HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung eines
Fahrradrahmens und insbesondere auf einen Fahrradrahmen, der
Stöße während der Fahrt absorbieren kann, um ein
komfortableres Fahrradfahren zu schaffen, und der eine verbesserte
Haltbarkeit und Laufleistung bietet, wodurch eine verbesserte
Sicherheit beim Fahrradfahren erhalten wird.
Beschreibung des Stands der Technik
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Ein Fahrrad wurde in der Weise aufgebaut, daß ein Stoß durch
eine Vordergabel aufgenommen wird, die ansprechend auf jeden
Stoß verbogen wird, um den Stoß zu absorbieren. Da das
Vorsehen eines Federungssystems als inkompatibel mit den
grundlegenden Erfordernissen betrachtet wurde, ein Fahrrad leichter
und steifer zu machen, wurde das Federsystem bis jetzt noch
nicht eingebaut. Seit kurzem sind jedoch die
Fahrradwerkstoffe leichter geworden und zusätzlich wird nach einem
komfortablen Fahrradfahren stark nachgefragt. Gemäß der
bemerkenswerten Popularität von Mountain Bikes (MTB) wurden darüberhinaus
verschiedene Arten von Fahrradrennen populär, die
Offroadund Downhillrennen umfassen. Dadurch wird das Absorbieren von
durch rauhe Wege verursachten Stößen stark verlangt.
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Vor kurzer Zeit wurden Untersuchungen an Fahrrädern
ausgeführt, bei denen Stöße durch die Vordergabel oder durch einen
Rahmenhauptabschnitt bzw. Steuerkopf absorbiert werden, in
denen ein verstärktes Urethankunststoff eingearbeitet ist,
und die auch eine im Sattel vorgesehene Federung haben.
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Nichtsdestotrotz besteht ein Nachteil dieser verschiedenen
Federungen darin, daß sie nur Stöße absorbieren, denen das
Vorderrad oder der Sattelabschnitt unterliegen, so daß die
Stoßabsorption unwünschenswert beschränkt wurde. Die
Möglichkeit von Fahrrädern, Stöße im Hinterradbereich zu
absorbieren, ist der wichtigste Faktor vom Gesichtspunkt der Leistung
und des Komforts des Fahrradfahrens. Es gibt keine Fahrräder,
die eine solche Möglichkeit und ein hohe Steifigkeit haben.
Die herkömmlichen Fahrräder waren stark ungeeignet,
insbesondere bezüglich der Absorption von Stößen auf sowohl den
Vorderrad- als auch Hinterradbereich während Offroad-Fahrten.
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Die US-A-3931990 beschreibt einen Fahrradrahmen mit einer
verschwenkenden Hinterradfederung, die mit einer Feder und
einem Dämpfer verbunden ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung ist im Anspruch 1 definiert und sieht eine
Verbesserung eines Fahrradrahmens vor, nach dessen Bauart eine
Tretlagerstütze, eine Sattelstütze und eine Steuerrohrstütze
vorgesehen sind, wobei die Tretlager-, Sitz- und
Steuerrohrstütze miteinander durch ein Sitzrohr, ein Oberrohr und ein
Unterrohr verbunden sind, um einen im wesentlichen
dreieckigen Rahmenaufbau zu bilden. Die erfindungsgemäße Verbesserung
weist eine Kettenstrebe, die hinter dem dreieckigen
Rahmenaufbau angeordnet ist und schwenkbar an einem Ende mit der
Tretlagerstütze verbunden ist; ein im wesentlichen
dreieckiges Gelenk, das einen ersten Scheitelpunkt zwischen seiner
langen und kurzen Seite, einen zweiten Scheitelpunkt zwischen
der langen Seite und einer mittleren Seite und einen dritten
Scheitelpunkt hat, der zwischen der mittleren und der kurzen
Seite ausgebildet ist, wobei das Gelenk schwenkbar an einem
Punkt in der Nähe des ersten Scheitelpunktes mit der
Sattelstütze so verbunden ist, daß die lange Seite zur
Steuerrohrstütze zeigt; eine Stoßabsorptionszylinderbaugruppe, die
einen Zylinder, der an einem Ende mit dem Oberrohr verbunden
ist und eine Zylinderstange umfaßt, die normalerweise so
vorgespannt ist, daß sie aus dem Zylinder vorsteht, und ein
freies Ende hat, das schwenkbar mit dem dreieckigen Gelenk an
einem dritten Punkt verbunden ist, der in der Nähe des
dritten
Scheitelpunktes liegt; und ein Hinterbauelement auf, das
sich zwischen dem dreieckigen Gelenk in der Nähe des zweiten
Scheitelpunktes und der Kettenstrebe in der Nähe deren
Hinterachsaufnahme erstreckt und schwenkbar damit verbunden ist.
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Wie zuvor herausgestellt wurde, ist erfindungsgemäß das
dreieckige Gelenk mit einer langen, mittleren und kurzen Seite
schwenkbar in ihrem ersten Punkt mit der Sattelstütze so
verbunden, daß die lange Seite zur Steuerrohrstütze zeigt. Das
dreieckige Gelenk ist auch schwenkbar an seinem zweiten Punkt
mit einem Ende des Hinterbauelements verbunden, dessen
anderes Ende schwenkbar mit der Kettenstrebe in der Nähe deren
Hinterachsaufnahme verbunden ist. Das dreieckige Gelenk ist
weiterhin am dritten Punkt mit dem freien Ende der
Zylinderstange der stoßabsorbierenden Zylinderbaugruppe verbunden,
deren Zylinder mit dem Oberrohr des dreieckigen Rahmenaufbaus
des Fahrradrahmens verbunden ist. Wenn das Hinterrad einem
Stoß unterliegt, schwingt die Kettenstrebe entsprechend um
den Schwenkpunkt an der Tretlagerstütze, so daß sich die
Hinterachsaufnahme anhebt.
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Entsprechend folgt das Hinterbauelement der Aufwärtsbewegung
der Hinterachsaufnahme, um den zweiten Punkt des dreieckigen
Gelenks in Richtung auf die stoßabsorbierende
Zylinderbaugruppe zu zwängen, so daß das dreieckige Gelenk um den
Schwenkpunkt an der Sattelstütze gegen die Kraft der
stoßabsorbierenden Zylinderbaugruppe gedreht wird, wobei sich der
zweite Punkt des dreieckigen Gelenks in Richtung auf die
stoßabsorbierende Zylinderbaugruppe bewegen kann. Wenn der
Winkel zwischen dem Hinterbauelement und einer Linie, die den
Schwenkpunkt des dreieckigen Gelenks an der Sattelstütze mit
dem zweiten Punkt des dreieckigen Gelenks verbindet, über 90
Grad ansteigt, steigt der Drehwinkel des dreieckigen Gelenks,
der durch die Bewegung des Hinterbauelements verursacht wird,
an, um den Versatz der Zylinderstange der stoßabsorbierenden
Zylinderbaugruppe zu steigern. Das bedeutet, daß die Achslast
relativ zur Bewegung der Hinterachse in nicht-linearer Weise
geändert wird, um eine sogenannte "progressive Wirkung"
vorzusehen,
wodurch eine ausreichende Federung und eine hohe
Steifigkeit aufrechterhalten werden und ein komfortables
Fahrradfahren ohne Leistungsverlust geschaffen wird.
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Seitenschnittansicht eines
Ausführungsbeispieles eines Fahrradrahmens der Erfindung;
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Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilseitenansicht, die den Ort
der Bewegung des dreieckigen Gelenks zeigt; und
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Fig. 3 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der
Aufwärtsbewegung des Hinterradlagers (Radbewegung) und der
Reaktionskraft (Achskraft) zeigt, die von der Hinterachsaufnahme
nach unten zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen umfaßt ein Fahrradrahmen, der ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, eine Tretlagerstütze 1, eine
Sattelstütze 2, eine Steuerrohrstütze 3, eine Kettenstrebe 7,
ein dreieckiges Gelenk 10, eine stoßabsorbierende
Zylinderbaugruppe 11 und ein Hinterbauelement 14. Die Tretlagerstütze
1, die Sattelstütze 2 und die Steuerrohrstütze 3 sind durch
ein Sitzrohr 4, ein Oberrohr 5 und ein Unterrohr 6 verbunden,
um einen dreieckigen Aufbau zu bilden. Die Kettenstrebe 7 und
das Hinterbauelement, das nachfolgend beschrieben wird, sind
in dem dreieckigen Aufbau verbunden, um den Fahrradrahmen zu
vervollständigen.
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Die Kettenstrebe 7 ist verschwenkbar an einem Ende mit der
Tretlagerstütze 1 mittels eines Zapfens 9 verbunden und an
dem anderen Ende einstückig mit einer Hinterachsaufnahme
(Ausfallende) 8 verbunden. Die Hinterachsaufnahme 8 ist
schwenkbar mit dem Hinterbauelement 14 mittels eines Zapfens
8a verbunden. Das dreieckige Gelenk 10 weist ein dreieckiges
Plattenelement mit einer langen Seite a, einer mittleren
Seite b und einer kurzen Seite c auf. Die lange Seite a und die
kurze Seite c bilden zwischen sich einen ersten Scheitelpunkt
d. Entsprechend sind jeweils ein zweiter Scheitelpunkt e und
dritter Scheitelpunkt f zwischen der langen Seite a und der
mittleren Seite b und zwischen der mittleren Seite b und der
kurzen Seite c gebildet. Das dreieckige Gelenk 10 ist an
einem Punkt in der Nähe des ersten Scheitelpunktes d mit der
Sattelstütze 2 so verbunden, daß die lange Seite a zur
stoßabsorbierenden Zylinderbaugruppe 11 zeigt, d.h. zur
Steuerrohrstütze 3.
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Die stoßabsorbierende Zylinderbaugruppe 11 umfaßt einen
Hydraulikzylinder 11a, der an einem Ende schwenkbar mit dem
Oberrohr 5 mittels einer Montageklammer 12 verbunden ist und
eine Zylinderstange 13, die nach außen vorgespannt ist, um
von dem Zylinder 11a vorzustehen. Das äußere Ende der
Zylinderstange 13 ist mit einem Punkt in der Nähe des dritten
Scheitelpunktes f des dreieckigen Gelenks 10 schwenkbar
verbunden. Eine Spiraldruckfeder 11b ist um den Zylinder 11a und
die Zylinderstange 13 angeordnet und erstreckt sich zwischen
dem dreieckigen Gelenk 10 und einem Flansch auf dem Zylinder
11a. Das obere Ende des Hinterbauelements 14 ist mit einem
Punkt in der Nähe des zweiten Scheitelpunktes e des
dreieckigen Gelenks 10 so verbunden, daß die Kettenstrebe 7 gegen den
Uhrzeigersinn schwingt, wie durch die unterbrochenen Linien
in Fig. 1 angedeutet ist, wenn ein Hinterrad einem Stoß
unterliegt. Folglich dreht sich der zweite Scheitelpunkt e des
dreieckigen Gelenks 10 im Uhrzeigersinn um den Scheitelpunkt
d. Gleichzeitig wird die mit dem dritten Scheitelpunkt f
verbundene Zylinderstange 13 zurück in die stoßabsorbierende
Zylinderbaugruppe 11 gegen die nach außen gerichtete
Vorspannkraft gezwängt, wodurch der Stoß absorbiert wird.
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Es folgt eine Beschreibung der Preßdrehkraft, die auf die
Zylinderstange 13 wirkt. Wenn das Hinterrad einem Stoß
unterliegt, dreht sich die Kettenstrebe 7 gegen den Uhrzeigersinn
um den Zapfen 9 der Tretlagerstütze 1 in Übereinstimmung mit
einer Bewegung der Hinterachsaufnahme 8 zu einer Position,
die durch die unterbrochenen Linien in Fig. 1 gezeigt ist,
wodurch die Hinterachsaufnahme 8 nach oben angehoben werden
kann. Entsprechend zwängt das Hinterbauelement 14 den zweiten
Scheitelpunkt e des dreieckigen Gelenks 10 in Richtung auf
die stoßabsorbierende Zylinderbaugruppe 11, um das dreieckige
Gelenk 10 so zu drehen, daß der zweite Scheitelpunkt e des
dreieckigen Gelenks 10 von der Position e über die Positionen
e1 und e2 zu einer Position e3 in Richtung auf die
stoßabsorbierende Zylinderbaugruppe 11 um den Stützabschnitt (erster
Scheitelpunkt d) der Sattelstütze 2 gegen die Preßkraft
bewegt wird, die auf das dreieckige Element 10 durch die
Zylinderstange 13 und die Feder 11b aufgebracht ist.
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Übereinstimmend mit der Bewegung des zweiten Scheitelpunktes
e bewegt sich die lange Seite a als a1-a2-a3, die mittlere
Seite b als b1-b2-b3 und die kurze Seite c als c1-c2-c3. Der
dritte Scheitelpunkt f bewegt sich folglich in progressiver
Weise als f1-f2-f3, wodurch die Zylinderstange 13 entlang
ihrer Längsachse 13a gedrückt wird. Daher wird die
stoßabsorbierende Zylinderbaugruppe 11 in progressiver Weise
zusammengedrückt.
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In diesem Moment ist ein im wesentlichen rechter Winkel
zwischen der Linie, die den zweiten Scheitelpunkt e und den
Stützpunkt (erster Scheitelpunkt d) der Sattelstütze
verbindet, und der Längsachse des Hinterbauelements 14 gebildet,
wie durch die durchgezogenen Linien in Fig. 1 gezeigt ist.
Nach diesem Zeitpunkt wird der Drehwinkel des dreieckigen
Gelenks 10, der durch das Hinterbauelement 14 verursacht wird,
größer, so daß die Bewegung der Zylinderstange folglich
ansteigt.
Weiterhin wird die Aufwärtsbewegung der Kettenstrebe
7 aufgrund der "progressiven Wirkung" geregelt, wie durch die
Kurve der in Fig. 3 gezeigten Grafik gezeigt ist, die die
Beziehung zwischen der Aufwärtsbewegung der Hinterachsaufnahme
8 (Radbewegung) und der Reaktionskraft (Achskraft) andeutet,
die von der Hinterachsaufnahme 8 nach unten gerichtet ist.
Dadurch werden die Federung und Steifigkeit ausreichend
aufrechterhalten, um ein komfortables Fahrradfahren ohne
Leistungsverlust zu schaffen.
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Wie aus der vorgehenden Beschreibung hervorgeht, sieht die
Erfindung einen Fahrradrahmen mit folgenden Bauteilen vor;
einer Tretlagerstütze, einer Sattelstütze und einer
Steuerrohrstütze, die durch ein Sitzrohr, Oberrohr und Unterrohr
verbunden sind und einen dreieckigen Rahmenaufbau bilden,
wobei eine Kettenstrebe hinter dem Rahmenaufbau vorgesehen ist
und schwenkbar an ihrem einen Ende mit der Tretlagerstütze
verbunden ist, einem dreieckigen Gelenk mit einem ersten
Scheitelpunkt zwischen einer langen und einer kurzen Seite,
einem zweiten Scheitelpunkt zwischen der langen und einer
mittleren Seite und einem dritten Scheitelpunkt zwischen der
mittleren und der kurzen Seite, wobei das dreieckige Gelenk
schwenkbar an dem ersten Scheitelpunkt mit der Sattelstütze
verbunden ist, wobei die lange Seite zur Steuerrohrstütze
zeigt, wobei eine stoßabsorbierende Zylinderbaugruppe ein
Ende hat, das durch das Oberrohr gestützt ist, und eine
Zylinderstange umfaßt, die normalerweise so vorgespannt ist, daß
sie nach außen vorsteht, wobei das dreieckige Gelenk
schwenkbar an dem dritten Scheitelpunkt mit einem freien Ende der
Zylinderstange verbunden ist; und einem Hinterbauelement, das
zwischen dem zweiten Scheitelpunkt des dreieckigen Gelenks
und einem Abschnitt der Kettenstrebe in der Nähe der
Hinterachsaufnahme vorgesehen ist. Folglich bietet die Erfindung
die folgenden Vorteile.
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Wenn das Hinterrad beim Fahren einem Stoß unterliegt,
schwingt die Kettenstrebe um den unterstützen Teil der
Tretlagerstütze, wodurch die Hinterachsaufnahme angehoben werden
kann. Entsprechend zwängt das Hinterbauelement den zweiten
Scheitelpunkt des dreieckigen Gelenks gegen die
stoßabsorbierende Zylinderbaugruppe, so daß das dreieckige Gelenk um den
unterstützten Teil der Sattelstütze gedreht wird. Dadurch
bewegt sich der dritte Scheitelpunkt in Richtung auf die
stoßabsorbierende Zylinderbaugruppe gegen die auf die
Zylinderstange ausgeübte Vorspannkraft. Der Drehwinkel des
dreieckigen Gelenks, der durch das Hinterbauelement verursacht wird,
steigt an, wenn der Winkel, der zwischen dem Hinterbauelement
und einer Linie gebildet ist, die den ersten und zweiten
Scheitelpunkt d und e des dreieckigen Gelenks miteinander
verbindet, über 90 Grad steigt. Die Bewegung bzw. der Versatz
der Zylinderstange steigt daher an, um eine Wirkung zu
erzeugen, die als "progressive Wirkung" bekannt ist, um
vorteilhafterweise den Aufwärtsversatz der Kettenstrebe zu regeln,
wodurch eine ausreichende Federung und hohe Steifigkeit
aufrechterhalten werden, um ein komfortabels Radfahren ohne
Kraftverlust zu schaffen.
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Aufgrund der Verwendung des dreieckigen Gelenks wird die
Hinterradlast wirksam breit verteilt. Da das dreieckige Gelenk
an einem Abschnitt des Rahmens in der Nähe des Punktes
angelenkt ist, an dem das Sitzrohr und das Oberrohr miteinander
verbunden sind, d.h. an der Sattelstütze, ist die Erfindung
auch in der Lage, eine ausreichende Quersteifigkeit eines
Fahrradrahmens sicherzustellen, der normalerweise an einem
Mangel an Querstabilität leidet.
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Ein Fahrradrahmen hat einen dreieckigen Rahmenaufbau, der
durch eine Tretlager-, Sattel- und Steuerrohrstütze (1, 2, 3)
gebildet ist, die miteinander durch ein Sitzrohr (4), ein
Oberrohr (5) und ein Unterrohr(6) verbunden sind. Eine
Kettenstrebe (7) ist schwenkbar an einem Vorderende mit der
Tretlagerstütze (1) verbunden und hat ein Hinterende, das an
einer Hinterachsaufnahme (8) befestigt ist, mit der das
untere Ende eines Hinterbauelements (14) schwenkbar verbunden
ist. Ein dreieckiges Gelenk (10) ist schwenkbar an einem
ersten Punkt (d) in der Nähe eines ersten Scheitelpunktes mit
der Sattelstütze (2) verbunden. Sie ist auch schwenkbar mit
einem zweiten Punkt (e) in der Nähe eines zweiten
Scheitelpunktes mit dem oberen Ende des Hinterbauelements (14)
verbunden. Das dreieckige Gelenk (10) ist weiterhin schwenkbar
an einem dritten Punkt (f) in der Nähe eines dritten
Scheitelpunktes mit einem freien Ende einer Zylinderstange (13)
einer stoßabsorbierenden Baugruppe (11) verbunden, die einen
Zylinder (11a) hat, der schwenkbar mit dem Oberrohr (5) des
dreieckigen Rahmenaufbaus verbunden ist, wodurch die
stoßabsorbierende Zylinderbaugruppe (11) nicht nur eingesetzt wird,
um einen Stoß auf das Hinterrad zu absorbieren, sondern auch,
um eine "progressive Wirkung" vorzusehen, um die Laufleistung
und Federung zu verbessern und eine Rahmensteifigkeit zu
gewährleisten.