-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine vorzugsweise gefederte und vorzugsweise lenkbare Radgabel eines Fahrzeugs, die stabil und einfach fertigbar ist und besonders gut dafür geeignet ist, stabil an einem Fahrzeugchassis befestigt zu werden. Die Erfindung betrifft konkreter eine eine solche Radgabel aufweisende Radaufhängung für ein Fahrzeug.
-
Stand der Technik
-
Bei vielen Anwendungen von Radaufhängungen wird das Rad von einer durchgehenden Achse geführt, die auf beiden Seiten mit Hilfe einer Radgabel gehalten wird. Beispiele sind die meisten Zweiräder und Vorderräder von Trikes oder einrädrige Konstruktionen, die meist unterhalb eines Fahrgestells angebracht sind, wie z.B. bei Rollwagen oder kleinen Flugzeugen.
-
Insbesondere bei lenkbaren Rädern wird eine Gabelaufhängung eingesetzt, die am Gabelrohr drehbar gelagert ist, wobei das Gabelrohr von einem Steuerrohr umschlossen ist, das wiederum mit dem Chassis des Fahrzeugs fest verbunden bzw. ein Teil des Rahmens ist, wie z.B. bei Fahrrädern.
-
Bei dieser Bauweise tritt der Umstand auf, dass die etwa in Ausfallenden oder sonstigen Halteeinrichtungen der Gabel gehaltene Drehachse (Laufradachse) des betreffenden Laufrads häufig wesentlich breiter als das Gabelrohr ist.
-
Bei Mountainbikes, E-Scootern und Motorrädern, die relativ breite Reifen und meist Gabelbeine mit Tauchrohrfederung haben und bei denen die Gabelbeine daher rohrförmig ausgeführt sind, werden meist flache, längliche, quer eingebaute Gabelbrücken verwendet, die Gabelrohr und Gabelbeine verbinden. An den Gabelbrücken treten allerdings relativ hohe vertikalen Kräfte auf, die aus dem Gewicht des Fahrzeugs resultieren, und damit erhebliche Biegebelastungen auf, so dass sie sehr robust und schwer ausgeführt werden müssen.
-
Durch die regelmäßig scharfe und doppelte Kraftumleitung dieser vertikalen Kräfte von den Gabelbeinen in den Gabelkopf ist die Verbindung zwischen diesen stark belastet.
-
Falls für die Gabel keine Integralbauweise wie bei Carbon-Ausführungen verwendet wird, werden Gabelbeine und Gabelrohr aus Einzelteilen gefertigt und am Kopf zusammengefügt, meist geschweißt, was die Herstellung diffizil und aufwendig macht.
-
Während bei älteren Fahrrädern die Verbindung mit Muffen realisiert wurde, hat sich bei vielen Radgabeln die Unicrown-Gabel durchgesetzt, bei der die Gabelbeine oben leicht gekrümmt sind und so eine möglichst sanfte Kröpfung mit fließenden Formen erreicht wird, wobei der Umleitungswinkel der vertikalen Kräfte jeweils 45 Grad annähert.
-
Bei kleineren Raddurchmessern wird als Radgabel oft ein mehrfach gebogenes Flacheisen verwendet, auf das das Gabelrohr im rechten Winkel aufgeschweißt ist, was zu entsprechenden Kerbspannungen führt.
-
Bei schmalen Rädern mit relativ großen Durchmessern, wie z.B. Rennrädern, werden die Gabelbeine gerade ausgeführt und leicht zum Gabelkopf geneigt, um die Kräfte möglichst geradlinig in den Gabelkopf zu leiten und diesen noch dazu möglichst kompakt auszuführen. Die Gabelbeine bilden dann mit der Drehachse ein relativ schmales Dreieck. Diese Lösung ist statisch sehr stabil, führt aber zu einer an den Ausfallenden der Gabelbeine recht breiten Gabel, zudem können keine gefederten Gabelbeine wie bei einer Tauchrohrfederung verbaut werden.
-
Bei schmalen Rädern mit relativ großen Durchmessern, wie z.B. Rennrädern, werden die Gabelbeine gerade ausgeführt und leicht zum Gabelkopf geneigt, um die Kräfte möglichst geradlinig in den Gabelkopf zu leiten und diesen noch dazu möglichst kompakt auszuführen. Die Gabelbeine bilden dann mit der Drehachse (Drehwelle) ein relativ schmales Dreieck. Diese Lösung ist statisch sehr stabil, führt aber zu einer recht breiten Drehachse, zudem können keine gefederten Gabelbeine wie bei einer Tauchrohrfederung verbaut werden.
-
Bei den Gabeln nach dem Stand der Technik ist der Gabelkopf starken Belastungen ausgesetzt. Er muss neben den vertikalen auch die horizontalen Kräfte beim Bremsen aufnehmen, die durch die Hebelwirkung bei langen Gabelbeinen bzw. langen Lenksäulen, wie sie bei Tretrollern und E-Scootern vorkommen, noch verstärkt werden.
-
Ebenso stark wie der Gabelkopf wird das untere Steuerlager belastet, das sich zwischen Gabelkopf und der unteren Kante des Steuerrohrs befindet. Aus Gründen der Fahrsicherheit muss hier gleichzeitig das axiale und das radiale Spiel eingestellt werden, was für alle Komponenten hohe Fertigungspräzision und vom einstellenden Mechaniker ein gewisses Gefühl erfordert.
-
Eine weitere Herausforderung stellen gefederte Gabeln dar. Meist werden im Zweiradbereich Teleskopgabeln mit Tauchrohrgabelbeinen verbaut, die sich durch geringe ungefederten Massen und gute Ansprechbarkeit auszeichnen, aber im Vergleich zu Starrgabeln durch ein höheres Gewicht und geringere Verwindungssteifheit gekennzeichnet sind.
-
Im Gegensatz dazu befinden sich bei der Gabelschaftrohrfederung die Federelemente nicht in den Gabelbeinen, sondern im (siehe etwa
DE 197 13 671 C2 und
US 5,509,674 ) bzw. um das Gabelschaftrohr herum (siehe auch
WO 00/40454 A1 und
US 5,320,374 ) innerhalb des Steuerrohrs. Letztere Bauweise, die die Firma Cannondale bei Fahrrädern auch als „headshok“ vermarktet hat, erfordert aber ein Steuerrohr mit relativ großem Durchmesser, damit der Gabelkopf nicht zu schmal wird, so dass diese Konstruktion mit entsprechend viel Material ausgeführt werden muss. Die Gabelschaftrohrfederung besitzt eine der Starrgabel vergleichbare Torsionsfestigkeit und wird u.a. bei Tretrollern und E-Scootern verbaut.
-
Demgegenüber zielt die Erfindung auf eine stabil und einfach fertigbare Radaufhängung, die besonders gut dafür geeignet ist, stabil an einem Fahrzeugchassis befestigt zu werden, ohne die vorstehend angesprochenen Nachteile herkömmlicher Lösungen.
-
Hierzu stellt die Erfindung eine Radaufhängung für ein Fahrzeug bereit, umfassend:
- - ein an einem Fahrzeugchassis in einer Betriebsstellung montierbares oder montiertes oder damit fest verbundenes oder zu diesem gehörendes, die Betriebsstellung einnehmendes Führungsrohr, welches sich in seiner Betriebsstellung am oder als Teil des Fahrzeugchassis bezogen auf ein auf einem horizontalen ebenen Untergrund stehen-des Fahrzeug eine vertikal sich erstreckende oder gegenüber einer vertikalen Richtung entsprechend einem Soll-Führungsrohrwinkel geneigte Führungsrohrachse aufweist;
- - eine zwei Gabelbeine aufweisende Radgabel, welche an wenigstens einem Lagerungsbereich zumindest vermittels des Führungsrohrs in dessen Betriebsstellung an dem Fahrzeugchassis gelagert ist;
- - Lagereinrichtungen an freien Endbereichen der Gabelbeine zur Drehlagerung eines Laufrads zwischen diesen, beispielsweise in Form von Ausfallenden, in denen eine Laufradachse des Laufrads gehalten oder halterbar ist.
-
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Radaufhängung dadurch aus, dass die Radgabel vermittels ihres Lagerungsbereichs außen am Führungsrohr relativbeweglich gelagert oder lagerbar ist.
-
Vorteilhaft kann man vorsehen, dass der Lagerungsbereich wenigstens eine das Führungsrohr zumindest bereichsweise außen umschließende, vorzugsweise eine zur Führungsrohrachse koaxiale Gabelbrückenachse definierende Gabelbrücke umfasst, die die beiden Gabelbeine verbindet, wobei vorzugsweise eine Gleitstückanordnung zwischen einem Innenumfang der Gabelbrücke und einem Außenumfangs des Führungsrohrs wirksam ist.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen zeichnen sich durch wenigstens zwei entlang der Führungsrohrachse gegeneinander versetzte Gabelbrücken oder/und durch einen die beiden Gabelbeine verbindenden, gegen der wenigstens einen Gabelbrücke und dem Führungsrohr in Richtung zu den Lagereinrichtungen versetzten, vorzugsweise bogenförmigen Gabelbeinverbinder aus.
-
Die Radaufhängung kann mit einer Dämpfer-Feder-Anordnung ausgeführt sein, welche einerseits direkt oder indirekt an der Radgabel abgestützt oder abstützbar ist und anderseits direkt oder indirekt an dem Fahrzeugchassis abgestützt oder abstützbar ist.
-
Die Dämpfer-Feder-Anordnung kann vorteilhaft wenigstens ein Dämpfer-Feder-Element umfassen, welches oberhalb des Führungsrohrs und der wenigstens einen Gabelbrücke angeordnet ist, vorzugsweise zwischen einem Gabelbeinlager und einer am Fahrzeugchassis abgestützten oder abstützbaren oder dem Fahrzeugchassis zugehörigen Gabelkopfaufnahme.
-
Alternativ oder zusätzlich kann man zweckmäßig vorsehen, dass die Dämpfer-Feder-Anordnung wenigstens ein Dämpfer-Feder-Element umfasst, welches unterhalb des Führungsrohrs und oberhalb eines/des Gabelbeinverbinder angeordnet ist, vorzugsweise zwischen einem Gabelbeinlager und einer am Fahrzeugchassis abgestützten oder abstützbaren oder dem Fahrzeugchassis zugehörigen Trägeranordnung, insbesondere einem Längsträger.
-
Vorteilhaft kann die Radgabel vermittels ihres Lagerungsbereichs zumindest verschiebebeweglich radial außen am Führungsrohr gelagert oder lagerbar ist, um von der Dämpfer-Feder-Anordnung im Betrieb zugelassene Ein- und Ausfederbewegungen aufzunehmen.
-
Gemäß einem vorteilhaften Ansatz kann das Führungsrohr in der Betriebsstellung relativ zu dem Fahrzeugchassis drehfest angeordnet sein, wobei im Falle eines lenkbaren Laufrads die Radgabel vermittels ihres Lagerungsbereichs zumindest drehbeweglich radial außen am Führungsrohr gelagert oder lagerbar ist. Dabei können in dem Fall eines lenkbaren Laufrads Lenkdrehkräfte an einem Koppelbereich der Radgabel auf diese ausübbar sein.
-
Nach einem ebenfalls vorteilhaften alternativen Ansatz kann das Führungsrohr mittels einer Drehlageranordnung an dem Fahrzeugchassis relativ zu diesem verdrehbar montiert oder montierbar sein, wobei das Führungsrohr und die Radgabel vorzugsweise zur gemeinsamen Drehung gekoppelt oder koppelbar sind. Letzteres kann beispielsweise durch wenigstens eine Drehmitnahmeformation an einem Außenumfang des Führungsrohrs bewerkstelligt werden, welche mit wenigstens einer vorzugsweise von einem Abschnitt eines der Gabelbeine gebildeten Gegen-Drehmitnahmeformation der Radgabel in formschlüssigen Drehmitnahmeeingriff steht oder bringbar ist, wobei der Drehmitnahmeeingriff vorzugsweise eine relative Verschiebebewegung zwischen der Radgabel und dem Führungsrohr zulässt.
-
Vorteilhaft kann die Radgabel zur Drehlagerung eines lenkbaren Laufrads dienen, wobei vorzugsweise Lenkdrehkräfte an einem Koppelbereich des Führungsrohr auf dieses ausübbar sind oder Lenkdrehkräfte an einem Koppelbereich der Radgabel auf diese ausübbar sind.
-
Beispielsweise kann eine vorzugsweise in das Führungsrohr eingeführte oder einführbare Lenksäule kraft- oder formschlüssig mit dem Führungsrohr gekoppelt oder koppelbar sein, so dass die Lenkdrehkräfte vermittels der Lenksäule auf das Führungsrohr ausübbar sind.
-
Die Erfindung stellt ferner ein Fahrzeug mit wenigstens einer Radaufhängung wie vorangehend vorgeschlagen bereit, deren Führungsrohr an einem Fahrzeugchassis des Fahrzeugs in einer Betriebsstellung montiert ist, drehfest oder relativ zu diesem drehbar, oder deren Führungsrohr auf andere Weise mit dem Fahrzeugchassis drehfest verbunden ist oder in das Fahrzeugchassis integriert und damit diesem zugehörig ist.
-
Vorteilhaft kann das Fahrzeug als einspuriges Fahrzeug ausgeführt sein, beispielsweise als Tretroller oder Scooter. Dabei kann das Führungsrohr mit der Radgabel und ggf. einem zugehörigen Fahrzeugchassis-Teil gegenüber dem Rest des Fahrzeugchassis zwischen einer Betriebsposition für das Fahren und einer zusammengeklappten Position für einen geringeren Platzbedarf zum Verstauen des Fahrzeugs verstellbar, insbesondere verschwenkbar, sein und in diesen Stellungen fixierbar sein.
-
Man kann zweckmäßig vorsehen, dass die Radaufhängung durch Streben im Inneren einer dem Fahrzeugchassis zugehörigen Kastenstruktur gehalten und damit mit dem Fahrzeugchassis verbunden ist, wobei die Kastenstruktur vorzugsweise im Bereich einer Lenksäule oder zwischen einer Lenksäule und einer Fußauflage oberhalb der Fußauflage angeordnet ist und höchstvorzugsweise wenigstens eine als Träger dienende vertikale Fläche aufweist.
-
Es wird auch an ein als Lastenrad ausgeführtes Fahrzeug gedacht. Es kann dann die Radaufhängung durch Streben außen an einer Ladebox gehalten und damit mit dem Fahrzeugchassis verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann man vorsehen, dass wenigstens ein Dämpfer-Feder-Element vorgesehen ist, welches unterhalb des Führungsrohrs und oberhalb eines Gabelbeinverbinder angeordnet ist, vorzugsweise zwischen einem Gabelbeinlager und einer am Fahrzeugchassis abgestützten oder abstützbaren oder dem Fahrzeugchassis zugehörigen Trägeranordnung.
-
Weiterbildend wird vorgeschlagen, dass eine Lenkwelle sich in einer Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt und durch ein Lenkgetriebe derart mit der Radgabel gekoppelt ist, dass dieser Lenkbewegungen erteilbar sind. Dabei kann die Lenkwelle sich durch einen Träger der Trägeranordnung erstrecken.
-
Es kommen auch völlig andere Typen von Fahrzeugen in Betracht, bis hin zu einem Flugzeug, welches im Rollbetrieb ein erfindungsgemäßes Fahrzeug bilden kann. In diesem Fall kann die Radaufhängung einem Bugrad zugehörig sein. Es kann sich um ein zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung verstellbares, in der Betriebsstellung lenkbares Bugrad handeln.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung können sich durch Merkmale wenigstens eines der nachfolgenden Vorschläge V1 bis V10 vorteilhaft auszeichnen:
- V1 Eine Radaufhängung, gebildet aus
- einem Fahrzeugchassis,
- einem Rad mit durchgehender Achse,
- einer Radgabel bestehend aus zwei Gabelbeinen und mindestens einer Gabelbrücke
- einem zentralen vertikal angeordnetem Führungsrohr,
- einem oberen Gabelbeinlager
- wobei
- die Gabelbeine jeweils am unteren Ende auf je einer Radseite fest mit der Radachse und oberhalb des Rades durch die Gabelbrücken horizontal verbunden sind und auf der Oberkante mit dem Gabelbeinlager verbunden sind, das wiederum mit dem Fahrzeugchassis verbunden ist,
- wobei Gabelbrücken, Führungsrohr und Gabeldrehlager koaxial angeordnet sind
- das Führungsrohr sich oberhalb des Rades und innerhalb der Radgabel konzentrisch dazu befindet und von dieser von aussen umschlossen wird,
- das Führungsrohr desweiteren mit dem Chassis verbunden ist.
- V2 Radaufhängung, bei der sich das Führungsrohr im Fahrzustand höchstens um die eigene Achse dreht und ansonsten gegenüber dem Fahrzeugchassis fixiert ist.
- V3 Radaufhängung, bei der das Führungsrohr den Kipp- und Neigungswinkel der Radgabel im Fahrzustand konstant hält und das Führungsrohr großenteils auf das Rad wirkende horizontale Kräfte längs und quer zur Fahrrichtung aufnimmt.
- V4 Radaufhängung, bei der das Gabelbeinlager großenteils auf das Rad wirkende vertikale Kräfte aufnimmt.
- V5 Radaufhängung, bei der sich zwischen Führungsrohr und Radgabel Gleitelemente befinden, die Reibung und Spiel beider Komponenten zueinander reduzieren.
- V6 Radaufhängung, bei der die Radgabel mindestens eine Feder-Dämper-Einheit enthält, um bei Bodenhindernissen einzufedern, wobei Radgabel und Führungsrohr linear zueinander Bewegungen ausführen.
- V7 Radaufhängung, bei der die Radgabel um Ihre Längsachse drehbar ist, um Lenkbewegungen auszuführen wobei Radgabel und Führungsrohr axial zueinander Bewegungen ausführen.
- V8 Radaufhängung, bei der in das Führungsrohr eine Lenksäule einschoben ist, wobei Führungsrohr und Lenksäule zueinander axial fixiert sind und so Lenkbewegungen von der Lenksäule auf das Führungsrohr übertragen werden können.
- V9 Radaufhängung, bei der am Führungsrohr mindestens eine Gabelbeinführung angebracht ist, die Lenkbewegungen vom Führungsrohr auf die Radgabel überträgt.
- V10 Radaufhängung, bei der das Führungsrohr im ruhenden Zustand gegenüber dem Chassis beweglich ist und in dieses eingefahren oder eingeklappt werden kann.
-
Es brauchen nicht alle Merkmale eines jeweiligen dieser Vorschläge realisiert sein.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den angehängten Figuren gezeigten, nicht als beschränkend anzusehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 Eine Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßem Radgabel mit zugehörigen Komponenten.
- 2 Die Radgabel der 1 mit den zugehörigen Komponenten in einem zusammengebauten Zustand in einer perspektivischen Darstellung.
- 3 Die Radgabel der 2 in einem ausgefedertem Zustand in einer seitlichen Ansicht.
- 4 Die Radgabel der 2 in einem eingefedertem Zustand in einer seitlichen Ansicht.
- 5 Eine axiale oder Querschnittsansicht der Radgabel.
- 6 Eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radgabel mit zugehörigen Komponenten einschließlich eines dem Fahrzeugchassis zugehörigen Längsträgers.
- 7 Eine perspektivische Darstellung der Radgabel der zweiten Ausführungsform mit dem Längsträger.
- 8 Eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen, mit einer Radgabel nach der ersten Ausführungsform ausgestatteten Fahrzeugs in Form eines Tretrollers.
- 9 Eine Seitenansicht des Tretrollers der 8.
- 10 Eine perspektivische Teil-Ansicht eines erfindungsgemäßen, mit einer Radgabel nach der zweiten Ausführungsform ausgestatteten Fahrzeugs in Form eines Lastenrads.
- 11 Eine Seitenansicht des Lastenrads der 10.
-
Detaillierte Beschreibung
-
1 zeigt wesentliche Bestandteile einer erfindungsgemäßen, auch als „Käfig-Radgabel“ beizeichenbaren Radgabel nach dem ersten Ausführungsbeispiels anhand einer 3D-Explosionsansicht.
-
Anders als bei den Radgabeln nach dem Stand der Technik, bei denen sämtliche statische und fahrdynamische Kräfte in Kombination auf ein Bauteil wirken, wie auf die Gabelbrücke oder das Gabelkopflager, wird bei der erfindungsgemäßen Käfig-Radgabel 3 darauf geachtet, die Kräfte möglichst jeweils von unterschiedlichen strukturell darauf spezialisierten Bauteilen aufzunehmen.
-
Nach der Erfindung ergeben sich auch vorteilhafte Möglichkeiten, die Fertigung der Bauteile einfacher bzw. flexibler als bei Radgabeln nach dem Stand der Technik auszuführen.
-
Wie 2 zeigt, wird die Radachse 1 auf jeder Seite von je einem Gabelbein 4 an dessen unteren Ende, durch geeignete Lagereinrichtungen aufgenommen. Die Gabelbeine 4 können vorteilhaft als gerade, längliche und vertikal nach oben parallel verlaufende Streben ausgeführt sein und sind vorzugsweise symmetrisch zueinander. Sie können zweckmäßig ungefähr mittig und am oberen Ende vorzugsweise mit je einer zylinderförmigen Gabelbrücke 5, 6 verbunden sein, deren axiale Ausrichtung vertikal verläuft.
-
Durch die vorzugsweise runde Form der Gabelbrücken 5, 6 bildet die so erfindungsgemäß aus den Elementen 4 bis 6 zusammengesetzte Radgabel einen Käfig 3 (siehe 1), der sehr torsionssteif in Bezug auf Bewegungen in und entgegengesetzt zur Lenkbewegung ist.
-
Neben diesen Torsionskräften nehmen die Gabelbrücken 5, 6 auch horizontale Kräfte auf, die etwa beim Bremsen, oder Überfahren von Hindernissen (hier nur die horizontale Komponente) längs zur Fahrtrichtung oder beim Lenken quer dazu entstehen. Die vertikalen Kräfte, die vor allem aus der Schwerkraft, aber auch aus der Nickbewegung beim Bremsen des Fahrzeugs resultieren, wirken innerhalb der Käfig-Radgabel 3 nur auf die Gabelbeine 4.
-
Nicht bei der Betrachtung berücksichtigt und insofern idealisiert ist der Steuer bzw. Nachlaufwinkel der Radgabel. In den Figuren und der Erläuterungen hier wird die Gewichtskraft also nur als rein vertikal wirkende Kraft betrachtet.
-
Die Bauteile 10 bis 14, die sich wie in 2 - 5 zu sehen seitlich innerhalb und ausserhalb der Käfig-Radgabel 3 befinden, bilden die Gabelführung 9, wie vor allem in 1 zu sehen.
-
Das Führungsrohr 10 ist ein länglicher vertikal ausgerichteter Führungskörper. Er ist koaxial zur Käfig-Radgabel 3 positioniert und wird von dieser von außen umschlossen. Das bedeutet, dass die erfindungsgemäß außenliegende Käfig-Radgabel 3 von innen statt von außen axial geführt wird, wie das bei Radgabeln nach dem Stand der Technik z.B. durch das Steuerrohr der Fall ist.
-
Das Führungsrohr 10 liegt mit geringem Spiel an den Gabelbrücken 5, 6 der Käfig-Radgabel 3 an, so dass diese erfindungsgemäß nur axiale Bewegungen und Drehbewegungen gegen die Längsachse des Führungsrohres 10 vollziehen kann, wobei die Drehbewegungen bei Lenkbewegung und die axialen Bewegungen beim Ein- und Ausfedern des Vorderrades beim Überfahren von Unebenheiten auftreten.
-
Um die Reibung und Spiel zwischen Käfig-Radgabel 3 und Führungsrohr 10 zu minimieren, können - wie in den 1 und 5 zu sehen - einstellbare Gleitstücke 7 verwendet werden, die vorzugsweise an den Innenseiten der Gabelbrücken 5, 6 angebracht sind und zugleich als axiale Gleitlager und radiale Gleitlager (also Drehlager) wirken. Diese sind im Vergleich zu Tauchrohrsystemen von Gabelkopffederungen nach dem Stand der Technik leicht zugänglich und entsprechend gut zu warten und fein zu justieren.
-
Die horizontalen Kräfte, die auf die Gabelbeine 4 und die Gabelbrücken 5, 6 wirken, werden an das Führungsrohr 10 übertragen und wiederum von dessen vorzugsweiser Lagerung am unteren Führungsrohrlager 11 an der Unterseite und am oberen Führungsrohrlager 12 an dessen Oberseite aufgenommen. Diese sind vorzugsweise über Horizontalstreben 13 mit dem Fahrzeugchassis (nicht dargestellt) verbunden, das sich um die erfindungsgemäße Käfig-Radgabel 3 herum befindet.
Die Horizontalstreben 13 werden durch die Horizontalkräfte vorzugsweise nur auf Zug und Druck belastet.
-
Vorzugsweise ist die Radgabel gelenkt, wobei die Lenkbewegungen von einer Lenksäule 18 ausgehen, die vorzugsweise in das Führungsrohr 10 formschlüssig eingesteckt ist und so die Lenkbewegungen auf dieses überträgt. Bei dieser vorzugsweisen Ausführung (siehe 5) dreht sich das Führungsrohr 10 gegen dessen ruhende Führungsrohrlager 11 und 12, weshalb diese als Drehlager ausgeführt sind.
Das Führungsrohr 10 selbst dreht sich in der bevorzugten Ausführung nur um seine eigene Achse und führt sonst gegenüber dem Fahrzeugchassis keine Bewegungen durch.
-
Die Lenkbewegungen werden vorzugsweise über vertikal ausgerichtete Gabelbeinführungen 14, die außen am Führungsrohr 10 montiert sind und als Mitnehmer wirken, auf die Gabelbeine 4 übertragen.
-
Alle Bauteile, die gemäß der dargestellten bevorzugten Ausführungsform die vertikalen Kräfte von den Gabelbeinen 4 auf das Fahrzeugchassis leiten, sind in den 2 bis 4 oberhalb der Käfig-Radgabel 3 und in 1 ganz oben abgebildet.
Im Einzelnen sind dies vorzugsweise das Gabelbeinlager 15, das Feder-Dämpfer-Element 17 und die Gabelkopfaufnahme mit Vertikalstreben 16.
-
Vorzugsweise ist das Gabelbeinlager 15 als axiales Drehlager ausgeführt, um wie die Führungsrohrlager 11 und 12 die beim Lenken auftretende Drehbewegung der Käfig-Radgabel 3 gegenüber dem Feder-Dämpfer-Element 17 und der Gabelkopfaufnahme mit Vertikalstreben 16 auszugleichen.
-
Wie in den 1 bis 4 zu sehen, stützen sich die Gabelbeine 4 vorzugsweise nach oben indirekt über das dazwischenliegendes Gabelbeinlager 15 und ein Feder-Dämpfer-Element 17 an der Gabelkopfauflage 16 ab, die vorzugsweise über Streben verfügt, die auf Druck belastet sind und die vertikalen Kräfte großräumig auf das Fahrwerk verteilen.
-
Die Käfig-Radgabel 3 und alle Teile 15, 16, 17 sind koaxial ausgerichtet, so dass die der Schwerkraft entgegengesetzten vertikalen Kräfte von der Radachse 1 geradlinig auf das Fahrzeug übertragen werden und auf die Teile 4, 15, 16, 17 nur Schubspannungen ausgeübt werden.
-
Vorzugsweise verfügt die Käfig-Radgabel 3 über eine Feder-Dämpfer-Element 17, die im einfachsten Fall beispielsweise als Elastomerzylinder ausgeführt sein kann.
-
Die 3 und 4 zeigen im Vergleich die beim Überfahren eines Hindernisses auftretenden Bewegungen auf. Beim Einfedern (4) bewegen sich Rad 1, Radachse 2, Käfig-Radgabel 3 und Gabelbeinlager 15 gegenüber den Teilen der Gabelführung 9, der Gabelkopfaufnahme mit Vertikalstreben 16 und vorzugsweise der Lenksäule 18 nach oben. Das Feder-Dämpfer-Element 17 wird dabei komprimiert.
-
Die Erfindung überträgt so gemäß der dargestellten Ausführungsform das Prinzip der orthogonalen Kraftvektorzerlegung und Aufnahme der Komponenten durch auf die Komponenten spezialisierte Aufnahmen aus der Einzelradaufhängung eines PKW auf eine gefederte Radgabel. Die Käfig-Radgabel 3 entspricht dabei dem Radträger, das Feder-Dämpfer-Element 17 und das Gabelbeinlager dem Federbein einer PKW-Radaufhängung, das Führungsrohr 10 mit Führungsrohrlagern 11,12 und Horizontalstreben 13 den diversen Lenkern einer PKW-Radaufhängung.
-
Es ergeben sich neben diesem Grundprinzip weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung:
- Während der Durchmesser der Käfig-Radgabel 3 von der Breite des Rads 2 und weiterer Anbauteile, etwa für die Bremse, abhängt, kann der Durchmesser des Führungsrohrs 10 relativ frei gewählt werden, solange sein Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Gabelbrücken 5, 6 ist. Die entsprechende Differenz kann durch die Dicke der Gleitstücke 7 ausgeglichen werden.
-
Gerade bei schmalen Rädern 2 bietet aber die erfindungsgemäße Käfig-Radgabel 3 bessere Möglichkeiten, um Sinne des Leichtbaus und der Festigkeit hierfür größere Querschnitte zu verwenden.
-
So können in das Führungsrohr 10, das zu den gefederten Massen zählt, Komponenten eines Antriebs oder einer Servosteuerung integriert werden und diese so relativ erschütterungsfrei gehalten werden.
-
Bezüglich der Herstellung bietet die erfindungsgemäße Käfig-Radgabel 3 große Flexibilität.
-
Vorzugsweise sind Gabelbeine 4 und Gabelbrücken 5, 6 separat zu fertigen, um jeweils optimale Strukturen zu erreichen und dann zusammenzufügen.
-
Als ein Kompromiss von einfacher Herstellung und Stabilität sind die Gabelbeine 4 vorzugsweise als gewölbte Flachstreben ausgeführt, wobei hier als Material neben verschiedenen Metallen z.B. auch Bambus zum Einsatz kommen kann.
-
Die so entstehenden großflächigen Kontaktflächen zwischen Gabelbeine 4 und Gabelbrücken 5, 6 erlauben verschiedene Fügeverfahren, darunter auch Kleben. Auf Schweißen kann so im Gegensatz zu herkömmlichen Radgabelkonstruktionen verzichtet werden, obwohl Schweißen nicht ausgeschlossen ist und als zweckmäßiges Fügeverfahren in Betracht kommt
-
Die Käfig-Radgabel 3 kann auch einstückig aus einem Zylinder durch subtraktive Trennverfahren gewonnen werden.
-
Die
8 und
9 zeigen eine Beispielanwendung einer erfindungsgemäßen Radgabel bz. Radaufhängung in einem Tretroller mit einem dem Fahrzeugchassis zugehörigen Radkasten 22. Der dargestellte Tretroller kann auf der vorgekannten Konstruktion gemäß der
WO 2024/017937 A1 und der
DE 20 2022 104 105 U1 der vorliegenden Anmelderin beruhen.
-
Bei dieser Anwendung ist es bevorzugt, dass sich sowohl die Horizontalstreben 13 als auch Gabelkopfaufnahme mit Vertikalstreben 16 großräumig auf den Radkasten 22 verteilen, der Teil der in der
WO 2024/017937 A1 als Rahmen (1) bezeichneten Struktur ist, so dass sich somit die vertikalen und horizontalen Kräfte auf die gesamte Struktur des Radkastens 22 respektive eines solchen Rahmens 1 aus der
WO 2024/017937 A1 verteilen. Die verbindenden Streben 13, 16 sind erfindungsgemäß nur Zug- und Druckbelastungen ausgesetzt. Der Radkasten kann dabei dem Träger (13) des Rahmens (1) gemäß der Konstruktion der
WO 2024/017937 A1 entsprechen und einen Träger wenigstens einer vertikalen Fläche bilden.
-
Weitere Varianten ergeben sich wie folgt:
- Die Elemente Führungsrohr 10, Lenksäule 18 und Gabelbrücken 5, 6 können aus eckigem, einander umfassenden und anliegenden Rohrprofilen bestehen. Somit kann durch den Formschluss zwischen Führungsrohr 10 und Gabelbrücken 5,6 die Lenkbewegung übertragen werden, wobei auf die Gabelbeinführung 14 verzichtet werden kann.
-
Bei ungelenkten Rädern oder wenn die Drehbewegung am Gabelbeinlager 15 ausgeführt und auf die Gabelbeine 4 übertragen wird, ist das Führungsrohr 10 vorzugsweise fest mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden (oder gar ein Teil des Fahrzeugchassis) und führt selbst keine Bewegung aus. In diesem Fall können neben der Lenksäule 18 die Führungsrohrlager 11 und 12 entfallen bzw. brauchen nicht als Drehlager ausgeführt zu werden.
-
Eine alternative weitere Ausführung der Käfig-Radgabel 3 ist in den 6 und 7 dargestellt. Hier werden die vertikalen Kräfte von einem relativ tiefsitzenden Längsträger 19 aufgenommen, wobei dieser auf einem Gabelbogen 8 aufsitzt, der die vertikalen Kräfte möglichst direkt in die Gabelbeine 4 einleitet. Vorzugsweise ist der Längsträger auf der Oberseite über ein als Drehlager ausgeführtes Längsträgerlager 21 mit dem Führungsrohr 10 verbunden, um dessen Drehbewegungen beim Lenken gegen den ruhenden Längsträger 19 auszugleichen.
-
Unterhalb ist vorzugsweise ein Feder-Dämpfer-Element 17 mit einem Gabelbogenlager 20 montiert, das als Drehlager ausgeführt die Drehbewegung des verbundenen Gabelbogen 8 gegen das Feder-Dämpfer-Element 17 ausgleicht. Das Gabelbeinlager 15 und die Teile 12 und die Gabelkopfaufnahme mit Vertikalstreben 16 und das untere Führungsrohrlager 11 mit den damit verbundenen unteren Horizontalstreben 13 entfallen bei der dargestellten Ausführung.
-
Ein Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeug mit einer solchen Variante ist ein in den 10 und 11 schematisch und ausschnittsweise dargestelltes Lastenrad. Hier sitzt eine Ladebox 23 auf einem Längsträger 19. Die Lenksäule 18 befindet sich hinter der Ladebox 23. Sattel und Hinterrad sind nicht dargestellt.
-
Die Lenkung erfolgt über eine Lenkwelle 24, die um ihre Achse drehbar im Längsträger 19 gelagert ist und über die Kegelradpaare 25, 26 und 27, 28 als Lenkgetriebe.
Die Lenkbewegungen werden über das Kegelrad 28, das fest mit der Lenksäule verbunden ist, auf dessen Nehmer-Kegelrad 27 auf der Lenkwelle 24 übertragen und von dort mithilfe des Geber-Kegelrads 26 auf das Kegelrad 25 übertragen, das fest mit der Käfiggabel verbunden ist. Diese Ausführung umgeht die sonst bei Lastenrädern regelmäßig eingesetzten Koppelstangen.
-
Der Begriff „Ladebox“ soll hier so allgemein verstanden werden, dass er auch eine Ladepritsche umfasst. Die Lenksäule befindet sich dann hinter der als Wireframe in den Figuren repräsentierten Ladepritsche. Die Lenkbewegungen werden durch Kegelräderpaare übertragen, deren vertikale Glieder auf einer Welle aufgesteckt sein können, die im Längsträger drehbar gelagert ist, wie schon erwähnt. Die horizontalen Paare können mit Durchsteckbolzen an der Lenksäule bzw. dem Führungsrohr befestigt sein.
-
Da die Last hauptsächlich der Längsträger trägt - ähnlich einem Leiterrahmen eines LKW - ist man bei dieser Anordnung bezüglich des Aufbaus flexibel, anders als bei vielen Konstruktionen mit konventioneller Federgabel.
-
Soll keine Lenkung verbaut werden, so entfallen hier neben der Lenksäule zusätzlich das Gabelbogenlager 20 und das Längsträgerlager 21, und der Längsträger kann dann direkt mit dem Gabelbogen 8 unten und dem Führungsrohr 10 verbunden sein.
-
Falls keine Federung ausgeführt wird, entfällt bei allen Varianten das Feder-Dämpfer-Element 17.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Radachse
- 2
- Rad
- 3
- Käfig-Radgabel
- 4
- Gabelbein
- 5
- untere Gabelbrücke
- 6
- obere Gabelbrücke
- 7
- Gleitstücke
- 8
- Gabelbogen
- 9
- Gabelführung
- 10
- Führungsrohr
- 11
- unteres Führungsrohrlager
- 12
- oberes Führungsrohrlager
- 13
- Horizontalstreben
- 14
- Gabelbeinführung
- 15
- Gabelbeinlager
- 16
- Gabelkopfaufnahme mit Vertikalstreben
- 17
- Feder-Dämpfer-Element
- 18
- Lenksäule
- 19
- Längsträger
- 20
- Gabelbogenlager
- 21
- Längsträgerlager
- 22
- Radkasten
- 23
- Ladebox
- 24
- Lenkwelle
- 25
- Kegelrad Käfiggabel
- 26
- Geber-Kegelrad Lenkwelle
- 27
- Nehmer-Kegelrad Lenkwelle
- 28
- Kegelrad Lenksäule
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 197 13 671 C2 [0015]
- US 5,509,674 [0015]
- WO 00/40454 A1 [0015]
- US 5,320,374 [0015]
- WO 2024/017937 A1 [0068, 0069]
- DE 20 2022 104 105 U1 [0068]