WO2021239184A1 - Lenkeinrichtung für zwei- und dreiradfahrzeuge - Google Patents

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WO2021239184A1
WO2021239184A1 PCT/DE2021/100446 DE2021100446W WO2021239184A1 WO 2021239184 A1 WO2021239184 A1 WO 2021239184A1 DE 2021100446 W DE2021100446 W DE 2021100446W WO 2021239184 A1 WO2021239184 A1 WO 2021239184A1
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WO
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polygon
steering device
tube
handlebar
component
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PCT/DE2021/100446
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sven BREITFELD
Original Assignee
Hwg Horst Weidner Gmbh
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K21/00—Steering devices
    • B62K21/18—Connections between forks and handlebars or handlebar stems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K19/00—Cycle frames
    • B62K19/30—Frame parts shaped to receive other cycle parts or accessories
    • B62K19/32—Steering heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K21/00—Steering devices
    • B62K21/06—Bearings specially adapted for steering heads

Definitions

  • the invention is based on a steering device for two- and three-wheeled vehicles, which ensures a non-rotatable connection between a handlebar and a handlebar stem and / or between a handlebar stem and a fork of the two- or three-wheeled vehicle according to the preamble of claim 1 and a steering element direction for two- and three-wheeled vehicles with a stop according to the preamble of claim 7.
  • the non-rotatable connections are formed by a joining area between a stem and a handlebar of the steering device and a joining area between the stem and a shaft tube of a fork of the two- or three-wheeled vehicle.
  • a joint area between a stem and a shaft tube and a stem and a handlebar is known, in which the line of contact between the stem and the shaft tube and between the stem and handlebar forms a polygon with any number of corners.
  • the non-rotatable connection is made here by a form-fitting connection between the partners of the joint area (DE 200 03227 U1).
  • stops for the handlebars of two- and three-wheeled vehicles are sufficiently known. They are used to avoid damage to the frame of the vehicle and the control elements arranged on the handlebar, such as shift, brake and clutch levers, in the event of the front wheel being inadvertently turned too far and the handlebars connected to it in a rotationally fixed manner. Such attacks only become effective in an area that is not safety-relevant, so that the function-related steering of the vehicle is not impaired.
  • a stop for the handlebars of two-wheeled vehicles is known, which is arranged in the lower steering head bearing within the control tube.
  • the lower steering head bearing consists of a bottom rotatably connected to the fork of the vehicle, a roller bearing and a non-rotatably connected to the head tube of the frame mens of the vehicle bearing shell, in which the bottom and the roller bearing can be used.
  • In the bottom an arcuate groove is arranged, which is open to the outer periphery of the sen. Their minimum opening angle is based on the legal regulations for steering angles of handlebars for two-wheeled vehicles.
  • the bearing shell has a recess extending over its height that receives a stop element.
  • the stop element has two different radial thicknesses over its height, the thickness in the area of the lower roller bearing not being greater than the radial depth of the open recess of the lower bearing shell.
  • the thickness in the area of the base is selected to be so large that the stop element protrudes into the arcuate groove of the base.
  • the pins protrude slightly beyond the inner wall of the base into the interior space enclosed by the base, so that the base, which is opened onto the shaft tube of the fork, is non-rotatably connected to the fork.
  • a secure non-positive and form-fitting connection between fork and floor is achieved (DE 10 2018 123 310 A1).
  • the disadvantage of this handlebar stop is the way in which the non-rotatable connection between the shaft tube of the fork and the floor is made to ensure the legally required torque of 60 Nm for torque transmission from the handlebar stem to the vehicle fork.
  • a relevant non-rotatable connection is the one between the floor and the shaft tube of the fork.
  • the three pins used for this connection cause scoring, ie plastic deformations on the fork shaft tube when the bottom hits the fork, which is considered to be impermissible by the fork manufacturer.
  • the second torque transmission from the handlebar stem to the vehicle fork rele vante non-rotatable connection is the errohr between the lower bearing shell and the STEU. This is done in a known manner by knocking in the lower bearing shell, so by a press fit.
  • a fastening device for a handlebar stem of a bicycle in which the connecting force of the non-rotatable connection between the Len kervorbau and the steerer tube of the fork of the bicycle is increased by the fact that on the upper part of the outer jacket of the steerer tube of the fork, the cylinder from the Zy The handlebar stem is enclosed and a toothing is applied.
  • This toothing can be sawtooth-shaped or rectangular or trapezoidal in cross section (US Pat. No. 5,553,511 A). Even with this non-rotatable connection, the o. G. Disadvantages of the plastic deformation of the cylindrical inner surface of the Len kervorbaus.
  • the object of the invention is thus to provide a secure, non-rotatable connection between tween the handlebars and the handlebar stem and / or the handlebar stem and the shaft tube of the fork with less manufacturing and assembly costs.
  • Another object is to provide a secure, non-rotatable connection between the components of the upper or lower steering head bearing that are connected to the shaft tube of the fork and / or the head tube of the frame of the two- or three-wheeled vehicle and into which a stop for the handlebar is integrated produce less manufacturing and assembly costs.
  • each one component of the rotationally fixed Connection has a smooth cylindrical surface over the axial length of the non-rotatable connection, while the surface of the other, coaxially to the first-mentioned arranged component, which is in frictional operative connection with this smooth cylindrical surface in the assembled state, is designed as an n-fold polygon.
  • the invention is also applicable to scooters and e-scooters.
  • the diameter of the circle which is tangent to the edges of the poly is equal to or smaller than the outer diameter of the component coaxially penetrating this construction part.
  • the diameter of the circle which encloses the corners of the polygon is equal to or greater than the inner diameter of the component coaxially surrounding this component.
  • the inner surface of the head tube of the frame and the outer surface of the steerer tube of the fork continuously retain their cylindrical shape, while, for example, the outer surface of the bearing shell of the steering head bearing and / or the inner surface of the bottom of the stop have polygonal surfaces.
  • the non-rotatable connections according to the invention on steering devices of two- and three-wheeled vehicles have an exclusively non-positive effect.
  • the polygonal surfaces of one component of the non-rotatable connection rest with a slight interference fit on the cylindrical outer surface of the other component of the non-rotatable connection, which is directly opposite them. Due to the large number of polygon areas, the radial flow of force is optimized in such a way that a much higher torque can be transmitted than the above. Minimum torque of 60 Nm.
  • Another advantage of these non-rotatable connections is that the material of the other connection partner is not plastically deformed as long as the excess is designed so that the flow limit Rp 0.2 of the material is not exceeded. Since, in the area of merely elastic deformation of the material, the polygonal surfaces on the outer surface of the cylindrical connection partner do not leave any mechanical damage such as grooves or notches, the strength and function of this component are not impaired.
  • handlebars and handlebar stem or handlebar stem and steerer tube are usually also joined as standard. rich with the other component have a smooth cylindrical surface, while rend the handlebar stem in its joining area with the shaft tube and / or the handlebar is designed as an n-fold polygon.
  • the surfaces of the polygon are between tween the surfaces of the polygon not flat, for. B. curved surfaces.
  • the areas of the polygon can also be distributed unevenly, for example only over part of the circumference, over the outer or inner circumference of the component.
  • grooves extending in the axial direction are arranged between the surfaces of the polygon. These form a free space for the material to expand, for example as a result of elastic deformation or a slight flow of the material.
  • the main components of the steering direction i.e. the shaft tube and the control tube
  • the components that are operatively connected to the respective main component i.e. the inner casing of the base and the outer casing of the Bearing shell, each formed as an n-fold polygon in their joining area with the shaft tube and / or the control tube.
  • the diameter ratios between the cylindrical components and the components designed as n-fold poly gon are designed in the same way as described above for the connec tion of the handlebar stem with the shaft tube of the fork and / or the handlebars.
  • Fig. 1 shows a steering device of a bicycle in an isometric Explosi onsdarwolf
  • FIG. 2 shows an enlarged exploded view of the steering device from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows the lower steering head bearing of the steering device from FIG. 1 with a stop in a plan view from below as an exploded view
  • FIG. 4 shows an enlarged exploded view of the lower steering head bearing of the steering device from FIG. 3,
  • Fig. 5 shows the non-rotatable connection of the outer bearing shell of the lower control head bearing with the head tube
  • FIG. 6 shows an enlarged exploded view of the lower steering head bearing of the steering device from FIG. 5,
  • Fig. 1 shows a steering device of a bicycle with a frame, of which single Lich a head tube 1 and two outgoing frame tubes are shown, and a fork 2 with a shaft tube 3, which is passed through the head tube 1, in this by means of a not closer Upper and lower control head bearing shown tion stored and rotatably connected at its upper, free end with a handlebar stem 4.
  • the stem 4 consists of a vertical clamping sleeve 5 and egg ner attached to this horizontal clamping sleeve 6, the central axes of the clamping sleeves 5, 6 extending at right angles to each other.
  • the clamping sleeves 5, 6 are each designed in a known manner as longitudinally slotted pipe pieces, one outer shell half of which has a thickening with two through bores arranged at right angles to the respective axis of rotation of the clamping sleeves 5, 6 for receiving clamping means not shown here.
  • FIG. 2 shows the handlebar stem 4 in an enlarged view, from which the inner jacket of the vertical clamping sleeve 5 and the horizontal clamping sleeve 6 can be seen through a shortened representation of the shaft tube 3 and the handlebar 7.
  • the upper end of the sheep tube 3 comprehensive inner jacket of the vertical clamping sleeve 5 is formed by a plurality of polygonal surfaces 8 and the handlebar 7 comprehensive inner jacket of the horizontal clamping sleeve 6 by a variety of polygonal surfaces 9 ge, while the shaft tube 3 and the handlebar 7 in this area have their original, cylindrical or annular cross-section. In practice, 20 to 30 polygon areas have proven to be practicable to transmit the required minimum torque of 60 Nm.
  • FIG. 3 shows a plan view of a lower steering head bearing 10, wherein only the shaft tube 3 of the fork 2, broken on one side, is shown to recognize the inventive design of the torque-carrying components.
  • FIG. 4 shows a detail of the lower control head bearing 10 with the stop from FIG. 3 in an enlarged illustration.
  • the lower steering head bearing 10 has a lower bearing shell 11 which is connected non-rotatably to the control tube 1 of the frame and a base 12 which is non-rotatably connected to the shaft tube 3.
  • a lower roller bearing (not shown in greater detail here) rests on the floor 12, the outer ring of which is pressed into the lower bearing shell 11.
  • the height of the lower bearing shell 11 corresponds at least to the sum of the height of the base 12 and the lower roller bearing. In the assembled state, its upper edge rests against the lower end face of the control tube 1.
  • the shaft tube 3 is passed through the Bo the 12, the inner ring of the lower roller bearing and the inner ring of the upper roller bearing, also not shown here, of the upper steering head bearing and protrudes into the vertical clamping sleeve 6 of the stem 4, from which it, as described above, through its polygonal inner surface is received in a rotationally fixed manner.
  • the inner casing of the bottom 12 has a plurality of Po lygon vom 13, while the shaft tube 3 is smooth on the outside in a known manner Pipe is. In the practical version, 20 to 30 polygonal areas have proven to be practicable for transferring the required minimum torque of 60 Nm.
  • the outer casing of the base 12 is provided over a third with a coaxially running recess 14 that is open towards the outer circumference, so that the angle enclosed by the flanks of the recess 14 is 120 °.
  • a recess which runs parallel to the axis of rotation of the steering head bearing and is open towards the lower roller bearing, is made for receiving a stop element 15.
  • the stop element 15 consists of a cuboid body, the effective height of which corresponds to the height of the lower bearing shell 11 and the width of which corresponds to the width of the open recess. Its thickness changes in the plane in which, in the assembled state, the bottom 12 and the lower roller bearing above it touch each other, by leaps and bounds The inner jacket of the lower bearing shell 11 protrudes.
  • the stop element 15 has a radially inwardly projecting shoulder which protrudes into the recess 14 of the bottom 12 in the mounted state.
  • a special feature of the design of the polygon surfaces 13 of the Bo dens 12 can be seen. Between the polygon surfaces 13 there is provided a groove 16 which extends in the axial direction and which provides a free space for accommodating any gene of the bottom 12 forms on the shaft tube 3 of the fork 2 on the polygon surfaces 13 on occurring deformations. Such free spaces can, however, be provided on all polygon surfaces 8, 9, 17.
  • FIGS. The execution of the non-rotatable connection between the control tube 1 and the unte Ren bearing shell 11 is shown in FIGS. It also follows the inven tion principle of the design of the surfaces of the two coaxial connection partners touching each other in the assembled state, whereby in the present case, the outer surface of the lower bearing shell 11 is advantageously formed by a plurality of polygonal surfaces 17, while the inner surface of the control tube 1 is designed as a smooth cylindrical surface.
  • all four described non-rotatable connections can also be designed in the opposite way, i. H. the lateral surface of the connection partner, which has the cylindrical shape, can also be polygonal.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Lenkeinrichtung für Zwei- und Dreiradfahrzeuge, die eine drehfeste Verbindung zwischen einem Lenker und einem Lenkervorbau und/oder zwischen einem Lenkervorbau und einer Gabel des Zwei- oder Dreiradfahrzeuges gewährleistet sowie einer Lenkeinrichtung für Zwei- und Dreiradfahrzeuge mit einem Anschlag. Die Lenkeinrichtung weist einen Rahmen mit einem Steuerrohr (1), eine Gabel mit einem Schaftrohr (3) und einen Lenkervorbau (4) mit einem Lenker (7) auf. Zusätzlich kann ein Anschlag für den Lenker (7) vorgesehen sein, der aus einem mit der Gabel des Zwei- oder Dreiradfahrzeugs drehfest verbundenen Boden mit einer Ausnehmung und einem in der Lagerschale fest angeordneten, radial in die Ausnehmung hineinragenden Anschlagelement besteht. Erfindungsgemäß weist jeweils eine Komponente der drehfesten Verbindung über ihre axiale Länge eine glatte zylindrische Oberfläche auf, während die mit dieser glatten zylindrischen Fläche im montierten Zustand in kraftschlüssiger Wirkverbindung stehende Oberfläche der anderen, koaxial zu der erstgenannten angeordnete Komponente als ein n-faches Polygon ausgebildet ist.

Description

Lenkeinrichtung für Zwei- und Dreiradfahrzeuqe
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Lenkeinrichtung für Zwei- und Dreiradfahrzeuge, die eine drehfeste Verbindung zwischen einem Lenker und einem Lenkervorbau und/oder zwischen einem Lenkervorbau und einer Gabel des Zwei- oder Dreiradfahrzeuges ge währleistet nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie einer Lenkein richtung für Zwei- und Dreiradfahrzeuge mit einem Anschlag nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
Lenkeinrichtungen für Zwei- und Dreiradfahrzeuge sind hinreichend bekannt. Die dreh festen Verbindungen sind durch einen Fügebereich zwischen einem Vorbau und ei nem Lenker der Lenkeinrichtung sowie einem Fügebereich zwischen dem Vorbau und einem Schaftrohr einer Gabel des Zwei- oder Dreiradfahrzeuges gebildet. Bekannt ist ein Fügebereich zwischen einem Vorbau und einem Schaftrohr sowie einem Vorbau und einem Lenker, bei dem die Berührungslinie von Vorbau und Schaftrohr sowie von Vorbau und Lenker einen Polygonzug mit beliebig vielen Ecken bildet. Die drehfeste Verbindung erfolgt hierbei durch eine formschlüssige Verbindung zwischen den Part nern des Fügebereichs (DE 200 03227 U1).
Der Nachteil einer solchen formschlüssigen Verbindung besteht darin, dass der von einer kreisförmigen Querschnittsform abweichende polygonförmige Querschnitt der Partner des Fügebereichs in einer sehr engen Passung hergestellt werden muss, um ein Spiel zwischen dem Lenker und dem Vorbau sowie dem Vorbau und dem Schaft rohr zu vermeiden. Das bedingt einen erhöhten Fertigungsaufwand des Fügebereichs der Partner der drehfesten Verbindung.
Ebenso sind Anschläge für Lenker von Zwei- und Dreiradfahrzeugen hinreichend be kannt. Sie dienen der Vermeidung von Beschädigungen des Rahmens des Fahrzeugs sowie der am Lenker angeordneten Bedienelemente, wie beispielsweise Schalt-, Brems- und Kupplungshebeln, im Fall des unbeabsichtigten zu weiten Einschlagens des Vorderrades sowie des mit diesem drehfest verbundenen Lenkers. Dabei werden derartige Anschläge erst in einem nicht sicherheitsrelevanten Bereich wirksam, so dass das funktionsbedingte Lenken des Fahrzeugs nicht beeinträchtigt wird.
Bekannt ist hierzu ein Anschlag für Lenker von Zweiradfahrzeugen, der in der unteren Steuerkopflagerung innerhalb des Steuerrohres angeordnet ist. Zu diesem Zweck be steht die untere Steuerkopflagerung aus einem mit der Gabel des Fahrzeugs drehfest verbundenen Boden, einem Wälzlager und einer drehfest mit dem Steuerrohr des Rah mens des Fahrzeugs verbundenen Lagerschale, in die der Boden und das Wälzlager einsetzbar sind. In dem Boden ist eine kreisbogenförmige Nut angeordnet, die zu des sen Außenumfang hin offen ist. Ihr Mindestöffnungswinkel richtet sich nach den ge setzlichen Vorschriften für Einschlagwinkel von Lenkern für Zweiradfahrzeuge. Die La gerschale weist eine sich über ihre Höhe erstreckende Ausnehmung auf, die ein An schlagelement aufnimmt. Das Anschlagelement weist über seine Höhe zwei unter schiedliche radiale Dicken auf, wobei die Dicke im Bereich des unteren Wälzlagers nicht größer als die radiale Tiefe der offenen Aussparung der unteren Lagerschale ist. Die Dicke im Bereich des Bodens ist so groß gewählt, dass das Anschlagelement in die kreisbogenförmige Nut des Bodens hineinragt. Zur drehfesten Verbindung des Bo dens mit dem Schaftrohr der Gabel sind in dem Boden drei im gleichen Winkelabstand zueinander über den Innenumfang des Bodens verteilte Längsnuten zur Aufnahme jeweils eines Stiftes angeordnet. Die Stifte ragen mit einem Teil ihres Mantels gering fügig über die Innenwandung des Bodens hinaus in den vom Boden umschlossenen Innenraum hinein, so dass der auf das Schaftrohr der Gabel aufgeschlagene Boden drehfest mit der Gabel verbunden ist. Dadurch wird eine sichere kraft- und formschlüs sige Verbindung zwischen Gabel und Boden erreicht (DE 10 2018 123 310 A1 ). Der Nachteil dieses Lenkeranschlags besteht in der Art und Weise der Herstellung der drehfesten Verbindung zwischen dem Schaftrohr der Gabel und dem Boden, um das gesetzlich vorgeschriebene Drehmoment in Höhe von 60 Nm zur Drehmomentüber tragung vom Lenkervorbau auf die Fahrzeuggabel zu gewährleisten. Eine dafür rele vante drehfeste Verbindung ist die zwischen dem Boden und dem Schaftrohr der Ga bel. Die drei für diese Verbindung verwendeten Stifte verursachen beim Aufschlagen des Bodens auf das Schaftrohr der Gabel Riefen, d. h. plastische Verformungen an demselben, was vom Hersteller der Gabel als nicht zulässig angesehen wird. Die zweite zur Drehmomentübertragung vom Lenkervorbau auf die Fahrzeuggabel rele vante drehfeste Verbindung ist die zwischen der unteren Lagerschale und dem Steu errohr. Diese erfolgt in bekannter Weise durch das Einschlagen der unteren Lager schale, also durch einen Presssitz.
Schließlich ist eine Befestigungsvorrichtung für einen Lenkervorbau eines Fahrrades bekannt, bei dem die Verbindungskraft der drehfesten Verbindung zwischen dem Len kervorbau und dem Schaftrohr der Gabel des Fahrrades dadurch erhöht wird, dass auf den oberen Bereich des Außenmantel des Schaftrohres der Gabel, der von dem Zy linder der Lenkervorbaus umschlossen wird eine Verzahnung aufgebracht wird. Diese Verzahnung kann im Querschnitt sägezahnförmig oder auch rechteck- oder trapezför mig ausgebildet sein (US 5 553 511 A). Auch bei dieser drehfesten Verbindung treten die o. g. Nachteile der plastischen Verformung der zylindrischen Innenfläche des Len kervorbaus auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine sichere drehfeste Verbindung zwi schen dem Lenker und dem Lenkervorbau und/oder dem Lenkervorbau und dem Schaftrohr der Gabel mit einem geringeren Fertigungs- und Montageaufwand herzu stellen. Ferner besteht eine weitere Aufgabe darin, eine sichere drehfeste Verbindung zwischen den mit dem Schaftrohr der Gabel und/oder dem Steuerrohr des Rahmens des Zwei- oder Dreiradfahrzeugs verbundenen Bauteilen der oberen oder unteren Steuerkopflagerung, in die ein Anschlag für den Lenker integriert ist, mit einem gerin geren Fertigungs- und Montageaufwand herzustellen. Die Erfindung und ihre Vorteile
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Herstellung einer drehfesten Verbindung zwi schen dem Lenker und dem Lenkervorbau und/oder dem Lenkervorbau und dem Schaftrohr durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und die Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen den mit dem Schaftrohr der Gabel und/oder dem Steuerrohr des Rahmens drehfest zu verbindenden Bauteile der Steuerkopflage rungen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 7 gelöst.
Die erfindungsgemäße drehfeste Verbindung zwischen dem Lenker und dem Lenker vorbau und/oder dem Lenkervorbau und dem Schaftrohr und/oder den den Anschlag der Lenkeinrichtung bildenden Bauteilen mit dem Schaftrohr und/oder dem Steuerrohr des Rahmens folgt einem gemeinsamen Prinzip: jeweils eine Komponente der dreh festen Verbindung weist über die axiale Länge der drehfesten Verbindung eine glatte zylindrische Oberfläche auf, während die mit dieser glatten zylindrischen Fläche im montierten Zustand in kraftschlüssiger Wirkverbindung stehende Oberfläche der an deren, koaxial zu der erstgenannten angeordnete Komponente als ein n-faches Poly gon ausgebildet ist. Die Erfindung ist auch bei Rollern und E-Scootern anwendbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bei einem Bauteil mit einer po lygonalen Innenfläche der Durchmesser des Kreises, der von den Kanten des Poly gons tangiert wird, gleich dem oder kleiner als der Außendurchmesser des dieses Bau teil koaxial durchdringenden Bauteils. Am Beispiel der Verbindung zwischen dem Len kervorbau und dem Schaftrohr bedeutet das, dass der Durchmesser dieses Kreises nicht größer als der Außendurchmesser des Schaftrohres ist.
Demgegenüber ist bei einem Bauteil mit einer polygonalen Außenfläche der Durch messer des Kreises, der die Ecken des Polygons umschließt, gleich dem oder größer als der Innendurchmesser des dieses Bauteil koaxial umgebenden Bauteils. Am Bei spiel der Verbindung zwischen einer mit dem Steuerrohr drehfest verbundenen Lager schale bedeutet das, dass der Durchmesser dieses Kreises nicht kleiner ist als der Innendurchmesser des Steuerrohres. Aus praktisch nachvollziehbaren Gründen wird eine Reduzierung des Aufwandes bei der Herstellung der Bauteile in der Regel dann erreicht, wenn die größeren an der drehfesten Verbindung beteiligten Bauteile in bekannter Weise im Bereich der dreh festen Verbindung jeweils mit der glatten Mantelfläche versehen sind. Das bedeutet, dass beispielsweise die Innenfläche des Steuerrohres des Rahmens sowie die Außen fläche des Schaftrohres der Gabel durchgehend ihre zylindrische Gestalt beibehalten, während beispielsweise die Außenfläche der Lagerschale der Steuerkopflagerung und/oder die Innenfläche des Bodens des Anschlags polygonale Flächen aufweisen.
Die erfindungsgemäßen drehfesten Verbindungen an Lenkeinrichtungen von Zwei- und Dreiradfahrzeugen wirken ausschließlich kraftschlüssig. Die Polygonflächen der einen Komponente der drehfesten Verbindung liegen mit einer leichten Presspassung an der jeweils ihnen unmittelbar gegenüberliegenden zylindrischen Mantelfläche der anderen Komponente der drehfesten Verbindung an. Durch die Vielzahl der Polygon flächen wird der radiale Kraftfluss derart optimiert, dass ein wesentlich höheres Dreh moment übertragen werden kann als das o. g. Mindestdrehmoment in Höhe von 60 Nm. Ein weiterer Vorteil dieser drehfesten Verbindungen besteht darin, dass das Material des jeweils anderen Verbindungspartners nicht plastisch deformiert wird, so fern das Übermaß so ausgelegt ist, dass die Fließgrenze Rp 0,2 des Materials nicht überschritten wird. Da im Bereich einer lediglich elastischen Verformung des Materials die Polygonflächen an der Mantelfläche des zylindrischen Verbindungspartners keine mechanischen Beschädigungen, wie Rillen oder Einkerbungen, hinterlassen, wird die Festigkeit und Funktion dieses Bauteils nicht beeinträchtigt.
Das wird dadurch erreicht, dass durch die Vielzahl der Polygonflächen im montierten Zustand keine durchgehende Berührungslinie zwischen den Verbindungspartnern zu stande kommt und die Polygonflächen eine sehr sanfte Einleitung des die Presspas sung bewirkenden Übermaßes in den Kontaktbereichen bewirken. Je höher die Anzahl der Polygonflächen ist, desto geringer muss das Übermaß bezüglich des jeweils zy lindrischen Durchmessers sein.
Bei der Verbindung von Lenker und Lenkervorbau oder Lenkervorbau und Schaftrohr werden in der Regel der Lenker und das Schaftrohr standardmäßig auch im Fügebe- reich mit dem jeweils anderen Bauteil eine glatte zylindrische Fläche aufweisen, wäh rend der Lenkervorbau in seinem Fügebereich mit dem Schaftrohr und/oder dem Len ker als n-faches Polygon ausgebildet ist.
Um die Flächenpressung der Bauteile in einem fügetechnisch praktikablen Maß zu halten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Anzahl der Polygonflächen nicht kleiner als 10 zu wählen. Ein Optimum bezüglich Fertigungsaufwand und sicherer Übertra gung des Drehmomentes zwischen den Bauteilen liegt bei 25 Flächen.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befinden sich zwi schen den Flächen des Polygons nicht ebene, z. B. gekrümmte Flächen. Die Flächen des Polygons können auch ungleichmäßig, beispielsweise nur über einen Teil des Umfangs, über den Außen- oder Innenumfang des Bauteils verteilt sein.
Nach einer anderweitigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen den Flächen des Polygons sich in axialer Richtung erstreckende Nuten angeordnet. Diese bilden einen Freiraum für eine Ausdehnung des Materials, beispielsweise infolge elastischer Verformung oder durch ein geringfügiges Fließen des Materials.
Bei einer mit einem Anschlag versehenen Lenkeinrichtung werden in der Regel die Hauptkomponenten der Lenkeirichtung, also das Schaftrohr und das Steuerohr, eine glatte zylindrische Fläche aufweisen, während die mit der jeweiligen Hauptkompo nente in Wirkverbindung stehenden Bauteile, also der Innenmantel des Bodens und der Außenmantel der Lagerschale, jeweils in ihrem Fügebereich mit dem Schaftrohr und/oder dem Steuerrohr als n-faches Polygon ausgebildet sind.
In vorteilhaften Ausgestaltungen der Lenkreinrichtung mit Anschlag sind die Durch messerverhältnisse zwischen den zylindrischen Bauteilen und den als n-faches Poly gon ausgebildeten Bauteilen in gleicher Weise ausgebildet wie oben für die Verbin dung des Lenkervorbaus mit dem Schaftrohr der Gabel und/oder dem Lenker be schrieben.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgen den Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen entnehmbar. Zeichnung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Lenkeinrichtung eines Fahrrades in einer isometrischen Explosi onsdarstellung,
Fig. 2 eine vergrößerte Explosionsdarstellung der Lenkeinrichtung aus Fig. 1 ,
Fig. 3 die untere Steuerkopflagerung der Lenkeinrichtung aus Fig. 1 mit einem Anschlag in einer Draufsicht von unten als Explosionsdarstellung,
Fig. 4 eine vergrößerte Explosionsdarstellung der unteren Steuerkopflagerung der Lenkeinrichtung aus Fig. 3,
Fig. 5 die drehfeste Verbindung der äußeren Lagerschale der unteren Steuer kopflagerung mit dem Steuerrohr und
Fig. 6 eine vergrößerte Explosionsdarstellung der unteren Steuerkopflagerung der Lenkeinrichtung aus Fig. 5,
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt eine Lenkeinrichtung eines Fahrrades mit einem Rahmen, von dem ledig lich ein Steuerrohr 1 sowie zwei von diesem abgehende Rahmenrohre dargestellt sind, und einer Gabel 2 mit einem Schaftrohr 3, das durch das Steuerrohr 1 hindurchgeführt, in diesem mittels einer nicht näher dargestellten oberen und unteren Steuerkopflage rung gelagert und an seinem oberen, freien Ende mit einem Lenkervorbau 4 drehfest verbunden ist. Der Lenkervorbau 4 besteht aus einer vertikalen Spannhülse 5 und ei ner an dieser befestigten horizontalen Spannhülse 6, wobei die Mittelachsen der bei den Spannhülsen 5, 6 rechtwinklig zueinander verlaufen. Von der vertikalen Spann hülse 5 wird das obere Ende des Schaftrohres 3 der Gabel 2 drehfest aufgenommen, während durch die horizontale Spannhülse 6 der Lenker 7 der Lenkeinrichtung hin durchgeführt und drehfest mit der horizontalen Spannhülse 6 verbunden ist. Die bei den Spannhülsen 5, 6 sind in bekannterWeise jeweils als längs geschlitzte Rohrstücke ausgebildet, deren eine äußere Mantelhälfte eine Verdickung mit zwei rechtwinklig zu der jeweiligen Drehachse der Spannhülsen 5, 6 angeordneten Durchgangsbohrungen zur Aufnahme hier nicht näher dargestellter Spannmittel aufweist. Fig. 2 zeigt den Lenkervorbau 4 in einer vergrößerten Darstellung, aus der durch eine verkürzte Darstellung des Schaftrohres 3 sowie des Lenkers 7 auch der Innenmantel der vertikalen Spannhülse 5 und der horizontalen Spannhülse 6 erkennbar ist. Der das obere Ende des Schafrohres 3 umfassende Innenmantel der vertikalen Spannhülse 5 ist durch eine Vielzahl von Polygonflächen 8 und der den Lenker 7 umfassende Innen mantel der horizontalen Spannhülse 6 durch eine Vielzahl von Polygonflächen 9 ge bildet, während das Schaftrohr 3 und der Lenker 7 in diesem Bereich ihren ursprüng lichen, zylindrischen bzw. ringförmigen Querschnitt aufweisen. In der praktischen Aus führung haben sich 20 bis 30 Polygonflächen zur Übertragung des geforderten Min destdrehmoments von 60 Nm als praktikabel erwiesen.
Eine weitere Möglichkeit der Umsetzung der Erfindung an der Lenkeinrichtung eines Zwei- oder Dreiradfahrzeuges betrifft Lenkeinrichtungen, die mit einem Anschlag für den Lenker versehen sind, wobei der Anschlag, wie beispielsweise in der DE 10 2018 123 310 A1 beschrieben, in der oberen oder unteren Steuerkopflagerung angeordnet ist. Hierzu zeigt Fig. 3 eine Draufsicht auf eine untere Steuerkopflagerung 10, wobei zum Erkennen der erfindungsgemäßen Ausbildung der drehmomentüber tragenden Bauteile nur das Schaftrohr 3 der Gabel 2, und zwar einseitig aufgebrochen, dargestellt ist. Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der unteren Steuerkopflagerung 10 mit Anschlag aus Fig. 3 in einer vergrößerten Darstellung. Die untere Steuerkopflagerung 10 weist eine untere Lagerschale 11 , die drehfest mit dem Steuerrohr 1 des Rahmens verbunden ist und einen Boden 12, der drehfest mit dem Schaftrohr 3 verbunden ist auf. Auf dem Boden 12 liegt ein hier nicht näher dargestelltes unteres Wälzlager auf, das mit seinem Außenring in die untere Lagerschale 11 eingepresst ist. Die Höhe der unteren Lagerschale 11 entspricht mindestens der Summe der Höhe des Bodens 12 und des unteren Wälzlagers. Mit ihrem oberen Rand liegt sie im montierten Zustand an der unteren Stirnfläche des Steuerrohres 1 an. Das Schaftrohr 3 ist durch den Bo den 12, den Innenring des unteren Wälzlagers und den Innenring des hier ebenfalls nicht dargestellten oberen Wälzlagers der oberen Steuerkopflagerung hindurchgeführt und ragt bis in die vertikale Spannhülse 6 des Lenkervorbaus 4 hinein, von der er, wie oben beschrieben durch ihre polygonförmige Innenfläche drehfest aufgenommen wird.
Wie aus Fig. 4 erkennbar, weist der Innenmantel des Bodes 12 eine Vielzahl von Po lygonflächen 13 auf, während das Schaftrohr 3 in bekannter Weise ein außen glattes Rohr ist. In der praktischen Ausführung haben sich 20 bis 30 Polygonflächen zur Über tragung des geforderten Mindestdrehmoments von 60 Nm als praktikabel erwiesen. Der Außenmantel des Bodens 12 ist über ein Drittel mit einer koaxial verlaufenden, zum Außenumfang hin offenen Ausnehmung 14 versehen, so dass der Winkel, den die Flanken der Ausnehmung 14 einschließen, 120° beträgt.
In den Innenmantel der unteren Lagerschale 11 ist eine parallel zur Drehachse der Steuerkopflagerung verlaufende und zum unteren Wälzlager hin offene Aussparung zur Aufnahme eines Anschlagelements 15 eingebracht. Wie auch aus Fig. 4 zu erken nen ist, besteht das Anschlagelement 15 aus einem quaderförmigen Körper, dessen wirksame Höhe der Höhe der unteren Lagerschale 11 und dessen Breite der Breite der offenen Aussparung entspricht. Seine Dicke verändert sich in der Ebene, in der im montierten Zustand der Boden 12 und das über ihm liegende untere Wälzlager sich berühren, sprunghaft, wobei seine Dicke in dem an dem unteren Wälzlagers radial anliegenden Bereich so groß ist, dass sein Innenmantel nicht über den Innenmantel der unteren Lagerschale 11 übersteht. Von Vorteil ist, den Innenmantel des Anschla gelements 15 konkav auszubilden, so dass er quasi in Fortsetzung des Innenmantels der unteren Lagerschale 11 verläuft und gleichzeitig an dem Außenmantel des unteren Wälzlagers anliegt. In seinem dem Boden 12 gegenüberliegenden Bereich weist das Anschlagelement 15 einen radial nach innen vorspringenden Absatz auf, der im mon tierten Zustand in die Ausnehmung 14 des Bodens 12 hineinragt. Für die Montage des Anschlags in der unteren Steuerkopflagerung bedeutet das also, dass beim Fügen des Anschlagelements 15 zusammen mit dem unteren Wälzlager in die untere Lagerschale 11 das Anschlagelement 15 immer im Winkelbereich der Ausnehmung 14 positioniert sein muss. Bei der Betätigung des Lenkers 7 ist somit durch die an dem Anschlagele ment 15 anschlagenden Flanken der Ausnehmung 14 der Lenkwinkel begrenzt. Damit ist auch klar, dass die untere Lagerschale 11 dem von dem Lenker 7 ausgehenden Drehmoment standhalten, also ebenfalls drehfest in dem Steuerrohr 1 des Rahmens angeordnet sein muss.
Aus Fig. 4 ist noch eine Besonderheit der Gestaltung der Polygonflächen 13 des Bo dens 12 erkennbar. Zwischen den Polygonflächen 13 ist eine sich in axialer Richtung erstreckende Nut 16 vorgesehen, die einen Freiraum zur Aufnahme von ggf. beim Fü- gen des Bodens 12 auf dem Schaftrohr 3 der Gabel 2 an den Polygonflächen 13 auf tretende Verformungen bildet. Derartige Freiräume können jedoch an allen Polygon flächen 8, 9, 17 vorgesehen sein.
Die Ausführung der drehfesten Verbindung zwischen dem Steuerrohr 1 und der unte ren Lagerschale 11 ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Sie folgt ebenfalls dem erfin dungsgemäßen Prinzip der Ausgestaltung der sich im montierenden Zustand berüh renden Flächen der beiden koaxialen Verbindungspartner, wobei im vorliegenden Bei spiel zweckmäßigerweise der Außenmantel der unteren Lagerschale 11 durch eine Vielzahl von Polygonflächen 17 gebildet wird, während der Innenmantel des Steuer rohres 1 als glatte zylindrische Fläche ausgebildet ist. An dieser Stelle sei darauf hin gewiesen, dass alle vier beschriebenen drehfesten Verbindungen auch in umgekehrter Weise ausgebildet sein können, d. h. die jeweils die zylindrische Gestalt aufweisende Mantelfläche des Verbindungspartners auch polygonförmig ausgebildet sein kann.
Alle hier dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombi nation miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszahlenliste
1 Steuerrohr
2 Gabel
3 Schaftrohr
4 Lenkervorbau
5 Vertikale Spannhülse
6 Horizontale Spannhülse
7 Lenker
8 Polygonflächen der horizontalen Spannhülse
9 Polygonflächen der vertikalen Spannhülse
10 Untere Steuerkopflagerung
11 Untere Lagerschale
12 Boden
13 Polygonflächen des Bodens
14 Ausnehmung
15 Anschlagelement
16 Nut
17 Polygonflächen der unteren Lagerschale

Claims

Patentansprüche
1. Lenkeinrichtung für Zwei- und Dreiradfahrzeuge, die einen Rahmen mit einem Steuerrohr (1), eine Gabel (2) mit einem Schaftrohr (3) und einen Lenkervorbau (4) mit einem Lenker (7) aufweisen, wobei das Schaftrohr (3) durch das Steuerrohr (1) hindurchgeführt und in diesem über eine obere und eine untere Steuerkopfla gerung (10) gelagert und an seinem oberen, aus dem Steuerrohr (1 ) des Rahmens herausragenden, freien Ende drehfest mit dem Lenkervorbau (4) verbunden ist und der Lenkervorbau (4) eine Aufnahme aufweist, durch die der Lenker (7) hin durchgeführt und drehfest befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel des mit dem Schaftrohr (3) verbundenen Bereichs des Lenkervorbaus (4) oder der Außenmantel des mit dem Lenkervorbau (4) ver bundenen Bereichs des Schaftrohres (2) als ein n-faches Polygon ausgebildet ist und die Mantelfläche der jeweils anderen Komponente der drehfesten Ver bindung, die mit der polygonalen Mantelfläche in Wirkverbindung steht, eine zylindrische Mantelfläche ist, und/oder dass der Innenmantel der Aufnahme des Lenkervorbaus (4) für den Lenker (7) oder der Außenmantel des mit dem Lenkervorbau (4) verbundenen Bereichs des Lenkers (7) als ein n-faches Polygon ausgebildet ist und der Außenmantel der jeweils anderen Komponente der drehfesten Verbindung, die mit der poly gonalen Mantelfläche in Wirkverbindung steht, eine zylindrische Mantelfläche ist.
2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Kreises, der von den Kanten eines Innenpolygons tan giert wird, gleich dem oder kleiner als der Außendurchmesser der jeweils anderen Komponente der drehfesten Verbindung, die mit der polygonalen inneren Mantel fläche in Wirkverbindung steht, ist.
3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Kreises, der die Ecken eines Außenpolygons um schließt, gleich dem und größer als der Innendurchmesser der jeweils anderen Komponente der drehfesten Verbindung, die mit der polygonalen äußeren Mantel fläche in Wirkverbindung steht, ist.
4. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Polygonflächen nicht kleiner als 10 ist.
5. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Flächen des Polygons nicht ebene Flächen befinden.
6. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Flächen des Polygons sich in axialer Richtung erstreckende Nuten (16) angeordnet sind.
7. Lenkeinrichtung für Zwei- und Dreiradfahrzeuge, die einen Rahmen mit einem Steuerrohr (1), eine Gabel (2) mit einem Schaftrohr (3), einen Lenkervorbau (4) mit einem Lenker (7) sowie einen Anschlag für den Lenker (7) aufweisen, wobei das Schaftrohr (3) durch das Steuerrohr (1) des Rahmens hindurchgeführt, in die sem über eine obere und eine untere, jeweils ein Wälzlager aufweisende Steuer kopflagerung gelagert und an seinem oberen, aus dem Steuerrohr (1) des Rah mens herausragendem Ende drehfest mit dem Lenkervorbau (4) verbunden ist und der Anschlag in einer der beiden Steuerkopflagerungen angeordnet ist, wobei der Anschlag aus einem mit der Gabel (2) des Zwei- oder Dreiradfahrzeugs drehfest verbundenen Boden (12), an dessen Außenmantel sich eine zum Innen mantel der Lagerschale (11) des Wälzlagers hin offene kreisbogenförmige Aus nehmung (14) befindet, und einem in der Lagerschale (11) fest angeordneten, ra dial in die Ausnehmung (14) hineinragenden Anschlagelement (15) besteht, die untere Lagerschale (11) den Boden (12) und das Wälzlager koaxial aufnimmt und mit dem Steuerrohr (1) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, - dass zur drehfesten Verbindung des Bodens (12) mit dem Schaftrohr (3) der Gabel (2) der Innenmantel des Bodens (12) oder der Außenmantel des mit dem Boden (12) verbundenen Bereichs des Schaftrohres (3) als ein n-faches Poly gon ausgebildet ist und die Mantelfläche der jeweils anderen Komponente der drehfesten Verbindung, die mit der polygonalen Mantelfläche in Wirkverbindung steht, eine zylindrische Mantelfläche ist, und/oder
- zur drehfesten Verbindung der Lagerschale (11) mit dem Steuerrohr (1) des Rahmens der Außenmantel der untere Lagerschale (11 ) oder der Innenmantel des mit der Lagerschale (11) verbundenen Bereichs des Steuerrohrs als ein n- faches Polygon ausgebildet ist und die Mantelfläche der jeweils anderen Kom ponente der drehfesten Verbindung, die mit der polygonalen Mantelfläche in Wirkverbindung steht, eine zylindrische Mantelfläche ist.
8. Lenkeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Kreises, der von den Kanten eines Innenpolygons tan giert wird, gleich dem oder kleiner als der Außendurchmesser der jeweils anderen Komponente der drehfesten Verbindung, die mit der polygonalen inneren Mantel fläche in Wirkverbindung steht, ist.
9. Lenkeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Kreises, der die Ecken eines Außenpolygons um schließt, gleich dem und größer als der Innendurchmesser der jeweils anderen Komponente der drehfesten Verbindung, die mit der polygonalen äußeren Mantel fläche in Wirkverbindung steht, ist.
10. Lenkeinrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Polygonflächen nicht kleiner als 10 ist.
11. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Flächen des Polygons nicht ebene Flächen befinden.
12. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Flächen des Polygons sich in axialer Richtung erstreckende Nuten (16) angeordnet sind.
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