraubbohrungen der Träger 50 in diese Gewindebohrungen 96 erstrecken, befestigt. Das untere Ende jedes Befestigungsteiles 94 ist mit Nuten 97 versehen, die an beiden Enden ausgeschnitten sind, und runde Flächen 98 sind an den äußeren Umfangsflächen an beiden Enden der äußeren Elemente 80 ausgebildet.
Das innere Element 82 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element, welches aus Metall hergestellt und mit einer Durchgangsbohrung 104 zur inneren Befestigung der unteren Halterung 23 durch eine Befestigungstechnik vorgesehen ist, welche auf der Verwendung der bekannten Schrauben basiert. Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen, Chrom-Molybdänstahl, hochfester Stahl, Edelstahllegierungen und dergleichen werden als Metalle zur Anwendung bei diesen bevorzugt. Fünf zweite Vorsprünge 102, die sich radial nach außen erstrecken, sind an dem äußeren Umfangsbereich des inneren Elementes 82 ausgebildet. Die zweiten Vorsprünge 102 sind abwechselnd mit den ersten Vorsprüngen 92 angeordnet. Demzufolge ist es möglich, zwei Arten von im Wesentlichen rechteckigen Räumen zu bilden, deren Volumen durch die relative Drehung des äußeren Elementes 80 und des inneren Elementes 82 zwischen den ersten Vorsprüngen 92 und den zweiten Vorsprüngen 102 variiert. Von diesen werden die ersten elastischen Elemente 83 in den weiteren Räumen und die zweiten elastischen Elemente 84 in den engeren Räumen befestigt. Abgerundete zweite Halteteile 102a sind entlang der Grenze zwischen der äußeren Umfangsfläche des inneren Elementes 82 und der Umfangsseite der unteren Enden der zweiten Vorsprünge 102 vorgesehen.
Die anderen Umfangsflächen 92b der ersten Vorsprünge 92 und die anderen Umfangsflächen 102b der zweiten Vorsprünge 102 weisen in im Wesentlichen paralleler Anordnung in einem Zustand, in welchem die beiden elastischen Elemente 83 und 84 befestigt sind, aufeinander zu. Gewindebohrungen 106 zum Einschrauben der Schrauben 74 sind an der Oberseite der zweiten Vorsprünge 102 ausgebildet. Das hintere Rahmenelement 18 ist an dem Stoßdämpfer 14 befestigt und elastisch mit dem Hauptrahmenelement 16 durch Einschrauben der Schrauben 74 in diese Gewindebohrungen 106 durch die Schraubbohrungen 72 der Armelemente 60 verbunden.
In dieser Ausführungsform sind die ersten elastischen Elemente 83 Elemente, die aus balkenförmigen elastischen Körpern hergestellt und mit einer verformten rechteckigen Gestalt im Querschnitt versehen sind. Die ersten elastischen Elemente 83 besitzen erste elastische Körper 83a sowie zweite elastische Körper 83b, welche mit den ersten elastischen Körpern 83a in der Drehrichtung ausgerichtet sind und eine geringere Elastizität besitzen als die ersten elastischen Körper 83a. Die beiden elastischen Körper 83a und 83b können z. B. durch Kleben mit einem Kleber unbeweglich befestigt sein. Urethangummi, Nitrilgummi, Polyethylen-Elastomer oder dergleichen können für diese elastischen Körper verwendet werden. In den ersten elastischen Elementen 83 sind die Winkelbereiche 83c an der äußeren Umfangsseite in Kontakt mit den ersten Vorsprüngen 92 in der Form von spitzen Winkeln abgerundet, so wie die Winkelbereiche 83d an der inneren Umfangsseite in Kontakt mit den zweiten Vorsprüngen 102. Die ersten elastischen Elemente 83 werden befestigt, während Druck auf einen der Räume ausgeübt wird, welche durch die ersten Vorsprünge 92 und die zweiten Vorsprünge 102 gebildet werden, und beide Enden von ihnen werden in Kontakt mit einer zweiten Buchse 112 gebracht. Die Winkelbereiche 83c der zweiten elastischen Körper 83b werden durch die ersten Halteteile 92a um die Außenseite in Kontaktbereichen mit den ersten Vorsprüngen 92 gehalten, während die Winkelbereiche 83d der ersten elastischen Elemente 83a durch die zweiten Halteteile 102a, welche entlang des inneren Umfanges diagonal zu den ersten Halteteilen 92a angeordnet sind, in Kontaktbereichen mit den zweiten Vorsprüngen 102 gehalten. Die ersten elastischen Elemente 83, mit welchen die beiden elastischen Körper 83a und 83b unbeweglich verbunden sind, werden in dieser Weise durch die entsprechenden diagonal angeordneten Halteteile 92a und 102a gehalten, wodurch es für die ersten elastischen Elemente 83 schwieriger ist, sich in einer anderen Weise zu verschieben als in der, welche eine Ausdehnung der Dicke beinhaltet (in einer Richtung, die sich mit der Richtung der Zusammenziehung schneidet) infolge einer Zusammenziehung, die eintritt, wenn die ersten elastischen Elemente 83 zusammengedrückt und deformiert werden. Die stoßdämpfende Funktion kann deshalb stabilisiert werden.
Die ersten elastischen Elemente 83 werden in einem zweiten Zustand in einem der Räume befestigt, während Zwischenräume 108a nahe der inneren Umfangsfläche des äußeren Elementes 80 gebildet werden. Diese Zwischenräume werden in Uhrzeigerrichtung weg vom Kontaktbereich mit den zweiten Vorsprüngen 102 zunehmend enger. Mit dieser Befestigung werden Zwischenräume 108b auch nahe der äußeren Umfangsfläche des inneren Elementes 82 gebildet. Diese Zwischenräume werden in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn weg von dem Kontaktbereich mit den ersten Vorsprüngen 92 zunehmend enger. Weil die ersten elastischen Elemente 83 so angeordnet sind, dass die zunehmend enger werdenden Zwischenräume 108a und 108b gebildet werden, können die ersten elastischen Elemente 83, wenn sie zunehmend übereinander geschichtet und zwischen den Vorsprüngen 92a und 102a zusammengedrückt werden, in der Richtung anschwellen, welche sich mit der Richtung des Zusammendrückens schneidet, wodurch es möglich wird, das Ausmaß der Drehung für die Elemente 80 und 82 zu erhöhen und eine angemessene Stoßabsorption zu sichern.
Wenn das innere Element 82 eine relative Drehung ausführt und die ersten elastischen Elemente 83 zuerst zusammengedrückt werden und sich dann in den Zwi schenräumen 108a und 108b ausdehnen, haften die ersten elastischen Elemente 83 zunehmend an der inneren Umfangsfläche des äußeren Elementes 80 und an der äußeren Umfangsfläche des inneren Elementes 82, vermindern das Ausmaß des Gleitens in dem Bereich, in welchem die durch Adhäsion ausgelöste Reibung eintritt, verringern die Wahrscheinlichkeit, dass die ersten elastischen Elemente 83 abgenutzt werden, und ermöglichen die Verhinderung von durch Abnutzung ausgelösten Unterschieden in der Stoßabsorptionsfunktion. Zusätzlich setzt sich ein zunehmendes Zusammendrücken von den ersten elastischen Körpern 83a, welche eine hohe Elastizität aufweisen, fort, wenn das innere Element 82 eine relative Drehung ausführt und die ersten elastischen Elemente 83 zusammengedrückt werden, und das Zusammendrücken der zweiten elastischen Körper 83b beginnt, wenn die ersten elastischen Körper 83a bis zu einem bestimmten Grad zusammengedrückt sind. Es ist deshalb möglich, die Stoßdämpfungseigenschaften von einem weichen Zustand in einen harten Zustand während eines Hubes (während des Zusammendrückens) zu verändern. Genauer gesagt, werden weiche Stöße, die von geringen Unregelmäßigkeiten ausgehen, durch die ersten elastischen Körper 83a absorbiert, während harte Stöße, die auf große Differenzen im Niveau oder dergleichen zurückzuführen sind, durch die zweiten elastischen Körper 83b absorbiert werden können. Deshalb können verschiedene Stöße, die von der Straßenoberfläche ausgehen, in einfacher Weise abgemildert werden.
In dieser Ausführungsform werden die zweiten elastischen Elemente 84 aus im Wesentlichen plattenförmigen elastischen Körpern hergestellt, die zwecks Ausübung von Druck auf die ersten elastischen Elemente 83 und zur Vermeidung des Berührungsgeräusches, das von Kontakt zwischen den beiden Vorsprüngen 92 und 102 herrührt, befestigt werden. Urethangummi, Nitrilgummi, Polyethylenelastomer und dergleichen werden zur Anwendung in diesen elastischen Körpern bevorzugt. Die anderen Umfangsflächen 92b der ersten Vorsprünge 92 und die anderen Umfangsflächen 102b der zweiten Vorsprünge 102 weisen in im Wesentlichen paralleler Weise in einem Zustand aufeinander zu, in welchem Druck durch die zweiten elastischen Elemente 84 auf die ersten elastischen Elemente 83 ausgeübt wird. Dementsprechend verbleiben die Zwischenräume zwischen den anderen Umfangsflächen 92b der ersten Vorsprünge 92 und der anderen Unfangsflächen 102b der zweiten Vorsprünge 102 unverändert, und es ist weniger wahrscheinlich, dass sich der Druck verändert, welcher auf die ersten elastischen Elemente 83 ausgeübt wird, wenn die zweiten elastischen Elemente 84 in radialer Richtung gleiten. Hier unterdrückt der Druck auf die ersten elastischen Elemente 83 die Bewegung des Stoßdämpfers 14 unter dem Gewicht des Fahrers, wenn letzterer das Fahrrad besteigt.
Der Verbindungsmechanismus 86 besitzt eine erste Buchse 110, die aus synthetischem Kunststoff hergestellt und an dem äußeren Element 80 befestigt ist, sowie eine zweite Buchse 112, die aus Metall hergestellt ist und um die Außenseite der ersten Buchse 110 angeordnet und an dem inneren Element 82 befestigt ist. Polyacetat-Kunststoffe, Nylon, Teflon (eingetragener Handelsname) sowie weitere synthetische Kunststoffe werden zur Verwendung als synthetische Kunststoffe für die erste Buchse 110 bevorzugt. Metalle auf Eisenbasis, Kupfer, Legierungen auf Messingbasis und andere Metalle werden zur Anwendung als Metalle für die zweite Buchse 112 bevorzugt. Die erste Buchse 110 ist ein mit Flansch versehenes ringförmiges Element, das einen ersten zylindrischen Teil 114 in Kontakt mit den kreisförmigen Flächen 98 des äußeren Elementes 80 aufweist, und ein erster ringförmiger Abschnitt 116 ist von dem ersten zylindrischen Abschnitt 114 weg gebogen und in Kontakt mit der Endfläche des äußeren Elementes 80 gehalten. Die erste Buchse 110 wird fixiert, indem sie über den kreisförmigen Flächen 98 des äußeren Elementes 80 befestigt wird.
Die zweite Buchse 112 ist ein mit Flansch versehenes ringförmiges Element, welches einen zweiten zylindrischen Abschnitt 118 in Kontakt mit dem ersten zylindrischen Abschnitt 114 der ersten Buchse 110 aufweist, und ein zweiter ringförmiger Abschnitt 120 wird von dem zweiten zylindrischen Abschnitt 118 weg gebogen und in Kontakt mit dem ersten ringförmigen Abschnitt 116 der ersten Buchse 110 gehalten. Fünf Schraubbohrungen 122 sind in den zweiten ringförmigen Abschnitt 120 an Stellen eingebracht, die zu den fünf Schraubbohrungen 72 weisen. Die zweite Buchse 112 ist durch die Schrauben 74 an dem inneren Element 82 zusammen mit dem hinteren Rahmenelement 18 befestigt.
Die stoßdämpfende Funktion des Stoßdämpfers 14 soll nunmehr beschrieben werden.
Wenn ein Stoß oder eine Belastung durch Unregelmäßigkeiten der Straße oder Differenzen im Niveau auf das Hinterrad 19 einwirken, wird das hintere Rahmenelement 18 zusammen mit dem inneren Element 82 um die untere Halterungsachse 23a in 1 in Uhrzeigerrichtung gedreht. Diese Drehung um die untere Halterungsachse 23a verhindert, dass die Antriebskette 28 gestreckt, gelöst oder in anderer Weise ungünstig beeinflusst wird, wie dies der Fall ist, wenn eine Drehung in anderen Bereichen verursacht wird. Ein Abkommen vom Pedal usw. kann dadurch unterdrückt werden. Während des Einflusses eines Stoßes oder einer Belastung auf das Fahrrad werden die ersten elastischen Elemente 83 deformiert, indem sie zwischen den beiden Vorsprüngen 92 und 102 zusammengedrückt werden und den Stoß oder die Belastung absorbieren. Zu diesem Zeitpunkt werden die Zwischenräume 108a und 108b zwischen den ersten elastischen Elementen 83 und dem äußeren Element 80 (und dem inneren Element 82) zunehmend enger, und wenn das Zusammendrücken sich fortsetzt bis die Zwischenräume verschwinden (wie in 8 dargestellt), verhindert die gesamte Kontaktfläche die Bewegung der ersten elastischen Elemente 83 und beendet den Hub.
Die Beendigung des Stoßes oder der Belastung führt dazu, dass sich die ersten elastischen Elemente 83 infolge der elastischen Rückstellkraft ausdehnen und das innere Element 82 in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Das jeweilige Verhältnis zwischen der Belastung und dem Hub des inneren Elementes 82 ist in 9 dargestellt. In der ersten Hälfte des Hubes werden die ersten elastischen Körper 83a, welche weich sind und eine hohe Elastizität aufweisen, zusammengedrückt und absorbieren die Stöße. Zu diesem Zeitpunkt wird der Winkel der Belastung im Verhältnis zum Hub geringer und eine weiche Dämpfungscharakteristik bietet die Möglichkeit, geringe Unregelmäßigkeiten zu absorbieren. Wenn dann ein starker Stoß ausgeübt wird, beginnt das Zusammendrücken der zweiten elastischen Körper 83b in dem Moment (Hub S1), wenn die ersten elastischen Körper 83a einen bestimm ten Grad des Zusammendrückens erreichen. Dieser Zustand ist in 7 dargestellt. Die zweiten elastischen Körper 83b, welche hart sind und eine geringe Elastizität aufweisen, beginnen sich zusammenzudrücken und Stöße während der zweiten Hälfte des Hubes (auf den Hub S1 folgend) zu absorbieren, wodurch der Anstieg der Belastung im Verhältnis zum Hub vergrößert wird, was eine harte Dämpfungscharakteristik ergibt und es ermöglicht, starke Stöße zu absorbieren ohne dass ein Zusammendrücken bis zum Anschlag erfolgt. Außerdem werden Zwischenräume 108a und 108b zwischen den ersten elastischen Elementen 83 und dem äußeren Element 80 (und dem inneren Element 82) gebildet, wodurch die Ausdehnung der ersten elastischen Elemente 83 erleichtert und es ermöglicht wird, einen großen Hub im Verhältnis zur Belastung auszuführen (wie durch die dicke Linie in 8 dargestellt) und der stoßabsorbierende Bereich erweitert wird. Der Hub verringert sich im Verhältnis zur Belastung (wie dies durch die dünne Linie in 8 dargestellt ist) beim Nichtvorhandensein der Zwischenräume 108a und 108b.
Die radiale Bewegung der ersten elastischen Elemente 83 während des Zusammendrückens wird verhindert, weil die ersten elastischen Elemente 83 an zwei Stellen in diagonaler Richtung des Eingriffes während des Zusammendrückens festgehalten werden und weil die beiden elastischen Körper 83a und 83b unbeweglich befestigt sind. Dementsprechend verändert sich die in 9 dargestellte Stoßdämpfungscharakteristik immer in einer gleichförmigen Weise, wodurch eine stabile Stoßdämpfungsfunktion gewährleistet wird. Weiterhin wird ein radiales Gleiten des äußeren Elementes 80 und des inneren Elementes 82 verhindert, weil die beiden Elemente 80 und 82 durch den Verbindungsmechanismus 86 in einer relativ drehbaren und axial unbeweglichen Weise verbunden sind. Demzufolge kann ein Kontakt zwischen den Elementen 80 und 82 während des Stoßes verhindert werden, und es ist weniger wahrscheinlich, dass die beiden Elemente 80 und 82 beschädigt werden, wenn ein Stoß ausgeübt wird.
Obwohl das Vorstehende eine Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt, können weitere Modifikationen ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden. Es ist z. B. möglich, obgleich in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die ersten elastischen Elemente 83 aus ersten und zweiten elastischen Körpern 83a und 83b zusammengesetzt sind, die ersten elastischen Körper 83a an beiden Seiten der zweiten elastischen Körper 83b anzuordnen, wie dies in 10 dargestellt ist. In diesem Fall wird nur einer der beiden ersten elastischen Körper 83a, 83a erstmalig zusammengepresst, wenn die Stoßgeschwindigkeit hoch ist, und beide elastischen Körper 83a, 83a werden zusammengedrückt, wenn die Stoßgeschwindigkeit gering ist. Die Stoßdämpfungscharakteristik verändert sich deshalb mit der Stoßgeschwindigkeit, wodurch es möglich ist, verschiedene Stöße zu neutralisieren.
Obgleich in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform alle elastischen Körper hintereinander angeordnet sind, ist es auch möglich, nur einige dieser elastischen Körper hintereinander anzuordnen. In 11 ist ein Stauraum 83j im mittleren Teil eines ersten elastischen Körpers 83a gebildet, und ein zweiter elastischen Körper 83b ist in diesem Stauraum 83j untergebracht. In diesem Fall sind die ersten elastischen Körper 83a und die zweiten elastischen Körper 83b nicht nur in der Drehrichtung sondern auch in der radialen Richtung, die sich mit der Drehrichtung kreuzt, hintereinander angeordnet, so dass es möglich ist, abrupte Änderungen in der Elastizität, die während des Zusammendrückens auftreten, zu reduzieren und plötzliche Änderungen in der Stoßdämpfungscharakteristik zu unterdrücken. Zusätzlich können die zweiten elastischen Körper 83b durch die ersten elastischen Körper 83a unbeweglich gehalten werden, selbst wenn die beiden elastischen Körper 83a und 83b nicht mittels Klebstoff oder anderen Befestigungsmitteln befestigt sind.
Obgleich in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel die elastischen Körper 83a und 83b in der Weise hintereinander angeordnet sind, dass Grenzlinien in der Richtung, welche sich mit der Drehrichtung kreuzt, gebildet werden, ist es auch möglich, die elastischen Körper 83a und 83b so hintereinander anzuordnen, dass die Grenzlinien an einer Schräge, wie in 12 dargestellt, gebildet werden. In diesem Fall verändert sich die Gesamtelastizität mit der Ausdehnung der Schräge, wodurch es leichter wird, verschiedene Stöße zu neutralisieren.
Wenngleich in der zuvor beschriebenen Ausführungsform die elastischen Körper 83a und 83b mit einem Klebstoff unbeweglich befestigt sind, ist es auch möglich, die elastischen Körper 83a und 83b durch Verrastung am Ort, wie dies in den 13 und 14 dargestellt ist, zu befestigen. In 13 ist der elastische Körper 83b mit Vorsprüngen 83f versehen, und der elastische Körper 83a ist mit einer Schwalbenschwanznut 83g versehen, in welcher die Vorsprünge 83f am Ort verrastet werden können. In 14 sind die elastischen Körper 83a und 83b mit runden Ausnehmungen 83h versehen, und hantelförmige Befestigungselemente 83i sind in diesen runden Ausnehmungen 83h befestigt. Eine solche Befestigungsstruktur ist nicht allein auf die beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und umfasst alle weiteren Strukturen, die in der Lage sind, eine Mehrzahl von elastischen Körpern zu befestigen. In diesem Fall ist es unwahrscheinlich, das das Zusammendrücken eines elastischen Körpers das Zusammendrücken von anderen elastischen Körpern bewirkt, weil die elastischen Körper 83a und 83b lediglich durch Verrastung am Ort befestigt sind.
Obwohl in der zuvor beschriebenen Ausführungsform die ersten elastischen Elemente 83 aus zwei elastischen Körpern 83a und 83b, welche unterschiedliche Elastizitäten aufweisen, zusammengesetzt sind, ist es auch möglich, die ersten elastischen Elemente 83 aus drei oder mehr Typen von elastischen Körpern zusammenzusetzen, welche unterschiedliche Elastizitäten aufweisen. In 15 ist ein erstes elastisches Element 83 aus drei Typen von elastischen Körpern 83a, 83b und 83e zusammengesetzt, welche in Drehrichtung hintereinander angeordnet sind. Hier können die Elastizitäten des ersten elastischen Körpers 83a, des zweiten elastischen Körpers 83b und des dritten elastischen Körpers 83e z. B. in der angegebenen Reihenfolge sich zunehmend verringern. Ein erstes elastisches Element 83, welches so gestaltet ist, gestaltet die Dämpfungscharakteristik weicher und ermöglicht, geringe Unregelmäßigkeiten bis zu dem Moment (Hub S1) zu absorbieren, wenn der erste elastische Körper 83a ein bestimmtes Maß der Kompression erreicht, wie es in 16 dargestellt ist. Wenn ein stärkerer Stoß einwirkt, beginnt das Zusammendrücken des zweiten elastischen Körpers 83b, und die Dämpfungscharakteristik wird etwas härter, wodurch es möglich ist, mittlere Stöße zu neutralisieren. Wenn ein noch stärkerer Stoß einwirkt, wird begonnen den dritten elastischen Körper 83e in dem Moment zusammenzudrücken (Hub S2), wenn der zweite elastische Körper 83b ein bestimmtes Maß an Kompression erreicht, und die Dämpfungscharakteristik wird noch härter, wodurch es möglich ist, starke Stöße zu neutralisieren. Mit dieser Anordnung kann eine noch größere Vielzahl von Stoßarten gedämpft werden.
Obwohl die zuvor beschriebene Ausführungsform so gestaltet ist, dass zweite elastische Elemente 84 befestigt sind und Druck auf die ersten elastischen Elemente 83 ausüben, ist es auch möglich, auf die Befestigung der zweiten elastischen Elemente 84 zu verzichten. Wenn die zweiten elastischen Elemente 84 befestigt sind, ist es auch möglich, elastische Körper zu befestigen, die genügend weich sind, um zu verhindern, dass Druck auf die ersten elastischen Elemente 83 ausgeübt wird. Solche zweiten elastischen Elemente 84, welche unfähig sind, Druck auszuüben, können zusätzlich verhindern, dass durch das Anschlagen zwischen den Vorsprüngen 92 und 102 ein Geräusch erzeugt wird und es ermöglichen, Stöße während der Rückkehr in den Ausgangszustand zu absorbieren.
Obwohl die zuvor beschriebene Ausführungsform elastische Körper zeigt, welche dieselbe Elastizität aufweisen und in den fünf Zwischenräumen befestigt sind, die durch die beiden Vorsprünge 92 und 102 gebildet werden, ist es auch möglich, ein erstes elastisches Element und/oder ein zweites elastisches Element zu befestigen, welche unterschiedliche Elastizität in mindestens einem der fünf Zwischenräume aufweisen.

Claims

Stoßdämpferelement (83) für einen Stoßdämpfer (14) für ein Fahrrad (10) mit einem ersten Rahmenelement (16) und einem zweiten Rahmenelement (18), wobei der Stoßdämpfer (14) ein erstes Element (80), das ausgebildet ist, um mit dem ersten Rahmenelement verbunden zu werden, und ein zweites Element (82), das ausgebildet ist, um mit dem zweiten Rahmenelement verbunden zu werden, und einem Verbindungsmechanismus (86) beinhaltet, der das erste Element (80) mit dem zweiten Element (82) so verbindet, dass sich das erste Element relativ zum zweiten Element dreht, wobei das Stoßdämpferelement (83) in der Lage ist, zwischen dem ersten Element (80) und dem zweiten Element (82) so platziert zu werden, dass sich das Stoßdämpferelement (83) reagierend auf eine Relativdrehung des ersten Elementes (80) und des zweiten Elementes (82) ausdehnt und zusammenzieht, wobei das Stoßdämpferelement (83) aufweist: einen ersten elastischen Körper (83a); einen zweiten elastischen Körper (83b), der den ersten elastischen Körper in einer Rotationsrichtung des ersten Elementes (80) und des zweiten Elementes (82) zumindest teilweise überlappt; und wobei sich eine Elastizität des ersten elastischen Körpers (83a) von einer Elastizität des zweiten elastischen Körpers (83b) unterscheidet.
Stoßdämpferelement (83) nach Anspruch 1, bei dem der erste elastische Körper (83a) am zweiten elastischen Körper (83b) unbeweglich befestigt ist.
Stoßdämpferelement (83) nach Anspruch 2, bei dem der erste elastische Körper (83a) mit dem zweiten elastischen Körper (83b) verklebt ist.
Stoßdämpferelement (83) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Grenze zwischen dem ersten elastischen Körper (83a) und dem zweiten elastischen Körper (83b) in Rotationsrichtung geneigt ist.
Stoßdämpferelement (83) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter einen dritten elastischen Körper (83e) aufweist, der den zweiten elastischen Körper (83b) in Rotationsrichtung des ersten Elementes (80) und des zweiten Elementes (82) zumindest teilweise überlappt, wobei sich eine Elastizität des dritten elastischen Körpers (83e) von der Elastizität des zweiten elastischen Körpers (83b) unterscheidet.
Stoßdämpferelement (83) nach Anspruch 5, bei dem der zweite elastische Körper (83b) zwischen dem ersten elastischen Körper (83a) und dem dritten elastischen Körper (83e) angeordnet ist.
Stoßdämpferelement (83) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem eine Elastizität des dritten elastischen Körpers (83e) sich von der Elastizität des ersten elastischen Körpers (83a) und des zweiten elastischen Körpers (83b) unterscheidet.
Stoßdämpferelement (83) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Elastizität des zweiten elastischen Körpers (83b) geringer ist als die Elastizität des ersten elastischen Körpers (83a), und bei dem die Elastizität des dritten elastischen Körpers (83e) geringer ist als die Elastizität des zweiten elastischen Körpers (83b).
Stoßdämpferelement (83) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem der erste elastische Körper (83a) am zweiten elastischen Körper (83b) unbeweg lich befestigt ist, und bei dem der dritte elastische Körper (83e) am zweiten elastischen Körper (83b) unbeweglich befestigt ist.
Stoßdämpferelement (83) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite elastische Körper (83b) im ersten elastischen Körper (83a) angeordnet ist.
Stoßdämpferelement (83) nach Anspruch 10, bei dem der erste elastische Körper (83a) den zweiten elastischen Körper (83b) umgibt.
Stoßdämpferelement (83) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite elastische Körper (83b) einen Vorsprung (83f) aufweist, der mit einer Nut (83g) im ersten elastischen Körper (83a) in Eingriff ist.
Stoßdämpfer (14) für eine Montage zwischen einem ersten Rahmenelement (16) und einem zweiten Rahmenelement (18) eines Fahrrades (10), wobei der Stoßdämpfer (14) aufweist: ein erstes Element (80), das ausgebildet ist, um mit dem ersten Rahmenelement (16) verbunden zu werden; ein zweites Element (82), das ausgebildet ist, um mit dem zweiten Rahmenelement (18) verbunden zu werden; einen Verbindungsmechanismus (86), der das erste Element (80) mit dem zweiten Element (82) verbindet, so dass sich das erste Element (80) relativ zum zweiten Element (82) dreht; ein Stoßdämpferelement (83) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zwischen dem ersten Element (80) und dem zweiten Element (82) so platziert wird, dass sich das Stoßdämpferelement (83) reagierend auf eine Relativdrehung des ersten Elementes (80) und des zweiten Elementes (82) ausdehnt und zusammenzieht.