DE102006017120B4

DE102006017120B4 - Verfahren zum Bereitstellen eines Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystems für ein Fahrrad

Info

Publication number: DE102006017120B4
Application number: DE102006017120.9A
Authority: DE
Inventors: Owen Chang; Hua-Chun Huang
Original assignee: Giant Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Giant Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2026-04-11
Also published as: TWI291426B; DE102006017120A1; NL1031572A1; FR2889157B1; JP4417345B2; NL1031572C2; GB2425098B; FR2889157A1; TW200635825A; JP2006298366A; GB0607641D0; GB2425098A

Abstract

Verfahren zum Bereitstellen eines Aufhängungs- oder Dämpfungssystems für ein Fahrrad umfassend: einen vorderen Rahmen (200), der durch ein Vorderrad (300) gestützt ist; einen Stoßdämpfer (40), der mit dem vorderen Rahmen (200) verbunden ist und einen voreingestellten Druck aufweist, der gleich dem Druck ist, der durch das Körpergewicht eines Fahrers auf den Stoßdämpfer wirkt; einen hinteren Rahmen (10), der durch ein Hinterrad (600) mit einem Mittelpunkt gestützt ist; eine Antriebsbaugruppe (500), die mit dem hinteren Rahmen (10) mit zumindest einem Kettenrad (510) verbunden ist; wobei der hintere Rahmen (10) so konfiguriert wird, dass er die Bewegung eines virtuellen Drehpunkts, nämlich die Drehachse, um den der Mittelpunkt des Hinterrads (600) schwenkt, einen Weg entlang führt, der auf oder nahe einer Tangente (512) ist, die zwischen dem Mittelpunkt des Hinterrads (600), wenn sich ein Fahrer in einer normalen Position befindet und der Stoßdämpfer eine Einstellung ohne Durchhang aufweist, und einem Tangentenpunkt (514) des Kettenrads (510) verläuft, wenn sich das Hinterrad (600) bezüglich des Vorderrads (300) bewegt; wobei der Stoßdämpfer (40) umfasst: einen Hauptzylinder (41); einen Hauptkolben (42), der in dem Hauptzylinder (41) angeordnet ist, wobei der Hauptkolben (42) den Hauptzylinder (41) in eine erste Ölkammer (421) und eine zweite Ölkammer (422) trennt, wobei die erste Ölkammer (421) und die zweite Ölkammer (422) miteinander in Fluidverbindung stehen, und wobei der Hauptkolben (42) zwischen einer ersten und einer zweiten Position verschiebbar ist, wodurch ein Fluid zum Strömen zwischen der ersten Ölkammer (421) und der zweiten Ölkammer (422) gezwungen ist; einen Hilfszylinder (43), der entlang einer Außenfläche des Hauptzylinders (41) verschiebbar ist; einen Hilfskolben (44), der an dem Hauptzylinder (41) befestigt ist und in dem Hilfszylinder (43) angeordnet ist, wobei der Hilfskolben (44) den Hilfszylinder (43) in eine erste Gaskammer (441) und eine zweite Gaskammer (442) trennt; eine Kolbenstange (45), die zwischen dem Hauptkolben (42) und dem Hilfszylinder (43) verbunden ist; und eine Ölöffnung (451), die ...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystems für ein Fahrrad, umfassend einen vorderen Rahmen, der durch ein Vorderrad gestützt ist, einen Stoßdämpfer, der mit dem vorderen Rahmen verbunden ist und einen voreingestellten Druck aufweist, der im Wesentlichen gleich dem Druck ist, der durch das Körpergewicht eines Fahrers auf den Stoßdämpfer wirkt, einen hinteren Rahmen, der durch ein Hinterrad mit einem Mittelpunkt gestützt ist, eine Antriebsbaugruppe, die mit dem hinteren Rahmen mit zumindest einem Kettenrad verbunden ist, und wobei der hintere Rahmen so konfiguriert wird ist, dass er die Bewegung eines virtuellen Drehpunkts, der eine Drehachse des Mittelpunkts des Hinterrads darstellt, einen Weg entlang führt, der im Wesentlichen bezüglich einer Tangente ausgerichtet ist, die zwischen dem Mittelpunkt des Hinterrads und einem Tangentenpunkt des Kettenrads verläuft, wenn sich das Hinterrad bezüglich des Vorderrads bewegt. Ein entsprechendes Verfahren ist aus der WO 2005/030 564 A2 bekannt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es gibt eine Reihe von Ansätzen, die Leistung von Stoßdämpfungssystemen typischer Fahrradrahmen zu bewerten. Beispielsweise kann die Wirksamkeit von Stoßdämpfungssystemen auf Grundlage von Pedalenergieverlust, Effekt des Bremsens auf die Stoßdämpfungswirkung, Sanftheit und Komfort der Stoßdämpfungswirkung und durch Stoßdämpfung verursachtem Pedalrückschlag bewertet werden. Auf dem Gebiet der Stoßdämpfung bezeichnet der Begriff ”Rückschlag” eine Erscheinung, bei der eine Änderung der Kettenlänge die Kurbel und Pedale der Kraft einer rückwärtigen Spannung unterwirft, wodurch der Fahrer Unannehmlichkeiten erfährt.
Das US-Patent US 4 039 200 A offenbart einen herkömmlichen Einzelschwungarmmechanismus (alternativ als ”Auslegersystem” bezeichnet) zur Stoßdämpfung. Zum Reduzieren eines Pedalenergieverlusts bei dieser Art Mechanismus ist der Hauptschwenkpunkt eines hinteren Dreiecksrahmens im Verhältnis zu einem vorderen Dreiecksrahmen derart gestaltet, dass er der Stelle benachbart ist, an der die Kette an das vordere Kettenrad anschließt. Wenn beispielsweise die vordere Kettenradgruppe eine Gruppe mit drei Zahnrädern ist, ist der Hauptschwenkpunkt derart gestaltet, dass er zwischen dem mittleren Zahnrad und dem kleinen Zahnrad in dem Bereich liegt, in dem die Kette anschließt. Wenn alternativ die vordere Kettenradgruppe eine Gruppe mit zwei Zahnrädern ist, ist der Hauptschwenkpunkt derart gestaltet, dass er dort liegt, wo das kleine Zahnrad an die Kette anschließt. Wenn die vordere Kettenradgruppe schließlich eine Gruppe mit einem Zahnrad ist, ist der Hauptschwenkpunkt derart gestaltet, dass er dort liegt, wo dieses Kettenrad an die Kette anschließt.
Dieses Einzelschwungarmsystem weist jedoch mehrere Nachteile auf. Beispielsweise kann dieses System, obwohl es den Energieverlust verringern kann, zu größerem Pedalrückschlag führen, insbesondere auf Stoßdämpfungsrahmen mit langen Bewegungsbereichen. Zum Reduzieren des Pedalrückschlags muss die Höhe des Hauptschwenkpunkts herabgesetzt sein, wodurch ein erhöhter Pedalenergieverlust herbeigeführt ist. Zudem kann sich bei diesem System, wenn der Fahrer in stehender Position die Pedale tritt, die Kompression des Stoßdämpfers abhängig von dem durch den Fahrer aufgewendeten Kraftbetrag ändern. Daher ist es nicht möglich, den Energieverlust beim Treten der Pedale im Stehen angemessen zu verringern.
Andere bestehende, rückwärtige Aufhängungs- bzw. Dämpfungssysteme werfen ähnliche Probleme auf. Beispielsweise enthält das rückwärtige Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem, das in dem US-Patent US 5 899 480 A offenbart ist, ein vierstängiges Gestänge. Bei diesem System liegen die zwei der Gabel benachbarten Drehpunkte sehr nah aneinander, und ein virtueller Drehpunkt (im Folgenden ”VPP”), der eine Drehachse der Mitte des Hinterrads beim Betrieb des Fahrrads bezeichnet, ist etwas hinter dem Drehpunkt am Vorderende der unteren Gabel angeordnet. Da diese Punkte relativ nah aneinander angeordnet sind, weist dieses System zahlreiche derselben Nachteile wie der oben beschriebene Einzelschwungarmmechanismus auf. Bei diesen Systemen hängen Pedalenergieverlust und Pedalrückschlag von mehreren Faktoren ab. Beispielsweise ist es aufgrund der Höhe des Drehpunkts am Vorderende der unteren Gabel bei diesen Systemen nicht möglich, sowohl geringen Energieverlust als auch geringen Rückschlag zu erzielen. Zudem ist bei diesen Systemen der augenblickliche Mittelpunkt der Hinterradmitte im Verhältnis zum vorderen Dreieck niedriger als die resultierende Kraftlinie, wenn die hinteren Bremsen betätigt sind. Wenn die hinteren Bremsen in Systemen mit einem derartig niedrigen Augenblicklichen Mittelpunkt betätigt sind, streckt die resultierende Kraft den hinteren Stoßdämpfer, wodurch die Spannungsfunktion des Stoßdämpfers verhindert ist.
Das in dem US-Patent US 6 386 568 B1 offenbarte System ist in mancherlei Hinsicht problematisch. Beispielsweise kann die Pedaltrittkraft aufgrund der verhältnismäßig hohen Anordnung des VPP Spannung auf den Stoßdämpfer in vielerlei Umständen bewirken. Bei dem in dem US-Patent US 6 386 568 B1 offenbarten System ist Spannung über den Stoßdämpfer verteilt, wenn der Fahrer die Pedale tritt. Der Stoßdämpfer kann daher unter konstanter Spannung gehalten werden. Der Stoßdämpfer ist jedoch so ausgelegt, dass er nur agiert, wenn die Einwirkungskraft größer als die Zugkraft ist, der der Stoßdämpfer unterworfen ist. Infolgedessen könnte der Stoßdämpfer aufgrund der konstanten Spannung, die durch den Fahrer beim Treten der Pedale ausgeübt ist, nicht imstande sein, geringe Stöße aufzufangen. Daher können Unannehmlichkeiten beim Treten der Pedale auftreten.
Zudem scheitert der Gebrauch mit einer Einstellung ”ohne Durchhang” bei dem im US-Patent US 6 386 568 B1 offenbarten System beim Bewältigen des Problems der Unannehmlichkeiten beim Treten der Pedale. Der Begriff ”Einstellung ohne Durchhang” bezeichnet einen voreingestellten, durch den Stoßdämpfer ausgeübten Innendruck, der dazu ausgelegt ist, dem Druck entgegenzuwirken, der durch das Körpergewicht des Fahrers auf den Stoßdämpfer ausgeübt ist. Wenn ein Stoßdämpfer eine derartige Einstellung ohne Durchhang aufweist, komprimiert er sich nicht, wenn der Fahrer auf dem Sattel sitzt.
Außerdem bewirkt die Tatsache, dass bei dem im US-Patent US 6 386 568 offenbarten System der Augenblicklichen Mittelpunkt des hinteren Dreiecksrahmens im Verhältnis zum vorderen Dreiecksrahmen sich weit entfernt in der Vorderseite befindet, eine schwerwiegende Spannung des Stoßdämpfers, wenn die hintere Bremse betätigt ist. Diese Spannung könnte ferner verhindern, dass der Stoßdämpfer beim Bremsen wirksam arbeitet, wodurch verursacht ist, dass der Grad der Annehmlichkeit des Fahrers erheblich abfällt. Schließlich kann die bei diesem System auf den Stoßdämpfer ausgeübte Spannung die Nutzdauer des Stoßdämpfers unnötig herabsetzen.
Die US-Patente US 5 553 881 A , US 6 206 397 B1 und US 6 488 301 B2 offenbaren ebenfalls vierstängige Gestängesysteme. Bei diesen Systemen ist der Hinterradweg S-förmig und die untere Hälfte ist ein vorstehendes, großes Kettenrad. Beim Treten der Pedale zieht die Kettenspannung das Hinterrad zu einem bestimmten Punkt und erzielt so die Wirkung des Sperrens des Stoßdämpfermechanismus. Wenn dieser Punkt als Hinterradmittelposition bei einem normalen Durchhang ausgelegt ist, kann es möglich sein, den Pedalenergieverlust zu verringern. Wenn jedoch beim Treten der Pedale Bodenflächeneinwirkungen auftreten, könnten die Bodenflächeneinwirkungen aufgrund der Kettenspannungsbeschränkungen nicht wirksam durch den Stoßdämpfer abgefangen werden. Infolgedessen kann die Annehmlichkeit beim Treten der Pedale leiden. Beim Treten der Pedale im Stehen kann ein Gewichtsverlagerungseffekt verursachen, dass die Hinterradmitte von einem optimalen Punkt abweicht. Dies kann dazu führen, dass das Stoßdämpfersystem unfähig ist, Energieverlust beim Treten der Pedale wirksam zu verringern. Zudem kann die Änderung des Abstands zwischen der Mehrzweckachse, die mit dem Sitzrohr verbunden ist, und dem Mittelpunkt des Hinterrads (als ”RC” bezeichnet) erheblich sein und dadurch zu Pedalrückschlagproblemen führen.
Noch weitere Aufhängungs- bzw. Dämpfungssysteme sind aus dem US-Patent US 6 581 948 B2 sowie aus der US-Patentanmeldung US 2005/0 285 367 A1 bekannt.
Angesichts der Nachteile herkömmlicher Dämpfungssysteme besteht ein Bedarf, ein Fahrrad bereitzustellen, das ein rückwärtiges Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem aufweist, das Energieverlust beim Treten der Pedale in entweder einer sitzenden oder einer stehenden Position minimiert, minimale Auswirkungen auf das Bremsen hat, einen niedrigen Pedalrückschlag aufweist und zu einer längeren Stoßdämpferlebensdauer führt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bereitstellen eines Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystems für ein Fahrrad mit einem vereinfachten Stoßdämpfer zur Verfügung zu stellen, der den Fahrkomfort verbessert.
Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bereitstellen eines Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem für ein Fahrrad mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Vorteile und Zielsetzungen der Erfindung werden teils in der folgenden Beschreibung dargelegt und sind teils aus der Beschreibung offensichtlich oder können durch die Anwendung der Erfindung erfahren werden. Zudem werden die Vorteile und Zielsetzungen mittels der Elemente und Kombinationen verwirklicht und erzielt, die besonders in den beiliegenden Ansprüchen hervorgehoben sind.
Erfindungsgemäß kann ein Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem für ein Fahrrad einen vorderen Rahmen, der durch ein Vorderrad gestützt ist, einen Stoßdämpfer, der mit dem vorderen Rahmen verbunden ist, einen hinteren Rahmen, der durch ein Hinterrad mit einem Mittelpunkt gestützt ist, und eine Antriebsbaugruppe enthalten, die mit dem hinteren Rahmen, der zumindest ein Kettenrad hat, verbunden ist. Der Stoßdämpfer kann einen vorgegebenen Druck enthalten, der im Wesentlichen gleich einem Druck ist, der durch einen Fahrer der Fahrradbaugruppe auf den Stoßdämpfer ausgeübt ist. Der hintere Rahmen kann so konfiguriert sein, dass er die Bewegung eines virtuellen Drehpunkts, der eine Drehachse des Mittelpunkts des Hinterrads darstellt, einen Weg entlang führt, der im Wesentlichen bezüglich einer Tangente ausgerichtet ist, die zwischen dem Mittelpunkt des Hinterrads und einem Tangentenpunkt des Kettenrads verläuft, wenn sich das Hinterrad bezüglich des Vorderrads bewegt.
Die vorliegende Offenbarung stellt ferner einen Stoßdämpfer für eine Fahrradbaugruppe bereit. Der Stoßdämpfer enthält einen Hauptzylinder, einen Hauptkolben, der in dem Hauptzylinder angeordnet ist und den Hauptzylinder in eine erste Kammer und eine zweite Kammer trennt, wobei die erste Kammer und die zweite Kammer miteinander in Fluidverbindung stehen. Der Hauptkolben ist von einer ersten Position in eine zweite Position verschiebbar, wobei er ein Fluid drückt, das zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer strömt. Der Stoßdämpfer enthält ferner einen Hilfszylinder, der entlang einer Außenfläche des Hauptzylinders verschiebbar ist, einen Hilfskolben, der an dem Hauptzylinder befestigt ist und innerhalb des Hilfszylinders angeordnet ist und den Hilfszylinder in eine erste Kammer und eine zweite Kammer trennt, und eine Kolbenstange, die zwischen dem Hauptkolben und dem Hilfszylinder verbunden ist. Der Fluidstrom zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer des Hauptzylinders ist eingeschränkt, wenn sich der Hauptkolben in der ersten Position befindet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung bereitgestellt, die in einigen Ausführungsformen einen vorderen Dreiecksrahmen, einen hinteren Dreiecksrahmen, ein Vorderrad, das schwenkbar in einer Vorwärtsrichtung des Dreiecksrahmens vorgesehen ist, ein Hinterrad, das in einer Rückwärtsrichtung des vorderen Dreiecksrahmens eingerichtet ist, und ein rückwärtig verlaufendes Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem enthält, das einen Stoßdämpfer mit einer ”Einstellung ohne Durchhang” enthält. Das Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem kann dazu befähigt sein, eine stoßdämpfende Bewegung zu empfangen, und kann zwischen dem vorderen Dreiecksrahmen und dem Hinterrad eingerichtet sein. Der hintere Dreiecksrahmen kann einen Hauptschwenkpunkt enthalten, der schwenkbar mit dem vorderen Dreiecksrahmen verbunden ist. Der Hauptschwenkpunkt kann auf oder nahe einer resultierenden Kraftlinie angeordnet sein, die beim Bremsen erzeugt ist, und ferner mit einem Winkel angeordnet sein, der in einem Bereich von 45° ± 15° pendelt, wobei der Scheitel des Winkels als Hinterradbodenkontaktpunkt bezüglich einer horizontalen Bodenfläche definiert sein kann. Die Vorrichtung kann außerdem eine Kompression des Stoßdämpfers zulassen, die ein Siebtel der Stoßdämpfungsbewegung nicht überschreitet.
Gemäß wiederum einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung bereitgestellt, die in einigen Ausführungsformen einen vorderen Dreiecksrahmen, einen hinteren Dreiecksrahmen, ein Vorderrad, das schwenkbar in einer Vorwärtsrichtung des Dreiecksrahmens vorgesehen ist, ein Hinterrad, das in einer Rückwärtsrichtung des vorderen Dreiecksrahmens eingerichtet ist, und ein rückwärtig verlaufendes Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem enthalten kann, das einen Stoßdämpfer mit einer Einstellung ohne Durchhang enthält. Das Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem kann dazu befähigt sein, eine stoßdämpfende Bewegung zu empfangen, und kann zwischen dem vorderen Dreiecksrahmen und dem Hinterrad eingerichtet sein. Der hintere Dreiecksrahmen kann einen Hauptschwenkpunkt enthalten, der drehbar mit dem vorderen Dreiecksrahmen verbunden ist. Der Hauptschwenkpunkt kann auf oder nahe einer resultierenden Kraftlinie angeordnet sein, die beim Bremsen erzeugt ist, und ferner mit einem Winkel angeordnet sein, der in einem Bereich von 45° ± 15° pendelt, wobei der Scheitel des Winkels als Hinterradbodenkontaktpunkt bezüglich einer horizontalen Bodenfläche definiert ist. Die Vorrichtung kann außerdem eine Kompression des Stoßdämpfers zulassen, die ein Siebtel der Stoßdämpfungsbewegung nicht überschreitet. Ein Vorgang des Stoßdämpfers kann für einen Pedaltrittvorgang zum Reduzieren des Energieverlusts empfindlich sein. Der Stoßdämpfer kann ferner eine erste Ölkammer und eine zweite Ölkammer zum Aufnehmen eines Druckfluids und einen Kolben enthalten, der befähigt ist, sich von einer ersten Position in eine zweite Position zu verschieben, wobei der Strom in der ersten Position eingeschränkt ist. Das Druckfluid kann von der zweiten Ölkammer zur ersten Ölkammer strömen, wobei sich der Kolben von der zweiten Position in die erste Position verschieben kann, wobei der Ölstrom in der ersten Position eingeschränkt ist.
Gemäß wiederum einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung bereitgestellt, die in einigen Ausführungsformen einen vorderen Rahmen, ein Vorderrad, das drehbar in einer Vorwärtsrichtung des vorderen Rahmens vorgesehen ist, ein Hinterrad, das in einer Rückwärtsrichtung des vorderen Rahmens eingerichtet ist, ein rückwärtig verlaufendes Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem, das zwischen dem vorderen Rahmen und dem Hinterrad eingerichtet ist, ein Kettenrad und einen VPP enthalten kann, der im Wesentlichen an einer Tangente ausgerichtet ist, die durch die Mitte des Hinterrads und das Kettenrad ausgebildet ist. Die Vorrichtung kann außerdem das Verschieben des VPP nach hinten aufweisen, wenn sich das Hinterrad nach oben bewegt.
Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und veranschaulichend sind und die Erfindung wie beansprucht nicht einschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen sind zum besseren Verständnis der Erfindung enthalten und in diese Schrift eingegliedert und bilden einen Bestandteil davon. Die Zeichnungen stellen Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
Es zeigen:
1 ein Diagramm der Kräfte, die auf einen bestehenden Stoßdämpfungsrahmen ausgeübt sind, bevor die Bremsen greifen;
2 ein Diagramm der Kräfte, die auf einen bestehenden Stoßdämpfungsrahmen ausgeübt sind, nachdem die Bremsen greifen;
3 ein Diagramm der resultierenden Kraftlinie vom Rückbremsen bei dem bestehenden Stoßdämpfungsrahmen;
4 ein Planardiagramm, das eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, d. h. ein Fahrrad mit rückwärtiger Federungsstoßdämpfung;
5, wie ein Winkel, der durch die Linie, die durch den Augenblicklichen Mittelpunkt und den Hinterradbodenkontaktpunkt läuft, und eine horizontale Linie gebildet ist, der resultierenden Kraftlinie in einer bevorzugten Ausführungsform entspricht;
6 eine Verbundschnittansicht eines Stoßdämpfers der oben beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ein Hinterradbetriebsdiagramm der oben beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das darstellt, wie Stöße gegen ein Hinterrad nach oben komprimieren und eine obere und eine untere Verbindungsstange antreiben, um einen Drehbetrieb in derselben Richtung zu erzeugen;
8 ein Betriebsdiagramm des Stoßdämpfers der oben beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das darstellt, wie sich der Kolben von der ersten Position zur zweiten Position verschiebt;
9A ein Steuerungsdiagramm des virtuellen Drehpunkts einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9B ein Steuerungsdiagramm des virtuellen Drehpunkts einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9C ein Steuerungsdiagramm des virtuellen Drehpunkts wiederum einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun detailliert auf die vorliegenden Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Sofern möglich werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile benutzt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Leistung eines Stoßdämpfersystems verschiedenartig beeinflusst sein, wenn ein Fahrer die Bremsen eines typischen Fahrrads betätigt. Beispielsweise ist die Situation vor dem Bremsen wie in 1 gezeigt. Bevor die Bremsen betätigt werden, kann die Kraft (”F_R”), die auf das Hinterrad eines typischen Fahrradrahmens ausgeübt ist, durch folgende Gleichungen dargestellt werden: ΣM_PF = 0; F_R × (a + b) = mg × b; F_R = b / a + bmg;
wobei
M_PF ein resultierendes Drehmoment bezüglich eines vorderen Punkts darstellt, an dem das Vorderrad den Boden berührt;
a den Abstand von einem hinteren Punkt, an dem das Hinterrad den Boden berührt, zum Schwerpunkt des Fahrers darstellt;
b den Abstand vom Schwerpunkt des Fahrers zum vorderen Punkt darstellt;
m die Masse des Fahrers darstellt; und
g die Erdbeschleunigung darstellt.
Nach dem Bremsen ist die Situation wie in 2 gezeigt. In dieser Situation kann die Kraft (”F_R'”), die auf das Hinterrad beim Bremsen ausgeübt ist, durch folgende Gleichungen dargestellt werden:
Wie in 3 dargestellt, kann der resultierende Kraftlinienwinkel (mit ”θ” bezeichnet) dann durch folgende Gleichungen dargestellt werden:
Allgemein gesagt kann angenommen werden, dass die Höhe des Schwerpunkts (”h”) ungefähr gleich dem Radstand (”wb”) ist. Auf Grundlage dieser Annahme kann die resultierende Kraftlinie L_R grob einen Winkel von 45° bezüglich einer Horizontalachse bilden. Wenn das rückwärtige Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem entweder ein Einzelschwungarm oder ein vierstängiges Gestänge ist, das eine niedrigere Gabel aufweist, die mit dem vorderen Dreiecksrahmen durch eine einzelne Drehachse verbunden ist, können die meisten der Hauptschwenkpunkte des rückwärtigen Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystems der resultierenden Kraftlinie L_R benachbart oder daran ausgerichtet sein. Derartiges Anordnen der Hauptschwenkpunkte kann verhindern, dass Spannung auf den Stoßdämpfer ausgeübt ist, wenn die Rückbremsen betätigt werden.
Bezüglich anderer Arten vierstängiger Gestänge kann die Position des augenblicklichen Mittelpunkts des hinteren Dreiecksrahmens berücksichtigt werden. Diese Position des augenblicklichen Mittelpunkts ist am Schnittpunkt der Linie, die durch die vorderen und hinteren Drehpunkte der unteren Verbindungsstange definiert ist, und der Linie, die durch die Drehpunkte der oberen Verbindungsstange definiert ist, angeordnet. Beispielsweise ist der augenblickliche Mittelpunkt O, wie in der beispielhaften Ausführungsform von 5 gezeigt, am Schnittpunkt zwischen einer Linie L1, die zwischen dem vorderen Drehpunkt 21 und dem hinteren Drehpunkt 22 der unteren Verbindungsstange verläuft, und einer Linie L2, die zwischen dem vorderen Drehpunkt 32 und dem hinteren Drehpunkt 31 der oberen Verbindungsstange verläuft, angeordnet. Je näher der Augenblickliche Mittelpunkt O der resultierenden Kraftlinie L_R ist, desto weniger Betrieb tritt auf, der den Stoßdämpfer beeinflussen könnte.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Augenblickliche Mittelpunkt O im Wesentlichen an der resultierenden Kraftlinie L_R ausgerichtet. Der Ausdruck ”im Wesentlichen ausgerichtet” bezieht sich auf einen bevorzugten Bereich von Abständen zwischen dem Augenblicklichen Mittelpunkt O und der resultierenden Kraftlinie L_R. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand zwischen dem Augenblicklichen Mittelpunkt O und der resultierenden Kraftlinie L_R eingestellt, um zu verhindern, dass Spannung auf den Stoßdämpfer ausgeübt ist, wenn die Rückbremsen betätigt sind. In wiederum einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich der Augenblickliche Mittelpunkt O innerhalb eines Bereichs von ± 15° bezüglich der resultierenden Kraftlinie L_R.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung bezeichnet der Begriff ”Gewichtsverlagerungseffekt” die Änderung der auf den Stoßdämpfer ausgeübten Kraft, die durch eine Schwerpunktverschiebung verursacht ist, welche auftritt, wenn sich der Fahrer zwischen einer sitzenden Position und einer stehenden Position bewegt. Allgemein gesagt verschiebt sich der Schwerpunkt, wenn sich der Fahrer zwischen der sitzenden und stehenden Position bewegt, wodurch eine Änderung der Länge des Kraftarms für den Schwerpunkt bezüglich des Stoßdämpferdrehpunkts bewirkt wird. Die Änderung der Länge des Kraftarms bewirkt wiederum eine Änderung der Stoßdämpferkompression. Wenn der Fahrer eine Pedaltrittbewegung im Stehen ausführt, steigt und fällt zudem der Schwerpunkt während der Pedalbewegung, da die Füße des Fahrers bei jedem Pedaltritt keine einheitliche Kraft auf die Pedale ausüben.
Eine Ausführungsform der Erfindung kann eine rückwärtige Aufhängungs- und Dämpfungsbaugruppe enthalten. Die rückwärtige Aufhängungs- und Dämpfungsbaugruppe kann einen Stoßdämpfer enthalten, der für bestimmte Arten von Kraft empfindlich ist, wie jenen, die durch eine Pedaltrittbewegung von einem Fahrer verursacht sind, wenn sich der Fahrer in der sitzenden und der stehenden Position befindet. Der Stoßdämpfer kann den Einfluss dieser Kraftarten auf die Wirksamkeit der Aufhängungs- und Dämpfungsbaugruppe minimieren. Eine andere Ausführungsform der Erfindung kann einen Stoßdämpfer mit einer Einstellung ohne Durchhang enthalten, wobei der Stoßdämpfer mit großer Empfindlichkeit zum Reduzieren von Energieverlust arbeiten kann. Dieses Merkmal kann beispielsweise die Annehmlichkeit eines Fahrers verbessern, der auf der Fahrradbaugruppe die Pedale tritt. Wieder eine andere Ausführungsform der Erfindung kann ein Merkmal enthalten, das Schaden an dem Stoßdämpfer verhindert, der die Folge vollständiger Kompression des Stoßdämpfers ist. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann das Vermindern von Pedalenergieverlust und Pedalrückschlag aufweisen.
4 stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, die ein Fahrrad mit einem rückwärtigen Federungsstoßdämpfungssystem enthält. Das Fahrrad kann ein rückwärtiges Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem 100, einen vorderen Rahmen (Dreiecksrahmen) 200, ein Vorderrad 300, eine Kurbeleinheit 400, eine Antriebsbaugruppe (Antriebseinheit) 500 und ein Hinterrad 600 enthalten. Der vordere Rahmen 200 kann sich an das rückwärtige Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem 100 anschließen. Das Vorderrad 300 kann an der Vorderseite (die Vorwärtsrichtung ist durch Pfeil I in 4 angezeigt) des Rahmens 200 eingerichtet sein. Die Kurbeleinheit 400 kann drehbar an der Basis des Rahmens 200 vorgesehen sein. Die Antriebsbaugruppe 500 ist dazu geeignet, von der Kurbeleinheit 400 angetrieben zu werden. Das Hinterrad 600 kann an der Rückseite (die Rückwärtsrichtung ist durch Pfeil II in 4 angezeigt) des vorderen Rahmens 200 angeordnet und auf dem rückwärtigen Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem 100 eingerichtet sein.
Der vordere Rahmen 200 kann einen Lenkstangenschaft 210, ein Sitzrohr 220, ein oberes Rohr 230 und ein unteres Rohr 240 enthalten. Das obere Rohr 230 kann zwischen dem Lenkstangenschaft 210 und dem Sitzrohr 220 verbunden sein. Das untere Rohr 240 kann zwischen dem Lenkstangenschaft 210 und dem Sitzrohr 220 verbunden sein. Eine Mehrzweckachse 250 kann mit einer Basis des Sitzrohrs 220 verbunden und an das untere Rohr 240 gefügt sein.
Die Kurbeleinheit 400 kann eine Kurbel 410 und zwei Pedale 420 enthalten, die drehbar an den zwei Enden der Kurbel 410 vorgesehen sind. Die Antriebsbaugruppe 500 kann ein Kettenrad 510 (darunter wird auch eine Kettenradbaugruppe mit mehreren Kettenrädern verstanden), eine hintere Freilaufgruppe 520 und eine Kette 530 enthalten. Das Kettenrad 510 kann mit der Kurbeleinheit 400 verbunden sein. Die hintere Freilaufgruppe 520 kann mit dem Hinterrad 600 verbunden sein. Die Kette 530 kann um das Kettenrad 510 und eine hintere Freilaufgruppe 520 vorgesehen sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Kettenradbaugruppe ein einzelnes Zahnrad 510 oder mehrere Zahnräder 510 enthalten. Bei der Beschreibung der bevorzugten Bewegungsbereiche einer Drehachse des Mittelpunkts des Hinterrads kann sich der Begriff ”Kettenrad” abhängig von der Anzahl der benutzten Zahnräder auf verschiedene Dinge beziehen. Beispielsweise kann sich bei einer Ausführungsform, in der die Kettenradbaugruppe zwei Zahnräder 510 enthält, der Begriff ”Kettenrad” auf den virtuellen Zwischenkreis 510' beziehen, der konzentrisch mit und zwischen den zwei Zahnrädern angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform, in der die Kettenradbaugruppe drei Zahnräder 510 enthält, kann sich der Begriff ”Kettenrad” auf die zwischenliegenden Zahnräder beziehen. In wiederum einer anderen Ausführungsform, in der die Kettenradbaugruppe ein einzelnes Zahnrad 510 enthält, kann sich der Begriff ”Kettenrad” auf das einzelne Zahnrad 510 beziehen.
Das rückwärtige Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem 100 kann einen hinteren Rahmen (Dreiecksrahmen) 10, eine untere Verbindungsstange 20, eine obere Verbindungsstange 30 und einen Stoßdämpfer 40 enthalten. Der hintere Rahmen 10 kann in einer Rückwärtsrichtung II bezüglich des vorderen Dreiecksrahmens verlaufen. Die untere Verbindungsstange 20 kann drehbar zwischen dem hinteren Rahmen 10 und dem vorderen Rahmen 200 verbunden sein. Die obere Verbindungsstange 30 kann drehbar zwischen dem hinteren Rahmen 10 und dem vorderen Rahmen 200 verbunden sein und ferner über der unteren Verbindungsstange 20 angeordnet sein. Der Stoßdämpfer 40 kann schwenkbar zwischen dem vorderen Rahmen 200 und der oberen Verbindungsstange 30 verbunden sein.
Der hintere Rahmen 10 kann eine untere Gabel 11, eine obere Gabel 12 und ein hinteres Gabelende 13 enthalten. Die untere Gabel 11 kann der Mehrzweckachse 150 entsprechen und entlang der Rückwärtsrichtung II verlaufen. Die obere Gabel 12 kann sich mit der unteren Gabel 11 zum Ausbilden eines Winkels überschneiden. Das hintere Gabelende 13 kann starr mit einem Verbindungspunkt verbunden sein, an dem die obere Gabel 12 und die untere Gabel 11 verbunden sind. Die untere Gabel 11 kann der Mehrzweckachse 250 benachbart ein unteres Gabelvorderende 111 enthalten. Die obere Gabel 12 kann ein oberes Gabelvorderende 121 über dem unteren Gabelvorderende 111 enthalten.
Die untere Verbindungsstange 20 kann eine erste Drehachse 21 und eine zweite Drehachse 22 enthalten. Die erste Drehachse 21 kann schwenkbar auf dem unteren Rohr 240 vorgesehen sein. Die zweite Drehachse 22 kann gegenüber der ersten Drehachse 21 angeordnet und schwenkbar auf dem unteren Gabelvorderende 111 des hinteren Rahmens 10 vorgesehen sein. Zudem kann die erste Drehachse 21 über der Mehrzweckachse 250 des vorderen Rahmens 200 angeordnet sein, und in einer Ausführungsform ist die erste Drehachse 21 an der Seite der Mehrzweckachse 250 in der Vorwärtsrichtung I angeordnet.
Die obere Verbindungsstange 30 kann ein Dreieck mit einer dritten Drehachse 31, einem vorderen Drehpunkt (einer vorderen Drehachse) 32 und einer vierten Drehachse 33 bilden. Die dritte Drehachse 31 kann schwenkbar auf dem oberen Gabelvorderende 121 des hinteren Rahmens 10 vorgesehen sein. Der vordere Drehpunkt 32 kann gegenüber der dritten Drehachse 31 angeordnet sein. Die vierte Drehachse 33 kann zwischen der dritten Drehachse 31 und dem vordere Drehpunkt 32 angeordnet sein, und in einer Ausführungsform kann die vierte Drehachse 33 schwenkbar auf dem Sitzrohr 220 vorgesehen sein.
Unter Bezugnahme auf 6 ist erfindungsgemäß ein Stoßdämpfer 40 mit einem Hauptzylinder 41, einem Hauptkolben 42, einem Hilfszylinder 43, einem Hilfskolben 44, einer Kolbenstange 45, einer einstellbaren Einstellstange 46 und einer Rückstelleinheit 47 enthalten. Der Hauptkolben 42 ist intern innerhalb des Hauptzylinders 41 angeordnet. Der Hilfszylinder 43 kann extern um den Hauptzylinder 41 vorgesehen sein. Der Hilfskolben 44 ist intern innerhalb des Hilfszylinders 43 angeordnet und an dem Hauptzylinder 41 befestigt. Die Kolbenstange 45 ist zwischen dem Hauptkolben 42 und dem Hilfszylinder 43 verbunden und kann entlang einer axialen Linie verlaufen. Die einstellbare Einstellstange 46 kann innenseitig der Kolbenstange 45 laufen. Die Rückstelleinheit 47 kann eine Rückprallkraft für den Hauptkolben 42 vorsehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Stoßdämpfer 40 eine Einstellung ohne Durchhang aufweisen, die den Kompressionsbetrag des Stoßdämpfers 40 steuert. Vorzugsweise begrenzt die Einstellung ohne Durchhang den Kompressionsbetrag auf ungefähr ein Siebtel eines Stoßdämpfungskolbenhubs. Wenn beispielsweise ein Stoßdämpfungskolbenhub 38 mm beträgt, kann der Kompressionsbetrag unter der Einstellung ohne Durchhang von 5,4 mm bis 0 mm oder 3,8 mm bis 0 mm betragen. Wenn ein kleiner Kompressionsbetrag vorliegt, könnte jegliche Pedaltrittkraft eine Kompressionswirkung auf den Stoßdämpfer 40 erzeugen. Wenn der Kompressionsbetrag um Null (0) beträgt, dann könnte im Wesentlichen keine Pedaltrittkraft fähig sein, eine deaktivierende Spannungswirkung auf den Stoßdämpfer 40 zu verteilen.
Der Hauptzylinder 41 kann ein Basisende 411, ein oberes Ende 412 und eine Hauptzylinderwand 413 enthalten. Das Basisende 411 kann drehbar auf dem unteren Rohr 240 des vorderen Rahmens 200 vorgesehen sein. Das obere Ende 411 kann gegenüber dem Basisende 411 angeordnet sein. Die Hauptzylinderwand 413 kann zwischen dem Basisende 411 und dem oberen Ende 412 angeordnet sein. Zudem kann das obere Ende 412 einen Abschnitt mit geringem Durchmesser 412' enthalten. Und das Basisende 411 kann sich seitlich zur Vorwärtsrichtung I der ersten Drehachse 21 der unteren Verbindungsstange 20 befinden.
In einer veranschaulichenden Ausführungsform ist der Hauptkolben 42 derart geformt, dass er den ersten Hauptzylinder 41 in eine erste Ölkammer 421 (dem Basisende 411 benachbart) und eine zweite Ölkammer 422 (nahe dem oberen Ende 412) trennt. Die zweite Ölkammer 422 kann mit dem Abschnitt 412' mit geringem Durchmesser verbunden sein, und die Querschnittsfläche der zweiten Ölkammer 422 kann größer als der Abschnitt 412' mit geringem Durchmesser sein.
In einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform kann der Hilfszylinder 43 ein Zylinderverbindungsteil 431 enthalten, das um die Außenseite des Hauptzylinders 41 passt. Der Hilfszylinder 43 kann außerdem ein Drehteil 432 enthalten, das dem Zylinderverbindungsteil 431 gegenüber angeordnet ist. Das Drehteil 432 kann drehbar auf dem vorderen Drehpunkt 32 der oberen Verbindungsstange 30 angeordnet sein.
Der Hilfskolben 44 kann den Hilfszylinder 43 in eine positive Gaskammer 441 (alternativ als ”erste” Gaskammer bezeichnet), die sich nahe dem Drehteil 432 befinden kann, und eine negative Gaskammer (alternativ als ”zweite” Gaskammer bezeichnet) trennen, die sich nahe dem Zylinderverbindungsteil 431 befinden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Luftdruck in der negativen Gaskammer 442 vorzugsweise gleich dem Außenluftdruck (alternativ als ”atmosphärischer” Druck bezeichnet). Da der Luftdruck der negativen Gaskammer 442 niedrig sein kann, kann zudem der Luftdruck der positiven Gaskammer 441 außerdem gleichermaßen niedrig sein.
In einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform kann die Kolbenstange 45 ein hohles Rohr enthalten. Die Kolbenstange 45 kann eine Ölöffnung 451 enthalten, die die erste Ölkammer 421 mit der zweiten Ölkammer 422 verbindet. Die Ölöffnung 451 kann eine erste Öffnung 452, die am Hauptkolben 42 vorgesehen ist, und eine zweite Öffnung 453 enthalten, die an einer Umfangsfläche der Kolbenstange 45 vorgesehen ist.
Die Einstellungsstange 46 kann ein konisches Teil 461 enthalten, das der ersten Öffnung 452 entspricht und von einer Steuerstange 462 gezogen ist, die schraubenförmig am Hilfszylinder 43 angebracht ist. Die Einstellungsstange 46 kann zum Einstellen der Querschnittsfläche der ersten Öffnung 452 entlang einer Achse verschoben werden.
Die Rückstelleinheit 47 kann einen Abstandszapfen oder -kolben 471 und einen gashaltige Raum 472 enthalten. Der Abstandszapfen 471 kann in den Hauptzylinder 41 passen. Der gashaltige Raum 472 kann durch den Abstandszapfen 471 ausgebildet sein und sich seitlich von der ersten Ölkammer 421 befinden. In einer Ausführungsform kann der gashaltige Raum 472 mit Stickstoff unter hohem Druck gefüllt sein.
Bei dem oben beschriebenen, rückwärtigen Aufhängungs- bzw. Dämpfungssystem 100, das in 5 dargestellt ist, kann der Augenblickliche Mittelpunkt O des hinteren Dreiecksrahmens 100 bezüglich des vorderen Rahmens 200 im Wesentlichen an einem Schnittpunkt zwischen einer ersten geraden Linie L1, die durch die erste Drehachse 21 und die zweite Drehachse 22 der unteren Verbindungsstange 20 läuft, und einer zweiten geraden Linie L2, die durch die dritte Drehachse 31 und die vierte Drehachse 33 der oberen Verbindungsstange 30 läuft, ausgerichtet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel θ₂ durch den augenblicklichen Mittelpunkt O und den Punkt A gebildet, an dem das Hinterrad 600 den Boden berührt. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel θ₂ ungefähr 40°. In wiederum einer anderen bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Winkel θ₂ innerhalb des Bereichs der Winkel θ₁, die durch die Bodenfläche am Punkt A und die resultierende Kraftlinie L_R, die erzeugt ist, wenn die Bremse des Hinterrads 600 betätigt ist, gebildet sind. Es ist daher möglich, die durch die Hinterradbremse bewirkten Stoßwirkungen zu minimieren. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel θ₁ ungefähr 45° ± 15°. In wieder einer anderen, bevorzugten Ausführungsform kann sich der Winkel θ entweder innerhalb des Bereichs von 40° bis 50° oder innerhalb des Bereichs von 35° bis 45° befinden.
Wie in 6 dargestellt, kann, wenn der Fahrer auf dem Sattel sitzt und die Pedale tritt und wenn der Stoßdämpfer eine Einstellung ohne Durchhang aufweist, im Wesentlichen keine Kraft auf den Stoßdämpfer 40 verteilt sein, um zu bewirken, dass er sich unbeabsichtigter Weise komprimiert oder ausdehnt. Dies kann verhindern, dass der Stoßdämpfer 40 durch eine derartige Kraft deaktiviert wird, und einen Pedalenergieverlust reduzieren. An diesem Punkt entspricht der Hauptkolben 42 dem Hauptzylinder 41 und befindet sich in der ersten Position, in 6 gezeigt. Die zweite Öffnung 453 der Ölöffnung 451 entspricht dem Abschnitt 412' mit geringem Durchmesser des Hauptzylinders 41. Der Hilfskolben 44 entspricht außerdem dem Hilfszylinder 43 und befindet sich in der niedrigsten Position.
Wie ferner in 7 gezeigt, kann das Hinterrad 600 allmählich nach oben in die Y-Richtung schwingen, wenn das fahrende Fahrrad etwa auf unebenem Boden trifft. In dieser Ausführungsform kann die zweite Drehachse 22 der unteren Verbindungsstange 22 einer Drehverschiebung im Uhrzeigersinn von der Rückwärtsrichtung II zu einer Richtung der Vorwärtsrichtung I hin ausgesetzt sein. Wenn die zweite Drehachse 22 der Drehverschiebung ausgesetzt ist, kann die erste Drehachse 21 als Drehpol fungieren. Außerdem kann die dritte Drehachse 31 der unteren Verbindungsstange 30 einer Drehverschiebung im Uhrzeigersinn von der Rückwärtsrichtung II zu einer Richtung der Vorwärtsrichtung I hin ausgesetzt sein. Wenn die dritte Drehachse 31 der Drehverschiebung ausgesetzt ist, kann die vierte Drehachse 33 als Drehpol fungieren.
Wie in der Ausführungsform von 8 gezeigt, kann ein vorderer Drehpunkt 32 zum Antreiben des Drehteils 432 des Hilfszylinders 43 benutzt sein, wodurch seine Komprimierung bezüglich des Hauptzylinders 41 bewirkt ist. Wenn das Drehteil 432 komprimiert ist, strömt Druckfluid von der ersten Ölkammer 421 in die zweite Ölkammer 422. Der Hauptkolben 42 verschiebt sich dann von der ersten Position, die in 6 dargestellt ist, zur zweiten Position nahe dem Abstandszapfen 471 hin, die in 8 dargestellt ist. Aufgrund des Unterschieds zwischen dem Abschnitt 412' mit geringem Durchmesser und der Querschnittsfläche der zweiten Ölkammer 422 tritt eine Strombegrenzung auf, wenn sich die zweite Öffnung 453 der Ölöffnung 451 innerhalb des Abschnitts 412' mit geringem Durchmesser befindet (der Hauptkolben in der ersten Position), und die Geschwindigkeit des Hauptkolbens von der ersten Position zur zweiten Position nimmt allmählich zu. An diesem Punkt wird der Hilfszylinder 43 näher an den Hauptzylinder 41 gepresst. Infolgedessen verschiebt sich der Hilfskolben 44 von der niedrigsten Position in eine höhere Position und komprimiert das Hochdruckgas in der Hauptgaskammer 41. Zudem kann der Hochdruckstickstoff in dem gashaltigen Raum 472 durch den Abstandszapfen 471 komprimiert sein. Anders gesagt ist in dem Moment, in dem der Stoß auftritt, der Hauptkolben 42 in der ersten Position, die in 6 dargestellt ist, zum Bewirken der Strombegrenzung und Ausführen eines Puffervorgangs benutzt.
Wenn die Kraft des Stoßes, der auf das Drehteil 432 des Hilfszylinders 43 ausgeübt wird und dann schwindet, kann das Hochdruckgas der positiven Gaskammer zum Erzeugen einer Rückprallwirkung innerhalb des gashaltigen Raums 472 fungieren. Der Hilfszylinder 43 und der Abstandszapfen 471 können in die Positionen zurückprallen, die beispielsweise in 6 und 8 gezeigt sind. Zudem kann sich der Hauptkolben 42 von der zweiten Position zurück in die erste Position verschieben, und es kann bewirkt sein, dass das Druckfluid von der zweiten Ölkammer 422 in die erste Ölkammer 421 strömt. Zudem kann infolge des Unterschieds in der Querschnittsfläche der zweiten Ölkammer 422 und des Abschnitts 412' mit geringem Durchmesser, wenn die zweite Öffnung 453 der Ölöffnung 451 dem Abschnitt 412' mit geringem Querschnitt entspricht, eine Strombegrenzung bewirkt werden. Die Bewegung des Hauptkolbens 42 verlangsamt sich allmählich, wenn er sich von der zweiten Position zur ersten Position hin bewegt. Auf diese Art und Weise ist es möglich zu verhindern, dass der Stoßdämpfer 40 zurückprallt und der Hilfskolben 44 gegen den Hilfszylinder 43 schlägt. Somit kann die Nutzdauer des Stoßdämpfers 40 verlängert werden.
In einer anderen Ausführungsform ist der Gasdruck in der negativen Gaskammer 422 des Stoßdämpfers 40 vorzugsweise niedrig. Der Gasdruck der positiven Gaskammer 441 kann entsprechend niedrig sein. Dies kann Herstellungskosten herabsetzen, da Präzisions- und Luftundurchlässigkeitsanforderungen reduziert werden können. Zudem kann der niedrige Gasdruck der positiven Gaskammer 441 ein höheres Annehmlichkeitsniveau gewährleisten. Und durch Benutzung der Steuerstange 462 kann bei Bedarf die Querschnittsfläche zwischen dem konischen Teil 461 und der ersten Öffnung 452 zum Einstellen der Pufferleistung eingestellt sein.
Wie ferner in 4 und 9A bis C gezeigt, können, wenn eine Pedaltrittkraft auf ein Pedal 420 ausgeübt wird, die Spannung auf der Kette 530 und die Gewichtsrotation eines Fahrers eine Kraft auf das hintere Gabelende 13 ausüben. Diese Kraft kann in verschiedene Richtungen ausgeübt werden, beispielsweise abhängig vom Übersetzungsverhältnis. Wenn sich der VPP in der Mitte aller Linien ausgeübter Kraft befindet, ergibt sich ein kleinerer Pedalenergieverlustbetrag. In einer Ausführungsform ist der VPP im Wesentlichen an einer Tangente ausgerichtet, die von der Mitte des Hinterrads 600 zu einem Kettenrad 510 verläuft, wenn sich ein Fahrer in einer normalen Position befindet und der Stoßdämpfer eine Einstellung ohne Durchhang aufweist. 9A bis C stellt den Verschiebungsbereich des VPP unter verschiedenen Umständen dar. Wenn das Hinterrad 600 beispielsweise weiter nach oben in die Y-Richtung schwingt, d. h. von der Bodenfläche weg, verläuft der VPP in der Richtung II. Es ist daher möglich, die Pedalrückschlagwirkung zu reduzieren, die sich ergibt, wenn der Stoßdämpfer arbeitet. In einer Ausführungsform befindet sich der VPP auf oder nahe einer Tangente 512 einer Hinterradmitte 602 und eines Kettenrads 510. Der Verschiebungsbereich des VPP kann unter Bezugnahme auf den Tangentenpunkt 514 und die Tangente 512 von der Hinterradmitte 602 zum Kettenrad 510 definiert sein.
Wie in der Ausführungsform von 9B dargestellt, kann der Bewegungsbereich des VPP in eine Fläche 610 fallen. Die Fläche 610 kann durch eine erste vertikale Linie 612, eine zweite vertikale Linie 614, Aufwärts- und Abwärtsabweichungsabstände H₁, H₂ bezüglich der Tangente 512, eine obere Linie 616 und eine untere Linie 618 begrenzt sein. Der Aufwärtsabweichungsabstand H₁ kann sich zu einem ersten Abweichungspunkt P₁ erstrecken, der sich auf der zweiten vertikalen Linie 614 befindet und über der Tangente 512 beabstandet ist. Gleichermaßen kann sich der Abwärtsabweichungsabstand H₂ zu einem zweiten Abweichungspunkt P₂ erstrecken, der sich auf der zweiten vertikalen Linie 614 befindet und unter der Tangente 512 beabstandet ist. Die Fläche 610 kann außerdem durch einen dritten Abweichungspunkt P₃, der sich auf der ersten vertikalen Linie 612 befindet und über der Tangente 512 beabstandet ist, und einen vierten Abweichungspunkt P₄ begrenzt sein, der sich auf der ersten vertikalen Linie 612 befindet und unter der Tangente 512 beabstandet ist. Die obere Linie 616 kann einer Richtung, die parallel zur Tangente 512 ist, und zwischen dem ersten und dritten Abweichungspunkt P₁ und P₃ verlaufen. Gleichermaßen kann die untere Linie 618 zwischen dem zweiten und vierten Abweichungspunkt P₂ und P₄ verlaufen. Der Tangentenpunkt 514 kann durch einen Abstand D₁ von der ersten vertikalen Linie 612 beabstandet sein, die durch einen Mittelpunkt C des Kettenrads 510 verläuft. Die zweite vertikale Linie 614 kann von dem Tangentenpunkt 514 durch einen Abstand D₂ beabstandet sein. In einer veranschaulichenden Ausführungsform beträgt der Abstand D₁ ungefähr 10 mm, der Abstand D₂ ungefähr 300 mm, die Aufwärts- und Abwärtsabweichungsabstände H₁, H₂ jeweils 55 mm und die zwei parallelen Linien 616 und 618 verlaufen entlang einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Tangente 512 ist.
Wie in der Ausführungsform von 9C dargestellt, kann der Bewegungsbereich des VPP in eine Fläche 620 fallen. Die Fläche 620 kann durch eine erste vertikale Linie 622, die den Tangentenpunkt 514 schneidet, eine zweite vertikale Linie 624, Aufwärts- und Abwärtsabweichungsabstände H₃, H₄ bezüglich der Tangente 512, eine obere Linie 626 und eine untere Linie 628 begrenzt sein. Der Aufwärtsabweichungsabstand H₃ kann zu einem ersten Abweichungspunkt P'₁ verlaufen, der sich auf der zweiten vertikalen Linie 624 befindet und über der Tangente 512 beabstandet ist. Gleichermaßen kann der Abwärtsabweichungsabstand H₄ zu einem zweiten Abweichungspunkt P'₂ verlaufen, der sich auf der zweiten vertikalen Linie 624 befindet und unter der Tangente 512 beabstandet ist. Die Fläche 620 kann außerdem durch einen dritten Abweichungspunkt P'₃, der sich auf der ersten vertikalen Linie 622 befindet und über der Tangente 512 beabstandet ist, und einen vierten Abweichungspunkt P'₄ begrenzt sein, der sich auf der ersten vertikalen Linie 622 befindet und unter der Tangente 512 beabstandet ist. Die obere Linie 626 kann zwischen dem ersten und dritten Abweichungspunkt P'₁ und P'₃ verlaufen. Gleichermaßen kann die untere Linie 618 zwischen dem zweiten und vierten Abweichungspunkt P'₂ und P'₄ verlaufen. In einer veranschaulichenden Ausführungsform beträgt der Abstand D ungefähr 150 mm, die Aufwärts- und Abwärtsabweichungsabstände H₃, H₄ 20 mm, und die parallelen Linien 626, 628 können entlang einer Richtung verlaufen, die im Wesentlichen parallel zur Tangente 512 ist. Als weitere Darstellung können die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zumindest folgende beispielhafte Funktionen versehen:
I. Pedalenergieverlust minimieren:
Der VPP ist derart hergestellt, dass er in die Nähe oder auf die Tangente fällt, die durch die Hinterradmitte und das vordere Kettenrad definiert ist. Daher kann das System wirksam ein Drehmoment reduzieren, das durch Kettenspannung beim Treten der Pedale auf dem VPP erzeugt ist, wodurch die Kompression des Stoßdämpfers 40 minimiert ist.
II. Wirksame Stoßdämpfung:
Infolge der Einstellung ohne Durchhang des Stoßdämpfers 40, kann der Stoßdämpfer 40, wenn ein Fahrer auf dem Sattel sitzt und die Pedale tritt, nicht arbeiten oder nur schwach arbeiten. Dadurch ist die Zielsetzung niedrigen Energieverlusts erzielt. Wenn das Fahrrad auf eine Bodenunebenheit oder ein Loch trifft, kann es jedoch schnell reagieren.
III. Stoßdämpfung auf Grundlage der Fahrerposition:
Wegen des Gewichtsverlagerungseffekts, wenn ein Fahrer im Stehen die Pedale tritt, unterscheidet sich die Kraft, die vom Fahrer auf den Stoßdämpfer 40 ausgeübt ist, von der Kraft, die ausgeübt ist, wenn der Fahrer sitzt. Wenn eine Einstellung ohne Durchhang vorliegt, leistet der Stoßdämpfer 40 weniger Stoßdämpfungsarbeit, wenn der Fahrer eine Pedaltrittkraft ausübt und wenn das Fahrrad auf ein Objekt auf der Fahrbahn trifft, als es der Fall wäre, wenn das Fahrrad eine Stoßdämpfungsgestaltungseinstellung mit Durchhang aufwiese. Daher ist es möglich, Energieverlust beim Treten der Pedale im Stehen in hohem Maße zu reduzieren.
IV. Einfluss des Bremsens auf Stoßdämpfung minimieren:
Da sich der Augenblickliche Mittelpunkt O des hinteren Rahmens 10 bzw. 100 bezüglich des vorderen Rahmens 20 bzw. 200 innerhalb des Sektors von 45° ± 15° befindet, dessen Scheitel der Punkt ist, an dem das Hinterrad den Boden berührt und dessen horizontale Linie die Bodenfläche ist, können die Stoßwirkungen, die durch Hinterradbremsen verursacht sind, minimiert sein.
V. Pedalrückschlag minimieren:
Da die Pedalrückschlagerscheinung durch Änderungen der Länge während des Stoßdämpferbetriebs verursacht sein kann, kann die RC derart modifiziert sein, dass sie sich der Änderung der Kettenlänge annähert. Die Pedalrückschlagerscheinung kann dadurch minimiert sein.
VI. Stoßdämpfer mit dem Merkmal einer Einstellung ohne Durchhang vorsehen:
Da ein Stoßdämpfer 40 mit einer positiven Gaskammer 441 versehen sein kann, die ein bestimmtes Niveau voreingestellten Innendrucks aufweist, kann der Stoßdämpfer 40 das Merkmal einer Einstellung ohne Durchhang aufweisen. Wenn der voreingestellte Druck in der Gaskammer 441 hoch ist, kann der Stoßdämpfer 40 vorzugsweise eine sehr kräftige Gestaltung aufweisen, und er könnte nicht zu schnell reagieren. Wie die Gleichung Pp = Np + F (Pp = Gasdruck der positiven Gaskammer; Np = Gasdruck der negativen Kammer; F = die Kraft, die durch das Gewicht des Fahrers ausgeübt ist) verdeutlicht, kann die Zielsetzung des Reduzierens des Drucks in der positiven Gaskammer 441 durch Reduzieren des Drucks in der negativen Gaskammer 442 erzielt sein. Wenn der Druck in der negativen Gaskammer 442 relativ niedrig ist, etwa so niedrig wie der Außendruck, ist es möglich, den idealen Druck der positiven Gaskammer 441 zu erzielen.
Wenn der Druck in der negativen Gaskammer 442 jedoch niedrig ist, ergibt sich damit, dass der Stoßdämpfer 40 dazu tendiert, bis zu seiner Grenze zurückzuprallen. Und wenn der Stoßdämpferkolbenhub seine Grenze erreicht, schlagen die beweglichen Teile des Stoßdämpfers 40 aneinander und tendieren zur Beschädigung. Daher nutzt der Stoßdämpfer 40 eine hydraulische Prellvorrichtung, die eine Pufferwirkung erzeugen kann, wenn der Rückprallhub des Stoßdämpferkolbens kurz davor ist, seine Grenze zu erreichen, und somit die Nutzdauer des Stoßdämpfers verlängern kann. Natürlich muss diese Lösung nicht die Hydraulik nutzen. Jegliches Material oder Verfahren, das eine elastische Pufferwirkung erzielen kann, kann dieselben Ergebnisse erzielen.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen eines Aufhängungs- oder Dämpfungssystems für ein Fahrrad umfassend: einen vorderen Rahmen (200), der durch ein Vorderrad (300) gestützt ist; einen Stoßdämpfer (40), der mit dem vorderen Rahmen (200) verbunden ist und einen voreingestellten Druck aufweist, der gleich dem Druck ist, der durch das Körpergewicht eines Fahrers auf den Stoßdämpfer wirkt; einen hinteren Rahmen (10), der durch ein Hinterrad (600) mit einem Mittelpunkt gestützt ist; eine Antriebsbaugruppe (500), die mit dem hinteren Rahmen (10) mit zumindest einem Kettenrad (510) verbunden ist; wobei der hintere Rahmen (10) so konfiguriert wird, dass er die Bewegung eines virtuellen Drehpunkts, nämlich die Drehachse, um den der Mittelpunkt des Hinterrads (600) schwenkt, einen Weg entlang führt, der auf oder nahe einer Tangente (512) ist, die zwischen dem Mittelpunkt des Hinterrads (600), wenn sich ein Fahrer in einer normalen Position befindet und der Stoßdämpfer eine Einstellung ohne Durchhang aufweist, und einem Tangentenpunkt (514) des Kettenrads (510) verläuft, wenn sich das Hinterrad (600) bezüglich des Vorderrads (300) bewegt; wobei der Stoßdämpfer (40) umfasst: einen Hauptzylinder (41); einen Hauptkolben (42), der in dem Hauptzylinder (41) angeordnet ist, wobei der Hauptkolben (42) den Hauptzylinder (41) in eine erste Ölkammer (421) und eine zweite Ölkammer (422) trennt, wobei die erste Ölkammer (421) und die zweite Ölkammer (422) miteinander in Fluidverbindung stehen, und wobei der Hauptkolben (42) zwischen einer ersten und einer zweiten Position verschiebbar ist, wodurch ein Fluid zum Strömen zwischen der ersten Ölkammer (421) und der zweiten Ölkammer (422) gezwungen ist; einen Hilfszylinder (43), der entlang einer Außenfläche des Hauptzylinders (41) verschiebbar ist; einen Hilfskolben (44), der an dem Hauptzylinder (41) befestigt ist und in dem Hilfszylinder (43) angeordnet ist, wobei der Hilfskolben (44) den Hilfszylinder (43) in eine erste Gaskammer (441) und eine zweite Gaskammer (442) trennt; eine Kolbenstange (45), die zwischen dem Hauptkolben (42) und dem Hilfszylinder (43) verbunden ist; und eine Ölöffnung (451), die die erste Ölkammer (421) und die zweite Ölkammer (422) des Hauptzylinders (41) verbindet, wobei die Ölöffnung (451) eine erste mit der ersten Ölkammer (421) verbundene Öffnung (452) und eine zweite mit der zweiten Ölkammer (422) verbundene Öffnung (453) aufweist; wobei sich die zweite Öffnung (453), wenn der Hauptkolben (42) in der ersten Position ist, in einem Abschnitt (412') der zweiten Ölkammer (422) des Hauptzylinders (41) mit einem verhältnismäßig geringeren Durchmesser zum Einschränken des Fluidstroms aus der zweiten Öffnung (453) befindet, so dass der Fluidstrom zwischen der ersten Ölkammer (421) und der zweiten Ölkammer (422) des Hauptzylinders (41) eingeschränkt ist, wenn sich der Hauptkolben (42) in der ersten Position befindet, und wobei der Druck in der ersten Gaskammer (441) und der Druck in der zweiten Gaskammer (442) so voreingestellt wird, dass die Gleichung Pp = Np + F, wobei Pp der Gasdruck in der ersten Gaskammer (441), Np der Gasdruck in der zweiten Gaskammer (442) und F die durch das Gewicht des Fahrers ausgeübte Kraft ist, erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufhängungs- oder Dämpfungssystem ferner eine untere Verbindungsstange (20), die mit dem vorderen Rahmen (200) an einer ersten Drehachse (21) und mit dem hinteren Rahmen (10) an einer zweiten Drehachse (22) schwenkbar verbunden ist, und eine obere Verbindungsstange (30) umfasst, die mit dem vorderen Rahmen (200) an einer vierten Drehachse (33) und mit dem hinteren Rahmen (10) an einer dritten Drehachse (31) schwenkbar verbunden ist, und wobei ein Schnittpunkt einer ersten Linie (L1), die durch die erste Drehachse (21) und die zweite Drehachse (22) der unteren Verbindungsstange (20) definiert ist, und einer zweiten Linie (L2), die durch die vierte Drehachse (33) und die dritte Drehachse (31) der oberen Verbindungsstange (30) definiert ist, innerhalb eines Winkelbereichs von 45° ± 15° bezüglich einer Bodenoberfläche verbleibt, wobei der Winkelbereich einen Scheitel an einem Hinterrad-Boden-Berührungspunkt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der hintere Rahmen (10) so konfiguriert wird, dass er die Bewegung des virtuellen Drehpunkts innerhalb einer Fläche führt, die durch eine erste vertikale Linie (612), die durch den Mittelpunkt des Kettenrads (510) läuft, eine zweite vertikale Linie (614), die von der ersten vertikalen Linie (612) zum Hinterrad (600) hin beabstandet ist, einen ersten Abweichungspunkt (P1) auf der zweiten vertikalen Linie (614), der über der Tangente (512) beabstandet ist, einen zweiten Abweichungspunkt (P2) auf der zweiten vertikalen Linie (614), der unter der Tangenten (512) beabstandet ist, einen dritten Abweichungspunkt (P3) auf der ersten vertikalen Linie (612), der über der Tangenten (512) beabstandet ist, einen vierten Abweichungspunkt (P4) auf der ersten vertikalen Linie (612), der unter der Tangenten (512) beabstandet ist, eine obere Linie (616), die zwischen dem ersten (P1) und dritten Abweichungspunkt (P3) verläuft, und eine untere Linie (618), die zwischen dem zweiten (P2) und vierten Abweichungspunkt (P4) verläuft, begrenzt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die obere (616) und die untere Linie (618) entlang einer Richtung verläuft, die parallel zu der Tangenten (512) ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Tangentenpunkt (514) 10 mm von der ersten vertikalen Linie (612) beabstandet ist, der erste Abweichungspunkt (P1) 55 mm über der Tangente (512) beabstandet ist, der zweite Abweichungspunkt (P2) 55 mm unter der Tangente (512) beabstandet ist und die zweite vertikale Linie (614) 300 mm vom Tangentenpunkt (514) beabstandet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der hintere Rahmen (10) so konfiguriert wird, dass er die Bewegung des virtuellen Drehpunkts innerhalb einer Fläche führt, die durch eine erste vertikale Linie (612), die durch den Tangentenpunkt (514) des Kettenrads (510) läuft, eine zweite vertikale Linie (614), die von der ersten vertikalen Linie (612) beabstandet ist, einen ersten Abweichungspunkt (P1) auf der zweiten vertikalen Linie (614), der über der Tangente (512) beabstandet ist, einen zweiten Abweichungspunkt (P2) auf der zweiten vertikalen Linie (614), der unter der Tangente (512) beabstandet ist, einen dritten Abweichungspunkt (P3) auf der ersten vertikalen Linie (612), der über dem Tangentenpunkt (514) beabstandet ist, einen vierten Abweichungspunkt (P4) auf der ersten vertikalen Linie (612), der unter dem Tangentenpunkt (514) beabstandet ist, eine obere Linie (616), die zwischen dem ersten (P1) und dritten Abweichungspunkt (P3) verläuft, und eine untere Linie (618), die zwischen dem zweiten (P2) und vierten Abweichungspunkt (P4) verläuft, begrenzt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die obere (616) und die untere Linie (618) entlang einer Richtung verläuft, die parallel zu der Tangente (512) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erste Abweichungspunkt (P1) 20 mm über der Tangente (512) beabstandet ist, der zweite Abweichungspunkt (P2) 20 mm unter der Tangente (512) beabstandet ist und die zweite vertikale Linie (614) 150 mm von der ersten vertikalen Linie (612) beabstandet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Antriebsbaugruppe (500) ein mittleres Zahnrad mit einem Außenumfang erhält, der sich mit dem Tangentenpunkt (514) schneidet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Antriebsbaugruppe (500) zwei Zahnräder erhält und sich der Tangentenpunkt (514) auf einem Umfang eines virtuellen, zwischenliegenden Kreises zwischen den zwei Zahnrädern befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kettenradbaugruppe (510) ein einzelnes Zahnrad erhält und sich der Tangentenpunkt (514) auf einem Umfang des einzelnen Zahnrads befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der hintere Rahmen (10) derart konfiguriert wird, dass während einer ersten Hälfte eines vollständigen Stoßdämpfungskolbenhubs des Stoßdämpfers (40) ein augenblicklicher Mittelpunkt bei Bewegung des hinteren Rahmens (10) bezüglich des vorderen Rahmens (200) innerhalb eines Winkelbereichs von 45° ± 15° bezüglich einer Bodenoberfläche bleibt, wobei der Winkelbereich einen Scheitel an einem Hinterrad-Boden-Berührungspunkt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der hintere Rahmen (10) derart konfiguriert wird, dass während eines ersten Drittels bis zwei Dritteln eines vollständigen Stoßdämpfungskolbenhubs des Stoßdämpfers (40) ein augenblicklicher Mittelpunkt bei Bewegung des hinteren Rahmens (10) bezüglich des vorderen Rahmens (200) innerhalb eines Winkelbereichs von 45° ± 15° bezüglich einer Bodenoberfläche bleibt, wobei der Winkelbereich einen Scheitel an einem Hinterrad-Boden-Berührungspunkt aufweist.