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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Klemmvorrichtung zur lösbaren
kraftschlüssigen Fixierung eines rohrförmigen
Gegenstandes bestehend aus einer Hülse, die mindestens
eine unter Druck elastisch verformbare Klemmfläche aufweist.
Solche Vorrichtungen werden in der Technik bei verschiedensten Anwendungen
benötigt. Beispielsweise müssen bei Teleskopvorrichtungen
Hülse und Hüllkörper miteinander fixiert
werden. Bei längenverstellbaren Skistöcken wird
beispielsweise mittels einer Gewindestange ein Konus aufgespreizt,
der sich dadurch im Hüllkörper verklemmt. Bei
Ständern von Sonnenschirmen und dergleichen wird durch
eine Überwurfmutter eine kranzförmige Spannvorrichtung
gegen die Hülse gepresst. Außerdem werden Klemmvorrichtungen
im Maschinenbau zur Fixierung von Wellen mit Naben verwendet.
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Aus
der
DE-OS 43 30 634 ist
eine Vorrichtung zur Klemmung einer axial beweglichen Stange bekannt,
bei der die Stange von einer vierfach-längsgeschlitzten
Hülse umfasst wird. Die Hülse ist von einem elastischen
Mantel umgeben auf den ein hydraulischer Druck ausgeübt
wird, wodurch die Zungen der Hülse an die Stange gepresst
werden und diese fixieren.
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Aus
der
DE-OS 30 00 637 ist
eine lösbare kraftschlüssige Befestigung einer
Welle in einer Nabe bekannt, bei der die Bohrungsfläche
der Nabe einen Zwischenring trägt, der aus einzelnen Ringsegmenten
besteht, die hydraulisch an die Nabe anstellbar sind. Dabei sind
die einzelnen Ringsegment unabhängig voneinander über
jeweils ein Stellelement mit einem Druckmittel beaufschlagbar.
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Die
DE 200 22 353 U1 zeigt
eine Klemmhülse für den Werkzeug- und Vorrichtungsbau
die einen säulenartigen Körper umgibt und ihrerseits
außen von einem Druckraum umgeben ist, bei dessen Beaufschlagung
die Klemmhülse den Körper kraftschlüssig
festklemmt, wobei sich die gesamte Klemmhülse auch in Richtung
Druckraum verformt, und dadurch viel Platz beansprucht.
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Die
bekannten hydraulischen Klemmvorrichtungen haben den Nachteil, dass
sie konstruktiv aufwendig und deswegen nicht besonders kompakt ausführbar
und relativ schwer sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Klemmhülse zu schaffen,
die diese Nachteile beseitigt. Es wurde eine neue Klemmvorrichtung
gefunden, die für eine Vielzahl technischer Klemmverbindungen
einsetzbar ist.
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Die
Lösung der Aufgabe besteht darin, dass gemeinsam gespeiste
Medienzuleitungen zu jeder Klemmfläche der Hülse
vorgesehen sind, wobei jede Klemmfläche (6, 7)
durch eine Ausnehmung am Außenmantel der Hülse
(2) gebildet ist und der Außenmantel der Hülse
von einem Hüllkörper druckdicht ummantelt ist.
Werden die Klemmflächen druckbeaufschlagt, bleibt die übrige
Hülse unverformt. Die Ausführung der Klemmflächen
erfolgt in der Weise, dass das verbleibende Material den Anforderungen an
die elastische Verformbarkeit und Stabilität genügt.
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Der
rohrförmige Gegenstand, der durch die Klemmvorrichtung
fixiert wird, kann selbst alle möglichen Formen aufweisen.
Er kann einen runden Querschnitt haben und ein Rohr oder ein Zylinderstab sein.
Der Querschnitt könnte aber auch vieleckig sein insbesondere
könnte er die Form eines regelmäßigen
Vielecks aufweisen. Dadurch kann der Gegenstand in der Klemmvorrichtung
leicht radial fixiert werden. Im Sinne dieser Anmeldung soll der
Begriff „rohrförmig" alle stabähnlichen
Gegenstände mit unterschiedlichem Querschnitt umfassen
und zwar hohle oder solche aus Vollmaterial.
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Die
Klemmvorrichtung selbst muss so beschaffen sein, dass sie geeignet
ist, den Gegenstand mittels der elastisch verformbaren Klemmfläche
zu fixieren, dass heißt, wenn die Klemmfläche
durch elastische Verformung gegen den Gegenstand gepresst wird,
muss die Klemmvorrichtung so beschaffen sein, dass ein Gegenlager
zur Klemmfläche vorhanden ist. Rohrförmige Körper
im Sinne der genannten Definition erfüllen diese Voraussetzungen
in der Regel.
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Wenn
mehrere Klemmflächen axial und/oder radial verteilt angeordnet
sind wird die Klemmwirkung verstärkt und/oder symmetrisiert.
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Die
Medienzuleitungen lassen sich vorteilhaft als Kanäle in
den Innenmantel des Hüllkörpers- und/oder in den
Außenmantel der Hülse, beispielsweise durch fräsen,
einbringen. Kommt es weniger auf eine kompakte Bauform an, lassen
sich beispielsweise auch dünne Röhrchen als Medienzuleitungen in
entsprechend vorgesehene Kanäle einbringen.
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Die
Erfindung lässt sich vorteilhaft zur hydraulischen Fixierung
einer Sattelstütze einsetzen.
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Sattelstützen
zur Befestigung von Fahrradsätteln werden üblicherweise
mit einer mechanischen Klemmschelle im Sattelrohr fixiert. Dabei
ist das Sattelrohr in der Regel am oberen Ende geschlitzt so dass
durch die Klemmwirkung der Umfang des Rohres verkleinert wird und
so das Sattelrohr kraftschlüssig an der Sattelstütze
anliegt. Die Klemmschelle wird in der Regel mit einer Mutter festgezogen
oder es wird eine Schnellspannvorrichtung verwendet, bei der die
Klemmkraft durch umlegen eines Hebels erreicht wird. Mit einem solchen „Schnellspanner"
ist es möglich den Sattel ohne Werkzeug zu fixieren. Dies
ist zum Beispiel dann notwendig, wenn das Fahrrad von Personen unterschiedlicher
Größe gefahren werden soll oder wenn durch bestimmte Gegebenheiten
die Sattelhöhe bei ein und demselben Fahrer angepasst werden
soll. Letzteres ist beispielsweise bei Fahrten im schwierigen Gelände,
wie es insbesondere beim Bergradfahren (Mountainbiken) vorkommt,
der Fall. Bergauf muss die Sattelhöhe ergonomisch optimal
eingestellt werden, um eine gute Kraftübertragung zu erreichen.
Beim Bergabfahren muss der Fahrer seinen Schwerpunkt je nach Steilheit
und Schwierigkeit nach hinten unten verlagern und muss dazu häufig
sein Gesäß hinter den Sattel bringen. Je tiefer
der Sattel, umso leichter kann der Fahrer seinen Schwerpunkt aktiv
und dynamisch verlagern, verliert aber dadurch auch an Seitenführungskräften,
die er bei entsprechend hochgestellten Sattel mit den Innenseiten
seiner Schenkel gegen den Sattel aufbringen kann. Die optimale Höhe
des Sattels ist daher abhängig von der jeweiligen Fahrsituation.
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Der
Nachteil der bekannten Klemmvorrichtungen liegt darin, dass der
Fahrer jedes Mal absteigen und den Sattel in der Höhe justieren
muss. Es wäre daher wünschenswert, eine Vorrichtung
zur Höhenverstellung für einen Fahrradsattel zu
schaffen, die der Fahrer während des Fahrens verstellen
kann. Solche Stützen sind be reits im Markt erhältlich.
In Heft 11, 2006 der Zeitschrift BIKE (Delius Klasing Verlag) befindet
sich ein Test von sogenannten Vario – Sattelstützen.
Eines der beiden Systeme der dort vorgestellten Stützen
arbeitet mit zwei Ölkammern, die über ein Ventil
miteinander verbunden sind. Durch öffnen des Ventils mit
dem Auslöser, lässt sich ein Rohr im Schaft auf
und ab bewegen. Damit eine Kraftwirkung nach oben erreicht wird,
wird die untere Ölkammer zusätzlich mit Luft befüllt.
Durch den so entstandenen Druck federt die Stütze durch
ziehen des Auslösers und gleichzeitiger Entlastung nach oben.
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Dieser
Mechanismus ist einerseits aufwendig, andrerseits muss das Sattelstütze
im Schaft ein gewisses Spiel aufweisen, damit sie in der Höhe
verstellt werden kann. Die Sattelstütze ist somit – auch bei
geschlossenem Ventil – nicht optimal fixiert. Zusätzlich
bieten die im Test beschriebenen Systeme nur fünfundsiebzig
Millimeter Verstellbereich.
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Bei
der hier vorgeschlagenen Lösung ist die Hülse
von einem Außenrohr als Hüllkörper bzw.
einer weiteren Hülse passgenau umgeben. Beide Hülsen sind
vorteilhafter Weise durch Verschweißen etc. eines bestimmten
Bereiches, zum Beispiel am oberen und unteren Ende miteinander verbunden,
so dass ein über die Medienzuleitungen unter Druck eingebrachtes
Medium, in der Regel ein Fluid, nicht zwischen den Hülsen
austreten kann.
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Mit
der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung kann daher
eine effiziente, höhenverstellbare Sattelstützklemmung
realisiert werden. Dabei ist der rohrförmige, durch die
Klemmflächen zu fixierende Gegenstand eine Sattelstütze
z. Bsp. für einen Fahrradsattel. Damit lässt sich
eine einfache, wirkungsvolle und sichere Klemmung der Sattelstütze
erreichen.
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Die
hier vorgeschlagene hydraulische Sattelstützklemmung lässt
sich aber nicht nur mit der erfindungsgemäßen
Klemmvorrichtung realisieren, sondern kann auch mit den bekannten
insbesondere hydraulischen Klemmhülsen realisiert werden.
Außerdem ist es möglich, andere hydraulisch betätigbare Vorrichtungen
zur Klemmung einer Sattelstütze zu verwenden. Solche Vorrichtungen
sind bei Fahrrädern bei hydraulisch betätigten
Bremsen (MAGURA) und bei Scheibenbremsen bekannt. Sie las sen sich bei
entsprechender Konstruktion für die vorgeschlagene Lösung
einer höhenverstellbaren Sattelstütze verwenden.
Die im Vergleich zur erfindungsgemäßen Vorrichtung
weniger kompakte Bauweise ist in bestimmten Bereichen des Bergradfahrens,
zum Beispiel beim sogenannten Downhill, nicht von Nachteil, da es
dort weniger auf Gewichtsersparnis als auf Robustheit ankommt.
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Bei
allen erfindungsgemäßen Sattelstützklemmungen
kann die Sattelstütze mit der Kraft einer Feder, die zum
Beispiel eine Gasfeder, eine Spiralfeder oder ein Elastomer sein
kann, beaufschlagt werden. Damit sind Voraussetzungen geschaffen,
die eine insbesondere fernbedienbare Höhenverstellung eines
Fahrradsattels während der Fahrt ermöglichen.
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Nach
einer Ausbildung der Erfindung ist die Klemmvorrichtung so beschaffen,
dass sie in das Sattelrohr eines Fahrradrahmens integrierbar ist
oder sogar eine bauliche Einheit mit diesem bildet. Im ersteren
Fall ist es möglich, mit Klemmvorrichtung für Sattelstützen
als Zubehör anzubieten. Im zweiten Fall lässt
sich Platz und Gewicht sparen, da ein Teil des Sattelrohres gleichzeitig
den Hüllkörper der Klemmvorrichtung bilden kann,
in dem die Medienzuleitungen bereits integriert sein können.
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Wenn
die Sattelstütze während des Fahrens verstellt
werden soll, ist es von Vorteil, wenn Mittel vorgesehen sind, die
ein Verdrehen der Sattelstütze um die Längsachse
verhindern. Das könnte beispielsweise eine Längs-Nut-und-Feder-Konstruktion sein
oder ein mehrkantiges Innen- und Sattelrohr oder dergleichen.
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Es
ergibt sich für den Fachmann von selbst, dass die erfindungsgemäße
Klemmvorrichtung auch nach dem Prinzip der kinematischen Umkehr
so realisiert werden kann, dass die Klemmflächen nach außen
wirken und so einen die Hülse umschließenden Körper
fixieren. Die Lösung einer derartigen Aufgabe besteht in
einer Klemmvorrichtung zur lösbaren kraftschlüssigen
Fixierung eines Gegenstandes bestehend aus einer Hülse,
die mindestens eine unter Druck elastisch verformbare Klemmfläche
aufweist, wobei gemeinsam gespeiste Medienzuleitungen zu jeder Klemmfläche
vorgesehen sind, wobei jede Klemmfläche durch eine Ausnehmung
am Innenmantel der Hülse (2) gebildet ist und
der Innenmantel der Hülse druckdicht ab geschlossen ist.
Auch bei dieser Klemmvorrichtung können die Klemmflächen
zur Erzielung einer optimalen Klemmung axial und/oder radial verteilt
angeordnet sein.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine
Klemmvorrichtung in der Seitenansicht (Schnitt B-B) und in der Draufsicht
(Schnitt A-A)
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2 eine
Detaildarstellung des Ausschnitts Z aus der Seitenansicht B-B
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3 eine
Explosionszeichnung der Klemmvorrichtung
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4 einen
Ausschnitt aus einem Fahrradrahmen mit höhenverstellbarer
Sattelstütze
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5 eine
Sattelstütze mit Klemmvorrichtung mit hoch gestelltem Sattel
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6 eine
Sattelstütze mit Klemmvorrichtung mit tief gestelltem Sattel
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7 eine
Sattelstütze mit alternativer hydraulischer Klemmvorrichtung
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8 eine
Explosionszeichnung der alternativen hydraulischer Klemmvorrichtung
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9 eine
dreidimensionale Prinzipskizze der alternativen hydraulischen Klemmvorrichtung
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1 zeigt
eine Klemmvorrichtung K in der Seitenansicht (Schnitt B-B) und in
der Draufsicht (Schnitt A-A). Sie besteht aus einem Außenrohr
als Hüllkörper 1 in das eine Hülse 2,
beispielsweise in Schrumpf- oder Presspassung eingebracht ist. Beide Rohre
sind oben und unten an den Positionen 3 und 4 miteinander
verbunden. Die Verbindung kann eine Schweiß-, Löt-,
Klebe- oder Schraubverbindung sein. Je nach Ausführung
der weiter unten erwähnten Medienzuführung muss
die Verbindung gegebenenfalls mediendicht erfolgen. Im Bereich B1
sind über den Umfang der Hülse 2 obere
Klemmungsverjüngungen 7 und im Bereich B2 untere
Klemmungsverjüngungen 6 eingebracht. Diese Klemmungsverjüngungen 6, 7 sind
beispielsweise durch Ausfräsungen des Außenmantels
der Hülse 2 hergestellt und bilden die Innenseiten
der elastischen Klemmflächen 6, 7.
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Am
Hüllkörper 1 befindet sich die Medienzuführung 5. Über
diese erfolgt die Zufuhr eines möglichst inkompressiblen
Mediums wie Öl (Hydrauliköl). Im Innenmantel des
Hüllkörpers 1 und/oder im Außenmantel
der Hülse 2 sind radiale- und axiale Medienzuleitungen 8 und 9 vorgesehen, über
die das Medium an die Innenseiten der elastischen Klemmflächen 6, 7 herangeführt
werden kann. Die Medienzuleitungen 8, 9 werden
beispielsweise durch fräsen von Nuten in die Mantelflächen
hergestellt. Bei anderen Ausführungsformen könnten
auch Rohrzuleitungen verwendet werden, die beispielsweise in tiefere Ausfräsungen
eingebracht oder von außen zugeführt werden können.
Die radiale, im Ausführungsbeispiel symmetrisch gewählte
Verteilung der Klemmflächen 6, 7 ist
im Schnitt A-A deutlich zu erkennen. Kommt es auf die Symmetrie
der Klemmung nicht an, kann auch eine andere beispielsweise einseitige
Verteilung der Klemmflächen gewählt werden.
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2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts Z
aus der Seitenansicht B-B. Hier ist die radiale Medienzuleitung 8 und
die axiale Medienzuleitung 9 deutlich zu erkennen. Diese
Medienzuleitungen 8, 9 verbinden alle Innenseiten
der elastischen Klemmflächen 6, 7.
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In
der Explosionszeichnung gemäß 3 ist der
Aufbau der Klemmvorrichtung unter Verwendung gleicher Bezugszeichen
zusätzlich verdeutlicht.
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Wird
nun ein Medium, beispielsweise Öl oder eine andere Hydraulikflüssigkeit
unter Druck über die radiale Medienzuführung 5 und
die radialen- und axialen Medienzuleitungen 8, 9 an
die Innenseiten der elastischen Klemmflächen 6, 7 gebracht,
so verformen sich diese elastisch radial nach Innen in Richtung
der Kraftpfeile 10, 11, 12 und setzen
ein – in 2 nicht dargestelltes – Rohr,
das in die Hülse 2 eingebracht ist, fest. Das
Hydrauliksystem wird vor dem Befüllen mit der Hydraulikflüssigkeit
evakuiert. Gegebenenfalls kann dazu eine Entlüftungsschraube oder ähnliches
vorgesehen werden.
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Die
konstruktive Ausgestaltung des Hüllkörpers 1,
und der Hülse 2, der radialen und axialen Medienzuleitungen 8, 9,
der unteren und oberen Klemmungsverjüngungen sowie deren
Anzahl und Verteilung über den Umfang ist dabei dem Fachmann überlassen.
Sie hängt im wesentlichen von den Abmessungen und der gewünschten
Klemmkraft ab. Für eine Klemmvorrichtung K für
eine Sattelstütze S hat der Hüllkörper 1 beispielsweise
eine Länge von 85 mm und einen an das Sattelrohr SR angepassten
Außendurchmesser von 31,6 mm mit einer Rohrstärke von
1,2 mm. Die Hülse 2 hat die gleiche Länge
und eine Rohrstärke von 1 mm. Die Klemmungsverjüngungen 6, 7 sind
etwa 120 qmm (Quadratmillimeter) groß und Verjüngen
sich vom Außenrand zur Mitte zu einer Materialstärke
von ca. 0,4 mm. Die verbleibende Materialstärke hängt
dabei vom Material selbst sowie vom zur Verfügung stehenden
Druck und der benötigten elastischen Verformung ab.
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Ausführungsformen
zur kinematischen Umkehr der erfindungsgemäßen
Klemmvorrichtung sind vom Fachmann im Rahmen seines Fachkönnens
realisierbar.
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4 zeigt
einen Ausschnitt aus einem Fahrradrahmen mit höhenverstellbarer
Sattelstütze S. Die Klemmvorrichtung K kann in das Sattelrohr
SR eingebracht werden. Innerhalb der Sattelstütze S befindet
sich eine Gasfeder GF, die am unteren Ende der Klemmvorrichtung
K abgestützt ist. Die Klemmvorrichtung K oder nur das Außenrohr 1 bzw.
die Hülse 2 kann dazu nach Bedarf länger
sein als in 1 gezeigt. An die radiale Medienzuführung 5 ist
eine Hydraulikleitung 13 angeschlossen, die entlang des Oberrohres
OR des Fahrradrahmens zum Lenker L geführt ist und dort
an einer Fernbedienung F endet. Über die Betätigung
des Hebels der feststellbaren Fernbedienung F kann die Fixierung
der Klemmvorrichtung K beispielsweise nach dem Kniehebelprinzip ausgelöst
werden. Wird sie gelöst, so kann die Sattelstütze
S durch das Gewicht des Fahrers nach unten gedrückt oder
durch Entlastung während der Fahrt ausgefahren werden,
wobei beide Hände am Lenker L bleiben können.
Die konstruktive Ausgestaltung einer entsprechenden Fernbedienung
liegt im Können des Fachmann. Im Fahrradbau, insbesondere
bei Mountainbikes gibt es bereits Hydrauliksysteme, beispielsweise
für Scheibenbremsen. Anstelle einer Gasfeder kann auch
eine gewöhnliche Spiralfeder etc. verwendet werden.
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5 zeigt
die Prinzipskizze einer Sattelstütze S mit Klemmvorrichtung
K mit hoch gestelltem Sattel. Im Gegensatz zu 4 ist
hier keine Fernbedienung F gezeigt sondern die Betätigung
der Klemmvorrichtung K erfolgt hier direkt an dieser selbst mittels
eines Drehknebels D unterhalb des Sattels. 6 zeigt
dieselbe hydraulische Sattelstützklemmung wie 5 im
tief gestellten Zustand.
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Die
erfindungsgemäße Klemmvorrichtung K arbeitet zuverlässig
und weist bedingt durch den Kraftschluss kein Spiel auf, so dass
einerseits Knarrgeräusche – auch unter dynamischer
Belastung – vermieden werden und es andrerseits nicht spielbedingt
zu einem Verschleiß des Systems kommen kann. Die radiale
Klemmkraft wirkt gleichmäßig auf die Sattelstütze
S und klemmt diese optimal mit hoher Steifigkeit. Im ungeklemmten
Zustand wird die Sattelstütze in den Klemmbereichen nahezu
spielfrei geführt, so dass sich das Sattelrohr leichtgängig
verschieben lässt. Bei der hier beschriebenen Lösung kann
zudem ein durchaus sinnvoller Verstellbereich von 180 (einhundertachtzig)
Millimetern realisiert werden. Weiterhin ist die die Gasfeder geschützt
in der Sattelstütze angeordnet. Die Klemmvorrichtung lässt
sich kompakt und leicht herstellen.
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Die 7, 8 und 9 zeigen
eine alternative hydraulische Klemmvorrichtung K zur Befestigung
einer Sattelstütze S. Dabei sind über den Umfang
einer Hülse 20 drei Kolbenvorrichtungen 22 angeordnet,
die nach dem Prinzip einer Scheibenbremse, wie sie an Fahrrädern
zu finden sind arbeiten. Die Kolbenvorrichtungen 22 sind über
gemeinsame Hydraulikleitungen 21 miteinander verbunden, wobei
das Hydraulikfluid über die Medienzuleitung 5 eingebracht
wird. Die Hülse 20 wird von außen über das – hier
nur gezeigte – obere Ende des Sattelrohres SR (vgl. auch 4)
geschoben und dort befestigt. Das Sattelrohr SR ist am oberen Ende über
seinen Umfang verteilt mit Schlitzen 23 versehen. Bei Druckbeaufschlagung
werden die Bolzen an den Außenmantel des Sattelrohres SR
gepresst wobei diese wiederum die Lammelen 25 des geschlitzten
Sattelrohres SR an die Sattelstütze kraftschlüssig
andrücken.
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9 zeigt
eine dreidimensionale Prinzipskizze der alternativen hydraulischen
Klemmvorrichtung, wobei die rechte Hälfte aufgeschnitten
ist und den Blick auf das Sattelrohr SR sowie die Kolbenvorrichtung 22 freigibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4330634
A [0002]
- - DE 3000637 A [0003]
- - DE 20022353 U1 [0004]