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Dokumentenidentifikation DE19946553A1 03.05.2001
Titel Federsystem
Anmelder Guylaine Fahrradmanufaktur GmbH, 64372 Ober-Ramstadt, DE
Erfinder Schefzyk, Rainer, 64372 Ober-Ramstadt, DE
Vertreter Dr. Weber, Dipl.-Phys. Seiffert, Dr. Lieke, 65189 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 29.09.1999
DE-Aktenzeichen 19946553
Offenlegungstag 03.05.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2001
IPC-Hauptklasse F16F 5/00
IPC-Nebenklasse B60G 15/00   B62K 25/04   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Federungssystem mit mindestens zwei Federbeinen (10, 20), mit mindestens einem Federelement (15, 25). Um ein Federungssystem mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, welches keine besonders massive, starre Verbindung zwischen verschiedenen Federbeinen benötigt und auch eine über die abzufedernden Bauteile bzw. Maschinenelemente hergestellte Verbindung nicht übermäßig belastet, und dennoch eine synchronisierte Bewegung der gegeneinander beweglichen Elemente verschiedener Federbeine gewährleistet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß jedes der Federbeine (10, 20) einen Zylinder (11, 21) und einen darin entsprechend einem Federweg verschiebbar gelagerten Kolben (12, 22) aufweist, wobei ein von einem ersten der Kolben (12) beaufschlagtes erstes Verdrängungsvolumen (13) eines ersten Zylinders (11) mit einem zweiten Verdrängungsvolumen (23) eines zweiten Zylinders (21) in Verbindung steht, wobei die Verdrängungsvolumina (13, 23) mit einem Hydraulik- oder Pneumatikmittel gefüllt und relativ zu den Kolben (12, 22) derart angeordnet sind, daß bei einer synchronen Bewegung der Kolben (12, 22) in ihre zugehörigen Zylinder (11, 21) hinein oder aus diesen heraus, und zwar entsprechend einer gewünschten Abfederungsbewegung, mindestens eines der Verdrängungsvolumina (23) vergrößert wird, während mindestens ein anderes der Verdrängungsvolumina (13) verkleinert wird.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Federungssystem mit mindestens zwei Federbeinen und mit mindestens einem Federelement. Entsprechende Federungssysteme sind aus vielen Gebieten der Technik bekannt. Beispielsweise sind die Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen im allgemeinen unabhängig voneinander gefedert, so daß jedes Rad unabhängig von den anderen Rädern beim Überfahren von Bodenunebenheiten einfedern kann. Gleichzeitig sind solche Federungssysteme zumeist auch mit Dämpfungselementen verbunden, die ansonsten auftretende Schwingungen stark dämpfen sollen.

Auch von den verschiedensten Maschinen oder Geräten, wie z. B. Laboraufbauten, sind Federungssysteme bekannt, die entweder verhindern sollen, daß von der Maschine selbst erzeugte Vibrationen und Schwingungen auf die Umgebung übertragen werden oder aber verhindern sollen, daß Erschütterungen, die in der Umgebung auftreten, auf einen Versuchsaufbau oder dergleichen übertragen werden. Auch solche Systeme weisen im allgemeinen Federbeine und Dämpfungsfedern auf, die wahlweise auch in die Federbeine integriert sein können.

Dabei wird im Sinne der folgenden Erfindung der Begriff "Federbein" sehr abstrakt und allgemein verstanden und ist nicht notwendigerweise auf Gegenstände beschränkt, die im Vergleich zu einer maximalen Dimension (in Längsrichtung) vergleichsweise geringe Querabmessungen haben. Vielmehr soll der Begriff "Federbein" generell alte Federungssysteme umfassen, die im wesentlichen aus zwei gegeneinander beweglichen Elementen bestehen, welche durch eine Feder bzw. ein Federelement miteinander gekoppelt sind und ihrerseits unterschiedliche Maschinenelemente oder Aufbauten miteinander oder mit einem Fundament oder einer sonstigen Grundlage verbinden.

Ein Anwendungsgebiet von Federsystemen, auf welches die vorliegende Erfindung primär, wenn auch nicht ausschließlich, abzielt, betrifft Federungssysteme an Fahrzeugen, insbesondere an Fahrrädern. Während der vergangenen 10 Jahre sind sogenannte Mountainbikes" als Sport- und Freizeitgeräte, aber auch für den Alltagsgebrauch, immer beliebter geworden und haben eine sehr weite Verbreitung gefunden. Gleichzeitig sind aber auch die Anforderungen an die Fahrleistungen und an den Fahrkomfort entsprechender Fahrräder beträchtlich gestiegen. Insbesondere wenn derartige "Mountainbikes" als Sportgeräte verwendet werden, wobei sie über sehr rauhe und unebene Strecken und teilweise querfeldein gefahren werden, ist der Fahrer/die Fahrerin bei einem ungefederten Rahmen und zumindest bei schneller Fahrt sehr harten Stößen ausgesetzt. Hochwertige "Mountainbikes" weisen daher in den Rahmen integrierte Federungselemente auf. Bekannt sind bereits seit längerem gefederte Sättel, über Scharniergelenke miteinander verbundener Rahmenteile, die gegeneinander federnd abgestützt sind und insbesondere auch Federgabeln für das Vorderrad sowie für das Hinterrad von Fahrrädern.

Derartige Federungssysteme sind allerdings recht platzaufwendig und können im übrigen erheblich zu dem Gewicht eines solchen Fahrrades beitragen. Dies hängt vor allem damit zusammen, daß bei gefederten Fahrradgabeln die beiden Gabelschenkel oder -schäfte prinzipiell nicht unabhängig voneinander einfedern dürfen. Die Enden einer Fahrradgabel, die sogenannten Ausfallenden, sind durch die Achse eines Laufrades (Vorder- oder Hinterrad) miteinander verbunden. Auf ein solches Laufrad wirken während einer Fahrt über unebene Strecken nicht nur exakt senkrecht zur Laufradachse gerichtete Kräfte ein (in die sich bei symmetrischer Ausbildung des Laufrades gleichmäßig rechts und links auf die an den Ausfallenden befestigten Achsabschnitte verteilen), sondern es wirken gelegentlich auch Torsions- bzw. Deviationsmomente auf die Laufräder ein, die Kraftkomponenten parallel zu Laufradachse haben. Solche Kräfte treten z. B. auf bei einer Fahrt quer zu einem geneigten Hang oder generell auch beim Fahren über sehr unebene Oberflächen, wie z. B. Kopfsteinpflaster, wobei die Laufräder ständig wechselnd über seitlich geneigte Flächen hinweglaufen und dabei entsprechend wechselnden Deviationsmomenten ausgesetzt sind.

Solche Momente führen dazu, daß an einem Ende der Laufradachse bzw. an einem der Ausfallenden eine größere Kraft auf die Fahrradgabel ausgeübt wird als auf der gegenüberliegenden Seite. Im Falle unabhängig gefederter Gabelschenkel würde dann der stärker belastete Schenkel stärker einfedern als der weniger belastete, was zu einem Verkippen des Rades innerhalb der Gabel führen würde. Dadurch könnte z. B. eine Radfelge sofort in Berührung mit den auf einer Seite der Felge angeordneten Bremsklötzen kommen. Das gleiche gilt für an solchen Laufrädern vorgesehene Scheibenbremsen, die achsennäher montiert sind, jedoch ihrerseits auch mit einem an einem der Gabelschenkel montierten festen Bremssattel in Eingriff treten. Selbst wenn dieses durch entsprechende Bremsengestaltung vermieden werden könnte, so könnte schließlich der Laufradreifen seitlich gegen einen der Gabelschenkel kippen. In jedem Fall würde das Verkippen der Achse des Laufrades die Fahrstabilität erheblich beeinträchtigen, zumal in einem solchen Fall auch noch Kreiselkräfte mit Kraftkomponenten in einer dritten Richtung auftreten würden.

Außerdem wird bei einem etwaigen Verkippen des Laufrades innerhalb der Gabel die Laufradachse, die mit Ihren beiden Enden fest in sogenannte Ausfallenden eingespannt ist, extremen Belastungen ausgesetzt, was kurz nach der Einführung von Federgabeln zu zahlreichen Achsbrüchen geführt hat.

Aus diesem Grunde sind herkömmliche Fahrradgabeln mit integrierten Federungselementen so hergestellt, daß die Federung entweder erst in einem gemeinsamen Gabelschaft stattfindet, also jenseits eines Verbindungspunktes der beiden Gabelschäfte (von der Laufradachse aus gesehen); oder aber die beiden Gabelschenkel werden als Federungszylinder ausgebildet, die über eine außerhalb des Radius des Laufrades angeordnete, sehr starre und massive Brücke miteinander verbunden sind und in die federnd gelagerte Kolben eintauchen, die ihrerseits mit einem Gabelschaft bzw. Gabelrohr verbunden sind.

Solche Fahrradgabeln wirken nicht nur äußerst massiv, sondern sie haben auch, unter anderem wegen der massiven Brückenverbindung, ein ganz erhebliches Gewicht, das nachteilig zu dem Gesamtgewicht des Fahrrades beiträgt, da vor allem sportlich zu fahrende Fahrräder die z. B. für entsprechende Wettbewerbe verwendet werden, möglichst wenig Gewicht haben sollten.

Es versteht sich, daß ähnliche Probleme auch auf anderen Gebieten der Technik auftreten, bei welchen erwünscht ist, daß ein federnd gelagertes Bauteil seine Lage bzw. Orientierung im Raum möglichst beibehält oder in definierter Weise verändert und sich als Ganzes beim Einfedern parallel in einer entsprechend den auftretenden Kräften vorgegebenen Richtung relativ zu einem zweiten Maschinenteil oder einem Fundament oder dergleichen bewegt, und daß nicht unterschiedliche Einfederungen an unterschiedlichen Positionen ein und desselben Maschinenteiles stattfinden, soweit dies nicht ausdrücklich erwünscht ist.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Federungssystem mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, welches keine besonders massive, starre Verbindung zwischen verschiedenen Federbeinen benötigt und auch eine über die abzufedernden Bauteile bzw. Maschinenelemente hergestellte Verbindung nicht übermäßig belastet, und dennoch eine synchronisierte Bewegung der gegeneinander beweglichen Elemente verschiedener Federbeine gewährleistet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jedes der Federbeine einen Zylinder und einen darin entsprechend einem Federweg verschiebbar gelagerten Kolben aufweist, wobei ein von einem ersten der Kolben beaufschlagtes, erstes Verdrängungsvolumen eines ersten Zylinders mit einem zweiten Verdrängungsvolumen eines zweiten der Zylinder in Verbindung steht, wobei die Verdrängungsvolumina mit einem Hydraulik- oder Pneumatikmittel gefüllt und relativ zu den Kolben derart angeordnet sind, daß bei einer synchronen Bewegung der Kolben in ihren jeweiligen Zylinder hinein oder aus diesem heraus, und zwar entsprechend einer gewünschten Abfederungsbewegung, mindestens ein Verdrängungsvolumen eines der Zylinder vergrößert und mindestens ein Verdrängungsvolumen eines anderen der Zylinder verkleinert wird.

Wenn die beiden Volumina der verschiedenen Federbeine, von denen eines während einer gewünschten Synchronbewegung der beweglichen Elemente der Federbeine verkleinert wird, während gleichzeitig das andere sich vergrößert, miteinander verbunden sind, so ruft diese Verbindung automatisch eine Koppelung der Bewegungen der Federbeine hervor, indem nämlich durch Bewegung zunächst nur eines der beweglichen Teile bzw. Kolben Hydraulik- oder Pneumatikfluid aus dem einen Verdrängungsvolumen in das andere Verdrängungsvolumen verschoben werden und damit gleichzeitig auch die zwangsweise Synchronbewegung des zweiten Kolbens bewirkt. Wenn es lediglich darum geht, daß in erster Linie nur langsam veränderliche bzw. langsam auftretende Deviationskräfte bzw. -momente ausgeglichen werden, so müssen die Verdrängungsvolumina nicht notwendigerweise ein im wesentlichen inkompressibles Hydraulikmittel enthalten, sondern sie können auch ein Pneumatikfluid, z. B. Luft oder ein sonstiges Gas wie Kohlendioxid oder auch ein Inertgas, wie z. B. ein Edelgas, enthalten, insbesondere bei einer symmetrischen Ausgestaltung der Federbeine, wie sie weiter unten noch erläutert wird. Bei Verwendung eines Hydraulikmittels erhält man selbstverständlich eine wesentlich schneller reagierende und unmittelbare Koppelung beider Elemente. Andererseits bildet ein Pneumatikfluid in den genannten Verdrängungsvolumina zusätzlich ein Federungselement mit integrierter Koppelung.

Zweckmäßig ist es, wenn zur Beibehaltung des Federungskomforts die Verbindung zwischen den gekoppelten Verdrängungsvolumina einen relativ großen Strömungsquerschnitt von z. B. 10 % des Querschnittes der Verdrängungsvolumina hat, wobei als "Querschnitt der Verdrängungsvolumina" derjenige Querschnitt gemeint ist, den die das Verdrängungsvolumen beaufschlagende Verdrängungsfläche des Kolbens hat.

Zur Erzeugung eines exakt gleichen Federweges beider gekoppelter Kolben bzw. der beweglichen Elemente der Federbeine sollten die Querschnitte der beiden Verdrängungsvolumina, von denen das eine sich während einer Synchronbewegung vergrößert, während das andere sich verkleinert, exakt gleich sein, da dann durch die Verschiebung des Fluids aus dem einen Verdrängungsvolumen durch eine vorgegebene Bewegung des einen Kolbens und bei einer Volumenzunahme des zweiten Verdrängungsvolumens um den gleichen Betrag auch der zweite Kolben um exakt den gleichen Betrag verschoben wird wie der erste Kolben.

Wenn jedoch die Federbeine derart angeordnet sind, daß trotz gleichbleibender Orientierung des abzufedernden Maschinenteils unterschiedliche Federwege der einzelnen Federbeine erforderlich sind oder aber falls bei etwaigen Drehungen eines Maschinenteils unterschiedliche Bewegungswege gekoppelter Federbeine ohnehin notwendig sind, so können die Verdrängungsquerschnitte der gekoppelten Verdrängungsvolumina im Verhältnis zueinander entsprechend angepaßt werden, so daß der Kolben mit dem größeren Bewegungsweg einen kleineren Verdrängungsquerschnitt hat, da sich die Bewegungswege der miteinander gekoppelten Kolben bei einer Verschiebung von Hydraulik- bzw. Pneumatikfluid umgekehrt proportional zueinander verhalten wie die Verdrängungsquerschnitte der Kolben.

Die entsprechenden Zylinder können einstöckig und starr miteinander verbunden sein, wohingegen die Kolben an ihren aus den Zylindern herausstehenden Enden lösbar miteinander verbunden sein können. Diese lösbare Verbindung kann z. B. in Form einer Fahrradachse vorliegen, wenn die Kolbenenden mit passenden Ausfallenden bestückt sind.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Federgabeln an Fahrrädern ist es auf diese Weise möglich, die im Vergleich zu den Zylindern einen geringeren Querschnitt aufweisenden Kolben an ihren freien Enden mit Ausfallenden zu versehen, um eine Verbindung mit einer Fahrradachse zu bilden. Das heißt, die dünneren Kolben bilden das untere, freie Ende der Fahrradgabel, wohingegen die Zylinder das obere, dickere Ende der Fahrradgabel bilden, was aus Federungs- und Stabilitätsgründen sinnvoller ist als die bisher übliche umgekehrte Anordnung, wie sie bei Federgabeln notwendig erschien und nur durch sehr aufwendige und womöglich weniger stabile Konstruktionen vermeidbar war. Auch optisch ist das erfindungsgemäße System wesentlich ansprechender als die herkömmlichen Federgabeln.

Die Zylinder können z. B. in parallelen Ausrichtung über eine Brücke miteinander verschweißt sein. Bei Verwendung des Systems an der Hinterradgabel eines Fahrrades, bei welcher ein Paar von Kettenstreben um eine Achse drehbar am Hauptrahmen angebracht ist, sollten die Federbeine, die sich zwischen den hinteren Ausfallenden und dem Sattelrohr oder einer Sattelrohrmuffe erstrecken, gelenkig, am besten beidseitig über ein Kugel- oder Kardangelenk, mit der Muffe bzw dem Sattelrohr sowie mit den Ausfallenden verbunden sein, um gleichzeitig mit dem Einfedern auch die notwendigerweise damit verbundenen Drehbewegungen ausführen zu können.

Unabhängig von dem Hydraulik- und/oder Pneumatikfluid ist auf jeden Fall mindestens einer der Kolben zusätzlich federnd gelagert, wobei die Federung vorzugsweise durch eine Druckfeder, z. B. eine Schraubenfeder oder eine Gasdruckfeder, gebildet wird. Aufgrund der Koppelung der beiden Federbeine ist es nicht notwendig, daß jeder der beiden Kolben eine entsprechende Federung aufweist, jedoch ist es auch ohne weiteres möglich, für jeden der beiden Kolben eine unabhängige Federung vorzusehen. Außerdem kann das System in beiden Richtung federnd gelagert bzw. vorgespannt sein, also zum Beispiel einer der Kolben an seinem oberen Ende und der andere, hydraulischgekoppelte Kolben an seinem unteren Ende, wobei die entgegegesetzt wirkenden Federn auch unterschiedliche Federcharakteristiken haben können.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind die Kolben als doppelseitige Kolben ausgebildet und sie weisen jeweils zwei Verdrängungsvolumina auf, die auf gegenüberliegenden Seiten den jeweils entgegengesetzt weisenden Verdrängungsflächen der doppelseitigen Kolben zugeordnet sind. Diese Verdrängungsvolumina sind bei zwei Federbeinen kreuzweise miteinander verbunden, so daß sie bei einer synchronen Bewegung beider Kolben die oben erwähnte Bedingung erfüllen, daß sich bei den miteinander verbundenen Verdrängungsvolumina das eine verkleinert, während das andere sich vergrößert, und umgekehrt.

Die Verbindung bzw. im Falle der doppelseitigen Kolben die beiden Verbindungen können jeweils eine Drossel aufweisen, die den Durchflußquerschnitt begrenzt und damit eine Dämpfung des Federsystems bewirkt. Wenn diese Drossel in Form eines Ventils einstellbar ist, so läßt sich der Dämpfungsgrad variieren. Die Dämpfung hat allerdings den Nachteil, daß sehr kurze auf das System wirkende Stöße praktisch ungefedert übertragen werden. Will man zu Lasten einer guten Dämpfung den Federungskomfort verbessern, sollte der Verbindungsquerschnitt der jeweiligen Verdrängungsvolumina relativ groß sein. Ein Drosselventil hat im übrigen den Vorteil, daß die Federung bei Bedarf, zum Beispiel beim Fahren auf ebener Staße oder an einer Steigung im sogenannten Wiegetritt, die dann möglicherweise störende Federung "ausgeschaltet" werden kann. Statt des in die Verbindung ingtegrierten Drosselventils kann selbstverständlich auch ein unabhängiges, zusätzliches Dämfungssystem, z. B. eine Ölkolbendämpfung, vorgesehen sein. Ein Vorteil der Erfindung liegt vor allem darin, daß die Verbindung der beiden Federschenkel nicht durch ein starres Teil, sondern z. B. durch einen flexiblen Schlauch hergestellt werden kann, der lediglich hinreichend druckfest sein muß, um die während plötzlicher Kolbenbewegungen auftretenden Druckstöße in dem System im wesentlichen ohne Volumenänderung aufzufangen.

Das Verdrängungsvolumen liegt entweder in Form eines Vollzylinders oder aber in Form eines Hohlzylinders vor, wobei in der einfachsten Ausführungsform eines der Federbeine einen vollzylindrischen Verdrängungsraum und das andere einen hohlzylindrischen, bzw. ringförmigen Verdrängungsraum hat, deren Grundfläche bzw. Querschnittsfläche jedoch jeweils gleich ist.

In der Ausführungsform mit beidseitigem Kolben sind die Verdrängungsvolumina im allgemeinen ringförmig bzw. von der Form eines Hohlzylinders.

Mindestens eines der Verdrängungsvolumina sollte noch einen einstellbaren Verdrängungskörper, z. B. in Form einer Stellschraube oder eines mit einer Stellschraube verbundenen Balges, aufweisen, um die beiden Verdrängungsvolumina so aufeinander abzustimmen, daß die verschiebbaren Elemente bzw. Kolben ohne Einwirkung äußerer Kräfte eine relativ zueinander gewünschte Position einnehmen, im Falle einer Fahrradgabel selbstverständlich eine jeweils gleiche Position, so daß die beiden Gabelschenkel exakt gleich lang sind und ein Laufrad, welches über seine Achse mit den beiden Ausfallenden der Kolben verbunden ist, exakt symmetrisch zu den beiden Gabelschenkeln ausgerichtet ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlicher in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Fahrradgabel mit einem eingebauten Laufrad,

Fig. 2 schematisch das hydraulische Koppelungssystem für die beiden in Fig. 1 erkennbaren Gabelschenkel und

Fig. 3 eine zu der Ausführungsform nach Fig. 2 alternative Ausgestaltung für die gekoppelten Federbeine.

In Fig. 1 erkennt man in einem axialen Schnitt ein Laufrad 4 eines Fahrrades z. B. ein Vorderrad. Die Achse 5 dieses Laufrades ist in zwei Ausfallenden 6 der Fahrradgabel eingespannt, die im vorliegendem Fall aus zwei Federbeinen 10, 20 besteht, welche über eine Brücke 7 miteinander verbunden sind. Die Federbeine 10, 20 bestehen im wesentlichen aus zwei Zylindern 11 bzw. 21 und zwei Kolben 12, 22, die in den Zylindern 11, 21 geführt sind und die zusammen eine Federgabel mit gekoppelten Federbeinen bilden. Die Koppelung erfolgt durch eine hydraulische Verbindungsleitung 1, welche den Verdrängungsraum 13 des ersten Kolbens 12 mit dem Verdrängungsraum 23 eines zweiten Kolbens 22 verbindet. Dabei sind die beiden Verdrängungsräume 13, 23 bezüglich einer synchronen Bewegung der beiden Kolben 12, 22 auf entgegensetzten Seiten angeordnet. Mit anderen Worten, wenn eine synchrone Bewegung beider Kolben 12, 22 stattfindet, so vergrößert sich das eine der beiden Volumina 13, 23 während das andere gleichzeitig verkleinert wird, und zwar um den selben Betrag, da die den Verdrängungsraum 13 beaufschlagende Stirnfläche 16 des Kolbens 12 betragsmäßig gleich der den Verdrängungsraum 26 beaufschlagenden ringförmigen Kolbenfläche 26 des Kolbens 22 ist. Wenn daher einseitig eine Kraft auf eines der Ausfallenden 6 ausgeübt wird, die mit den unteren freien Enden der Kolben 12 bzw. 22 verbunden sind, so führt eine Verschiebung eines der beiden Kolben 12, 22 in einer beliebigen Richtung zu einer Volumenänderung des Verdrängungsraums 13 bzw. 23, so daß Hydraulikfluid von dem Verdrängungsraum 13 bzw. 23 in den jeweils anderen Verdrängungsraum 23 bzw. 13 verschoben wird und damit eine völlig analoge bzw. synchrone Bewegung des jeweils anderen der Kolben 22 bzw. 12 auslöst. Die Bewegung der beiden Kolben 12, 22 ist somit hydraulisch synchronisiert. Unabhängig davon kann jedoch jeder der Kolben 12, 22, zumindest aber einer der beiden, in dem jeweiligen Zylinder 11 bzw. 21 federnd abgestützt sein. Weitere Details ergeben sich aus den Figuren aus den Fig. 2 und 3.

In Fig. 2 ist schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wie sie auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 realisiert ist. Dabei sind Kolben 12, 22 und Zylinder 11, 21 lediglich um 180° verdreht, so daß die freien Enden der Kolben 12, 22 nach oben weisen, was aber nichts am Funktionsprinzip der hydraulischen bzw. pneumatischen Koppelung ändert.

Man erkennt aufgrund der vergrößerten Darstellung in Fig. 2 noch etwas deutlicher die Verdrängungsvolumina 13 bzw. 23 und die Stirnflächen 16 bzw. 26 der Kolben 12 bzw. 22, die das Verdrängungsvolumen beaufschlagen bzw. vom Druck des darin enthaltenen Fluids beaufschlagt werden. Das unterhalb des Kolbens 22 auf der entgegengesetzten Seite des Verdrängungsvolumens 23 erkennbare Zylindervolumen 25 des Zylinders 21 wirkt, da es mit Luft oder einem anderem Gas gefüllt ist, als Gasdruckfeder. Es versteht sich, daß an dieser Stelle ebensogut eine Schraubenfeder angeordnet sein könnte oder daß eine in sich gekapselte und vorgespannte Druckfeder in dem Gasvolumen 25 oder an Stelle des selben angeordnet sein könnte.

Die Federwirkung des Federelementes 25 wird auf jeden Fall durch die hydraulische Verbindungsleitung 1 auf beide Kolben 12 bzw. 22 übertragen. Ein Einfedern des Kolbens 22 in das Volumen 25 führt nämlich zu einer Vergrößerung des im Querschnitt ringförmigen Verdrängungsvolumens 23, so daß eine entsprechende Menge an Hydraulikfluid aus dem Verdrängungsraum 13 abgezogen wird, was zu einer parallelen und synchronen Abwärtsbewegung und damit Einfederung des Kolbens 12 führt. Der zeitliche Verlauf der Einfederbewegung des Kolbens 22 ist mit dem des Kolbens 12 vollständig synchronisiert, solange die Kolbenbewegung des Kolbens 22 nicht so schnell erfolgt, daß in dem Verdrängungsvolumen 23 ein Vakuum erzeugt wird bzw. Blasen entstehen.

Der Kolben 12 kann zusätzlich auch gegen eine Bewegung nach oben abgefedert sein, so daß die miteinander gekoppelten Kolben insgesamt in beiden Richtungen abgefedert sind.

In dem Verdrängungsvolumen 13 erkennt man noch eine nur schematisch angedeutete Stellschraube, die mit einem Balg oder einem anderem Verdrängungskörper im Inneren des Volumens 13 verbunden sein kann und die dazu dient, im Kräftegleichgewicht die Volumina 13, 23 so gegeneinander abzugleichen, daß beide Kolben bzw. die hier nicht dargestellten, oberen freien Enden der Kolben 12, 22 die gewünschte, im allgemeine gleiche Position einnehmen.

In Fig. 2 erkennt man außerdem ein Drosselventil 3, durch welches der Querschnitt der Verbindung 1 verändert bzw. eingestellt werden kann. Durch eine entsprechende Querschnittsverjüngung erreicht man einen Dämpfungseffekt, so daß beim Einfedern der Kolben möglichst keine oder nur geringe Schwingungen auftreten. Dadurch werden allerdings auch symmetrisch auftretende, kurze harte Stöße, die in Längsrichtung der Federbeine auftreten, nicht mehr abgefedert, die Federbeine sind also gegenüber sehr kurzen und harten Stößen im wesentlichen starr. Will man dies vermeiden, so sollte der freie Durchflußquerschnitt der Verbindung 1 möglichst groß sein und z. B. in der Größenordnung von 10% des Verdrängungsquerschnittes 16 bzw. 26 oder größer sein.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung, die sich durch einen hohen Grad an Symmetrie auszeichnet, ist in Fig. 3 dargestellt. Bei der Ausführungsform in Fig. 3 sind zwei identische Kolben 12' bzw. 22' und Zylinder 11, 21 vorgesehen, wobei die Kolben 12', 22' als doppelseitige Kolben ausgebildet sind und mit ihren entgegengesetzt liegenden ringförmigen Stirnflächen jeweils zwei durch die Kolben 12' bzw. 22' getrennte Verdrängungsvolumina 13, 13' bzw. 23, 23' beaufschlagen.

Die Verdrängungsvolumina sind kreuzweise über Verbindungsleitungen 1, 1' miteinander verbunden. Der untere Abschnitt der Zylinder 11, 21 ist verjüngt und weist je ein Federelement 15, 25 auf, welches im einfachsten Fall durch ein abgeschlossenes Luftvolumen realisiert wird. Ein Einfedern bzw. eine Abwärtsbewegung des Kolbens 12' führt zu einer Verkleinerung des Verdrängungsvolumens 13, so daß durch die Verbindungsleitung 3 Hydraulikfluid in den Verdrängungsraum 23 überführt wird und damit der Kolben 22' parallel zum Kolben 12' abwärts bewegt wird. Hierdurch verkleinert sich wiederum das Volumen 23', so daß gleichzeitig auch Fluid durch die Verbindungsleitung 1' in das sich parallel mit der Abwärtsbewegung des Kolbens 12' vergrößernde Verdrängungsvolumen 13' verschoben wird. Drosseln 3, 3' sorgen dabei für eine Dämpfung der Kolbenbewegung. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß bei jeder Kolbenbewegung aus mindestens einem der Verdrängungsräume aktiv Hydraulikfluid in einen Verdrängungsraum des jeweils anderen Kolbens gedrückt wird, so daß ein Saugeffekt unter Erzeugung von Blasen, wie er z. B. im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 durch eine sehr plötzliche Abwärtsbewegung des rechten Kolbens 22 auftreten kann, vermieden wird.

Im Prinzip wäre es auch denkbar, daß die Volumina 13, 13' und 23, 23' einschließlich der Verbindungsleitungen 1, 1' nicht mit einem Hydraulikfluid, sondern mit einem Gas gefüllt sind, wobei zumindest bei langsamen Verschiebungen eines der Kolben 12', 22' der jeweils andere Kolben 22' bzw. 12' aufgrund der selben Prinzipien nachgeführt wird und wobei die Bewegung beider Kolben 12', 22' im wesentlichen synchron ist, solange keine sehr schnellen Kolbenbewegungen auftreten.

Auch bei dieser Ausführungsform können die Kolben 12' 22' zusätzlich auch gegen eine Bewegung nach oben abgefedert sein, so daß die miteinander gekoppelten Kolben in beiden Richtungen abgefedert sind.

Es versteht sich, daß in allen dargestellten Ausführungsformen die Kolben bzw. deren Verlängerungen in Form von Kolbenstangen oder dergleichen hinreichend dicht in den Zylindern geführt werden müssen, damit das Hydraulikfluid auf die dafür vorgesehenen Volumina beschränkt bleibt und auch nicht bei Druckstößen und Kolbenbewegungen austreten kann.


Anspruch[de]
  1. 1. Federsystem mit mindestens 2 Federbeinen (10, 20), mit mindestens einem Federelement (15, 25), dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Federbeine (10, 20) einen Zylinder (11, 21) und einen darin entsprechend einem Federweg verschiebbar gelagertem Kolben (12, 22) aufweist, wobei ein von einem ersten der Kolben (12) beaufschlagtes erstes Verdrängungsvolumen (13) eines ersten Zylinders (11) mit einem zweiten Verdrängungsvolumen (23) eines zweiten der Zylinder (21) in Verbindung steht, wobei die Verdrängungsvolumina (13, 23) mit einem Hydraulik- oder Pneumatikmittel gefüllt und relativ zu den Kolben (12, 22) derart angeordnet sind, daß bei einer synchronen Bewegung der Kolben (12, 22) in ihre zugehörigen Zylinder (11, 21) hinein oder aus diesen heraus, und zwar entsprechend einer gewünschten Abfederungsbewegung, mindestens eines der Verdrängungsvolumina (23) vergrößert wird, während mindestens ein anderes der Verdrängungsvolumina (13) verkleinert wird.
  2. 2. Federsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (11, 21) einstückig und starr miteinander verbunden sind.
  3. 3. Federsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (11, 21) in paralleler Ausrichtung über eine Brücke (7) miteinander verschweißt sind.
  4. 4. Federsystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (1) zwischen den Verdrängungsvolumina (13, 23) durch das hohle Innere der Brücke (7) und mindestens eines Zylinder (11, 21) verläuft.
  5. 5. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (12, 22) Einrichtungen (5) für eine lösbare Verbindung beider Kolben (12, 22) aufweisen.
  6. 6. Federsystem nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Kolben (12, 22) eine von dem Hydraulik- oder Pneumatikfluid unabhängige Federlagerung aufweist.
  7. 7. Federsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kolben eine unabhängige Federlagerung aufweisen.
  8. 8. Federsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Druckfeder, vorzugsweise eine Gasdruck- oder eine Schraubenfeder ist.
  9. 9. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (12, 22) als doppelseitige Kolben ausgebildet sind, die jeweils auf entgegengesetzten Seiten Verdrängungsflächen für die Beaufschlagung voneinander getrennt haben, mit einem Hydraulik- oder Pneumatikfluid gefüllter Verdrängungsvolumina (13, 13'; 23, 23'), haben.
  10. 10. Federungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungsvolumina von mindestens zwei derartigen doppelseitigen Kolben (12, 22) kreuzweise miteinander verbunden sind.
  11. 11. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß Zylinder und Kolben als Schenkel einer Fahrradgabel, wahlweise für Vorderrad oder Hinterrad, ausgebildet sind.
  12. 12. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Fließquerschnitt der Verbindung (1) mindestens 10% des von den Kolben (12, 22) beaufschlagten Verdrängungsquerschnittes entspricht.
  13. 13. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (1, 1') mindestens ein einstellbares Ventil (3, 3') aufweist, durch welches der Durchflußquerschnitt der Verbindung (1) einstellbar ist.
  14. 14. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Verdrängungsvolumina (13, 23) ein unabhängiges Stellglied (2) zur Einstellung des Volumens des ersten Verdrängungsvolumens (13) im Verhältnis zum zweiten Verdrängungsvolumens (23) aufweist.
  15. 15. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Kolben (12, 12', 22, 22') beaufschlagte Verdrängungsquerschnitt miteinander verbundener Verdrängungsvolumina (13, 13', 23, 23') jeweils gleich ist.
  16. 16. Federungssystem nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Verdrängungsvolumina durch einen verstellbaren Verdrängungskörper einstellbar ist, um im Gleichgewichtszustand die Position der beiden Kolben relativ zueinander einzustellen.
  17. 17. Verwendung eines Federungssystems nach einem der Ansprüche 1-16 als in die Schenkel einer Fahrradgabel integriertes Federungssystems, bei welchem je ein Schenkel einer Fahrradgabel durch je ein Federbein (10, 20) nach einem der Ansprüche 1-16 gebildet wird.






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