-
Die Erfindung bezieht sich auf einen
Stoßdämpfer, insbesondere
für Fahrräder, mit
einem ersten Zylinder, der eine mit einem Dämpfungsmittel gefüllte Fluid-Kammer
aufweist und in dem eine nach außen führende Kolbenstange mit Kolben
zur Aufnahme der abzudämpfenden
beziehungsweise abzufedernden Stöße axial
verschiebbar gelagert ist, und mit einem zweiten Zylinder, der eine
mit Übertragungsmedium
gefüllte
Fluid-Kammer und eine luft- oder gasgefüllte Gasdruck-Kammer aufweist,
wobei die Fluid-Kammern des ersten und des zweiten Zylinders über einen
Verbindungskanal miteinander verbunden sind.
-
Solche Stoßdämpfer sind bereits bekannt. Nachteilig
bei diesen vorbekannten Stoßdämpfern ist jedoch,
dass sie entweder hohe Anforderungen an die Oberflächengüte der Zylinder-Innenseiten
stellen und die Herstellung damit aufwendig und kostenintensiv ist,
und/oder dass sie große
Außenabmessungen
aufweisen, was den Einbau beispielsweise an oder in einem Fahrradrahmen
erschwert.
-
Es besteht daher insbesondere die
Aufgabe, einen Stoßdämpfer der
Eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach herzustellen ist
und/oder der eine geringe Baugröße aufweist.
-
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht
darin, dass zwischen der Fluid-Kammer und der Gasdruck-Kammer des
zweiten Zylinders eine elastisch verformbare Membran als Trennelement
vorgesehen ist. Die Membran bildet die Trennlinie zwischen Fluid-Kammer
und Gasdruck-Kammer des zweiten Zylinders. Wenn bei in den ersten
Zylinder einfahrender Kolbenstange Übertragungsmedium in den zweiten
Zylinder verdrängt
wird, wird die Membran verformt, so dass sich der Volumenanteil der
Gasdruck-Kammer am Gesamt-Innenvolumen des zweiten Zylinders zugunsten
der Fluid-Kammer reduziert.
-
Die Membran hat gegenüber einem
Stoßdämpfer mit
Trennkolben insbesondere den Vorteil, dass die Anforderungen an
die Oberflächengüte der Innenseiten
des zweiten Zylinders geringer sind, da keine Trennkolben beweglich
und zugleich dichtend geführt
werden müssen.
Die Herstellung ist somit vereinfacht. Zudem weist eine Membran
ein geringeres Gewicht als ein Trennkolben auf, so dass das Gesamtgewicht
eines Stoßdämpfer reduziert
werden kann, was insbesondere im Fahrradbau wünschenswert ist.
-
Die Membran kann beispielsweise als
Flachteil ausgebildet und etwa in der Mitte, bezogen auf die Axialrichtung,
des zweiten Zylinders angeordnet sein.
-
Besonders vorteilhaft ist es jedoch,
wenn die Membran blasenoder halbkugelartig ausgebildet ist. Dadurch
ergibt sich eine größere Membran-Oberfläche, die
als Druckfläche
wirkt und den Druck des Übertragungsmediums
beziehungsweise den Gegendruck der Gasdruck-Kammer aufnimmt. Insbesondere
wird auch erreicht, dass sich das zwischen der Membran und der Zylinder-Wandung eingeschlossene
Gasvolumen in weiten Grenzen durch Verformung der Membran bei Druckeinwirkung
von der Fluid-Seite verändern
lässt.
Dies verbessert das Dämpfungs-
beziehungsweise Federungs-Verhalten des Stoßdämpfers, dem gegebenenfalls
ein sich auf das Dämpfungs-
beziehungsweise Federungsverhalten besonders günstig auswirkender linearer
Kennlinienverlauf zugeordnet werden kann. Zudem kann der die Membran
aufnehmende zweite Zylinder schlanker als herkömmliche Zylinder ausgebildet sein.
Durch die somit geringere Baugröße des Stoßdämpfers kann
dieser besser in Systeme mit geringem Platzangebot, beispielsweise
an oder in Fahrrad-Rahmen, integriert werden.
-
Dabei ist es zudem zweckmäßig, wenn
die blasen- oder halbkugelartig ausgebildete Membran an der dem
Verbindungskanal abgewandten Seite der Gasdruck-Kammer des zweiten
Zylinders befestigt und mit ihrem Wölbungsbereich zum Verbindungskanal
ausgerichtet ist. In den Zylinder einströmendes Übertragungsmedium trifft dabei
auf den Wölbungsbereich
der Membran, der die dabei auftretenden Kräfte besonders gut aufnehmen
kann.
-
Die Membran kann prinzipiell beliebig
geformt sein, beispielsweise auch als Faltbalg ausgebildet sein,
bei dem eine große
Volumen-Änderung möglich ist.
-
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers,
für die
eigenständiger
Schutz beansprucht wird, sieht vor, dass die Trennstelle zwischen Fluid-Kammer
und Gasdruck-Kammer des zweiten Zylinders durch einen direkten Fluid-Gas-Übergang gebildet
ist, und dass die Gasdruck-Kammer des zweiten Zylinders in Gebrauchslage
des Stoßdämpfers oberhalb
der Fluid-Kammer angeordnet ist.
-
der zweite Zylinder in Gebrauchslage
des Stoßdämpfers im
Idealerweise ist der zweite Zylinder dabei im wesentlichen vertikal ausgerichtet
ist.
-
Bedingt durch die Schwerkraft findet
dabei selbsttätig
eine Trennung von Gas und dem schwereren Übertragungsmedium statt. Auch
bei dieser Ausführungsform
ist die Konstruktion vereinfacht, da keine besonderen Anforderungen
an die Oberflächengüte der Zylinder-Innenseiten
bestehen. Zudem ergeben sich ebenfalls Gewichtsvorteile.
-
Beim Verfahren der Kolbenstange in
Richtung zur Mündungsöffnung des
Verbindungskanals der Fluid-Kammer wird Übertragungsmedium durch den
Verbindungskanal in die Fluid-Kammer des zweiten Zylinders verdrängt. Da
zwischen der Fluid-Kammer und der Gasdruck-Kammer keine mechanische Abtrennung
vorhanden ist, kann unter ungünstigen Voraussetzungen
das Übertragungsmedium
dabei in die Gasdruck-Kammer aufsprudeln, so dass sich in einem
Teilbereich des Zylinders ein Übertragungsmedium-Gas-Gemisch
bildet, was insbesondere beim anschließenden Rückstellen der Kolbenstange in
der Zugstufe zu ungewünschten
und unkontrollierten Schwankungen im Dämpfverhalten des Stoßdämpfers führen kann,
wenn sich das Übertragungsmedium
noch nicht wieder vollständig
im unteren Bereich des Zylinders gesammelt hat.
-
Um ein solches aufsprudeln des Übertragungsmediums
zu verhindern, ist es zweckmäßig, wenn
im Übergangsbereich
zwischen der luft- oder gasgefüllten
Gasdruck-Kammer und der mit Übertragungsmedium
gefüllten
Fluid-Kammer des zweiten Zylinders ein insbesondere kugelförmiger Schwimm-Körper vorgesehen
ist. Dadurch wird die Kontaktfläche
zwischen Übertragungsmedium
und dem Gas in der Gasdruck-Kammer minimiert, ein unkontrolliertes
Aufsprudeln des Übertragungsmediums
und somit eine Vermischung von Übertragungsmedium
und Gas weitgehend vermieden, so dass keine undefinierten Federungs-Eigenschaften
auftreten können.
Da der Schwimm-Körper
frei auf dem Übertragungsmittel
schwimmt, sind keine besonderen konstruktiven Eigenschaften sowohl
für den Schwimm-Körper als
auch für
die Zylinder-Innenwand nötig.
Da der Schwimm-Körper
insbesondere eine Hohlkugel sein kann, weist dieser ein geringes Gewicht
auf, so dass das Gesamtgewicht des Stoßdämpfers durch den Schwimm-Körper nur
geringfügig
erhöht
wird.
-
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers,
für die
ebenfalls eigenständiger
Schutz beansprucht wird, sieht vor, dass die Trennstelle zwischen
Fluid-Kammer und Gasdruck-Kammer
des zweiten Zylinders durch einen die luft- oder gasgefüllte Gasdruck-Kammer
und die mit Übertragungsmedium
gefüllte
Fluid-Kammer voneinander trennenden, axial verschiebbar gelagerten Trennkolben
gebildet ist.
-
Dabei kann die Druckfläche an der
Trennstelle zwischen Fluid-Kammer
und Gasdruck-Kammer des zweiten Zylinders im wesentlichen gleich groß sein wie
die durch den Kolben gebildete Druckfläche des ersten Zylinders, wodurch
die Herstellung des Stoßdämpfers vereinfacht
werden kann, indem beispielsweise ein gemeinsames Zylinderrohr für den ersten
und den zweiten Zylinder verwendet wird.
-
Alternativ kann die Druckfläche an der Trennstelle
zwischen Fluid-Kammer und Gasdruck-Kammer des zweiten Zylinders
größer, insbesondere
wenigstens 10% größer sein
als die durch den Kolben gebildete Druckfläche des ersten Zylinders.
-
Durch die vergrößerte Druckfläche kann
der zweite Zylinder in axialer Richtung verkürzt werden, um ein bestimmtes
Fluid-Volumen aufnehmen zu können,
so dass die Baugröße des Stoßdämpfers in Längsrichtung
reduziert werden kann.
-
Andererseits ist es möglich, dass
die Druckfläche
an der Trennstelle zwischen Fluid-Kammer und Gasdruck-Kammer des
zweiten Zylinders kleiner ist als die durch den Kolben gebildete
Druckfläche des
ersten Zylinders, insbesondere wenigstens 10% kleiner ist. Dies
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die beiden Zylinder nebeneinander
angeordnet sind, so dass durch den reduzierten Durchmesser des zweiten
Zylinders die Baugröße des gesamten Stoßdämpfers reduziert
ist.
-
Es ist vorteilhaft, wenn der Kolben
des ersten Zylinders einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und
wenn der Durchmesser des Kolbens größer als 36mm ist, insbesondere
38mm bis 48mm beträgt. Dadurch
ergeben sich besonders günstige
Druckverteilungen im Stoßdämpfer, wobei
eine gegenüber vorbekannten
Stoßdämpfern wesentlich
linearere Kraft-Weg-Kennlinie über
den Gesamt-Hub einstellbar ist.
-
Es sei erwähnt, dass mit dem Begriff Stoßdämpfer hier
nicht nur ein Stoßdämpfer im
engeren fachmännischen
Sinne gemeint ist. Es sind also beispielsweise nicht nur Stoßdämpfer, wie
sie für
die Hinterradfederung eines Fahrrades verwendet werden, gemeint,
sondern beispielsweise und insbesondere auch in Federgabeln integrierte
Stoßdämpfer oder
Teleskop-Federgabeln zur Vorderrad-Federung am Fahrrad. Ebenso beschränkt sich
die Begriffsdefinition nicht auf reine Dämpfungs-Elemente, sondern schließt Elemente
mit kombiniertem Dämpfungs-
und Federungsverhalten mit ein.
-
Ebenfalls beschränkt sich die Bezeichnung Zylinder
hier nicht auf Zylinder im engeren fachmännischen Sinne. Es sind vielmehr
in einen Trägerkörper eingebrachte
Ausnehmungen jedwelcher Art gemeint, die verschiedenartige Querschnittsprofilierungen,
beispielsweise kreisförmige,
elliptische oder rechteckige, aufweisen können. Die Zylinder können beispielsweise
durch Bohrungen in einen Korpus eingebracht sein. Ebenso können die
einzelnen Zylinder in einem gemeinsamen Korpus angeordnet und untergebracht
sein.
-
Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers ergeben
sich aus den Unteransprüchen
sowie den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen.
-
Es zeigt:
-
1 einen
Stoßdämpfer mit
einer blasenartigen Membran als Trennelement zwischen Fluid-Kammer
und Gasdruck-Kammer des zweiten Zylinders,
-
2 einen
Stoßdämpfer mit
einem Trennkolben als Trennelement zwischen Fluid-Kammer und Gasdruck-Kammer
des zweiten Zylinders,
-
3 einen
Stoßdämpfer mit
einem Trennkolben als Trennelement zwischen Fluid-Kammer und Gasdruck-Kammer
des zweiten Zylinders, der gegenüber
dem Trennkolben aus 2 einen
größeren Querschnitt
aufweist, und
-
4 einen
als Zugdämpfungs-Element ausgebildeten
Stoßdämpfer mit
einem direkten Fluid-Gas-Übergang
im zweiten Zylinder.
-
1 zeigt
einen Stoßdämpfer 1,
der einen ersten Zylinder 2a mit einer mit einem Dämpfungsmedium,
beispielsweise Öl,
gefüllte
Fluid-Kammer 3a und eine mit Luft oder Gas gefüllte Gasdruck-Kammer 4a aufweist,
die als Negativ-Feder wirkt und den Kennlinien-Verlauf der resultierenden
Feder positiv beeinflusst. Die Fluid-Kammer 3a und die
Gasdruck-Kammer 4a sind durch einen Trennkolben 5a voneinander
getrennt, der mit einer nach außen
führenden
Kolbenstange 6 verbunden ist. Ein zweiter Zylinder 2b weist
ebenfalls eine mit einem Dämpfungsmedium
gefüllten
Fluid-Kammer 3b und eine mit Luft oder Gas gefüllte Gasdruck-Kammer 4b auf, die
durch eine elastisch verformbare Membran 13 voneinander
getrennt sind. Die Fluid-Kammern 3a, 3b der beiden
Zylinder 2a, 2b sind über einen Verbindungskanal 7 miteinander
verbunden.
-
An den äußeren Endbereichen weist der Stoßdämpfer 1 jeweils
ein Stoßdämpfer-Auge 8 mit einer
Montageöffnung 9 auf,
mit denen der Stoßdämpfer beispielsweise
zwischen zwei Rahmenteilen eines nicht dargestellten Fahrrades angeordnet
werden kann.
-
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Membran 13 blasenförmig ausgebildet
und an der dem Verbindungskanal 7 abgewandten Seite der Gasdruck-Kammer 4b des
Zylinders 2b befestigt, wobei der Wölbungsbereich zum Verbindungskanal 7 ausgerichtet
ist. Es ist jedoch auch möglich,
beispielsweise eine flache, elastische Membran etwa in der Mitte
des zweiten Zylinders 2b anzuordnen.
-
Die Membran 13 bildet die
Trennlinie zwischen Fluid-Kammer 3b und Gasdruck-Kammer 4b. Wenn
bei in den ersten Zylinder 2a einfahrender Kolbenstange 6 Übertragungsmedium
in den zweiten Zylinder 2b verdrängt wird, wird die Membran 13 verformt,
so dass sich der Volumenanteil der Gasdruck-Kammer 4b am
Gesamt-Innenvolumen des zweiten Zylinders 2b zugunsten
der Fluid-Kammer 3b reduziert. Die hierzu erforderliche
Kraft, das heißt der
benötigte
Druck des Übertragungsmediums,
ist insbesondere abhängig
vom Gasdruck in den Gasdruck-Kammern 4a, 4b, der
jeweils über
ein Ventil 10a, 10b eingestellt werden kann.
-
Die Membran 13 hat insbesondere
den Vorteil, dass die Anforderungen an die Oberflächengüte der Innenseite
des zweiten Zylinders 2b gering sind. Die Herstellung ist
somit besonders einfach möglich. Zudem
weist die Membran 13 ein geringes Gewicht auf, so dass
das Gesamtgewicht des Stoßdämpfers 1 reduziert
werden kann, was insbesondere im Fahrradbau wünschenswert ist. Da durch die
gewölbte Oberfläche der
Membran 13 auch bei geringem Zylinder-Durchmesser das zwischen
Membran und Zylinderwandung eingeschlossene Gasvolumen in weiten Grenzen
veränderbar
ist, und so ein günstiges
Feder- beziehungsweise Dämpfverhalten
erzielt werden kann, kann der Stoßdämpfer 1 insgesamt
eine geringe Baugröße aufweisen,
um ihn beispielsweise an einem Fahrradrahmen anbringen zu können.
-
Wie in 1 deutlich
zu erkennen ist, weist die Membran 13 einen umlaufenden
Rand 11 auf, der in eine Hinterschneidung 12 des
Stoßdämpfer-Auges 8 des
zweiten Zylinders 2b eingreift. Dadurch ist ein einfaches,
formschlüssiges
und dichtendes Montieren der Membran 13 in dem Zylinder 2b möglich. Gegebenenfalls
kann das Stoßdämpfer-Auge 8 lösbar, beispielsweise
schraubbar, an dem Gehäuse
des Zylinders 2b befestigt sein, um den Zylinder-Innenraum für Wartungsarbeiten,
beispielsweise zum Austauschen der Membran 13, zugänglich zu
machen.
-
2 zeigt
einen Stoßdämpfer 1,
bei dem der zweite Zylinder 2b einen axial verschiebbaren Trennkolben 5b als
Trennelement für
die mit Dämpfungsmedium
gefüllte
Fluid-Kammer 3b und die mit Luft oder Gas gefüllte Gasdruck-Kammer 4b aufweist,
wobei die durch den Trennkolben 5b gebildete Druckfläche an der
Trennstelle zwischen Fluid-Kammer 3b und Gasdruck-Kammer 4b des
zweiten Zylinders 2b im wesentlichen gleich groß ist wie
die durch den Kolben 5a gebildete Druckfläche des
ersten Zylinders 2a. Durch die Baugleichheit der Zylinder 2a, 2b kann
der Stoßdämpfer 1 besonders
einfach und kostengünstig
hergestellt werden.
-
Bei dem Stoßdämpfer 1 gemäß 3 ist die Druckfläche an der
Trennstelle zwischen Fluid-Kammer 3b und Gasdruck-Kammer 4b des
zweiten Zylinders 2b größer als
die durch den Kolben 5a gebildete Druckfläche des
ersten Zylinders 2a. Durch die vergrößerte Druckfläche kann
der zweite Zylinder 2b in axialer Richtung verkürzt werden,
um ein bestimmtes Volumen aufnehmen zu können, so dass die Baugröße des Stoßdämpfers 1 in
axialer Längsrichtung
reduziert werden kann. Dies ist insbesondere in Umgebungen mit wenig
Platz zur Unterbringung des Stoßdämpfers vorteilhaft.
-
4 zeigt
einen Stoßdämpfer 1,
der als Zugdämpfungselement
beziehungsweise "Pull-Shock" wirkt. Die Fluid-Kammer 3a des
ersten Zylinders 2a ist dabei zwischen dem Kolben 5a und dem
Kolbenstangen-Austritt 14 angeordnet und der Verbindungskanal 7 mündet an
dem dem Kolbenstangen-Austritt 14 zugewandten Endbereich
des ersten Zylinders 2a in dessen Fluid-Kammer 3a.
Bei dieser Anordnung setzt die Dämpfung
beziehungsweise Federung ein, wenn die Kolbenstange 6 aus dem
ersten Zylinder 2a ausgezogen wird.
-
Durch diese Anordnung kann auf konstruktiv einfache
Weise ein "Pull-Shock"-Stoßdämpfer realisiert
werden, der zudem sehr kompakt mit geringer Baugröße ausgebildet
sein kann, was insbesondere im Fahrradbau vorteilhaft ist.
-
Bei dem Stoßdämpfer 1 gemäß 4 ist die Trennstelle zwischen
der Fluid-Kammer 3b und der Gasdruck-Kammer 4b des
zweiten Zylinders 2b durch einen direkten Fluid-Gas-Übergang
gebildet. Der zweite Zylinder 2b ist hierzu in der gezeigten
Gebrauchslage des Stoßdämpfers 1 vertikal
angeordnet, wobei die Gasdruck-Kammer 4b oberhalb der zugehörigen Fluid-Kammer 3b angeordnet
ist. Bedingt durch die Schwerkraft findet so selbsttätig eine Trennung
von Gas und dem schwereren Übertragungsmedium
statt.
-
Auch bei dieser Ausführungsform
ist die Konstruktion vereinfacht, da keine besonderen Anforderungen
an die Oberflächengüte der Zylinder-Innenseiten
des zweiten Zylinders 2b bestehen und gegenüber der
Ausführungsform
mit einer Membran 13 weiter reduziert sind.
-
Beim Ausfahren der Kolbenstange 6 aus dem
Zylinder 2a wird Übertragungsmedium
durch den Verbindungskanal 7 in die Fluid-Kammer 3b des zweiten
Zylinders 2b verdrängt.
Da zwischen der Fluid-Kammer 3b und der Gasdruck-Kammer 4b keine mechanische
Abtrennung vorhanden ist, kann das Übertragungsmedium dabei in
die Gasdruck-Kammer 4b aufsprudeln, so dass sich in einem
Teilbereich des Zylinders 2b ein Übertragungsmedium-Gas-Gemisch
bildet, was insbesondere beim anschließenden Rückstellen der Kolbenstange 6 in
der Zugstufe zu ungewünschten
und unkontrollierten Schwankungen im Federverhalten des Stoßdämpfers führen kann,
wenn sich das Übertragungsmedium
noch nicht wieder vollständig
im unteren Bereich des Zylinders 2b gesammelt hat.
-
Um ein solches aufsprudeln des Übertragungsmediums
zu verhindern, kann in dem zweiten Zylinder 2b ein hier
nicht dargestellter Schwimm-Körper
vorgesehen sein, der mit einem Teilvolumen in das Übertragungsmedium
eintaucht. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen Übertragungsmedium und
dem Gas in der Gasdruck-Kammer 4b minimiert, ein unkontrolliertes
Aufsprudeln des Übertragungsmediums
und somit eine Vermischung von Übertragungsmedium
und Gas weitgehend vermieden, so dass keine undefinierten Federungs-Eigenschaften auftreten
können.
Da der Schwimm-Körper
frei auf dem Übertragungsmedium
schwimmt, sind keine besonderen konstruktiven Eigenschaften sowohl
für den
Schwimm-Körper
als auch für
die Zylinder-Innenwand nötig.
Da der Schwimm-Körper
insbesondere eine Hohlkugel sein kann, weist dieser ein geringes
Gewicht auf, so dass das Gesamtgewicht des Stoßdämpfers 1 durch den
Schwimm-Körper
nur geringfügig
erhöht
wird.
-
In jeder der gezeigten Ausführungsformen kann
jeweils in dem ersten Zylinder 2a, insbesondere in dessen
Gasdruck-Kammer 4a, eine Feder vorgesehen sein, die beim
Ausfahren der Kolbenstange 6 aus dem Zylinder 2a,
beziehungsweise bei der "Pull-Shock"-Ausführungsform
beim Einfahren der Kolbenstange 6 in den Zylinder 2a,
druckbeaufschlagt wird. Dadurch wird die Kolbenbewegung unterstützt und
es ist gegebenenfalls nicht erforderlich, in der Gasdruck-Kammer 4a des
ersten Zylinders 2a jeweils einen Betriebsdruck einzustellen,
wodurch die Bedienung des Stoßdämpfers 1 vereinfacht
ist. Gegebenenfalls kann sogar auf das Ventil 10a verzichtet
werden, wodurch die Herstellung des Stoßdämpfers 1 vereinfacht
und mit geringerem Kostenaufwand möglich ist.
-
Auch Stoßdämpfer 1 der in den 1 bis 3 gezeigten Art können als "Pull-Shock"-Stoßdämpfer beziehungsweise Zugdämpfungselement
verwendet werden, indem die Feder- beziehungsweise Dämpfungswirkung
beim Ausfahren der Kolbenstange 6 einsetzt. Die Gasdruck-Kammer 4b des
zweiten Zylinders 2b wirkt dabei jeweils als Negativ-Kammer. Diese
Negativ-Kammer muss dabei so dimensioniert sein, dass sie sich nur
zu Beginn des Federweges relevant auswirkt. Sie muss dazu insbesondere
entweder ein kleineres Volumen als die Gasdruck-Kammer 4a des
ersten Zylinders 2a aufweisen oder der in der Gasdruck-Kammer 4b eingestellte
Gasdruck muss geringer sein als der Gasdruck in der Gasdruck-Kammer 4a.