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FEDERBEIN FÜR EIN FAHRZEUG, INSBESONDERE FÜR EIN MOTORRAD B E S C
H R E I B U N G Die Erfindung betrifft ein Federbein für ein Fahrzeug, insbesondere
für ein Motorrad, bestehend aus einem Innen- und einem Außenrohr, welche teleskopartig
axial beweglich und abdichtend ineinander geführt sind und einen mit Dämpfflüssigkeit
und Gas gefüllten Innenraum begrenzen, wobei in diesem Innenraum mindestens eine
Feder angeordnet ist, die sich an relativ zueinander beweglichen Bauteilen abstützt.
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Bei einer Vorderradaufhängung für Motorräder ist es durch die DE-OS
3 145 950 bekannt, daß zur Verhinderung des Eintauchens der Vorderradgabel beim
Betätigen der Vorderradbremse ein Steuerkolben während des Bremsvorganges die Drosselöffnungen
zwischen den Arbeitskammern des Teleskopdämpfers verschließt. Damit während des
Bremsvorganges ein Ausfedern der Vorderradgabel ermöglicht wird, ist in einem Verschlußstutzen
des Teleskopstoßdämpfers ein mit einem Rückschlagventil bestückter Durchflußkanal
vorgesehen.
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Durch einen weiteren Durchflußkanal wird ermöglicht, daß während des
Bremsvorganges harte Stöße auf die Vorderradgabel abgefedert werden können Diese
Konstruktion bewirkt somit lediglich eine Änderung der Dämpfkraft.
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Zur Änderung der Federcharakteristik ist es durch die DE-OS 3 143
126 bekannt, eine als Gasfeder ausgebildete Fahrzeugfeder mit einer Einrichtung
zur Federvolumenänderung vorzusehen. Ein von der Fahrzeugfeder getrennt angeordnetes,
zusätzliches Federvolumen wird mittels eines brmsdruckabhängig betätigbaren Druckschalters
angesteuert.
Diese bekannte Konstruktion ist mit einem sehr hohen Bauaufwand behaftet, da die
zusätzliche Federkammer mit entsprechenden Verbindungsleitungen mit dem Federraum
des Federbeines zu verbinden ist und Einrichtungen erfordert, um den Druck im Federraum
auf einem vorgeschriebenen Wert zu halten und dadurch beispielsweise die Temperaturabhängigkeit
zu kompensieren.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Federbein mit einfachem
Aufbau zu schaffen, welches eine von einer Steuergröße abhängige Veränderung der
Federcharakteristik ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Hauptanspruches
gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Durch Anordnung eines Trennelementes im Innenrohr ist es ohne weiteres
möglich, @nn@ eine Änderung der Federcharakteristik in Abhängigkeit
einer Steuergröße zu erzielen. Der mit dem Trennelement zusammenwirkende Durchlaßquerschnitt
kann verschiedenartig ausgebildet sein, so daß als Steuergröße beispielsweise die
Geschwindigkeit der zueinander beweglichen Rohre, der Federweg oder ein von außen
betätigbarer Schalter oder Druckschalter dienen kann, Eine im Trennelement ständig
geöffnete Bohrung mit geringem Querschnitt oder die Ausführung des Trennelementes
mit Dämpfventilen gestattet eine geschwindigkeitsabhängig wirkende Änderung der
Federcharakteristik. Eine im Innenrohr angeordnete und in axialer Richtung begrenzte
Umgehungsnut oder ein Trennelement mit einer Öffnung, in welche ein mit dem Innenrohr
verbundener Stift eingreift, ergibt eine wegabhängig wirkende Steuergröße. Ein solcher
Stift kann mit einer Längenverstellvorrichtung versehen sein, wodurch das Einsetzen
der wegabhängigen Änderung der Federcharakteristik auf einfache Weise einstellbar
wird.
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Um beispielsweise bei einem Motorrad das Eintauchen der Teleskopgabel
während des Bremsvorganges weitgehend zu vermeiden, wird entsprechend einer weiteren
Ausführungsvariante im Trennelement ein Magnetventil angeordnet, welches beispielsweise
über einen vom Bremsflüssigkeitsdruck beaufschlagten Druckschalter angesteuert
wird,
Ebenso ist es ohne weiteres möglich, eine Änderung der Federcharakteristik dann
vorzunehmen, wenn das Fahrzeug mit schwerem Gepäck beladen wird. Dies kann vor dem
Beladen mittels eines willkürlich betätigbaren Schalters geschehen.
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Bei einer Ausführungsform, welche ein unten aus dem Außenrohr austretendes
Innenrohr aufweist und das Trennelement beidseitig von Federn beaufschlagt ist,
wird durch Schließen des Durchlaßquerschnittes das Trennelement hydraulisch blockiert,
wobei nur noch die obere Feder für die Federung wirkt und dementsprechend die Federrate
ansteigt. Damit ist eine fast beliebige Verhärtung der Federung zu erreichen, da
die Federn so ausgebildet werden können, daß diese an einer beliebigen Stelle in
der Dämpfflüssigkeit durch das Trennelement unterteilt werden können. Ebenso ist
es ohne weiteres möglich, verschieden steife Federn anzuwenden.
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Ist das Federbein dagegen so ausgebildet und eingebaut, daß das Außenrohr
mit seinem Boden nach unten weisend angeordnet ist, dann wird bei geschlossenem
Durchlaßquerschnitt im Trennelement beim Einfedern im unteren Arbeitsraum durch
das eintauchende Innenrohr Flüssigkeit verdrängt, wodurch sich ein Verschieben des
Trennelementes in Richtung zur oberen Feder ergibt, Die Feder weist in diesem Falle
einen gegenüber dem Eintauchweg größeren Federweg auf.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine fest mit dem Außenrohr
verbundene und Dämpfeinrichtungen aufweisende Trennwand angeordnet sein, welche
über einen federnden Anschlag mit dem Trennelement zusammenwirkt. Besonders bei
nach unten weisendem Außenrohr wird die beim Einfahren des Innenrohres in das Außenrohr
verdrängte Flüssigkeitsmenge in den Raum zwischen Trennwand und Trennelement verdrängt,
wodurch das Trennelement im Innenzylinder nach oben verschoben wird2 so daß auch
hier die Feder einen gegenüber dem Eintauchweg größeren Federweg besitzt. Auf diese
Weise wird bei einer solchen Konstruktion eine zusätzliche Vorspannung der Feder
erzielt.
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An Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen wird
die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen
Längsschnitt durch ein Federbein in schematischer Darstellung, wobei ein Innenzylinder
eine Umgehungsnut für ein Trennelement aufweist; Fig. 2 ein Federbein mit Dämpfventilen
im Trennelement; Fig. 3 ein Federbein mit einer wegabhängigen Änderung mittels eines
in eine Bohrung des Trennelementes eingreifenden Stift tes; Fig. 4 eine Abwandlung
der Ausführungsform gem. Fig. 3, wobei das Innenrohr nach unten austretend angeordnet
ist; Fig. 5 ein Federbein, dessen Trennelement einen durch eine Boh rung gebildeten
Drosselquerschnitt aufweist».
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Fig. 6 den Längsschnitt durch ein Federbein mit einem mit Dämpfventilen
versehenen Trennelement; Fig. 7 ein Federbein im Längsschnitt mit einem ein Magnetventii
tragenden Trennelement; Fig. 8 eine Ausführungsform des Federbeines mit einer zusätzlichen,
außen angeordneten Tragfeder; Fig. 9 den Längsschnitt durch ein Federbein, dessen
Außenrohr mit seinem Boden nach unten weisend angeordnet ist; Fig. 10 ein Federbein
im Längsschnitt, welches eine mit dem Boden des Außenrohres fest verbundene Trennwand
mit Dämpfeinrichtungen aufweist.
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Das Federbein gem. Fig. 1 besteht aus einem nach unten austretenden
Innenrohr 1, welches mit einem Innenrohrboden 2 verschlossen ist und in einem mit
einem Außenrohrboden 4 versehenen Außenrohr 3 geführt und abgedichtet ist Das Innenrohr
1 und das Außenrohr 3 begrenzen einen mit Dämpfflüssigkeit und Gas gefüllten Innenraum,
wobei im Bereich der Dämpfflüssigkeit ein Trennelement 9 angeordnet ist, welches
den Innenraum in zwei Arbeitsräume
5 und 6 unterteilt und einerseits
von einer Feder 7 und andererseits von einer weiteren Feder 8 beaufschlagt wird.
Im Bereich des Trennelementes 9 ist im Innenrohr 1 eine in axialer Richtung begrenzte
Umgehungsnut 10 vorgesehen, durch welche die Arbeitsräume 5 und 6 miteinander in
Verbindung stehen.
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Je nach Größe des Querschnittes der Umgehungsnut 10 wird eine wegabhängige
oder eine geschwindigkeits- und wegabhängige Änderung der Federcharakteristik des
Federbeines erzielt. Bei kleinem Querschnitt der Umgehungsnut 10 und schneller Einfederbewegung
wird das Trennelement 9 bei der Bewegung entgegen der Federkraft der Feder 8 gebremst,
so daß die Feder 7 einen Großteil der Einfederbewegung abzufangen hat. Auf diese
Weise wird die Federcharakteristik verändert, denn bei sehr schnellen Einfederbewegungen
ist nur die Federrate der Feder 7 für die Federcharakteristik maßgebend, was beispielsweise
bei gleich ausgebildeten Federn 7 und 8 dazu rührt, daß die Federkraft doppelt so
hoch als bei gleichmäßiger Wirkung der Federn 7 und 8 ist. Eine gleichmäßige Wirkung
der Federn 7 und 8 wird erhalten, wenn entweder die Einfederbewegung sehr langsam
erfolgt oder wenn der Querschnitt der Umgehungsnut 10 relativ groß gewählt ist.
Die Dämpfflüssigkeit fließt hierbei ungehindert aus dem Arbeitsraum 6 in den Arbeitsraum
5. Somit wird in dem Bereich, in dem die Umgehungsnut 10 wirksam ist, ein weiches
Einfedern erzielt, da die GesamtSederrate beider Federn 7 und 8 gleichmäßig wirkt
und bei gleichen Federn nur halb so groß als die Federrate einer Feder 7 oder 8
ist Wird beim Einfedern das Trennelement 9 auf der Innenwand des Innenrohres 1 über
das untere Ende der Umgehungsnut 10 geschoben, so wird durch das Trennelement 9
der Arbeitsraum 6 gegenüber dem Arbeitsraum 5 hydraulisch verschlossen, Ein weiteres
Einschieben des Trennelementes 9 wird verhindert und somit ist nur die Feder 7 am
weiteren Einfederungsvorgang beteiligt, so daß ab einem vorbestimmten Einfederungsweg
ein starker Anstieg der Federkraft erzielt wird. Die vorstehend beschriebene Arbeitsweise
des Federbeines nach Fig. 1 erfolgte ohne Berücksichtigung der Gasfüllung.
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Diese Gasfüllung ist ohne Bedeutung für die beschriebene Federcharakteristikänderung
und kann als zusätzliche Gas feder oder als druckloser Ausgleichsraum wirken, indem
dieser Gas raum über eine Belüftungsöffnung mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
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Das Federbein nach Fige 2 unterscheidet sich von dem gem. Fig 1 im
wesentlichen dadurch, daß eine außenliegende Tragfeder 13 vorgesehen ist und das
Trennelement 9 Dämpfventile 12 aufweist. In der Wirkungsweise unterscheidet sich
diese Ausführung im wesentlichen dadurch, daß nach dem überfahren der Umgehungsnut
10 das Trennelement 9 eine gedämpfte Bewegung ausführen kann, so daß auch in diesem
Bereich eine geschwindigkeitsabbängig wirkende Federcharakteristikänderung bezüglich
der Federn 7.und 8 erzielt wird.
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Beim Federbein gem. Fig. 3 ist das Außenrohr 3 mit seinem Außenrohrboden
4 nach unten weisend angeordnet während das Innenrohr 1 am Innenrohrboden 2 mit
einem Stift 15 versehen ist, der ab einem vorbestimmten Einfederweg in eine öffnung
14 des Trennelementes 9 eingreift. Solange dieser Stift 15 die Öffnung 14 freigibt,
stehen die Arbeitsräume 5 und 6 flüssigkeitsleitend miteinander in Verbindung. Bei
Überschreiten dieses Einfederweges verschließt der Stift ag die Öffnung 14 im Trennelement
9, so daß keine Dämpfflüssigkeit aus dem Arbeitsraum 5 in den Arbeitsraum 6 fließen
kann Bei weiterem Einfedern wird infolge der Verdrängung des in den Arbeitsraum
5 einfahrenden Volumens des Innenrohres 1 das Trennelement 9 entgegen der Kraft
der Federn nach oben verschoben, so daß hierbei außer der Änderung der Federrate
eine zusätzliche Vorspannung der Feder 8 erfolgt. Somit wird eine rein wegabhängige
Änderung der Federcharakteristik bewirkt.
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Ein Federbein mit einer ebenfalls wegabhängigen Änderung der Federcharakteristlk
ist in Fig. 4 dargestellt, wobei das Innenrohr 1 mit dem Innenrohrboden 2 nach unten
weisend eingebaut ist und der Stift 15 ab einem vorbestimmten Einfahrweg mit der
Öffnung 14 des Trennelementes 9 zusammenwirkt. Die Federung wird durch die Tragfeder
13 und die Federn 7 und 8 geschaffen, so daß in dem Bereich, in welchem die Öffnung
14 des Trennelementes 9 die Arbeitsräume 5 und 6 verbindet, die Federn 7 und 8 mit
der Tragfeder 13 zusammenwirken. Wird ab einem vorbestimmten Einfederweg durch den
Stift 15 die Öffnung 14 im Trennelement 9 verschlossen, so wird hierdurch das Trennelement
9 hydraulisch blockiert und für die Federung sind nur noch die Federn 7 und 13 maßgebend.
Da die Feder 8 in diesem Zustand nicht mehr an der Ab federung beteiligt
ist,
wird die gewünschte Änderung der Federcharakteristik er-.
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zielt.
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Eine geachwindigkeitsabhängige Änderung der Federcharakteristik zeigen
die Federbeine entsprechend den Figuren 5 und 6. In beiden Ausführungsformen ist
die Einbaulage insofern gleich, als das Außenrohr 3 nach unten weisend angeordnet
ist. In Fig. 5 ist der von Innenrohr 1 und Außenrohr 3 begrenzte Arbeitsraum 5 über
eine mit kleinem Querschnitt versehene Bohrung 16 im Trennelement 9 mit dem vom
Innenrohr 1 begrenzten Arbeitsraum 6 flüssigkeitsleitend verbunden. Die Ausführungsform
gem. Fig. 6 weist dagegen ein Trennelement 9 auf, welches mit Dämpfventilen 12 versehen
ist.
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Bei langsamer Einfederung ist die Drosselwirkung der Bohrung 16 sehr
gering, so daß die Feder mit der aus den Federn 7 und 8 resultierenden Federrate
wirksam ist und dementsprechend eine weiche Federung ergibt, Ist die Einfederbewegung
dagegen sehr schnell, erfolgt durch Drosselung in der Bohrung 16 ein Ansteigen der
Federrate, da mit steigender Geschwindigkeit auch die Federrate ansteigt, indem
im wesentlichen die Feder 8 die Federung übernimmt.
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Entsprechendes gilt auch für die Ausführung gem. Fig 6, Um beispielsweise
bei einem Motorrad das Eintauchen der Teleskopgabel weitgehend zu vermeiden, wird
in jedem Gabelholm ein Federbein entsprechend den Ausführungsformen nach den Figuren
7 bis 10 angeordnet. Hierbei wird das Trennelement 9 mit einem Magnetventil 17 versehen,
welches über einen Druckschalter 18 angesteuert wird, der vom Bremsflüssigkeitsdruck
beaufschlagt wird. Somit ist bei hydraulischen Bremsanlagen ein Schließen dieses
Magnetventiles 17 dann gewährleistet, wenn der Bremsflüssigkeitsdruck einen vorbestimmten
Wert übersteigt.
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Die Federbeine nach den Figuren 7 und 8 besitzen ein Innenrohr 1,
welches nach unten weisend angeordnet ist, wobei in dem vom Innenrohr 1 begrenzten
Arbeitsraum 6 eine Feder 8 vorgesehen ist, die sich auf dem Trennelement 9 abstützt.
Andererseits wird das Trennelement 9 von der im Arbeitsraum 5 liegenden Feder 7
beaufschlagt, Solange durch das im Trennelement 9 befindliche Magnetventil 17 der
Durchlaß zwischen den Arbeitsräumen 5 und 6 offengehalten Ist, wird eine relativ
weiche Abfederung gewährleistet
da die Federn 7 und 8 gemeinsam
wirken. Sobald beim Bremsen der vorgegebene Bremsflüssigkeitedruch überschritten
wird, erfolgt über den Druckschalter 18 die Betätigung des Magnetventiles 17 und
der Durchlaßquerschnitt zwischen den Arbeitsräumen 5 und 6 wird verschlossen. Dadurch
wird das Trennelement 9 im Innenrohr 1 hydraulisch blockiert und damit die Wirkung
der Feder 8 beim Einfedern aufgehoben. Die Einfederbewegung wird somit nur noch
von der Feder 7 aufgefangen2 die jedoch eine wesentlich höhere Feder rate als die
aus den Federn 7 und 8 gebildete Gesamtfederrate aufweist. Da die Gesamtfeder an
einer beliebigen Stelle im Ölbereich durch das Trennelement 9 unterteilt werden
kann, ist eine fast beliebige Verhärtung und damit Anderung der Federcharakteristik
zu erreichen. Die Federn 7 und 8 können somit unterschiedliche Federraten aufweisen4
Durch diese Maßnahme wird auf einfache Weise erreicht, daß heim Bremsvorgang die
gewünschte Änderung der Federcharakteristik eintritt und ein Eintauchen der Teleskopgabel
weitgehend vermieden wird, ohne daß ein Blockieren zwischen den zueinander beweglichen
Federbeinteilen stattfindet.
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Das Federbein gem. Fig. 8 unterscheidet sich von dem gem. Fig. 7 dadurch,
daß außen am Federbein - zwischen den zueinander beweglichen Teilen - eine Tragfeder
13 angeordnet ist, wobei jedoch die Federcharakteristikänderung des aus den Federn
7 und 8 gebildeten Federsystemes in derselben Weise funktioniert wie bei der Ausführungsform
gem. Fig. 7.
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Wird beim Federbein nach Fig. 9 beim Bremsen durch den Druckschalter
18 das Magnetventil 17 im Trennelement 9 geschlossen, so kann keine Dämpfflüssigkeit
aus dem vom Innenrohr 1 und Außenrohr 3 begrenzten Arbeitsraum 5 in den vom Innenrohr
1 begrenzten Arbeitsraum 6 fließen. Ein weiteres Einfedern bewirkt, daß durch das
einfahrende Volumen des Innenrohres 1 das Trennelement 9 entgegen der Kraft der
Feder 8 nach oben verschoben wird, da das Flüssigkeitsvolumen im Arbeitsraum 5 gleich
bleibt. Somit wird beim Bremsvorgang nicht nur die Feder 7 hinsichtlich ihrer Wirkung
auageschaltet, sondern gleichzeitig die Feder 8, welche während des Bremsvorganges
als Feder wirksam ist, durch das Trennelement 9 weiter vorgespannt Auf diese Weise
wird erzielt, daß der Federweg der Feder 8 beim Einfedern des Federbeines größer
als
der Einfederweg ist.
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Beim Federbein nach Fig. 10 ist im Innenrohr 1 eine Trennwand 19 vorgesehen,
welche Dämpfeinrichtungen aufweist und fest mit dem Boden 4 des Außenrohres 3 verbunden
Ist, Bei geöffnetem Magnetventil 17 liegt das Trennelement 9 über die Anschlagfeder
24 auf der Trennwand 19. Im Arbeitsraum 5 sind außerdem Arbeitsräume 22 und 23 vorgesehen,
wobei der Raum 22 über im Rohr SO befindliche Öffnungen 21 mit dem Arbeitsraum 5
verbindbar ist, während der Raum 23 über ein Dämpfventil mit dem Raum 22 und über
ein weiteres, in der Trennwand 19 angeordnetes Dämpfventil mit dem Arbeitsraum 5
verbindbar ist, Bei geschlossenem Magnetventil 17 ist der Flüssigkeitsaustausch
zwischen den Arbeitsräumen 5 und 6 unterbunden, wobei ein weiteres Eintauchen des
Innenrohres 1 in das Außenrohr 3 bewirkt5 daß das Trennelement 9 nach oben - entgegen
der Feder 8 - verschoben und somit eine Vor spannung der Feder 8 erzielt wird. Eine
solche Ausführungsform eignet sich auch für Gasdruckfederbeine, wobei die Trennwand
19 ohne weiteres im Gasraum angeordnet sein kann, Beim Verschließen der Durchlaßöffnung
im Trennelement 9 wird der unterhalb des Trennelementes 9 befindliche Gasraum vom
oberhalb des Trennelementes 9 liegenden Gasraum abgetrennt, so daß nur noch der
oberhalb des Trennelementes 9 angeordnete Teilgasraum die Federung übernimmt. Gerade
bei Gasfederbeinen ist ohne weiteres eine Trennung der Gasräume innerhalb des Federbeines
durch ein solches Trennelement 9 möglich, allerdings ist dafür Sorge zu tragen,
daß dieses Trennelement 9 an einem Anschlag im Innenrohr 1 oder an einem anderen
Bauteil zur Anlage kommen kann, um dadurch den unterhalb des Trennelementes 9 liegenden
Gasraum wirkungsmäßig vom Gesantgasraum abzutrennen.