DE69600417T2

DE69600417T2 - Fahrradaufhängungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69600417T2
Application number: DE69600417T
Authority: DE
Inventors: Jamie W. Calgary Alberta T2N 0Z3 Calon; James B. Calgary Alberta T2W 3T8 Klassen
Original assignee: Outland Sports Inc
Current assignee: Outland Sports Inc
Priority date: 1995-01-25
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2016-01-26
Also published as: JP3952317B2; EP0723907A1; JPH0911968A; US5628524A; EP0723907B1; CA2168064A1; DE69600417D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Fahrräder und noch genauer ein kompressibles hinteres Aufhängungssystem dafür, das eine effiziente Energieübertragung bietet, aber dennoch eine nachgiebige Aufhängungsfunktion vorsieht, wenn das Fahrrad auf rauhem Gelände gefahren wird.
Stoßdämpfende hintere Aufhängungen für Fahrräder sind bekannt. Jedoch haben sie sich im allgemeinen in der Praxis nicht als voll zufriedenstellend erwiesen.
Bei den meisten hinteren Aufhängungsbaugruppen schwenkt die Hinterachse um einen einzigen Punkt, wenn sie Stoßkräften augesetzt ist, beispielsweise wenn rauhes Gelände überquert wird. Bei diesen Ausführungen neigen die Tretkräfte, die von dem Fahrer ausgeübt werden, dazu, die Feder- /Dämpferbaugruppe der hinteren Aufhängung entweder zusammenzudrücken oder auszufahren. Diesbezüglich wird die Feder-/Dämpferbaugruppe der hinteren Aufhängung von der Tretkraft beeinflußt und ein Teil der Energie des Fahrers wird nutzlos verschwendet.
Dieser Effekt wird durch die allgemeine Neigung hinterer Aufhängungssysteme deutlich, entweder zu blockieren oder " zu hocken", wenn der Fahrer tritt. Da die meisten dieser Systeme einen einzigen Hebelarm aufweisen, der um eine einzige Achse schwenkt, tritt das Blockieren oder Hocken im allgemeinen als Folge der Kettenspannung auf, die auf den einzigen Hebelarm wirkt. Wenn sich die einzige Schwenklinie über der Kettenlinie befindet, blockiert die Aufhängung und/oder "bockt auf", wodurch lediglich dann ein Nachgeben vorgesehen ist, wenn die Schlag- oder Stoßkraft die Kettenspannung übersteigt. Umgekehrt, wenn sich der einzige Drehpunkt des Aufhängungssystems unter der Kettenlinie befindet, hockt sich das System typischerweise, da die Kettenspannung derart wirkt, daß sie die Feder- /Dämpferbaugruppe des hinteren Aufhängungssystems ähnlich einer Schlag- oder Stoßkraft zusammendrückt.
Die US-A-5244224 sieht ein Beispiel eines bekannten kompressiblen hinteren Aufhängungssystemtyps zur Verwendung bei Fahrrädern vor. Der Sitz und die Hinterradgabel bilden einen dreieckigen Teilrahmen mit Drehhalterungen bei den oberen und unteren Enden. Die unteren Drehgelenke sind mit dem unteren Ende eines Schwinghebels verbunden, der um einen hinteren Fortsatz der Tretkurbel schwenkt. Wenn sich das hintere Rad aufwärts bewegt, wird das untere Ende der Schwinge nach hinten gezogen, was bewirkt, daß das obere Ende des Schwinghebels in die entgegengesetzte Richtung schwenkt, um einen Stoßdämpfer zusammenzudrücken, der daran angebracht ist. Dieses System zeigt die Schwächen herkömmlicher Aufhängungssysteme wie solcher, die in den vorstehenden Absätzen erörtert wurden.
Die vorliegende Erfindung hat die vorstehend genannten Probleme gelöst und sieht eine kompressible hintere Aufhängung für ein Fahrrad mit einem Kettenantrieb vor, welcher ein pedalbetätigtes Antriebskettenrad und eine Hinterradnabe umfaßt,
wobei der Kettenantrieb eine Hinterradgabellänge aufweist, welche der Abstand der Achse des pedalbetätigten Antriebskettenrads nach hinten zu der Achse der Hinterradnabe ist, welche Hinterradgabellänge durch einen variablen Wert CSL dargestellt ist; und
wobei die Aufhängung Mittel zum Bewegen der Hinterradnabe in einer Richtung im wesentlichen nach oben längs einer gesteuerten Radverfahrbahn in Antwort auf eine Kompression der Aufhängung aufweist, in welcher die Position der Nabe entlang der Bahn von einem vorbestimmten Ausgangspunkt, bei welchem die Aufhängung ausgefahren ist, durch einen variablen Wert D dargestellt ist, welcher mit zunehmender Kompression der Aufhängung zunimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen sich verlagernden Drehpunkt bereitstellen, welcher die gesteuerte Radverfahrbahn bildet und dadurch, daß die gesteuerte Radverfahrbahn umfaßt:
eine bevorzugte Pedalposition bei einer vorbestimmten Position Dp, welche sich längs der Radverfahrbahn befindet;
ein unteres Kurvensegment, welches im wesentlichen unterhalb der Position Dp verläuft, bei welchem es mit zunehmender Kompression des Aufhängungssystems eine zunehmende Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, derart, daß das erste Ableitungsverhältnis
eine Kurve mit einer im wesentlichen positiven Steigung ist, so daß das zweite Ableitungsverhältnis
im wesentlichen positiv ist; und
ein nach oben und nach vorne gekrümmtes oberes Kurvensegment, welches im wesentlichen oberhalb der Position Dp verläuft, bei welchem es mit zunehmender Kompression des Aufhängungssystems eine abnehmende Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, derart, daß das erste Ableitungsverhältnis
eine Kurve mit einer im wesentlichen negativen Steigung ist, so daß das zweite Ableitungsverhältnis
im wesentlichen negativ ist.
Vorzugsweise umfaßt das untere Kurvensegment der gesteuerten Radverfahrbahn ein erstes unteres Bogensegment mit einem nach vorne verlaufenden gemittelten Radius, der größer ist als der eines Bogens von konstantem Radius von der Antriebskettenradachse zu der hinteren Nabenachse. Das obere Kurvensegment dagegen umfaßt vorzugsweise ein Bogensegment mit einem nach vorne verlaufenden gemittelten Radius, der etwas kleiner ist als der des unteren Bogensegments, wobei das untere Bogensegment das obere Bogensegment bei einem Wendepunkt benachbart der Position Dp trifft, so daß es einen Spitzenwert der Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, wenn D die Position Dp erreicht und sich über sie bewegt.
Das erste untere Bogensegment kann ein Bogensegment mit einem nach vorne verlaufenden gemittelten Radius umfassen, der sich einer unendlichen Größe nähert, so daß sich das untere Kurvensegment einer nach vorne geneigten geradlinigen Bahn nähert. Ferner kann das untere Bogensegment auch ein zweites Bogensegment unter dem ersten umfassen, wobei das zweite Bogensegment einen nach hinten verlaufenden gemittelten Radius aufweist, so daß das zweite Bogensegment relativ zu dem ersten Bogensegment entgegengesetzt gekrümmt ist, so daß es eine relativ schnelle Zunahme der Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, wenn sich D zu einem unteren Ende des unteren Kurvensegments bewegt, um dazu zu neigen, die Nabe entlang der Bahn zu der Position Dp nach oben zu drängen.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Fahrrad mit einer kompressiblen hinteren Aufhängung und einem Kettenantrieb vor, welcher ein pedalbetätigtes Antriebskettenrad und eine Hinterradnabe umfaßt,
wobei der Kettenantrieb eine Hinterradgabellänge aufweist, welche der Abstand der Achse des pedalbetätigten Antriebskettenrads nach hinten zu der Achse der Hinterradnabe ist, welche Hinterradgabellänge durch einen variablen Wert CSL dargestellt ist; und
wobei die Aufhängung Mittel zum Bewegen der Hinterradnabe in eine Richtung im wesentlichen nach oben längs einer gesteuerten Radverfahrbahn in Antwort auf eine Kompression der Aufhängung aufweist, in welcher die Position der Nabe entlang der Bahn von einem vorbestimmten Ausgangspunkt, bei welchem die Aufhängung ausgefahren ist, durch einen variablen Wert D dargestellt ist, welcher mit zunehmender Kompression der Aufhängung zunimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen sich verlagernden Drehpunkt bereitstellen, welcher die gesteuerte Radverfahrbahn bildet, und dadurch, daß die gesteuerte Radverfahrbahn umfaßt:
eine bevorzugte Pedalposition bei einer vorbestimmten Position Dp, welche sich längs der Radverfahrbahn befindet;
ein unteres Kurvensegment, welches im wesentlichen unterhalb der Position Dp verläuft, bei weichem es mit zunehmender Kompression des Aufhängungssystems eine zunehmende Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, derart, daß das erste Ableitungsverhältnis
eine Kurve mit einer im wesentlichen positiven Steigung ist, so daß das zweite Ableitungsverhältnis
im wesentlich positiv ist; und
ein nach oben und nach vorne gekrümmtes oberes Kurvensegment, welches im wesentlichen oberhalb der Position Dp verläuft, bei welchem es mit zunehmender Kompression des Aufhängungssystems eine abnehmende Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, derart, daß das erste Ableitungsverhältnis
eine Kurve mit einer im wesentlichen negativen Steigung ist, so daß das zweite Ableitungsverhältnis
im wesentlichen negativ ist.
Die Mittel zum Bewegen der Nabe längs der gesteuerten Radverfahrbahn können umfassen: (a) ein Steuerarmelement mit einem hinteren Ende, an das die Nabe angebracht ist, sowie einem vorderen Ende, und (b) eine Drehbaugruppe, die an dem vorderen Ende des Steuerarmelements angebracht ist, wobei die Drehbaugruppe umfaßt: Nockenmittel, die die Drehbaugruppe und einen vorderen Rahmenabschnitt des Fahrrads miteinander verbinden, wobei die Nockenmittel derart aufgebaut sind, daß sie das Rad in Antwort auf eine Kompression der Aufhängung längs der gesteuerten Radverfahrbahn lenken. Die Nockenmittel können umfassen: ein vorderes exzentrisches Nockenelement, welches an dem vorderen Rahmenabschnitt vor dem Antriebskettenrad drehbar gelagert ist, ein hinteres exzentrisches Nockenelement, welches an dem vorderen Rahmenabschnitt nahe dem und hinter dem Antriebskettenrad drehbar gelagert ist, und einen Rahmen, der an dem vorderen Ende des Steuerarmelements angebracht ist und mit dem vorderen Rahmenabschnitt durch die exzentrischen Nockenelemente verbunden ist.
Die exzentrischen Nockenelemente können jeweils umfassen: einen Spindelabschnitt, welcher in dem vorderen Rahmenabschnitt zur Drehung um eine erste Achse angebracht ist, und einen Lastabschnitt, welcher sich in einem Winkel von diesem erstreckt und eine zweite Drehachse bildet, die von der ersten Drehachse versetzt ist und sich parallel zu dieser erstreckt. Die Lastabschnitte der exzentrischen Nockenelemente sind vorzugsweise in dem Rahmen der Drehbaugruppe zur Drehung aufgenommen. Desweiteren können die Nockenmittel ferner Reibungsmittel zum Eingriff mit den exzentrischen Nockenelementen umfassen, um die Nachgiebigkeit der kompressiblen Aufhängung gegenüber externen Stoßkräften zu reduzieren, die eine vorbestimmte minimale Stoßkraft nicht überschreiten, und ein Reibungsmittel kann Reibmuffen zum drehbaren Halten der exzentrischen Nockenelemente zur Drehung relativ zu dem vorderen Rahmenabschnitt umfassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrrads mit einem hinteren Aufhängungssystem, das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Rahmens und der hinteren Aufhängung des Fahrrads von Fig. 1, welche diese in vergrößertem Detail zeigt;
Fig. 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Abschnitts des hinteren Aufhängungssystems, der benachbart dem Tretkurbelgehäuse des Rahmens angebracht ist;
Fig. 4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Abschnitts des Aufhängungssystems, der benachbart dem oberen Ende des Sitzrohres des Rahmens angebracht ist und der den Stoßdämpfer/Feder des Systems aufnimmt;
Fig. 5 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des hinteren Abschnitts des Aufhängungssystems, der die Befestigungspunkte für das Hinterrad des Fahrrads vorsieht;
Fig. 6 ist eine Aufrißansicht des unteren Drehabschnitts des Aufhängungssystems;
Fig. 7A ist eine Aufrißansicht des Rahmens von Fig. 2, die den unteren Drehabschnitt des Systems teilweise auseinandergebaut zeigt, um die exzentrischen Kurbelarme zu zeigen, die diesen Abschnitt der Baugruppe mit dem Fahrradrahmen verbinden;
Fig. 7B ist eine vergrößerte Ansicht des unteren Drehabschnitts der hinteren Aufhängungsbaugruppe, die in Fig. 7A gezeigt ist;
Fig. 8A - 8C sind aufeinanderfolgende, graphische Ansichten, die die Weise darstellen, auf welche die Bewegungen der zwei exzentrischen Kurbelarme miteinander arbeiten, wenn die Aufhängung zusammengedrückt wird, um eine vorbeschriebene Bahn für die Bewegung des Hinterrads vorzusehen;
Fig. 9 ist eine graphische Ansicht der unteren Drehbaugruppe des Aufhängungssystems, die die Ausrichtung der Komponenten bei den Anfangs- und Endpunkten des Kompressionszyklus darstellt;
Fig. 10 ist eine der Fig. 9 ähnliche Ansicht, die die Ausrichtung in aufeinanderfolgenden 10º-Inkrementen, zeigt;
Fig. 11 ist eine der Fig. 10 ähnliche Ansicht, die jedoch das hintere Ende der Baugruppe und die Art zeigt, auf welche die Ausrichtungsveränderungen zwischen den Komponenten die vorbeschriebene Radverfahrbahn erzeugt;
Fig. 12 ist eine graphische Ansicht, die die Segmente der Bahn zeigt, der die Hinterradnabe während einer Kompression des Aufhängungssystems folgt;
Die Fig. 13A - 13D sind graphische Darstellungen ähnlich der Fig. 12, die eine Reihe von Radverfahrkurven zeigen, die von der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, und bei den der Hinterradgabelverlängerungseffekt in einem geringeren oder größeren Ausmaß über den verschiedenen Segmenten der Bahnen angewendet ist;
Fig. 14A ist eine graphische Darstellung der Hinterradgabellänge als Funktion der vertikalen Radverlagerung für die Radverfahrbahn, die in Fig. 13A gezeigt ist, wobei diese eine ausgeprägte Gegenkrümmung unterhalb des Wendepunkts aufweist;
Fig. 14B ist eine graphische Darstellung zweier Kurven, die (i) die Hinterradgabelverlängerung und (ii) die Steigung der Hinterradgabelverlängerungskurve für die Radverfahrbahn darstellen, die in Fig. 14A dargestellt ist, wobei die letztere die Hinterradgabelverlängerungsrate an jedem Punkt entlang der vertikalen Verlagerung der Hinterradnabe darstellt;
Fig. 14C ist eine graphische Darstellung zweier Kurven, die (i) die Hinterradgabelverlängerung und (ii) die Zunahme der Hinterradgabelverlängerungsrate bei zunehmenden Abständen entlang der S- förmigen Kurve als der vertikalen Verlagerung der Hinterradnabe gegenübergestellt darstellen, die in Fig. 14A gezeigt ist;
Die Fig. 15A - 15C sind graphische Darstellungen von Kurven ähnlich jenen, die in den Fig. 14A - 14C gezeigt sind, jedoch für die Radverfahrbahnkurve, die in Fig. 13C gezeigt ist, bei welcher der untere Abschnitt der Kurve von einer im wesentlichen geraden Linie gebildet ist;
Die Fig. 16A - 16C sind graphische Darstellungen ähnlich jenen, die in den Fig. 14A - 14C und 15A - 15C gezeigt sind, jedoch für die Radverfahrbahn, die in Fig. 13D gezeigt ist, bei welcher der untere Abschnitt der Bahn von einer Vorwärtskurve gebildet ist, die einen größeren Radius aufweist als der der Kurve, die den oberen Abschnitt der Bahn bildet;
Fig. 17 ist eine graphische Darstellung ähnlich jenen, die in den Fig. 14C, 15C und 16C gezeigt sind, jedoch für eine Radverfahrbahn, die von einem nach vorne drehenden Aufhängungssystem des Stands der Technik vorgesehen ist und das Fehlen des Hinterradgabelverlängerungeffekts bei den entsprechenden Punkten bei der Arbeitsbewegung des Systems des Stands der Technik zeigt;
Fig. 18 ist eine graphische Darstellung ähnlich jener, die in Fig. 17 gezeigt ist, jedoch für ein Aufhängungssystem des Stands der Technik vom viergliedrigen Verbindungstyp, wobei sie wiederum das Fehlen des Hinterradgabelverlängerungseffekts bei den gewünschten Punkten während der Kompression zeigt;
Fig. 19 ist eine Aufrißansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ähnlich jener ist, die in den Fig. 2-7 gezeigt ist, bei welcher jedoch beide exzentrischen Kurbelelemente unter dem Kurbellager und ferner näher zusammen angebracht sind, welche Konstruktion die Festigkeit und Wirtschaftlichkeit der Baugruppe erhöht;
Fig. 20 ist eine der Fig. 19 ähnliche Aufrißansicht, welche die untere Schwingarmbaugruppe von den anderen Komponenten entfernt zeigt, um ihre gegenseitige Beziehung deutlicher zu zeigen;
Fig. 21A ist eine Aufrißansicht des exzentrischen Kurbelmechanismus der Baugruppe, die in Fig. 19 gezeigt ist;
Fig. 21 B ist eine teilweise auseinandergezogene Aufrißansicht des exzentrischen Kurbelmechanismus der Fig. 21A;
Fig. 22 ist eine Grundrißansicht eines Querschnitts horizontal durch den exzentrischen Kurbelmechanismus der Fig. 19-21 B;
Fig. 23 ist eine Darstellung der Baugruppe, die in Fig. 22 gezeigt ist, in zerlegter Anordnung;
Fig. 24 ist eine der Fig. 22 ähnliche Ansicht, welche eine Grundrißansicht eines Querschnitts horizontal durch den vorderen Teil des exzentrischen Kurbelmechanismus des unteren Drehabschnitts der Baugruppe zeigt und eine Ausführungsform darstellt, bei welcher die Kugellager durch Reibmuffen ersetzt sind, um eine Reibdämpfungswirkung vorzusehen, wenn die Aufhängung zusammengedrückt wird;
Die Fig. 25A - 25B sind auseinandergezogene Ansichten, die erste und zweite Ausführungen für die exzentrischen Kurbelelemente zeigen, die in dem unteren Drehabschnitt des Aufhängungssystems verwendet sind, das in den Fig. 1-5 gezeigt ist;
Die Fig. 26A - 26B sind Aufrißansichten erster und zweiter Ausführungen von unteren Drehbaugruppen, bei welchen der Rahmen für die exzentrischen Kurbelelemente durch einen Fortsatz vorgesehen ist, der an dem vorderen Ende des Radsteuerarms angebracht ist;
Fig. 27A ist eine Aufrißansicht der unteren Drehbaugruppe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die in den Fig. 2-7B gezeigten exzentrischen Kurbelelemente durch eine exzentrische Lagerbaugruppe und einen Stirnnockenmechanismus ersetzt sind;
Die Fig. 27B - 27C sind Aufriß- und Querschnittsansichten der exzentrischen Lagerbaugruppe von Fig. 27A;
Die Fig. 28A - 28B sind Aufrißansichten der unteren Drehbaugruppen der ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei welchen die Radverfahrbahn von einer Nockenfläche in einem Schlitz, durch welchen ein Mitnehmerstift verfährt, bewirkt wird, wenn die Aufhängung zusammengedrückt wird, wobei bei der Ausführungsform, die in Fig. 28A gezeigt ist, die Nockenfläche an dem vorderen Rahmenabschnitt angebracht ist, und wobei bei der Ausführungsform, die in Fig. 28B gezeigt ist, die Nockenfläche an dem vorderen Ende des Hinterradgabelelements ausgebildet ist; und
die Fig. 29A - 29B sind Draufsichten des Kurvenschlitz/Mitnehmerstiftmechanismus der unteren Drehbaugruppen, die in den Fig. 28A bzw. 28B gezeigt sind.

Detaillierte Beschreibung

a. Überblick

Die vorliegende Erfindung sieht ein hinteres Aufhängungssystem vor, das Kräfte wirksam dämpft, die aufgrund von unebenem Gelände aufgenommen werden, das jedoch die Kompression/Ausfahrung der Aufhängung durch Kräfte minimiert, die von dem Fahrer während eines kräftigen und/oder ungleichmäßigen Tretens angelegt werden. Dies kann mittels eines Doppelexzenterkurbelmechanismus erreicht werden, der das Hinterrad entlang einer vorbestimmten Bahn bewegt, wenn die Aufhängung zusammengedrückt wird, so daß die Kettenspannung arbeitet, um den Abwärtskräften auf den Rahmen während ausgewählter Phasen des Kompressionszyklus entgegenzuwirken.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrrads 01 mit einem Rahmen 10, der ein hinteres Aufhängungssystem 12 gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt. Der Rahmen und das Aufhängungssystem weisen Befestigungsanschlußstücke für die folgenden Komponenten auf, die von allgemein üblicher Gestalt sind und deshalb selbst keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden: Vorder- und Hinterräder 02, 03, eine Lenkstangenbaugruppe 04, eine Sitzbaugruppe 05, einen Kurbelsatz 06, ein Kettentrieb/Kettenschaltungssystem 08.
Fig. 2 zeigt den Fahrradrahmen 10 und das hintere Aufhängungssystem 12 im vergrößertem Detail. Wie zu erkennen ist, ist der Beispielrahmen, der in Fig. 2 gezeigt ist, in der Gesamtausführung im allgemeinen einem herkömmlichen "Rauten"-Rahmen ähnlich: Der vordere Rahmenabschnitt 13 umfaßt ein im allgemeinen vertikales Sitzrohr 14 zum Halten der Masse des Fahrers, während ein kürzeres, im allgemeinen paralleles Kopfrohr 16 die Vordergabelbaugruppe 18 und die Lenkstangen trägt. Das Sitzrohr und das Kopfrohr sind durch ein im allgemeinen horizontales Oberrohr 20 und ein sich diagonal erstreckendes Unterrohr 22 verbunden und an ihren unteren Enden sind das Unterrohr 22 und das Sitzrohr 14 an einem zylindrischen Tretkurbelgehäuse 23 angebracht. Das Tretkurbelgehäuse erstreckt sich in horizontaler Richtung und nimmt einen herkömmlichen Kurbelsatz (d.h. Pedale, Kurbelarme, eine Kurbelwelle, Kettenkränze und zugehörige Komponenten) auf, durch welche die Antriebsspannung auf die Antriebskette ausgeübt wird; wie in dieser Beschreibung und den anhängenden Ansprüchen verwendet, umfaßt der Begriff Antriebs-"kette" nicht nur Fahrradketten, sondern ferner Antriebsriemen, Zahnriemen und ähnliche Kraftübertragungsvorrichtungen.
Obwohl, wie vorstehend angemerkt, die Rahmenbaugruppe, die bis jetzt beschrieben wurde, einen im allgemeinen üblichen Aufbau hat und deshalb den Vorteil aufweist, daß sie zur Verwendung mit mehr oder weniger standardisierten Komponenten, wie Sättel, Lenkstangenrohren usw. geeignet ist, ist zu verstehen, daß das Aufhängungssystem der vorliegenden Erfindung auch mit Fahrradrahmen verwendet werden kann, die andere Konfigurationen als die im allgemeinen üblichen Rahmenkonfigurationen aufweisen, die hier gezeigt ist.
Das hintere Aufhängungssystem 12 der vorliegenden Erfindung umfaßt drei miteinander verbundene Teilbaugruppen: (1) eine untere Drehbaugruppe 30, (2) eine obere Drehbaugruppe 32 und (3) eine hintere Schwingarmbaugruppe 34, wobei das Hinterrad bei dem Scheitel der letzteren in Achskerben (Ausschneidungen) 35a, 35b gelagert ist.
Wie nachstehend genauer beschrieben ist, umfaßt die untere Drehbaugruppe 30 einen Rahmen 36, der durch vordere und hintere exzentrische Kurbelelemente 38a, 38b an dem vorderen Rahmenabschnitt drehbar gelagert ist. Die obere Drehbaugruppe 32 dagegen umfaßt einen Schwingrahmen 40, der mittels einer Spindel 42 an dem Sitzrohr des Rahmenabschnitts drehbar gelagert ist. Der Schwingrahmen 40 verläuft sowohl vor als auch hinter dem Sitzrohr 14 und ist an seinem vorderen Ende an dem oberen Ende eines Feder/Stoßdämpfers 44 drehbar gelagert, wobei das untere Ende des Stoßdämpfers an einem Arm 46 in dem Sitzrohr drehbar gelagert ist. Das hintere Ende des Schwingrahmens ist bei Drehzapfen 48a, 48b an dem oberen Ende des oberen Steuerarmelements 50 der Schwingarmbaugruppe befestigt. Das Steuerarmelement ist gabelförmig, um erste und zweite sich nach hinten erstreckende Schenkel 52a, 52b zu bilden, die in etwa herkömmlichen Sitzstreben in allgemeiner Ausrichtung entsprechen. An ihren unteren Enden sind die zwei Schenkelabschnitte 52a, 52b bei Drehpunkten 54a, 54b an den hinteren Enden der zwei Schenkelabschnitte 56a, 56b des unteren Armelements 58 befestigt, dessen vordere Enden fest an dem Rahmen der unteren Drehbaugruppe 30 angebracht sind.
Die tatsächliche Radverfahrbahn, die durch das System der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, ist relativ komplex und wird nachstehend im Detail beschrieben. Dennoch wird die allgemeine Richtung der Aufhängungsbewegungen hier zum Zwecke des Überblicks zusammengefaßt. Wenn das Fahrrad auf unebenem Gelände gefahren wird, bewirkt eine Stoßbelastung, die an dem Hinterrad aufgenommen wird, daß sich das hintere Ende Schwingarmbaugruppe 34 auf und ab und entlang einer gekrümmten Bahn bewegt, wie durch den Pfeil 60 angedeutet. Gleichzeitig bewegt sich die Verbindung zwischen dem Armelement 50 und dem hinteren Ende der oberen Drehbaugruppe 32 auf und ab und entlang einer bogenförmigen Bahn, wie durch den Pfeil 62 angedeutet, was bewirkt, daß der Schwingrahmen der oberen Drehbaugruppe um die Spindel 42 schwingt. Dies wiederum komprimiert und entlastet den Stoßdämpfer 44 zwischen dem Ende der oberen Drehbaugruppe 32 und dem festen Rahmenarm 46.
Gleichzeitig mit diesen Bewegungen schwingt der Rahmen der unteren Drehbaugruppe 30 an den exzentrischen Kurbelelementen 38a, 38b um das Tretkurbelgehäuse, wie durch die Pfeile 66, 68 angedeutet. Wie nachstehend genauer beschrieben wird, beschreibt diese Bewegung die Kurve, der die Radachse folgt, wenn die Aufhängung zusammengedrückt wird und diese Bewegung fällt im allgemeinen in drei Phasen: Während der ersten Phase ist die kombinierte Bewegung der Exzenter derart, daß sich der effektive Drehpunkt der Baugruppe nahe dem hinteren exzentrischen Element befindet; während der zweiten Phase bewegen sich beide Exzenter gemeinsam, um der Bewegung der Baugruppe eine rückwärtige Komponente hinzuzufügen, wobei sich der Drehpunkt zu einem Punkt über dem Kurbellager bewegt; während der letzten Phase bewegt sich der Drehpunkt zu dem vorderen exzentrischen Element.
Das Ergebnis ist, daß diese kombinierten Bewegungen einen "virtuellen Drehpunkt" vorsehen, der sich derart verlagert, daß er eine komplexe Kurve festlegt, der von dem Hinterrad gefolgt wird, wenn die Aufhängung zusammengedrückt wird. Wie nachstehend genauer beschrieben wird, ermöglicht dies, daß das System an ausgewählten Punkten in dem Kompressionszyklus einen als "Hinterradgabelverlängerungseffekt" (d.h. eine effektive Zunahme des Abstandes zwischen dem Tretkurbelgehäuse 23 und der Achse des Hinterrads bei 35) anwendet. In denjenigen Phasen, in welchen der Hinterradgabelverlängerungseffekt zunimmt, bewirkt eine Zugspannung auf die Antriebskette, daß die Aufhängungsbaugruppe eine Aufwärtskraft auf den Rahmen in Antwort auf das Ausüben einer Abwärtskraft auf die Pedale vorsieht. Unterhalb dieser Position (hier als die "bevorzugte Pedalposition" bezeichnet) zu welcher die Aufhängung durch das Gewicht des Fahrers zusammengedrückt wird, der sich auf das Sitzrohr stützt, gibt es einen geringeren Hinterradgabelverlängerungseffekt mit dem Ergebnis, daß es dort einen geringeren oder minimalen Effekt an Kettenspannung auf die Aufhängung unterhalb der bevorzugten Pedalposition gibt, so daß sie gegenüber vertikalen Nichtantriebseingaben durch den Fahrer (d.h. Fahrergewicht) und gegenüber von dem Gelände erzeugten Stoßkräften nachgiebig bleibt. Der Nettoeffekt davon ist der, daß das System in der Lage ist, Treteingaben von Geländeeingaben zu "isolieren", d.h. daß sich die Aufhängung nicht aufgrund von Tretkräften komprimiert/ausfährt, die von dem Fahrer ausgeübt werden, aber gegenüber Unebenheiten des Geländes nachgiebig bleibt.
Nachdem ein Überblick über das System der vorliegenden Erfindung gegeben wurde, wird nun jede Unterbaugruppe genauer beschrieben und diesem folgt eine Beschreibung der Bewegung, die diese Elemente zusammenwirkend vorsehen.

b. Unterbaugruppen

i. Untere Drehbaugruppe

Fig. 3 bietet eine vergrößerte Ansicht der unteren Drehbaugruppe 30. Wie zu erkennen ist, umfaßt diese zwei im wesentlichen identische, flache Seitenplattenelemente 70a, 70b, die maschinell hergestellt, gegossen oder geschmiedet sein können, wie gewünscht. Jedes Plattenelement ist mit einer im allgemeinen zentralen Öffnung 72 versehen, die derart bemessen ist, daß sie das Tretkurbelgehäuse 23 aufnimmt und sich an den Bewegungsbereich anpaßt, den der Doppelexzentermechanismus relativ zu dem Rahmen vorsieht. Die Plattenelemente sind ferner vorzugsweise mit mehreren Aussparungsöffnungen oder Ausschnitten 74a - 74d zum Zwecke der Gewichtsminimierung ausgebildet; diese Ausschnitte können jede geeignete Größe und Gestalt aufweisen, wobei die im allgemeinen dreieckigen Öffnungen mit gerundeten Innenrippen, die in Fig. 3 gezeigt sind, als baulich besser ausgewählt wurden, aber auch eine besondere und ästhetisch gefällige Erscheinung bieten.
Die hinteren Enden der zwei Seitenplattenelemente 70a, 70b sind an dem vorderen Ende des unteren Steuerarmelements 58 fest angebracht, welches mit einem Montageblock 76 ausgeführt ist, der zwischen die Seitenplattenelemente paßt. Die zwei Schenkelabschnitte 56a, 56b des unteren Armelements erstrecken sich von diesem mehr oder weniger parallel zu den Seitenplattenelementen nach hinten, um einen offenen Bereich 78 zu bilden, der das Hinterrad aufnimmt.
Kreisförmige Öffnungen 80a, 80b sind nahe den vorderen und hinteren Enden jedes Seitenplattenelements 70 vorgesehen, um die Enden der exzentrischen Kurbelelemente 38a, 38b und ihre zugehörigen Lager 82a, 82b aufzunehmen; in der Ausführungsform, die dargestellt ist, sind die Enden der exzentrischen Kurbelelemente und die Lager in dem Rahmen von Klemmbolzen 84a, 84b gehalten. Die Hauptspindeln der exzentrischen Kurbelelemente sind zur Drehbewegung in vorderen und hinteren Rahmenansätzen 86, 88 (siehe ferner Fig. 7B) und Lagern 89a, 89b gelagert, wobei diese Rahmenansätze an dem Unterrohr 22 bzw. dem Sitzrohr 14 angebracht sind. Die spezifische Beziehung und Ausrichtung der exzentrischen Kurbelelemente wird nachstehend genauer beschrieben, es kann jedoch aus Fig. 3 erkannt werden, daß der Befestigungspunkt für das vordere Kurbelelement 38a vor und etwas über der zylindrischen Achse des Tretkurbelgehäuses 23 positioniert ist, während das hintere exzentrische Kurbelelement etwas hinter und unter diesem positioniert ist. Die voneinander beabstandeten Achsen dieser drei (d.h. des Tretkurbelgehäuses und der zwei exzentrischen Kurbelelemente) erstrecken sich somit im allgemeinen parallel zueinander.

ii. Obere Drehbaugruppe

Fig. 4 zeigt die obere Drehbaugruppe 32 in vergrößertem Detail. Wie zu erkennen ist, ähnelt diese in etwa darin der unteren Drehbaugruppe, daß der Rahmen 30 aus ersten und zweiten Seitenplattenelementen 90a, 90b besteht, die zueinander parallel angeordnet sind und sich in Richtung der Längsachse des Fahrrads erstrecken. Wie bei der unteren Drehbaugruppe sind die Plattenelemente 90a, 90b mit einer Reihe von Ausschnitten 92 versehen, um Gewicht zu reduzieren.
In einem mittleren Abschnitt des Rahmens sind die Seitenplattenelemente mit Öffnungen 94 versehen, die die Achse oder Spindel 42 und ihr zugehöriges Lager 96 aufnehmen, wobei dieses von Klemmbolzen 98 in den Plattenelementen gehalten wird. Die Spindel 42 erstreckt sich durch eine zusammenwirkende Bohrung in einem Rahmenansatz 100 an dem Sitzrohr. Jedoch ist, anders als die Exzenter der unteren Drehbaugruppe, die Spindel 42 ein Element mit gerader Achse, das eine einzige Drehachse vorsieht.
Das hintere Ende des Rahmens 40 ist an dem oberen Ende des oberen Steuerarmelements 50 drehbar gelagert. Bei der Ausführungsform, die dargestellt ist, sind die oberen Enden der zwei Schenkelabschnitte 52a, 52b durch eine Querstange 102 verbunden, von der sich erste und zweite Platten 104 in den Zwischenraum zwischen den zwei Seitenplattenelementen 90a, 90b erstrecken. Die Fortsatzplatten 104 sind mit zusammenwirkenden Bohrungen (nicht gezeigt) für die Innenenden der zwei Drehbolzen 48a, 48b versehen, wobei die Außenenden der Bolzen und ihre zugehörigen Lager 106 von Klemmbolzen 110 in Öffnungen 108 gehalten werden.
Bei dem vorderen Ende des Rahmens sind die zwei Seitenplattenelemente 90a, 90b mit Bohrungen 112 versehen, die einen Drehbolzen 114 aufnehmen, der sich durch eine Bohrung (nicht gezeigt) erstreckt, die in dem Ende 116 des Stoßdämpfers ausgebildet ist. Das untere Ende 118 des Stoßdämpfers ist mittels eines zweiten Drehbolzens 120 an dem Rahmen angebracht, welcher Bolzen sich durch eine Bohrung 122 erstreckt, die in dem vorstehenden Ende des Rahmenarms 46 ausgebildet ist.
Die Spindel 42 und die Drehbolzen 48, 114 und 120 sind derart angeordnet, daß ihre Achsen alle parallel zueinander liegen.
Der Stoßdämpfer 44 ist vorzugsweise von herkömmlichem Typ, wie beispielsweise eine FOXTM- oder RISSETM-Fahrradrückfeder- und - dämpfereinheit. Andere stoßdämpfende Mechanismen, die geeignete Feder- und Dämpfungscharakteristiken aufweisen, können für den Beispieltyp ersetzt werden, der vorstehend beschrieben wurde.

iii. Schwingarmbaugruppe

Fig. 5 zeigt das hintere Ende der Schwingarmbaugruppe 34 in vergrößertem Detail. Der Scheitel der Baugruppe ist mit linken und rechten Achsträgern 130a, 130b versehen, die im Gesamtaufbau in etwa herkömmlichen Hinterradachsausschneidungen ähneln und Schlitze/Aussparungen 35a, 35b aufweisen, in denen die Achse aufgenommen wird. Der rechte Achsmontageträger 130b kann ferner mit einem Kettenschaltungmontageansatz 132 ausgeführt sein.
Die sich nach vorne erstreckenden Angelabschnitte 134a, 134b der Achsmontageträger (Ausschneidungen) sind in den Schenkelabschnitten 56a, 56b des unteren Armelements 58 aufgenommen und darin fest angebracht. Die oberen Winkel 136a, 136b sind dagegen in den gabelförmigen unteren Enden 138a, 138b der Schenkel 52a, 52b des oberen Armelements 50 aufgenommen und an diesen durch Drehbolzen 140a (nicht gezeigt) und 140b gelagert. Die durch die Bolzen 140a, 140b vorgesehene Drehachse liegt parallel zu denjenigen der anderen Drehpunkte im System.

c. Betrieb

i. Hinterradgabelverlängerungseffekt

Bei einem Aufhängungssystem, welches bewirkt, daß die Hinterradgabellänge zunimmt, wenn das Rad vertikal bewegt wird, entwickelt sich eine Abwärtskraft auf das Rad, wenn die Kette gespannt wird, d.h. durch die Antriebseingaben an den Pedalen, wobei dies als "Hinterradgabelverlängerungseffekt" bezeichnet wird. Je größer die Zunahme der Hinterradgabellänge für eine gegebene vertikale Radverlagerung, d.h. je größer die Hinterradgabelverlängerungsrate, desto größer die Abwärtskraft auf das Rad, wenn die Kette gespannt wird. Die Hinterradgabelverlängerung, die sich über dem Bereich der Aufhängungsbewegung willkürlich entwickelt (wie bei vielen Aufhängungen des Stands der Technik) ist unerwünscht, weil sie bewirkt, daß das Fahrrad "zurücktritt", wenn das Rad durch das Gelände vertikal bewegt wird; ferner benötigen derartige Systeme eine übermäßig lange Kette und hintere Kettenschaltung, so daß ausreichend Spiel vorhanden ist, um die Abstandsveränderung auszugleichen. Ohne jegliche Kettenspannung andererseits ist es nicht möglich, irgendeine Aufwärtskraft auf den Rahmen vorzusehen, um der Abwärtstretkraft des Fahrers entgegenzuwirken. Durch Vorsehen der gesteuerten Bahn zur Bewegung des Hinterrads jedoch, die hier beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung allein in der Lage, ein sich veränderndes Maß an "Hinterradgabelverlängerungseffekt" anzulegen, das lediglich bereitgestellt werden, wo diese notwendig sind, um die Kräfte auszugleichen, die von dem Fahrer ausgeübt werden.
Die Basiskräfte, die auf die Aufhängung angelegt werden, sind folgende: (1) Masse des Fahrers oder "Nichtantriebs-" Eingaben (vertikale Abwärtskraft auf den Sitz und/oder die Tretkurbelmittelachse); (2) von dem Fahrer angelegte Pedalkraft oder "Antriebseingaben" (vertikale Kraft nach unten und/oder Drehmoment um die Tretkurbelspindelachse, die als Ergebnis der Kettenspannung eine Kraft nach vorne auf das Hinterrad anlegt); (3) die kombinierte Kraft der Feder und des Dämpfers (nach oben auf den Rahmen und nach unten auf die Hinterradmittelachse); und (4) die vertikale Geländeeingaben (geringfügig nach hinten und/oder nach oben auf die Hinterradmittelachse). Die vorliegende Erfindung verwertet selektiv den Hinterradgabelverlängerungseffekt, um die ersten drei dieser Kräfte auszugleichen, so daß sie von der vierten isoliert werden können; dies wurde erreicht, indem bestimmt wurde, welche Segmente der Radverfahrbahn mit der größten Kompressionskraft auf die Aufhängung durch die Treteingaben übereinstimmen und indem die Radbahn derart konfiguriert wurde, daß der entgegenwirkende Hinterradgabelverlängerungseffekt lediglich bei solchen Punkten stattfindet, wo er benötigt wird.
Das erste Segment der Bahn ist jenes, welches durchquert wird, wenn die Masse des Fahrers bewirkt, daß sich die Aufhängung zusammendrückt oder "sackt", was das Rad in die optimale Position zum Treten bringt, wobei dies hier als die "bevorzugte Pedalposition" bezeichnet ist. Die Radverfahrbahn der vorliegenden Erfindung ist gestaltet, um eine Hinterradgabelverlängerungszunahme bei diesem Punkt (d.h. bei etwa der bevorzugten Pedalposition) vorzusehen, so daß der Abwärtskraft auf den Rahmen durch eine Abwärtskraft auf das Rad als Folge der Kettenspannung entgegengewirkt wird; direkt über der bevorzugten Pedalposition ist es, wo bei den meisten Ausführungsformen das größte Hinterradgabelverlängerungsmaß vorgesehen ist, um kräftigen Abwärtstreteingaben entgegenzuwirken, die anderenfalls bewirken würden, daß die Aufhängung zusammengedrückt wird.
Wenn sich das Rad zum nächsten Segment der Bahn über der bevorzugte Pedalposition bewegt, hilft der zunehmende Widerstand der Aufhängungsfedereinheit (z.B. des Stoßdämpfers) dem Hinterradgabelverlängerungseffekt dabei, den Fahrertreteingaben entgegenzuwirken. Aus diesem Grund wird allmählich eine kleinere Hinterradgabelverlängerung benötigt, wenn sich das Rad zu der Spitze seiner Bahn bewegt, so daß das Endsegment der Bahn derart ist, daß ein minimaler Hinterradgabelverlängerungseffekt zu dessen Spitze eintritt, wo die entgegenwirkende Federkraft am größten ist.
Diese Radbahn kann von jenen, die bei Systemen des Stands der Technik vorgesehen sind, scharf unterschieden werden. Niedrige Drehaufhängungen, bei denen beispielsweise der Drehpunkt bei oder nahe der Tretkurbel ist, wenden eine sehr kleine Hinterradgabelverlängerung an und ermöglichen deshalb eine unerwünschte Bewegung der Aufhängung bei Radpositionen oberhalb der bevorzugten Pedalposition, was einen Verlust an Treteffizienz zur Folge hat. Hohe Drehausführungen dagegen wenden die Hinterradgabelverlängerung an, um den vertikalen Fahrereingaben entgegenzuwirken, verursachen jedoch eine zu große Verlängerung, insbesondere wenn sie für Aufhängungen mit langem Verfahrweg (z.B. über 3 Inches) verwendet werden. Überdies neigen hohe Drehsysteme dazu, das Hinterrad bei hartem Treten zu "übersteuern" und drängen es zum tiefsten Teil des Aufhängungshubs, wenn sich das Rad unter der bevorzugten Pedalposition befindet. Es kann hieraus den Anschein haben, daß ein Drehpunkt auf halbem Wege zwischen der hohen und der niedrigen Position optimierte Charakteristiken zur Folge hätte, dies ist jedoch in der Praxis aufgrund der vielen Variationen der Fahrposition und der Trettechniken (z.B. sitzend oder stehend, "schnell drehend" oder "stampfend", usw.) nicht realisierbar. Die vorliegende Erfindung erreicht eine umfassendere Lösung durch Verwendung eines "sich verlagernden" Drehpunktes, der Charakteristiken vorsieht, die jenen eines unteren Drehsystems an der Spitze und am Boden der Radbahn gleichen und jenen eines hohen Drehsystems gleichen, wenn sich das Rad direkt über der bevorzugten Pedalposition befindet, wo der größte Hinterradgabelverlängerungseffekt benötigt wird.

ii. Doppelexzenterverbindung

Die Doppelexzenterverbindung, die die Radverfahrbahn der vorliegenden Erfindung festlegt, bildet einen Teil der unteren Drehbaugruppe 30. Diese Baugruppe und die allgemeine Ausrichtung der vorderen und hinteren Exzenter 38a, 38b sind in Fig. 6 zu sehen, während die Fig. 7A - 7B die Baugruppe mit den freigelegten Kurbelelementen zeigen. Wie in dem vergrößerten Bereich 150 zu erkennen, umfassen die Exzenter 38a, 38b (die rechte Seite der Baugruppe ist spiegelbildlich identisch mit der Seite, die gezeigt ist) Spindelabschnitte 152a, 152b, die zur Drehung um ihre Primärachsen in Rahmenarmen 86, 88 und Lagern 89a, 89b gelagert sind, sowie versetzte Nasenabschnitten 154a, 154b, die in den entsprechenden Öffnungen 80a, 80b des Rahmens (siehe Fig. 6) aufgenommen sind.
Somit drehen die Spindelabschnitte, wenn die Aufhängung zusammengedrückt wird, in dem Rahmenabschnitt und die versetzten Nasenabschnitte 154 schwingen in bogenförmigen Bahnen, wie durch die Pfeile 156a, 156b gezeigt ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform, die dargestellt ist, betragen die Abstände zwischen den Primär- und Sekundärachsen etwa 7 Inches, wobei der Bereich von möglichen Abständen zwischen etwa 1" oder weniger bis etwa 23" liegt.
Fig. 7B zeigt ferner die Ausrichtung der zwei Kurbelelemente, wenn sich die Aufhängung in ihrer unkomprimierten Ausgangsstellung befindet; insbesondere ist das vordere exzentrische Kurbelelement 38a in diesem Zustand in eine Richtung nach oben und nach vorne ausgerichtet, so daß sich sein Nasenabschnitt etwa 90º von dem oberen Totpunkt befindet, während das hintere exzentrische Kurbelelement 38b derart ausgerichtet ist, daß sich sein Nasenabschnitt etwa 165º von dem oberen Totpunkt befindet.

iii. Wechselwirkung der exzentrischen Kurbelelemente während der Phasen der Radbewegung

In den schematischen Ansichten der Fig. 8A - 8C ist der vordere Exzenter durch ein vorderes Glied 160a dargestellt und der hintere Exzenter ist durch ein hinteres Glied 160b dargestellt. Die Bögen der Drehung der Glieder für jede Phase des Kompressionszyklus sind durch die zugeordneten Pfeile gekennzeichnet.
Fig. 8A zeigt die Bewegung für das erste (untere) Drittel der Radbewegung. Da es eine Differenz von etwa 90º in der Winkelausrichtung zwischen den zwei Exzentern in dem unbelasteten Zustand gibt, bewirkt das erste Drittel der Radbewegung eine größere Drehung des vorderen Glieds 160a (wie durch Pfeil 164 angedeutet) als des hinteren Glieds 160b (Pfeil 166). Dies verleiht diesem Segment der Radverfahrbahn einen Fokuspunkt (nachfolgend als Fokuspunkt "A" bezeichnet), der nahe dem hinteren Glied 160 angeordnet ist. Da das hintere Glied nahe dem Tretkurbellager angebracht ist, hat dies eine minimale Hinterradgabelverlängerung zur Folge, wobei die Hinterradgabelverlängerung während dieser Phase nicht erwünscht ist, da die Aufhängung unter dem Gewicht des Fahrers einfach nach unten in die bevorzugte Pedalposition "sackt".
Fig. 8B zeigt den Verknüpfungsvorgang während des mittleren Drittels der Radbewegung. Diese Phase beginnt bei oder nahe der bevorzugten Pedalposition, so daß dies der Punkt ist, an dem die Aufhängung den größten Widerstand gegenüber einer Kompression durch die Antriebseingaben benötigt. Wie in Fig. 8B zu erkennen, verlaufen die zwei Glieder zu Beginn dieser Phase nicht länger im rechten Winkel zueinander, sondern haben sich in eine annähernd parallele Ausrichtung bewegt. Als Folge drehen beide Glieder während dieser Phase um einen gleichen Betrag, wie durch die Pfeile 168, 170 angedeutet, und ihre kombinierte Bewegung bewirkt eine Bewegung der hinteren Strebe in eine allgemeinere Richtung nach hinten. Dies hat eine Verlagerung des "virtuellen Drehpunktes" zu einer Stelle merklich über dem Tretkurbellager (zu Fokus "B") zur Folge, und hat einen erhöhten Hinterradgabelverlängerungseffekt zur Folge, so daß eine Spannung, die durch die Treteingaben auf die Kette angelegt wird, eine Abwärtskraft auf das Rad bewirkt, was die Kräfte ausgleicht, welche über das Tretkurbellager auf den Rahmen ausgeübt werden. In der Praxis wurde diese Anordnung als derart effektiv erachtet, daß der Fahrer extrem unregelmäßige Treteingaben oder selbst einen Sprung auf der vordersten Pedale ausüben kann, ohne eine signifikante Kompression der Aufhängung jenseits der bevorzugten Pedalposition zu bewirken.
Die Endphase der Bewegung ist in Fig. 8C gezeigt, während welcher sich die Aufhängung in ihren vollständig zusammengedrückten Zustand bewegt. Zu Beginn dieser Phase, bei welcher sich das Rad bedeutend über der bevorzugten Pedalposition befindet, haben sich die Glieder 160a, 160b zu einer Ausrichtung zurückbewegt, die annähernd rechtwinklig (90º) zueinander ist, mit dem Ergebnis, daß eine Bewegung des hinteren Glieds relativ zu einer Bewegung des vorderen Glieds größer wird, wie durch die Pfeile 174 und 172 angedeutet. Dieses verlagert den Fokus der Radbewegung (hier als Fokus "C" bezeichnet) und bewegt den Drehpunkt näher zu dem vorderen Glied 160a, was den Hinterradgabelverlängerungseffekt reduziert Die Abwärtskraft, die die Kettenspannung auf das Rad erzeugt, hört deshalb während dieser Phase allmählich auf, obwohl die Kraft, die von der Feder ausgeübt wird, gleichzeitig zunimmt, um Antriebseingaben des Fahrers entgegenzuwirken.
Die Fig. 9 bis 11 veranschaulichen ferner die Weise, auf welche die Bewegungen der Verbindung, die vorstehend beschrieben sind, dazu dienen, die Radbahn zu steuern und festzulegen. Insbesondere zeigt Fig. 9 die Beziehung zwischen den exzentrischen Kurbelelementen zu Beginn und am Ende des Kompressionszyklus. Die Glieder 160a, 160b sind durch Kreise 180a, 180b schematisch angedeutet, wobei die Primärachsen (d.h. die Achsen der Spindelabschnitte der Exzenter) bei den Mittelpunkten der Kreise angedeutet sind, während die Sekundärachsen (d.h. diejenigen der exzentrischen Nasenabschnitte) durch Punkte auf den Umkreisen von diesen angedeutet sind. Die Achse der Tretkurbellagerbaugruppe ist in der Mitte des Kreises 182 angedeutet, der dem Tretkurbelgehäuse 23 entspricht. Folglich ist der Abstand zwischen den Nasenabschnitten der zwei exzentrischen Elemente durch ein erstes Liniensegment 184 von fester Länge dargestellt, während der Abstand des hinteren Exzenters zu der Achse des Hinterrads ein zweites Liniensegment 186 festlegt.
Wendet man sich ferner Fig. 9 zu, kann man erkennen, daß, wenn sich die Aufhängung zusammendrückt, sich die vorderen und hinteren Glieder, wie durch die Pfeile 188 angedeutet, drehen mit dem Ergebnis, daß die hintere Achse nach hinten und nach oben in Richtung des Pfeils 189 bewegt wird;
wenn dies geschehen ist, folgt die Hinterradachse (am Ende von 186-186') der vorstehend beschriebenen Bahn.
Fig. 10 ist der Fig. 9 ähnlich mit Ausnahme, daß sie die sequenziellen Positionen (in annähernd 10º-Intervallen) der zwei Liniensegmente im Verlauf des Kompressionszyklus zeigt. Fig. 11 dagegen zeigt die Bahn 190, welcher die Radachse beim hinteren Ende des Liniensegments 186-186' von fester Länge folgt, wobei die Richtung der Achsbewegung im allgemeinen nach oben durch den Pfeil 194 angedeutet ist.

d. Beschreibung der Radverfahrkurve

i. Grundaufbau

Fig. 12 zeigt die zusammengesetzte Beispielkurve 190 in vergrößertem Detail und dient dazu, die Relativverlagerung in Position zwischen den drei Foci "A", "B" und "C" während der drei verschiedenen Phasen der Aufhängungsbewegung darzustellen, die vorstehend erwähnt wurden. Der Fokus "A" des unteren Abschnitts 20 der Radbewegung kann an der vorderen (d.h. kettenspannenden) Seite der zusammengesetzten Bahn 190 sein. Während etwa des mittleren Drittabschnitts 202 der Bahn verlagert sich dann der Fokus "B" der zusammengesetzten Kurve hinter die Radverfahrbahn, weg von der Kettenspannungsseite. Während des oberen Abschnitts 204 der Radverfahrbahn verlagert sich der Fokus "C" schließlich wieder nach vorne zu der Kettenspannungsseite der Kurve. Aus den vorstehend angesprochenen Gründen erzeugt diese zusammengesetzte Kurve einen sich verändernden Hinterradgabelverlängerungseffekt, der dazu dient, die Treteingaben des Fahrers auszugleichen. Obwohl die gekrümmten Abschnitte der Radbahn keine einfachen Bögen sind, kann jeder so betrachtet werden, als ob er einen gemittelten Radius aufweist, wobei ein kleinerer Radius eine engere Kurve erzeugt und umgekehrt. Folglich kann man erkennen, daß der Mittelabschnitt der Bahn (Fokus "B") einen kleineren gemittelten Radius aufweist, der gleich oder kleiner als der der anderen zwei Abschnitten (Foci "A" und "C") sein kann. Dies liefert einen geradezu abrupten Übergang zu der Hinterradgabelverlängerungsphase unmittelbar über der bevorzugten Pedalposition genau dort, wo es am meisten benötigt wird, den Treteingaben entgegenzuwirken.
Es ist auch wichtig anzumerken, daß die primär wünschenswerten Charakteristiken der Aufhängung durch den ausgeprägten Hinterradgabelverlängerungseffekt (Fokus "B") bei der bevorzugten Pedalposition vorgesehen sind, gefolgt von dem "allmählichen Aufhören" des Hinterradgabelverlängerungseffekts in der nächsten Phase oberhalb dieser (Fokus "C"). Das untere Drittel der festgelegten Radverfahrbahn (d.h. Fokus "A") kann deshalb als ein wenig optional angesehen werden (und kann folglich bei einigen Ausführungsformen gestrichen werden), dadurch daß die Steigerungen, die es vorsieht, im Vergleich zu jenen, die von den nächsten zwei Segmenten der Bahn vorgesehen sind, stufenweise sind. Ferner kann der Radius des unteren Abschnittes der S-förmigen Bahn als etwa unendlich ausgewählt werden mit dem Ergebnis, daß dieser Teil der Bahn im Grunde gerade sein kann.
Die bevorzugte Pedalposition befindet sich vorzugsweise (obwohl nicht bei allen Ausführungsformen notwendigerweise) nahe oder geringfügig unter dem Wendepunkt oder der Zone zwischen den oberen zwei Segmenten, so daß es dort eine Zunahme des Hinterradgabelverlängerungseffekts (d.h. eine Zunahme der Hinterradgabelverlängerungsrate) gibt, wenn sich die Achse nach oben über die bevorzugte Pedalposition bewegt, und es dann eine Abnahme des Hinterradgabelverlängerungseffekts (d.h. eine Abnahme der Rate der Zunahme) gibt, wenn sich die Achse in den oberen Abschnitt der Kurve bewegt. Kurzum unmittelbar über der bevorzugten Pedalposition oder "Sack"-Position (bei etwa 1 Inch der Radbewegung in der dargestellten Ausführungsform) nimmt die Hinterradgabelverlängerungsrate signifikant zu; dann, nach einem vorbestimmten Maß an Radbewegung, das für das spezielle Fahrrad optimiert wurde (z.B. 1-2 Inches), verlangsamt sich die Rate oder nimmt ab.
Das Verlangsamen oder die Verminderung des Hinterradgabelverlängerungseffekts ist für Aufhängungen mit großem Verfahrweg am wichtigsten; wie vorstehend angemerkt, liegt der Grund dafür darin, daß, wenn sich das Rad zu dem oberen Ende seiner Bahn bewegt, die Feder einen zunehmenden Widerstand bietet und eine übermäßige Hinterradgabelverlängerungsrate in diesem Bereich eine unerwünschte Pedalrückwirkung und eine Spannung auf das Antriebsvorgelege bewirkt. Im Falle von Fahrrädern, die relativ bescheidene (z.B. etwa 3 Inches oder weniger) Beträge an hinterer Radbewegung aufweisen, mag es nicht notwendig sein, den Hinterradgabelverlängerungseffekt bei dem oberen Ende der Radverfahrbahn signifikant zu vermindern: Aufgrund des limitierten Betrags an Aufhängungsbewegung kann eine relativ einfache Kurve ausreichen, ohne einen übermäßig heftigen Pedalrücklauf zu entwickeln; beispielsweise kann eine Radverfahrbahn, die einen einfachen konkaven Bogen (relativ zu der Tretkurbelachse) beschreibt, für ein Straßenfahrrad geeignet sein, bei welchem große Beträge an Aufhängungsbewegung nicht benötigt werden.
Ein Maß an Hinterradgabelverlängerungseffekt ist ferner unter der bevorzugten Pedalposition erwünscht. Dies ist so, weil sich das Gewicht von dem Sitz, welcher fast genau über dem Hinterrad ist, zu dem Kurbellager überträgt, welches sich ein gutes Stück vor dem Hinterrad befindet, wenn der Fahrer auf den Pedalen steht. Folglich nimmt die Belastung auf die hintere Aufhängung ab, so daß die Aufhängung geringfügig dekomprimiert und dazu neigt, die Radachse zu einem Punkt zu bringen, der unter dem der bevorzugten Pedalposition ist. Folglich ist es wünschenswert, eine Radverfahrbahn bereitzustellen, bei welcher der untere Abschnitt der Kurve in einer relativ geraden Linie (oder in einer leicht konkaven Kurve) von der bevorzugten Pedalposition nach unten und nach vorne verläuft, so daß sich, wenn das Rad sinkt, sobald der Fahrer aufsteht, die Achse noch bei einem Punkt entlang der Kurve befindet, wo eine entgegenwirkende Kraft in Antwort auf die Treteingaben erzeugt wird.
Beispielsweise angenommen, daß die bevorzugte Pedalposition bei einem 1 Inch-Sackpunkt ist, wobei der Fahrer sitzt, wenn dann der Fahrer aufsteht und sein Gewicht sich zu der Vorderseite des Fahrrads verlagert, hat dies zur Folge, daß sich die Achse des Hinterrads entlang der Radverfahrbahn etwa 2/3 Inch nach unten bewegt; wobei eine sich nach vorne neigende "geradlinige" untere Teilkurve, die Steigung der Kurve an dem ersten Punkt, d.h. wenn der Fahrer steht, ähnlich jener ist, wenn der Fahrer sitzt.

ii. Kurvenvariationen

Die vorstehend beschriebene beispielhafte "S-förmige" Kurve ist bei vielen Anwendungen besonders vorteilhaft, vor allem bei extremen Geländebedingungen. Es ist jedoch zu verstehen, daß die vorliegende Erfindung über einen Bereich von Kurven ausgeführt werden kann, der für andere spezifische Anwendungen geeignet sein kann, wie Straßenfahrräder oder Fahrräder zum Leichtspurfahren.
Wie durch die Fig. 13A - 13D dargestellt, sieht die vorliegende Erfindung einen Bereich von Radverfahrbahnen vor, in welchem die beschriebenen Hinterradgabelverlängerungseffekte bei sich verändernden Maßen angewendet sind. Insbesondere stellen die Kurven, von links nach rechts (d.h. von Fig. 13D zu Fig. 13A) Radverfahrbahnen dar, die zunehmend ausgeprägte Verwendungen des Hinterradgabelverlängerungseffekts zu der bevorzugten Pedalposition hin aufweisen. Die "S-förmige" Zwischenbahn 190, die vorstehend beschrieben wurde, ist in Fig. 13B gezeigt. Ferner stellt die Kurve 208 als Bezug in jeder der Figuren einen Bogen von konstantem Radius von dem Kurbellager dar.
Entsprechend zeigt - ganz rechts Fig. 13D - eine erste Kurve 210, die vielleicht am besten zur Verwendung mit Systemen geeignet ist, die eine relativ begrenzte Aufhängungsbewegung aufweisen, wie (wie nachstehend detaillierter beschrieben wird) Systeme, bei welchen Muffen mit relativ großer Reibung für die Exzenter verwendet werden, um dazu zu dienen, die Aufhängungsbewegung in Verbindung mit Kettenspannungspedalkräften zu verhindern. Diese Kurve umfaßt im wesentlichen zwei Bögen, wobei der untere Abschnitt 216 einen bedeutend größeren Radius aufweist als der obere Abschnitt 218, d.h. der Radius von dem Kurbellager zu dem unteren Abschnitt ist größer als der von dem Kurbellager zu dem oberen Abschnitt. Folglich nähert sich der untere Abschnitt 216 mit großem Radius, obwohl nach vorne gekrümmt, ungefähr einer nach vorne steigenden geraden Linie, was die vorstehend beschriebene Reaktion gibt.
Fig. 13C dagegen zeigt eine Radverfahrkurve 220, die sich von der von Fig. 14D darin unterscheidet, daß der untere Abschnitt 222 der Bahn eine im wesentlichen geradlinige Steigung unter dem Wendepunkt 224 ist. Der Effekt ist darin dem der Kurve 210 ähnlich, daß sich dort eine Zunahme in der Hinterradgabelverlängerungsrate zu der bevorzugten Pedalposition fortsetzt, obwohl dies im Falle der Kurve 220 geringfügig ausgeprägter ist.
Wie vorstehend angemerkt wurde, stellt Fig. 13B die "S-förmige" Kurve 190 dar, die vorher beschrieben wurde. Wie zu erkennen ist, ist der entgegengesetzt gekrümmte Unterabschnitt 226 dieser Bahn ein wenig konvex um einen festen Punkt, der sich hinter der Bahn befindet. Folglich gibt es dort eine relativ ausgeprägte Zunahme der Hinterradgabelverlängerungsrate, die sich nach oben zu dem Wendepunkt 227 bewegt. Dies hat eine starke entgegenwirkende Kraft zur Folge, die in Antwort auf Treteingaben in diesem Bereich erzeugt wird, was dazu neigt, die Aufhängung nach hinten zu der bevorzugten Pedalposition zu zwängen oder "auszurichten". Es ist jedoch zur Kenntnis zu nehmen, daß der Gegenkrümmungsabschnitt der Kurve nicht in einiger Entfernung (z.B. etwa 1") unter der bevorzugten Pedalposition beginnt, da es in diesem Bereich unmittelbar unterhalb der bevorzugten Pedalposition wünschenswert ist, daß die Aufhängung gegenüber externen Stoßkräften relativ nachgiebig bleibt. Der obere Abschnitt 228 der Kurve 190 dagegen beginnt sich nach vorne zu biegen und sich bezüglich der Kurve 208 zu nähern, was eine abnehmende Rate der Zunahme der Hinterradgabelverlängerung darstellt. Wie vorstehend angemerkt wurde, ist dies wichtig, weil jenseits eines bestimmten Kompressionspunktes (z.B. 1 Inch über der bevorzugten Pedalposition) die entgegenwirkende Kraft, die durch die Treteingaben erzeugt ist, allmählich aufhören sollte, wenn die Abwärtskraft der Feder zu übernehmen beginnt.
Schließlich zeigt Fig. 13A eine übertriebenere "S-förmige" Kurve 230, bei welcher der untere Abschnitt 232 von einer ausgeprägten Gegenkrümmung gebildet ist, während der obere Abschnitt 234 im wesentlichen dem in Fig. 13B gezeigten ähnlich ist. Folglich sieht die Kurve, die in Fig. 13A gezeigt ist, eine noch stärkere, ausgeprägtere Tendenz vor, die Aufhängung bei der bevorzugten Pedalposition "zu zentrieren". Aus den vorstehend beschriebenen Gründen sind die ausgeprägten "S-förmigen" Kurven, die in den Fig. 13A und 13B gezeigt sind, am besten für Fahrräder geeignet, wo es eine geringe oder keine Verlagerung im Schwerpunkt aufgrund einer Verlagerung der Fahrerposition gibt, wie (als extremes Beispiel) bei Liegefahrrädern, wo der Fahrer zu jeder Zeit sitzen bleibt.

iii. Graphische Analyse

Die Fig. 14A - 14C, 15A - 15C und 16A - 16C sind Reihen graphischer Darstellungen, die drei der Beispielradverfahrbahnen entsprechen, die vorstehend beschrieben wurden, und ferner darstellen, wie der Hinterradgabelverlängerungseffekt an geeigneten Punkten der Aufhängungsbewegung angewendet wird.
Konkret entspricht die graphische Darstellung 240 in Fig. 14A der übertriebenen "S-förmigen" Kurve der Fig. 13A und zeigt den Abstand von dem Tretkurbellager als Funktion der vertikalen Verlagerung der Nabe. Die graphische Darstellung in Fig. 14B dagegen wurde durch Einfügen einer Kurve zu der graphischen Darstellung 240 der "CSL" (Hinterradgabellänge) als Funktion der vertikalen Bewegung der Radmitte ("Y") erzeugt. Von der ersten eingefügten Kurve 240 wurde dann die Rate der CSL-änderung bezüglich Y (die Steigung oder Ableitung) berechnet und aufgezeichnet, um die zweite Kurve 246 zu erzeugen, die die Rate der Zunahme der Hinterradgabellänge an jedem Punkt entlang der Kurve 244 darstellt.
Wie in Fig. 14B zu erkennen, tritt die größte Steigung und folglich der Spitzenwert der Rate der Zunahme der Hinterradgabelverlängerung etwa bei der 1 Inch "Sack"-Stelle 242 der bevorzugten Pedalposition ein. Mit anderen Worten beginnt die Kurve mit einer negativen Steigung, die dann über 0 steigt und dann abnimmt, so daß es einen maximalen Hinterradgabelverlängerungseffekt nahe der bevorzugten Pedalposition gibt.
Fig. 14C ist in etwa der Fig. 14B ähnlich, stellt jedoch die entsprechenden Kurven dar, die erzeugt werden, wenn der Steuerparameter der Abstand "S" ist, welcher von der Nabe entlang der Kurve/Bahn zurückgelegt wird, anstelle der vertikalen Verlagerung "Y" relativ zu dem Rahmen. Wie vorher stellt die Ableitung CSL', d.h. die Steigung der Kurve 250, die Hinterradgabelverlängerungsrate für jede Stufe der Radbewegung dar: Die CSL' als Funktion der S-Darstellung wird durch stufenweises Fortschreiten entlang der Kurve 250 und Berechnen von CSL' = ΔCSL)/ΔD erhalten, wobei ΔCSL und ΔD die kleinen Differenzen von CSL und D von einem Punkt zum nächsten sind. (Für kleinere und kleinere Stufen nähert sich dieses Verhältnis der Ableitung oder Steigung der Funktion CSL.)
Die graphische Darstellung der Ableitung CSL' erzeugt die Kurve 252, die in Fig. 15C gezeigt ist. Wie zu erkennen ist, tritt der Spitzenwert der Hinterradgabelverlängerungsrate bei einem Punkt 254 etwa bei Einheit 5 der Bewegung entlang der Kurve auf, welcher etwa bei dem 1 Inch-Sackpunkt (vertikale Verlagerung) ist. Die Darstellung von CSL & CSL' als Funktion von D zeigt somit deutlich die Zunahme der Hinterradgabelverlängerungsrate, die in der Nähe der bevorzugten Pedalposition eintritt.
Die Fig. 15A - 15C zeigen entsprechende graphische Darstellungen für die Radverfahrbahn der Fig. 13C, d.h. die Kurve 220, die eine relativ geradlinige Steigung im Bereich 222 unterhalb des Wendepunkts aufweist. Wie in den Fig. 15B und 15C zu erkennen ist (welche den Fig. 14B und 14C entsprechen und graphische Darstellungen von CSL als Funktion der vertikalen Position der Nabe bzw. CSL als Funktion des Abstands "D" entlang der Kurve sind), erreicht die Zunahme der Hinterradgabelverlängerungsrate ihren Spitzenwert genau über der bevorzugten Pedalposition, d.h. bei Punkt 262 längs der CSL-Darstellung 264 in Fig. 15B und bei Punkt 266 längs der CSL'- Darstellung 268 in Fig. 15C. Jedoch ist, wie aus einem Vergleich der Fig. 15C mit der entsprechenden Darstellung in Fig. 14C ohne weiteres ersichtlich, die Abnahme der Hinterradgabelverlängerungsrate insbesondere über der bevorzugten Pedalposition bei der Radverfahrbahn, die ein "geradliniges" unteres Segment aufweist, viel langsamer als es bei der S- förmigen Bahn der Fall ist.
Schließlich sind die Fig. 16A - 16C entsprechende Darstellungen für die Radverfahrbahn 210, bei welcher der obere Abschnitt der Kurve von einem Bogen gebildet ist, der einen Radius aufweist, welcher kleiner ist als der Radius des unteren Bogens, und bei welchem der untere Abschnitt von einem Bogen gebildet ist, der einen zweiten Radius aufweist, der größer ist als der erste und ferner größer als der Radius von dem Kurbellager. Wie in Fig. 16B zu erkennen, erzeugt dies eine vergleichsweise "gerade" Hinterradgabellängen (CSL)-Darstellung 270, wobei die Darstellung 272 lediglich eine sehr langsame Zunahme und Abnahme der Rate auf beiden Seiten des Spitzenwerts 274 zeigt.
Fig. 16C zeigt graphische Darstellungen von CSL und CSL' als Funktion D von ähnlich wie die Fig. 14C und 15C. Die CSL als Funktion von D-Kurve 276 ist wiederum eine fast gerade Linie, wobei die Steigung nur allmählich zu der oberen Grenze der Aufhängungsbewegung abnimmt. Folglich ist die CSL' als Funktion von S-Kurve 278 auch sehr flach, mit lediglich einer sehr langsamen Zunahme der Hinterradgabelverlängerungsrate zu einem Spitzenwert 280 nahe der bevorzugten Pedalposition, gefolgt von einem sehr langsamen allmählichen Auslaufen. Aus diesem Grund nähert sich die Kurve 410 dem praktischen Grenzwert einer Radverfahrbahn, die einen Hinterradgabelverlängerungseffekt gemäß der vorliegenden Erfindung vorsieht.
Die Fig. 17 und 18 entsprechen den Fig. 14C, 15C und 18C darin, daß sie graphische Darstellungen von CSL und CSL' als Funktion von D sind, jedoch die Kurven zeigen, die von zwei der fortgeschritteneren Aufhängungssystemen erzeugt sind, die im Stand der Technik existieren. Inbesondere ist Fig. 17 eine graphische Darstellung der Kurven, die von einem einzelnen nach vorne drehenden Konstruktionstyp erzeugt sind, der von mehreren Herstellern verwendet wird, während Fig. 18 eine graphische Darstellung der Kurven ist, die von einem System mit Viergliedgelenkmechanismus des Stands der Technik erzeugt sind.
Wie in Fig. 17 zu erkennen, ist die Kurve 282, die die Darstellung der Hinterradgabellänge (CSL) als Funktion des Abstands (D) entlang der Radverfahrbahn darstellt, die von dem Vorwärtsdrehsystem erzeugt ist, eine relativ geradlinige Kurve von allmählich zunehmender Steigung. Die Kurve 284, die die Ableitung CSL' als Funktion von D darstellt, zeigt deshalb lediglich eine konstant zunehmende Hinterradgabelverlängerungsrate, wenn sich die Aufhängung zusammendrückt. Der "Spitzenwert" bei den CSL und CSL' als Funktion von D-Kurven - welcher ein Schlüsselmerkmal der vorliegenden Erfindung ist - fehlt bei den Kurven 282, 284 vollständig. Überdies bewirkt, aus den vorstehend angesprochenen Gründen, die sich fortsetzende Zunahme der Hinterradgabelverlängerungsrate zu dem Maximumpunkt der Kompression eine unerwünschte Pedal "rückwirkung" bei derartigen Vorwärtsdrehsystemen.
Wie in Fig. 18 zu erkennen, leiden die Systeme mit Viergliedgelenkmechanismus des Stands der Technik im wesentlichen an dem umgekehrten Problem. Wie zu erkennen, weist die Radverfahrbahn 286 dieser Systeme eine Steigung auf, die über ihrem gesamten Bereich negativ ist. Folglich fehlt irgendeine Art von "Spitzenwert". entlang der graphischen Darstellung 288 von CSL' als Funktion von D, was veranschaulicht, daß die Systeme mit Viergliedgelenkmechanismus des Stands der Technik ebenfalls nicht in der Lage sind, den Hinterradgabelverlängerungseffekt zu bieten, der ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist.

iv. Mathematische Beschreibung der Kurven

Wie vorstehend gezeigt, kann die Gestalt der Kurve oder Bahn in Form von zwei relevanten Parametern beschrieben werden, d.h. der Hinterradgabellänge (CSL) und einem Abstand (D) entlang der Bahn, die von der Nabe beginnend bei der untersten Position der Aufhängung durchfahren wird. Wie vorher angemerkt, ist der Hinterradgabellängenparameter CSL einfach der Abstand von der Mittellinie der Pedalkettenwelle zum Zentrum der Hinterradnabe. Der Abstand D dagegen kann durch Auswählen einer Reihe von mit engem Abstand angeordneter Punkte entlang der Bahn und Zusammenzählen der inkrementalen Bogenlängen festgelegt werden, um einen Gesamtabstand entlang der Kurve festzulegen, den die Nabe von ihrer Ausgangsposition zurückgelegt hat.
Die erste Ableitung von CSL bezüglich D (welche auch die Steigung der Kurve CSL als Funktion von D genannt werden kann), stellt die Rate der Veränderung des CSL-Parameters bezüglich des Abstands D entlang der Kurve dar. Wenn sich die Radnabe entlang ihrer Bahn bewegt, beginnend von der untersten Position und sich im allgemeinen aufwärts bewegend, zeigt diese Rate zuerst eine Zunahme, wenn D zunimmt, erreicht einen Maximalwert und zeigt dann eine Abnahme bei einer weiteren Abnahme des Abstands D. Deshalb müssen sowohl eine Zunahme als auch eine Abnahme der Rate der Veränderung des CSL-Parameters vorhanden sein, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu bieten.
In mathematischer Form ist die Veränderungsrate, d.h. die erste Ableitung von CSL bezüglich des Abstands D definiert durch:
Rate = d(CSL)/d(D) = CSL'
Die Zunahme und Abnahme der Rate dagegen kann in Form der zweiten Ableitung von CSL bezüglich D beschrieben werden, d.h.:
d²(CSL)/(d(D))² = d(Rate)/d(D) = CSL",
wobei der Term CSL" positiv ist, wenn sich die Nabe entlang der Bahn nach oben bewegt, durch null verläuft und dann negativ wird, wenn sich die Nabe weiter nach oben bewegt.
Somit kann die Radverfahrbahn als das folgende umfassend beschrieben werden, in welchem Dp sich normalerweise nahe, jedoch nicht notwendigerweise unmittelbar bei der Verbindung der oberen und unteren Kurvenabschnitte befindet:
(a) eine bevorzugte Pedalposition bei einer ausgewählten Position DP, die sich entlang der Radverfahrbahn befindet;
(b) einen unteren Kurvenabschnitt, der im allgemeinen unter der Position DP verläuft, in welchem es eine zunehmende Hinterradgabelverlängerungsrate bei einer zunehmenden Kompression der Aufhängung gibt, so daß das Verhältnis
eine Kurve ist, die eine im allgemeinen positive Steigung darstellt und das Verhältnis
positiv ist, d.h. die erste Ableitung zunehmend und die zweite Ableitung positiv ist; und
(c) einen oberen Kurvenabschnitt, der im allgemeinen über der bevorzugten Pedalposition DP verläuft, in welchem es eine abnehmende Hinterradgabelverlängerungsrate bei zunehmender Kompression der Aufhängung gibt, so daß das Verhältnis
eine Kurve ist, die eine im allgemeinen negative Steigung darstellt und die Ableitung
negativ ist, d.h. die erste Ableitung abnehmend ist und die zweite Ableitung negativ ist.

e. Vereinfachter Doppelexzentermechanismus

Fig. 19 zeigt eine Aufhängungsbaugruppe 300 gemäß der vorliegenden Erfindung, die derjenigen, die mit Bezug auf die Fig. 2-10 beschrieben wurde, ähnlich ist und im wesentlichen die gleiche Radbahn vorsieht, bei welcher jedoch die Baugruppe und insbesondere der exzentrische Kurbelmechanismus ein wenig vereinfacht und verstärkt wurden.
Wendet man sich Fig. 19 zu, sind beide exzentrischen Kurbelelemente 302, 304 an einem nach unten verlaufenden Rahmenarm 306 unter dem Tretkurbelgehäuse 23 positioniert, während sich bei dem oberen Ende der Baugruppe ein Schwingarm oder oberes Verbindungselement 310 befindet. Wie bei der vorstehend beschriebenen ähnlichen Ausführungsform ist das vordere Ende des Schwingarmelements an dem oberen Ende einer Feder/Dämpfereinheit 44 drehbar gelagert; bei dieser Ausführungsform jedoch wurde der Hebelpunkt des oberen Glieds an dem Sitzrohr nach unten bewegt, um zu ermöglichen, daß das untere Ende der Feder/Dämpferbaugruppe an einem vereinfachten Arm 312 drehbar gelagert ist, der die unteren Enden der Sitz- und Unterrohre 14, 22 überbrückt. Dies ermöglicht ferner eine einfachere Anpassung an Rahmen kleinerer Größe.
Das untere Schwingarmelement 314 und das obere Schwingarmelement 316 sind im allgemeinen den entsprechenden Elementen ähnlich, die vorstehend beschrieben wurden, obwohl die Schmiedeteile/Gußteile für eine wirtschaftliche Herstellung und erhöhte Festigkeit vereinfacht worden sind.
Fig. 20 stellt die Kombinationsdrehbewegung der Doppelexzenter 302, 304 dar, die die gewünschte Radverfahrbahn vorsieht. Fig. 21 zeigt ebenfalls den ein wenig gabelförmigen Aufbau des nach unten verlaufenden Rahmenarms 306, welcher nach vorne und nach hinten verlaufende Abschnitte aufweist, die die zwei Kurbelelemente lagern.
Wie in den Fig. 21A - 21B zu erkennen ist, umfassen die vorderen und hinteren exzentrischen Elemente 302, 304 Drehverbindungsglieder 320, 322, welche obere Enden aufweisen, die durch Lager 324, 326 zur Drehbewegung in dem Rahmenarm 306 gelagert sind, sowie untere Enden, die durch Lager 328, 330 zur Drehbewegung an dem vorderen Ende des unteren Schwingarmelements 314 gelagert sind.
Wie in den Fig. 22 und 23 gezeigt, sind die oberen Enden 332, 334 der Kurbelverbindungsglieder 320, 322 gabelförmig, um einen Spalt zur Aufnahme der unteren Kante des Rahmenarms 306 zu bilden. Drehbolzen 336, 338 sind in Bohrungen 339, 340 in den oberen Enden der Verbindungsglieder eingeschraubt und erstrecken sich durch die Lager 324a,b und 326a,b, die sich in in den Seiten des Rahmenarms 306 ausgebildeten Ausnehmungen befinden. Sicherungsscheiben 341 a-d sind zwischen den Außenflächen der Lager 324, 326 und den Innenflächen der Drehverbindungsglieder 320, 322 sandwichartig angebracht.
Die unteren, nicht gabelförmigen Enden 342, 344der Kurbelverbindungsglieder weisen Bohrungen 346, 348 auf, die eine Stütze für die Mittelabschnitte der unteren Drehbolzen 350, 352 vorsehen. Die Außenenden der zwei unteren Drehbolzen sind in Ausnehmungen in einem vorderen Ende des unteren Schwingarmelements durch Lager 354a-d gelagert. Die Drehbolzen sind durch gehärtete Bolzen mit Bolzenköpfen 356, 358 an einem Ende und Gegenmuttern 360, 362 an dem anderen Ende vorgesehen, die mit Außenflächen der Lager 354a-d in Eingriff stehen, um einen vorbestimmten Betrag an Vorspannung vorzusehen. Die Innenflächen der Lager dagegen stehen mit Sicherungsscheiben 364a-d in Eingriff, die an die Außenflächen der zwei Drehverbindungsglieder 320, 322 stoßen. Um Schmutz und Wasser von den Lagern fernzuhalten, sind die Ausnehmungen in dem Schwingarmelement durch entfernbare Staubkappen 366a-d bedeckt.
Bei dieser Ausführungsform sind die Exzenter an dem Rahmen näher zueinander positioniert als bei dem Aufbau, der vorstehend beschrieben wurde. Folglich muß der Winkelunterschied der Exzenter signifikant kleiner sein; beispielsweise kann bei der speziellen Ausführungsform, die dargestellt ist, bei welcher der Abstand zwischen den Achsen der zwei Exzenter etwa 2,5 Inches beträgt, der Ausgangswinkel zwischen ihnen lediglich etwa 30º sein, z.B. 150º und 160º vor dem oberen Totpunkt.
Die Vorteile der Ausführungsform, die in den Fig. 19-23 gezeigt ist, liegen primär in ihren Kosten, ihrer Festigkeit, ihrer vereinfachten Herstellung und ihrer Brauchbarkeit. Beispielsweise verwendet die vereinfachte Ausführungsform weniger Teile und benötigt weniger Schweißarbeiten. Überdies ist es durch ein Bewegen der Doppelexzenter näher zueinander und ihres Positionierens unter dem Tretkurbelgehäuse nicht mehr länger notwendig, die Hinterradgabel-(d.h. das untere Schwingarmelement)-Baugruppe aus mehreren Teilen zu konstruieren, anstatt dessen jedoch können diese und die Verbindungsbefestigungen (genauso wie das sich drehende obere Verbindungsglied) als eine einzige Einheit hergestellt werden. Ferner vermindert die Reduktion der Anzahl an verwendeten Armen das benötigte Maß an Schweißarbeiten und Schrauben.
Die Ausführungsform, die in den Fig. 19-23 dargestellt ist, bietet ferner den Vorteil einer erhöhten seitlichen Stabilität. Erstens bringt die einstückige, bezüglich Scherbeanspruchungen verstärkte Gestaltung des oberen Verbindungsglieds 310 Drehkräften Widerstand entgegen, die auf das Hinterrad angelegt werden. Ferner ist der Widerstand gegenüber einer seitlichen Bewegung durch die Gestaltung des Hinterradgabel/unteres Schwingarmelement 314 erhöht. Erstens ist die einstückige Doppelgegenstrebengestaltung schon an sich steif; zweitens ist der vordere Exzenter durch das Bewegen der Doppelexzenter näher zueinander in der Lage, einen relativ größeren Prozentsatz an Stabilität des gesamten Drehmechanismus vorzusehen.
Die vereinfachte Baugruppe 300 ist ferner gegenüber Lager- und Muffentoleranzen weniger empfindlich, da die Primärkraft auf die Lager in dieser Ausführungsform eher linear als radial ist. Die Sicherungsscheibenmuffen können zwischen den Exzentern, Befestigungsarmen und der Hinterradbaugruppe als Preßsitz eingepaßt sein, um Spiel zu vermeiden. Während die Ausführungsform, die dargestellt ist, Bolzen verwendet, um die notwendige Vorspannung auf die exzentrischen Schafte vorzusehen, ist es ferner möglich, die gewünschte Vorspannung für die Sicherungsscheiben in den Teilen selbst maschinell herzustellen und somit die Notwendigkeit für Bolzen zu vermeiden und die Verwendung von einfachen und billigen Schaften und Federklemmen in Betracht zu ziehen.
Als noch einen weiteren Vorteil erfreut sich die Aufhängungsbaugruppe 300, die in den Fig. 19-23 dargestellt ist, einer signifikant erhöhten Langzeithaltbarkeit. Insbesondere durch die "parallele" Verteilung der Kräfte des Hinterradgabelelements zwischen den zwei Sätzen von Drehpunkten (im Gegensatz zu "hintereinander", wie bei einem Aufbau mit Viergliedgelenkmechanismus oder einem Horst-Verbindungsaufbau), sind die erkennbaren Effekte eines Langzeitverschleißes bedeutend vermindert.
Überdies können die Nennlager und die preiswerten Muffen auf einfache Weise ersetzt werden, wenn ein signifikanter Verschleiß eintritt.

f. Zusätzliche Konfigurationen

i. Reibmuffensystem

Fig. 24 zeigt den vorderen Teil einer unteren Drehbaugruppe 400, die im allgemeinen der unteren Drehbaugruppe ähnlich ist, die vorstehend mit Bezug auf Fig. 22 beschrieben wurde, außer, daß die Kugellager durch Reibmuffen ersetzt wurden. Folglich umfaßt die Baugruppe 400 das gleiche grundlegende untere Schwingarmelement 314, Drehverbindungselement 320 und Rahmenarm 306. Der obere Drehbolzen 410 ist jedoch von den Muffen 412a, 412b gehalten, die in Bohrungen 413 in dem Rahmenarm 306 angebracht sind. Die Außenenden des Drehschafts dagegen sind in Reiblagern 414a, 414b gelagert, die in zusammenwirkenden Bohrungen 416a, 416b in dem oberen Abschnitt des Kurbelverbindungsglieds 220 angebracht sind. Die Reibmuffen weisen nach innen gerichtete Druckflansche 418a, 418b auf, die mit entsprechenden nach außen gerichteten Druckflanschen 420a, 420b an dem ersten Satz Muffen in Eingriff sind. Sprengringe 422a, 422b in Aussparungen an den Enden der Drehschafte halten Unterlegscheiben 424a, 424b gegen die Seiten des Kurbelverbindungsglieds zurück, um die Baugruppe zusammenzuhalten. Auf gleiche Weise sind die Enden des Drehstabs dort, wo der unteren Drehschaft 430 mit dem vorderen Ende des Schwingarms 314 in Eingriff ist, in entsprechenden Muffen 432a, 432b und 434a, 434b gehalten, und der Drehschaft ist durch Sprengringe 436a, 436b und Unterlegscheiben 438a, 438b zurückgehalten.
Es wird zu verstehen sein, daß im wesentlichen identische Reibmuffenbaugruppen an dem hinteren Kurbelverbindungsglied verwendet sind, obwohl um der Klarheit willen, diese in Fig. 24 nicht gezeigt sind.
Der Vorteil der Reibmuffenausführung bezüglich dem "effizienteren" Kurbellagersystem, das vorstehend beschrieben wurde, ist der, daß die glatten Muffen ein geringes Reibungsmaß vorsehen, was dazu dient, eine Radbewegung bei normalem Fahren zu minimieren, während ermöglicht ist, daß die Aufhängung ausreichend nachgiebig bleibt, um irgendwelche signifikanten Stoßkräfte zu dämpfen, die entgegentreten. Folglich wird eine übermäßige Nachgiebigkeit (oder "Wackeln"), die bei der effizienteren Kugellagerausführung auftreten kann, minimiert oder eliminiert.
Überdies werden erhöhte Tretkräfte als Folge der Kettenspannung und der entgegenwirkenden Kraft, die aufgrund der Radverfahrbahn der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, von einer Zunahme der horizontalen Kräfte auf die Muffen begleitet. Der Nominaleffekt davon ist, den Widerstand zu erhöhen, der unter diesen Bedingungen von den Reibmuffen geboten wird, welcher dagegen die Aufhängung bei zunehmendem Pedalaufwand weniger nachgiebig und folglich effizienter macht.
Noch weiter, wenn Reibmuffen mit relativ großer Reibung an dem hinteren Exzenter verwendet werden, wird sich die Reibung, die von den Muffen angeboten ist, im größten Maß zeigen, wenn sich das Rad dem oberen Abschnitt seines Wegs nähert, mit anderen Worten, wenn sich die Aufhängung der Grenze ihrer Kompression nähert. Dies liegt daran, daß eine größere Drehung des hinteren Exzenters stattfindet, wenn sich die Radnabe zu dem oberen Ende der Kurve bewegt. Durch Vorsehen eines höheren Reibungskoeffizienten an den hinteren Muffen ist somit ein erhöhter Reibungsdämpfungseffekt an der Spitze der Radverfahrbahn vorgesehen. Dies "simuliert" die variable Dämpfungswirkung eines Stoßdämpfers, so daß Ausführungen, die das Reibmuffensystem verwenden, billigere Federn ohne viskose Dämpfung oder einen einfachen Urethanstoßfänger oder einen Querrahmen einsetzen können ohne Entwicklung einer übermäßigen Rückprallkraft der Feder bei voller Kompression.
Alle Muffen, die das gewünschte Reibungsmaß bereitstellen, können bei dieser Ausführung verwendet werden. Jedoch sind zu diesem Zweck insbesondere Blei-Teflon-imprägnierte poröse Bronzemuffen geeignet, wobei Muffen diesen Typs von Garlock, Inc., 1666 Division St. Palmyra, N.Y. 14522 und Permaglide-Muffen von INA Bearing Co. Ltd, 2200 Vauxhall Place, Richmond, B.C., Kanada V6 V 1Z9 erhältlich sind.

ii. Exzentrische Kurbelelemente

Die Fig. 25A und 25B zeigen erste und zweite Konstruktionen für die exzentrischen Kurbelelemente, die in dem Aufhängungssystem verwendet sind, welches vorstehend beschrieben wurde.
Speziell zeigt Fig. 25A eine erste Form des Kurbelelements 510, bei welchem es einen Spindelabschnitt 512 gibt, der durch eine in dem hinteren Rahmenansatz 88 ausgebildete zusammenwirkende Bohrung hindurchtritt. Die Nasenabschnitte dagegen sind von Endplatten 514 gebildet, die auf die Außenenden der Spindel 512 gepreßt oder auf diesen verkeilt sind, wobei versetzte Stiftelemente 516a, 516b in den kleineren, versetzten Bohrungen 518 der Endplatten angebracht sind.
Fig. 25B dagegen zeigt eine Form einer exzentrischen Kurbel, bei welcher es ein U-förmiges Joch 520 gibt (welches beispielsweise ein geschmiedetes oder gegossenes Element sein kann), das über den Rahmenarm 88 paßt und durch einen ersten Drehbolzen 522 an diesem angebracht ist. Die versetzte Halterung zur Befestigung an dem Drehbaugruppenrahmen ist durch einen zweiten Drehbolzen 524 vorgesehen, der durch ein in dem anhängenden Ende 528 des Jochs ausgebildete zusammenwirkende Bohrung 526 getrieben ist.

iii. Untere Dreharme

Die Fig. 26A und 26B zeigen Ausführungsformen, bei welchen der Rahmen der unteren Drehbaugruppe entweder über oder unter dem Tretkurbelgehäuse 23 vorbeiläuft statt dieses zu umgeben.
Insbesondere zeigt Fig. 26A eine Ausführungsform, bei welcher das vordere Ende des linearen Steuerarms 58 direkt an dem hinteren exzentrischen Kurbelelement 38b angebracht ist und über dieses hinaus unter dem Tretkurbelgehäuse 23 verläuft. Ein Fortsatzarmabschnitt 530 verläuft von dem vorderen Ende des Steuerarms nach oben und nach vorne und sieht den Befestigungspunkt für das vordere exzentrische Kurbelelement 38a vor. An der Innenverbindung 532 des Haltearms und des Fortsatzarms ist genügend Freiraum vorgesehen, um das Tretkurbelgehäuse während eines Betriebs der Baugruppe freizumachen.
Fig. 26B zeigt eine untere Drehbaugruppe, die im wesentlichen der von Fig. 27A gleich ist, ausgenommen daß ein Fortsatzarmabschnitt 534 vorgesehen ist, der über statt unter dem Kurbellager 23 vorbeiläuft.

iv. Exzentrischer Lagermechanismus

Die Fig. 27A - C zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher der hintere exzentrische Kurbelmechanismus durch eine exzentrische Lagerbaugruppe 540 ersetzt ist. Die exzentrische Lagerbaugruppe ist mit inneren und äußeren versetzten Lagerringen 542, 544 sowie einer Öffnung 546 versehen, die das Tretkurbelgehäuse/Kurbelsatz des Fahrrads umgibt.
Wie aus den Fig. 27B - 27C zu erkennen, ist die Drehachse des inneren Lagerrings 542 von der des äußeren Lagerrings 544 versetzt. Die inneren und äußeren Lagerringe können geeigneterweise Drehkugellager mit großem Durchmesser sein und sind durch eine geeignet geformte Abstandscheibe oder Matrize 548 verbunden. Da es die Lageranordnung zuläßt, daß der Rahmen 550 der unteren Drehbaugruppe auf einer exzentrischen Bahn um das Tretkurbelgehäuse dreht, wie durch Pfeil 552 angedeutet, sieht diese Baugruppe eine Bewegung vor, die jener entspricht, die von dem hinteren exzentrischen Kurbelelement in der Ausführungsform des Systems vorgesehen ist, die vorstehend beschrieben wurde.
Ein vorderes exzentrisches Kurbelelement wie jene, die vorstehend beschrieben wurden, kann in Verbindung mit der exzentrischen Lagerbaugruppe 540 verwendet werden. Alternativ stellt Fig. 27A eine Anordnung dar, bei welcher das exzentrische Kurbelelement durch einen frontalen Nockenmechanismus 560 ersetzt ist. Wie zu erkennen ist, umfaßt dieser eine Nockenfläche in Form eines Kanals 562, der in das vordere Ende des Rahmens eingeschnitten ist, sowie einen Nockenfolger in Form eines Stiftelements 564, der an dem vorderen Rahmenabschnitt des Fahrrads angebracht ist und von diesem in Eingriff mit dem Kanal 562 nach außen verläuft. Somit bewegt die Schwingbewegung der Drehbaugruppe das Stiftelement durch den Nockenkanal, was die Nockenbewegung verleiht, die durch den Pfeil 566 angedeutet ist, die derjenigen entspricht, die von dem vorstehend beschriebenen vorderen exzentrischen Kurbelelement erteilt wird.

v. Kurvenschlitz und Mitnehmermechanismus

Die Fig. 28A - 28B stellen zwei Konfigurationen einer unteren Drehbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, bei welcher die genaue Radverfahrbahn von einem Kanal oder einem Schlitz oder einem Kanal vorgesehen ist, der eine Nockenfläche aufweist, sowie von einer Rolle oder einem Bolzen, der in diesem Schlitz läuft, wenn die Aufhängung zusammengedrückt wird, um der Radverfahrbahn die gewünschte S-förmige Krümmung zu erteilen.
Insbesondere umfaßt bei der Konstruktion, die in Fig. 28A gezeigt ist, die Drehbaugruppe 570 eine Nockenplatte 572, die an und hinter dem Tretkurbelgehäuse 23 und dem Sitzrohr 14 angebracht ist, sowie einen Nockenfolger 514, der an dem vorderen Ende des unteren Schwingarmelements 576 angebracht ist. Die Nockenplatte 572 ist mit einem Schlitz 578 versehen, der Kanten aufweist, die eine Nockenfläche 580 bilden; die Gestalt der S-förmigen Nockenfläche 580 entspricht der S-förmigen Radverfahrbahn, jedoch in einer umgekehrten Ausrichtung.
Der Nockenfolger 574 dagegen ist von einem sich quer erstreckenden Rollenbolzen 582 gebildet; dieser paßt genau in den Nockenschlitz 578 in Eingriff mit dessen Nockenflächen, so daß der Folger der Bahn folgt, die von den Nockenflächen vorbeschrieben ist, wenn der Bolzen in einer vertikalen Richtung durch den Schlitz 578 läuft. Hinter dem Nockenfolger, jedoch noch zu seinem vorderen Ende hin, ist das untere Schwingarmelement 576 von einem Verbindungsarm 584 gehalten, der an seinem unteren Ende (Drehbolzen 586) an dem Schwingarmelement drehbar gelagert ist und an seinem oberen Ende (Drehbolzen 588) an einem Rahmenarm 587 an dem Sitzrohr.
Wenn das hintere Ende der unteren Schwingarmelemente vertikal in im allgemeinen durch den Pfeil 589 angedeutete Richtungen verlagert wird, wird folglich der Rollenbolzen 574 durch den Schlitz 578 in der Nockenplatte vertikal nach oben und nach unten angetrieben, so daß die Nockenfläche die hintere Achse drängt, der gewünschten Radverfahrbahn zu folgen.
Fig. 28B zeigt eine Drehbaugruppe 590, die im allgemeinen derjenigen ähnlich ist, die mit Bezug auf Fig. 28A beschrieben wurde, mit Ausnahme, daß die Nockenplatten 592 und der Nockenschlitz 594 an dem vorderen Ende des unteren Schwingarms 296 ausgebildet sind, während der Nockenfolgerstift 598 fest an dem Rahmenarm 599 an dem Tretkurbelgehäuse angebracht ist. Folglich bewegen sich bei dieser Ausführungsform die Nockenplatte und der Schlitz hinter den Folgerstift nach unten, wenn die Aufhängung zusammengedrückt wird, statt umgekehrt, wie in der Ausführungsform, die in Fig. 28A dargestellt ist.
Die Fig. 29A und 29B sind obere Ansichten der Nockenplatte/Nockenfolgerkonfigurationen der zwei Drehbaugruppen 570, 590. Wie in Fig. 29A zu erkennen, liegen die zwei Nockenplatten 572a, 572b seitlich an dem vorderen Ende des Schwingarmelements 576 und der Rollenbolzen 574 erstreckt sich von diesem quer in die zwei Nockenschlitze. In Fig. 29B dagegen liegen die zwei Nockenplatten 592 an dem vorderen Ende des Schwingarms seitlich an dem Träger 599, an dem der Folger 598 angebracht ist. Die Verwendung von ersten und zweiten Nockenplatten weist den Vorteil eines vergrößerten Nockenflächenbereichs auf, um Verschleiß zu reduzieren und eine Langlebigkeit der Baugruppe zu erhöhen, es ist jedoch zu verstehen, daß die Anordnungen, die in den Fig. 29A und 29B dargestellt sind, "umgekehrt" werden können, wenn gewünscht, so daß es ein einziges Nockenplattenelement gibt, an das erste und zweite Arm seitlich anliegen, die den Folgerstift halten.
Aus dem vorstehenden ist deutlich, daß die vorliegende Erfindung eine hintere Aufhängung vorsieht, die eine einzige Hinterradnabenverfahrbahn erzeugt, welche einen unteren gekrümmten Abschnitt aufweist, in welchem es eine zunehmende Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, wenn sich die Aufhängung zu der bevorzugten Pedalposition zusammendrückt, sowie einen zweiten gekrümmten Abschnitt über der bevorzugten Pedalposition, in welchem es eine abnehmende Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, was die Vorteile bringt, die vorstehend erörtert wurden. Die Erfinder haben mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart, bei welchen verschiedene Mechanismen eingesetzt werden, um die gesteuerte Radverfahrbahn zu erzeugen; man kann daraus entnehmen, daß für den Fachmann zahlreiche Modifikationen und Variationen dieser Mechanismen denkbar sind und es sollte zu verstehen sein, daß solche in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen. Überdies ist bei den dargestellten Ausführungsformen, die hier beschrieben wurden, eine Erzeugung der Radbahn prinzipiell eine Funktion der unteren Drehbaugruppe; folglich wird zu verstehen sein, daß diese und andere untere Drehmechanismen, die die vorbeschriebene Bahn bereitstellen, in Kombination mit anderen Typen von geeigneten oberen Aufhängungsmechanismen verwendet werden können, zusätzlich zu dem Mechanismus mit einem Schwingarm als oberem Verbindungsglied, der hier gezeigt ist.
Es soll deshalb zu erkennen sein, daß diese und viele andere Modifikationen an den dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können, die in dieser Offenbarung gezeigt und angesprochen sind, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Lediglich als ein Beispiel können bei einigen Ausführungsformen die Lager der Drehbaugruppen an den Exzentern selbst statt an den Halteelementen angebracht sein. Folglich soll die vorliegende Erfindung außer durch die anhängenden Ansprüche nicht beschränkt sein.

Claims

1. Kompressibele hintere Aufhängung (12) für ein Fahrrad (01) mit einem Kettenantrieb (08), welcher ein pedalbetätigtes Antriebskettenrad (06) und eine Hinterradnabe umfaßt,

wobei der Kettenantrieb (08) eine Hinterradgabellänge aufweist, welche der Abstand der Achse des pedalbetätigten Antriebskettenrads nach hinten zu der Achse der Hinterradnabe ist, welche Hinterradgabellänge durch einen variablen Wert CSL dargestellt ist; und

wobei die Aufhängung (12) Mittel zum Bewegen der Hinterradnabe in einer Richtung im wesentlichen nach oben längs einer gesteuerten Radverfahrbahn in Antwort auf eine Kompression der Aufhängung aufweist, in welcher die Position der Nabe entlang der Bahn von einem vorbestimmten Ausgangspunkt, bei welchem die Aufhängung ausgefahren ist, durch einen variablen Wert D dargestellt ist, welcher mit zunehmender Kompression der Aufhängung zunimmt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen sich verlagernden Drehpunkt bereitstellen, welcher die gesteuerte Radverfahrbahn bildet, und dadurch, daß die gesteuerte Radverfahrbahn umfaßt:

eine bevorzugte Pedalposition bei einer vorbestimmten Position Dp, welche sich längs der Radverfahrbahn befindet;

ein unteres Kurvensegment, welches im wesentlichen unterhalb der Position Dp verläuft, bei welchem es mit zunehmender Kompression des Aufhängungssystems eine zunehmende Hinterradgabelverlängerungsrate gibt derart daß das erste Ableitungsverhältnis

eine Kurve mit einer im wesentlichen positiven Steigung ist, so daß das zweite Ableitungsverhältnis

im wesentlichen positiv ist; und

ein nach oben und nach vorne gekrümmtes oberes Kurvensegment, welches im wesentlichen oberhalb der Position Dp verläuft, bei welchem es mit zunehmender Kompression des Aufhängungssystems eine abnehmende Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, derart daß die erste abgeleitete Beziehung

eine Kurve mit einer im wesentlichen negativen Steigung ist, so daß das zweite Ableitungsverhältnis

im wesentlichen negativ ist.

2. Kompressibele hintere Aufhängung nach Anspruch 1, bei welcher das untere Kurvensegment umfaßt:

ein erstes unteres Bogensegment mit einem nach vorne verlaufenden gemittelten Radius, das größer ist als ein Bogen von konstantem Radius von dem Antriebskettenrad zu der hinteren Nabenachse.

3. Kompressibele hintere Aufhängung nach Anspruch 2, bei welcher das obere Kurvensegment umfaßt:

ein oberes Bogensegment mit einem nach vorne verlaufenden gemittelten Radius, welcher kleiner ist als der Radius des ersten unteren Bogensegments;

wobei das untere Bogensegment das obere Bogensegment bei einem Wendepunkt benachbart der Position Dp triff, so daß es einen Spitzenwert der Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, wenn D die Position Dp erreicht und sich über sie bewegt.

4. Kompressibele hintere Aufhängung nach Anspruch 3, bei welcher das erste unter Bogensegment umfaßt:

ein Bogensegment mit einem nach vorne verlaufenden gemittelten Radius, der sich einer unendlichen Größe nähert, so daß sich das untere Kurvensegment einer nach vorne geneigten geradlinigen Bahn nähert.

5. Kompressibele Aufhängung nach Anspruch 3, bei welcher das untere Kurvensegment ferner umfaßt:

ein zweites Bogensegment unterhalb des ersten Bogensegments, wobei das zweite Bogensegment einen nach hinten verlaufenden gemittelten Radius aufweist, so daß das Bogensegment relativ zu dem ersten Bogensegment entgegengesetzt gekrümmt ist, so daß es eine relativ schnelle Zunahme der Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, wenn sich D zu einem unteren Ende des unteren Kurvensegments bewegt.

6. Fahrrad (01) mit einer kompressibelen hinteren Aufhängung (12) und einem Kettenantrieb (08), welcher ein pedalbetätigtes Antriebskettenrad (06) und eine Hinterradnabe umfaßt,

wobei die Aufhängung (12) Mittel zum Bewegen der Hinterradnabe in eine Richtung im wesentlichen nach oben längs einer gesteuerten Radverfahrbahn in Antwort auf eine Kompression der Aufhängung aufweist, in welcher die Position der Nabe entlang der Bahn von einem vorbestimmten Ausgangspunkt, bei welchem die Aufhängung ausgefahren ist, durch einen variablen Wert D dargestellt ist, welcher mit zunehmender Kompression der Aufhängung zunimmt,

ein unteres Kurvensegment, welches im wesentlichen unterhalb der Position Dp verläuft, bei welchem es mit zunehmender Kompression des Aufhängungssystems eine zunehmende Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, derart daß das erste Ableitungsverhältnis

im wesentlichen positiv ist; und

ein nach oben und nach vorne gekrümmtes oberes Kurvensegment, welches im wesentlichen oberhalb der Position Dp verläuft, bei welchem es mit zunehmender Kompression des Aufhängungssystems eine abnehmende Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, derart daß das erste Ableitungsverhältnis

im wesentlichen negativ ist.

7. Fahrrad nach Anspruch 6, bei welchem das untere Kurvensegment der gesteuerten Radverfahrbahn umfaßt:

ein erstes unteres Bogensegment mit einem nach vorne verlaufenden gemittelten Radius, das größer ist als ein Bogen von konstantem Radius von der Antriebskettenradachse zu der hinteren Nabenachse.

8. Fahrrad nach Anspruch 7, bei welchem das obere Kurvensegment der gesteuerten Radverfahrbahn umfaßt:

wobei das untere Bogensegment das obere Bogensegment bei einem Wendepunkt benachbart der Position Dp trifft, so daß es einen Spitzenwert der Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, wenn D die Position Dp erreicht und sich über sie bewegt.

9. Fahrrad nach Anspruch 8, bei welchem das erste untere Bogensegment des unteren Kurvensegments umfaßt:

10. Fahrrad nach Anspruch 9, bei welchem das untere Kurvensegment der gesteuerten Radverfahrbahn ferner umfaßt:

ein zweites Bogensegment unterhalb des ersten Bogensegments, wobei das zweite Bogensegment einen nach hinten verlaufenden gemittelten Radius aufweist, so daß das zweite Bogensegment relativ zu dem ersten Bogensegment entgegengesetzt gekrümmt ist, so daß es eine relativ schnelle Zunahme der Hinterradgabelverlängerungsrate gibt, wenn sich D zu einem unteren Ende des unteren Kurvensegments bewegt.

11. Fahrrad nach Anspruch 6, bei welchem die Mittel zum Bewegen der Nabe längs der gesteuerten Radverfahrbahn umfassen:

ein Steuerarmelement (58) mit einem hinteren Ende, an das die Radnabe angebracht ist, sowie einem vorderen Ende; und

eine Drehbaugruppe (30), die an dem vorderen Ende des Steuerarmelements angebracht ist, wobei die Drehbaugruppe umfaßt:

Nockenmittel, die die Drehbaugruppe und den vorderen Rahmenabschnitt (10) miteinander verbinden, wobei die Nockenmittel derart aufgebaut sind, daß sie die Hinterradnabe in Antwort auf eine Kompression des Aufhängungsabschnitts längs der Bahn lenken.

12. Fahrrad nach Anspruch 11, bei welchem die Nockenmittel umfassen:

ein vorderes exzentrisches Nockenelement (38a), welches an dem vorderen Rahmenabschnitt (10) vor dem Antriebskettenrad (06) drehbar angebracht ist;

ein hinteres exzentrisches Nockenelement (38b), welches an dem vorderen Rahmenabschnitt hinter dem Antriebskettenrad drehbar angebracht ist; und

einen Rahmen (36), welcher an dem vorderen Ende des Steuerarmelements (58) angebracht ist und mit dem vorderen Rahmenabschnitt durch die exzentrischen Nockenelemente (38a, 38b) verbunden ist;

wobei die exzentrischen Nockenelemente derart aufgebaut sind, daß sie die Nabe in Antwort auf eine Kompression der Aufhängung (12) längs der gesteuerten Radverfahrbahn bewegen.

13. Fahrrad nach Anspruch 12, bei welchem die exzentrischen Nockenelemente (38a, 38b) jeweils umfassen:

einen Spindelabschnitt (152a, 152b), welcher in dem vorderen Rahmenabschnitt (10) zur Drehung um eine erste Achse angebracht ist; und

einen Nasenabschnitt (154a, 154b), welcher sich in einem Winkel von dem Spindelabschnitt erstreckt und eine zweite Drehachse bildet, die von der ersten Achse versetzt ist und sich parallel zu dieser erstreckt.

14. Fahrrad nach Anspruch 13, bei welchem die Nasenabschnitte (154a, 154b) der exzentrischen Nockenelemente in dem Rahmen (36) der Drehbaugruppe zur Drehung aufgenommen sind.

15. Fahrrad nach Anspruch 14, bei welchem der Rahmen (36) der Drehbaugruppe (30) derart aufgebaut ist, daß, wenn sich der Aufhängungsabschnitt (12) in einem nicht zusammengedrückten Zustand befindet, der Winkel, mit dem sich der Nasenabschnitt (154a) des vorderen exzentrischen Nockenelements (38a) von dem Spindelabschnitt (152a) erstreckt, ein relativ kleinerer Winkel vor dem oberen Totpunkt ist, und der Winkel, mit dem sich der Nasenabschnitt (154b) des zweiten exzentrischen Nockenelements (38b) von dem Spindelabschnitt (152b) erstreckt, ein relativ größerer Winkel vor dem oberen Totpunkt ist, so daß die Nockenelemente dem Rahmen (30) in sequentiellen Phasen eine Bewegung erteilen, die den unteren und oberen Segmenten der Radverfahrbahn entsprechen, wobei die Phasen der Bewegung umfassen:

eine erste Phase, in welcher die Winkel der Nasenabschnitte (154a, 154b) eher im wesentlichen parallel zueinander sind, so daß die hintere Nabe um einen Punkt dreht, der sich oberhalb des Kurbelsatzes (06) befindet, und es eine relativ größere Hinterradgabelverlängerungsrate gibt; und

eine zweite Phase, in welcher die Winkel der Nasenabschnitte aus der im wesentlichen parallelen Beziehung zueinander wegdrehen, um zueinander in größeren Winkeln zu stehen, so daß die hintere Nabe um einen Punkt dreht, der dem vorderen exzentrischen Kurbelelement (38a) nahe ist, und es eine relativ geringere Hinterradgabelverlängerungsrate gibt.

16. Fahrrad nach Anspruch 11, bei welchem die Mittel zum Bewegen der Nabe längs der gesteuerten Radverfahrbahn ferner umfassen:

einen oberen Steuerarm (50) mit einem unteren Ende, welches an dem hinteren Ende des unteren Steuerarms (58) drehbar angebracht ist;

ein Schwingelement (40) mit einem hinteren Ende, welches an einem oberen Ende des oberen Steuerarms drehbar angebracht ist, sowie einem Mittelabschnitt, welcher an dem vorderen Rahmenabschnitt (10) drehbar angebracht ist; und

ein Federelement (44), welches an einem vorderen Ende des Schwingelements und an dem Rahmenabschnitt des Fahrrads drehbar angebracht ist, so daß das Federelement (44) zwischen dem vorderen Ende des Schwingelements (40) und dem Rahmenabschnitt (10) komprimiert wird, wenn der Aufhängungsabschnitt komprimiert wird, so daß der obere Steuerarm (50) in eine Aufwärtsrichtung verlagert wird.

17. Fahrrad nach Anspruch 16, bei welchem das Federelement (44) einen hydraulischen Stoßdämpfer umfaßt.

18. Fahrrad nach Anspruch 12, bei welchem die Nockenmittel ferner umfassen:

Reibungsmittel in Eingriff mit den exzentrischen Nockenelementen (38a, 38b) zum Anlegen eines vorbestimmten Reibungsmaßes an diese, um die Nachgiebigkeit der kompressibelen Aufhängung gegenüber externen Stoßkräften zu reduzieren, die eine vorbestimmte Minimalkraft nicht überschreiten.

19. Fahrrad nach Anspruch 18, bei welchem die Reibungsmittel das vorbestimmte Reibungsmaß auf die exzentrischen Nockenelemente (38a, 38b) in Antwort auf einen Drehkraftangriff auf den Kettenantrieb durch Tretkraftaufwand des Fahrers anlegen.

20. Fahrrad nach Anspruch 19, bei welchem die Reibungsmittel umfassen:

Reibmuffen (412, 414) zum drehbaren Halten der exzentrischen Nockenelemente (38a, 38b).

21. Fahrrad nach Anspruch 15, bei welchem die Drehbaugruppe ferner umfaßt:

Reibmuffenbaugruppen (412, 414) in Eingriff mit den vorderen und hinteren exzentrischen Nockenelementen (38a, 38b) zum Reduzieren der Nachgiebigkeit der kompressibelen Aufhängung gegenüber ausgedehnten Stoßkräfte, die eine vorbestimmte Minimalstoßkraft nicht überschreiten.

22. Fahrrad nach Anspruch 21, bei welchem die Muffenbaugruppe (412, 414), welche mit dem hinteren Nockenelement (38a) in Eingriff ist, einen größeren Reibungskoeffizienten aufweist als die Muffenbaugruppe, welche mit dem vorderen Nockenelement (38b) in Eingriff ist, so daß ein Gesamtreibungswiderstand, der durch die Muffenbaugruppen bereitgestellt wird, mit zunehmender Drehung des hinteren Nockenelements relativ zu dem vorderen Nockenelement zunimmt, wenn die Nabe zu einem oberen Ende des oberen Segments der Radverfahrbahn dreht, wo es eine relativ geringere Hinterradgabelverlängerungsrate gibt.