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Dokumentenidentifikation DE102006008992A1 06.09.2007
Titel Federgabel sowie ein an einem Gabelschaft fixierbares Formteil und dessen Anordnung
Anmelder Logisch! Consulting GmbH, 34479 Breuna, DE;
Fachhochschule Osnabrück, 49076 Osnabrück, DE
Erfinder Schmidt, Reinhard, Prof. Dr. Ing., 49080 Osnabrück, DE;
Schauer, Oliver, Dipl.-Ing., 49080 Osnabrück, DE;
Schuwirth, Andreas, Dipl.-Ing., 34317 Habichtswald, DE
Vertreter Scheffler, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 30171 Hannover
DE-Anmeldedatum 24.02.2006
DE-Aktenzeichen 102006008992
Offenlegungstag 06.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.09.2007
IPC-Hauptklasse B62K 25/08(2006.01)A, F, I, 20060224, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine insbesondere für ein Fahrrad bestimmte Federgabel (1). Die Federgabel (1) folgt dabei einer grundsätzlich bekannten Bauform, bei welcher eine Feder-Dämpfereinheit nicht in den Standrohren, sondern zentral in einem Kopfrohr angeordnet ist. Um die gewünschte Federwirkung mit geringem Aufwand zu erreichen, ist auf einem Gabelschaft (2) ein Formteil (4) drehfest und axial unbeweglich fixiert. Das Formteil (4) ist seinerseits mittels mehrerer Linearnadellager (5) ebenfalls drehfest, jedoch axial beweglich mit einer Aufnahme (6) verbunden, die in dem Kopfrohr mittels Radiallagern (7) schwenkbeweglich gehalten ist. Die axiale Beweglichkeit erfolgt dabei in Abhängigkeit des Belastungszustandes der Federgabel (1) entgegen dem Verformungswiderstand eines zwischen dem Formteil (4) und einem Lenkerträger (10) angeordneten und von der Aufnahme (6) eingeschlossenen elastomeren Dämpfungselements (11) mit progressiver Kennlinie. Dabei entsprechen der Gabelschaft (2) einschließlich seiner starren Gabelarme (3) einer handelsüblichen Bauform, so dass die Federgabel (1) mit einem wesentlich geringeren Aufwand hergestellt werden kann.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine insbesondere für ein Fahrrad bestimmte Federgabel deren Gabelschaft ein drehfest fixiertes Formteil aufweist, welches mittels mehrerer Linearlager drehfest und axial beweglich mit einer Aufnahme verbunden ist, welche mittels eines die Lenkbewegung ermöglichenden Radiallagers in einem Kopfrohr eines Fahrradrahmens lenkbeweglich gehalten ist, wobei die Aufnahme relativ zu dem Formteil axial entgegen dem Verformungswiderstand eines Dämpfungselements beweglich ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein an einem Gabelschaft einer insbesondere handelsüblichen Gabel fixierbares Formteil sowie eine Anordnung eines solchen Formteils und einer Aufnahme.

Eine solche Federgabel dient der zugleich schwenkbaren und axial beweglichen Halterung des Vorderrades. Zur Einleitung der Lenkbewegung ist am oberen Endabschnitt der Federgabel ein Lenkerträger vorgesehen, der den Lenker über einen Vorbau mit der Gabel verbindet.

Grundsätzlich sind zur Realisierung der Federgabel zwei Bauformen bekannt, bei denen einerseits die Feder-Dämpfereinheit in den Stand- oder Tauchrohren und andererseits zentral im Kopfrohr angeordnet ist.

Bei der ersten Bauform besteht die Federung aus jeweils einem Tauchrohr und einem Standrohr beiderseits des Vorderrades. Die oberen Stand- oder Tauchrohre werden bei der Federgabel durch eine Brücke zusammengehalten, die dann zu einem Gabelschaft vereint durch das Kopfrohr des Rahmens geführt und mit dem Vorbau verbunden ist. Um die Stabilität zu erhöhen, werden Federgabeln auch mit einer Doppelbrücke hergestellt.

Die Vorteile dieser ersten Bauform liegen vor allem in der Möglichkeit des problemlosen auch nachträglichen Einbaus in einen gewöhnlichen Fahrradrahmen. Weiterhin gestattet diese Bauform größere Fertigungstoleranzen in den Bauelementen. Als nachteilig erweist sich jedoch die geringe Torsionssteifigkeit sowie die bauartbedingte Einschränkung der Anbaumöglichkeit von Aggregaten wie Bremskomponenten, Schutzblechen oder Dynamo. Insbesondere beim Einsatz von Scheibenbremsen ist zudem die geringe Torsionssteifigkeit nachteilig, die dazu führen kann, dass es beim Einfedern aufgrund der Torsionsbelastungen zum Verkanten der Bauteile und damit zum Aussetzen der Federung kommt.

Bei der zweiten Bauform ist die Feder-Dämpfereinheit nicht in den Stand- oder Tauchrohren, sondern zentral in dem den Gabelschaft aufnehmenden Kopfrohr angeordnet, wobei der Gabelschaft axial beweglich und zugleich drehfest in einem Gabelschaftrohr gelagert ist. Dadurch wird der erwünschte Federweg durch eine Bewegung der gesamten, starren Gabel gegenüber dem Kopfrohr des Rahmens erreicht. Die Lenkkraft wird bei solchen Gabeln entweder über ein Klappgelenk übertragen, das den Gabelschaft mit dem Gabelschaftrohr verbindet, oder durch eine nicht-rotationssymmetrische Form des Gabelschaftes.

Die Vorteile der zweiten Bauform liegen vor allem darin, dass die Feder- und Dämpfungselemente sowie die Gleitlager und Dichtungen nur einmal und nicht doppelt erforderlich sind. Außerdem lässt sich jede Art von Bremse leicht an der Gabel befestigen, was bei den anderen Gabelkonstruktionen nicht der Fall ist. Als nachteilig erweist sich in der Praxis jedoch die Notwendigkeit eines Gabelschaftes mit gegenüber der Norm wesentlich reduziertem Querschnitt, um die Feder- und Dämpfungselemente in dem Kopfrohr eines handelsüblichen Rahmens unterbringen zu können, so dass diese Bauform in der Praxis bisher eine sehr geringe Verbreitung gefunden hat.

Eine gattungsgemäße Federgabel dieser zweiten Bauform ist beispielsweise Gegenstand der US 53 20 374 A. Die zwei einstückig verbundenen Gabelarme bilden eine mit dem Gabelschaft verbundene Brücke. Der Gabelschaft ist dabei als ein Formteil mit einer im Wesentlichen quadratischen Querschnittsfläche ausgeführt, so dass die vier Seiten zugleich als Laufflächen für jeweils ein Linearlager dienen. Die rohrförmige Aufnahme weist entsprechende Gegenlaufflächen für das Linearlager auf und hat eine kreisförmige Umfangsform, so dass der Einbau in ein gewöhnliches Kopfrohr eines Fahrradrahmens analog zu einem ungefederten zylindrischen Gabelschaft mit denselben Radiallagern ermöglicht ist.

Die EP 04 20 610 B1 beschreibt ein Federungssystem für ein Fahrrad mit einem durch ein Einstellmittel der Federgabel während des Radfahrens veränderlichen Dämpfungsmittel, wobei das Dämpfungsmittel in einem Formteil angeordnet ist, welches seinerseits in dem Kopfrohr des Fahrrades positioniert ist.

Weiterhin betrifft die DE 197 13 671 A1 einen Stoßdämpfer für eine Vorderradgabel, insbesondere für Straßenfahrräder, mit in einem Kopfrohr drehbar gelagertem Zentralrohr, in dem ein axial verschiebbarer Gabelschaft gelagert ist, wobei die Verschiebbarkeit mit einer als Elastomerdämpfer ausgebildeten Dämpfungsvorrichtung gedämpft ist und die Steuerbewegung mit einer Lenkübertragungsvorrichtung übertragen wird. Die Lenkübertragungsvorrichtung ist als ein am oberen Ende des Gabelschaftes befestigtes Führungselement mit einem daran formschlüssig gleitenden, im Zentralrohr angeordneten Passungselement aus zwei Zylindersegmenten ausgeführt.

Durch die DE 295 15 660 U1 ist weiterhin eine Fahrradfederung bekannt, bei der ein Formteil auf dem Gabelschaft axial gleitbeweglich angeordnet ist. Beim Einfedern der Gabel wird das Formteil mittels einer Druckfeder bewegt und verformt dabei ein Dämpfungselement in einem Ringspalt zwischen einem Anschlag und dem Gabelschaft.

Weiterhin sind Federgabeln auch durch die US 48 15 763, die US 39 36 076, die WO 90/15748 A1 sowie die WO 91/13796 A1 bekannt.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die Federgabel wesentlich zu vereinfachen. Weiterhin soll ein Formteil für eine solche Federgabel geschaffen sowie eine entsprechende Anordnung angegeben werden.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Federgabel gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 10 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist also eine Federgabel vorgesehen, bei der das Formteil drehfest am Umfang eines zylindrischen Abschnitts des Gabelschaftes axial unbeweglich angeordnet ist. Hierdurch wird es erstmals möglich, in einfacher Weise die Vorteile einer an sich starren handelsüblichen Gabel durch eine bewegliche Anordnung in dem Kopfrohr des Rahmens erreicht und dadurch der Herstellungsaufwand wesentlich reduziert. Entgegen dem üblichen Vorgehen der Fachwelt, die darauf abzielt, die zur Realisierung der Relativbewegung sowie der Feder-Dämpferelemente erforderlichen konstruktiven Maßnahmen und Bauteile im Inneren des handelsüblichen Rahmens unterzubringen, wird erfindungsgemäß ein vollkommen neuer Weg beschritten. Dabei wird aus einer handelsüblichen starren Gabel durch das auf dem zylindrischen Schaft fixierte Formteil in Verbindung mit einem vergrößerten Kopfrohr des Rahmens die vorteilhafte Federgabel der zweiten Bauform realisiert, so dass die in der Praxis aufwendige Fertigung einer speziellen Gabel entfällt. Gegenüber dem Stand der Technik hat sich bei Versuchen der Austausch des Kopfrohres als unproblematisch erwiesen. Insbesondere sind nur wenige Kopfrohr-Varianten erforderlich, um nahezu alle Rahmengeometrien und Einsatzzwecke abdecken zu können. Selbstverständlich können ergänzend auch Einzelanfertigungen individueller Gabelgeometrien hergestellt werden, die dabei auch auf einem handelsüblichen Gabelschaft basieren können.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass das Formteil mittels einer Überwurfmutter an dem Gabelschaft fixiert ist. Hierdurch kann ein problemloser Austausch der Gabel beispielsweise zur Reparaturzwecken erreicht werden. Insbesondere sind auch Ausführungsformen realisierbar, bei denen die Gabel ohne eine Demontage des Formteils an der Aufnahme getauscht werden kann, so dass ein sehr geringer Serviceaufwand sichergestellt werden kann. Der Austausch der Gabel kann dabei beispielsweise auch ohne Spezialwerkzeug durchgeführt werden.

Bei einer anderen, ebenfalls besonders zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Formteil mittels einer Adhäsionsverbindung an dem Gabelschaft fixiert ist. Hierdurch wird eine besonders belastbare Verbindung des Formteils mit dem Gabelschaft sichergestellt, so dass die Federgabel auch hohen Beanspruchungen standhält.

Grundsätzlich kann eine beliebige Anzahl von Linearlagern vorgesehen werden. Besonders sinnvoll ist es jedoch, wenn das Formteil drei jeweils in Längsnuten angeordnete Laufschienen für jeweils ein Linearlager aufweist, so dass neben der Aufwandsreduzierung auch ein statisch bestimmtes System gegenüber den nach der Stand der Technik bekannten Federgabeln mit vier oder mehr Linearlagern erreicht wird. In den drei um 120 Grad versetzten Längsnuten des Formteils sind drei Laufscheinen aus Federstahl eingeklebt, die als Rollfläche für die Linearlagerkörper dienen. Die Gegenlagerung der Nadellager erfolgt ebenfalls über Stahllaufschienen, die in längsgefräste Bahnen der Aufnahme eingeklebt sind.

Dabei erweist es sich in der Praxis als besonders erfolg versprechend, wenn die Linearlager jeweils als ein Nadellager ausgeführt sind, um so eine weitgehend spielfreie Bewegung und damit ein wesentlich verbessertes Fahrverhalten zu erreichen.

Weiterhin ist es auch besonders sinnvoll, wenn die Federgabel ein Einstellmittel zur Anpassung an unterschiedliche Belastungen der Federgabel, insbesondere durch das Fahrergewicht aufweist. Die zur Federung und Dämpfung genutzten Elemente werden vorgespannt, um so eine einfache Einstellbarkeit der Vorderradfederung auf das Gewicht des Fahrers und der Last zu gewährleisten.

Dabei erweist es sich als zweckmäßig, wenn das Einstellmittel zur Betätigung in einem im Wesentlichen unbelasteten, insbesondere ausgefederten Zustand der Gabel ausgeführt ist. Hierdurch wird eine während der Fahrt plötzlich auftretende Änderung der Fahrstabilität und damit ein instabiler Fahrzustand vermieden, in dem das Einstellmittel ausschließlich im Stillstand des Fahrrades betätigt werden kann. Diese Anforderung wird konstruktiv beispielsweise dadurch gelöst, dass das Einstellmittel ausschließlich in einem von dem Fahrzeugeigengewicht oder vollständig entlasteten Zustand zugänglich bzw. betätigbar ist. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass zur Betätigung des Einstellmittels zunächst das Vorderrad ausgebaut werden muss, um so zusätzliche Sicherheit gegen unerwünschte Betätigung des Einstellmittels während der Fahrt zu erreichen.

Das Dämpfungselement kann grundsätzlich aus handelsüblichen Elementen aufgebaut werden. Besonders Erfolg versprechend ist es hingegen, wenn das Dämpfungselement einen Elastomer mit einer progressiven Kennlinie aufweist. Hierdurch wird ein sehr weiches Ansprechverhalten auch bei kleinen Stößen erreicht, so dass eine erhebliche Komfortsteigerung bei Schotterwegen und auf Kopfsteinpflaster feststellbar ist. Durch die progressive Federkennlinie ist zudem ein Durchschlagen der Federung bei starken Stößen ausgeschlossen. Zudem steht durch die Einstellbarkeit der volle Federweg auch bei hoher Belastung zur Verfügung.

Die weitere Erfindung, ein an einem Gabelschaft einer insbesondere handelsüblichen Gabel fixierbares Formteil zu schaffen, wird erreicht durch ein an einem zylindrischen Abschnitt eines Gabelschaftes einer insbesondere handelsüblichen Gabel unbeweglich fixierbares Formteil, welches mittels mehrerer Linearlager drehfest und axial beweglich mit einer in einem Kopfrohr eines Fahrradrahmens schwenkbeweglichen Aufnahme (Mittelteil) verbunden und relativ zu dieser entgegen dem Verformungswiderstand eines elastomeren Dämpfungselements axial beweglich angeordnet ist. Das Formteil dient dabei als Adapter und ermöglicht den Einsatz handelsüblicher starrer Gabeln in Verbindung mit einer entsprechenden Aufnahme, die in einem Kopfrohr eines Fahrradrahmens integriert ist, und so die Funktionalität der Federgabel erfüllt. Dabei können unterschiedliche Bohrungsdurchmesser des rohrförmigen Formteils zur Anpassung an unterschiedliche Gabelschaftquerschnitte der handelsüblichen Gabeln vorgesehen sein. Bereits vorhandene Fahrräder können dabei in einfacher Weise dadurch nachgerüstet werden, dass das vorhandene Kopfrohr von dem Kopfrohr getrennt und ein zur Aufnahme des Formteils vorbereitete Kopfrohr mit entsprechender Aufnahme an dem Rahmen angelötet oder geschweißt wird, wobei die vorhandene starre Gabel weiter verwendet werden kann.

Die weitere Aufgabe wird durch eine entsprechende passgenaue Anordnung eines eine zylindrische Durchbrechung aufweisenden Formteils an einem zylindrischen Abschnitt des Gabelschaftes sowie einer mit dem Formteil durch ein Linearlager axial beweglich verbundenen Aufnahme an einem Kopfrohr eines Fahrradrahmens geschaffen. Dabei erfolgt die Anordnung kraft und formschlüssig durch eine Schraubverbindung und eine Adhäsionsverbindung des Formteils an dem Gabelschaft, wobei dessen gegebenenfalls vorhandenes Außengewinde zur Fixierung verwendbar ist.

Obwohl der wesentliche Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Federgabel sowie des Formteils Fahrräder einschließlich Elektroräder betrifft ist die Erfindung dennoch nicht auf solche Fahrzeuge beschränkt. Vielmehr eignet sich die Erfindung beispielsweise auch zum Einsatz bei Liegerädern, Tretrollern, Kinderwagen oder ähnliche mit Muskelkraft bewegliche ein- oder mehrspurige Gegenstände mit einer oder mehreren Achsen.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Diese zeigt in

1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Federgabel;

2 eine perspektivische Darstellung der in 1 gezeigten Federgabel mit einem Dämpfungselement in einer entlasteten Position.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der 1 und 2 näher dargestellt, die einerseits eine insbesondere für ein Fahrrad bestimmte Federgabel 1 in einer Explosionsdarstellung andererseits in einer perspektivischen Darstellung des Entlastungszustandes zeigen. Die Federgabel 1 folgt dabei einer grundsätzlich bekannten Bauform, bei welcher eine Feder-Dämpfereinheit nicht in den Standrohren, sondern zentral in einem nicht dargestellten Kopfrohr angeordnet ist. Ein Gabelschaft 2 einschließlich seiner starren Gabelarme 3 entspricht dabei einer handelsüblichen Bauform. Um die gewünschte Federwirkung zu erreichen, ist auf dem Gabelschaft 2 ein Formteil 4 drehfest und axial unbeweglich fixiert. Das Formteil 4 ist seinerseits mittels mehrerer Linearnadellager 5 ebenfalls drehfest, jedoch axial beweglich mit einer Aufnahme 6 verbunden, die in dem Kopfrohr mittels Radiallager 7 schwenkbeweglich gehalten ist. Das Formteil 4 hat hierzu drei jeweils in Längsnuten 8 angeordnete Laufschienen 9 aus Federstahl für jeweils ein Linearnadellager 5. Die axiale Beweglichkeit erfolgt dabei in Abhängigkeit des Belastungszustandes der Federgabel 1 entgegen dem Verformungswiderstand eines zwischen dem Formteil 4 und einem in 2 gezeigten Lenkerträger 10 angeordneten und von der Aufnahme 6 eingeschlossenen elastomeren Dämpfungselements 11 mit progressiver Kennlinie.


Anspruch[de]
Eine insbesondere für ein Fahrrad bestimmte Federgabel (1), deren Gabelschaft (2) ein drehfest fixiertes Formteil (4) aufweist, welches mittels mehrerer Linearlager (5) drehfest und axial beweglich mit einer Aufnahme (6) verbunden ist, welche mittels eines die Lenkbewegung ermöglichenden Radiallagers (7) in einem Kopfrohr eines Fahrradrahmens lenkbeweglich gehalten ist, wobei die Aufnahme (6) relativ zu dem Formteil (4) axial entgegen dem Verformungswiderstand eines Dämpfungselements (11) beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) drehfest am Umfang eines zylindrischen Abschnitts des Gabelschaftes (2) axial unbeweglich angeordnet ist. Federgabel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gabelschaft (2) handelsübliche Abmessungen aufweist. Federgabel (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) mittels einer Überwurfmutter an dem Gabelschaft (2) fixiert ist. Federgabel (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) mittels einer Adhäsionsverbindung an dem Gabelschaft (2) fixiert ist. Federgabel (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) drei jeweils in Längsnuten (8) angeordnete Laufschienen (9) für jeweils ein Linearlager (5) aufweist. Federgabel (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearlager (5) jeweils als ein Nadellager ausgeführt sind. Federgabel (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federgabel (1) ein Einstellmittel zur Anpassung an unterschiedliche Belastungen der Federgabel (1), insbesondere Fahrergewicht aufweist. Federgabel (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellmittel zur Betätigung in einem im Wesentlichen unbelasteten Zustand der Gabel ausgeführt ist. Federgabel (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (11) einen Elastomer aufweist. Federgabel (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomer eine progressive Kennlinie aufweist. Ein an einem zylindrischen Abschnitt eines Gabelschaftes einer insbesondere handelsüblichen Gabel unbeweglich fixierbares Formteil zur Herstellung einer Federgabel (1) zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, welches drehfest und axial beweglich mit einer in einem Kopfrohr eines Fahrradrahmens schwenkbeweglichen Aufnahme verbunden und relativ zu dieser entgegen dem Verformungswiderstand eines Dämpfungselements (11) axial beweglich angeordnet ist. Passgenaue Anordnung eines eine zylindrische Durchbrechung aufweisenden Formteils nach Anspruch 11 an einem zylindrischen Abschnitt des Gabelschaftes sowie einer mit dem Formteil durch eine Linearlager axial beweglich verbundenen Aufnahme an einem Kopfrohr eines Fahrradrahmens.






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