CH626539A5 - Roller apparatus - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Rollergerät, welches die bestehenden Probleme bezüglich Rollwiderstand, Rückstellung für den Geradeauslauf, Gewicht und Aussenab-messungen auf einfachste Weise zu lösen vermag, und im Hinblick auf einfache Lenkbarkeit und leichte Handhabung besondere Vorteile bietet.

Gemäss der Erfindung wird dies durch die im Anspruch 1 angeführten Merkmale ermöglicht.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Rollergerät für beide Füsse, Fig. 2 einen Seitenriss gemäss den Pfeilen II—II in Fig. 1, Fig. 3 den Vorderteil des Rollergerätes nach Fig. 2 in grösserem Massstab,

Fig. 4 eine Draufsicht zu Fig. 3, ohne Backenplatte, Fig. 5 einen Querschnitt gemäss Linie V—V in Fig. 3, bei der Geradeausfahrt,

Fig. 6 einen Querschnitt gemäss Fig. 5 bei nach links geneigter Querlage der Backenplatte,

Fig. 7 einen Querschnitt gemäss Fig. 5 bei nach rechts geneigter Querlage der Backenplatte,

Fig. 8 einen Aufriss des Hinterteiles gemäss Fig. 2, in grösserem Massstab,

Fig. 9 einen Querschnitt gemäss Schnittlinie X—X in Fig. 8 und

Fig. 10 ein Detail zu Fig. 9 in grösserem Massstab. Das dargestellte Rollergerät weist ein Zentralrohr 1 auf, das mit einer auf diesem durch Schrauben 2 befestigten Bak-kenplatte 3 mit nicht gezeichneter Befestigungsvorrichtung nach Art einer Skibindung für einen Sportschuh, einer Lagergabel 4 mit dem Hinterrad 5 und einem Vorderradpaar 6, 7 versehen ist. Die Achse 8 ist durch ein Achskreuz 9 und eine Lenkachse 10 mit einem am Vorderende des Zentralrohres 1 befestigten Achslager 11 verbunden. Auf zwei Säulen 13, 13' ist ein nach vorn ausladendes Spannjoch 15 befestigt, mit welchem zwei Spanndorne 14,14' durch Verschrauben verbunden sind. Über die beiden Spanndorne 14, 14' ist eine Gummiringfeder 12 gespannt. Zwischen die Längsseiten der oval gespannten Gummiringfeder 12 ragt ein Greifer 9' des Achskreuzes 9, welcher in Arbeitsverbindung mit der Gummiringfeder 12 steht.

Wie aus den Fig. 3 und 5 bis 7 erkennbar ist, wird durch eine mit den Beinen des Rollerfahrers bewirkte Querneigung der Backenplatte 3 bzw. des Fahrgestelles 1, 3 eine Ver-schwenkung der Lenkachse 10 nach links, Fig. 6, oder nach rechts, Fig. 7 bewirkt. Das Achskreuz 9 ist auf der Lenkachse 10 drehbar gelagert. Beim Geradeausfahren befindet sich die Backenplatte 3 in der Mittellage gemäss Fig. 5, in welcher Lage die Lenkachse 10 in einem Winkel a von etwa 40° zur Rollbahnebene geneigt ist. Die Lenkfunktion mittels Querneigung ergibt sich durch die Neigung der Lenkachse 10 nach

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vorwärts-aufwärts, wobei ein Winkel a von etwa 40° (Fig. 2 und 3) als günstig befunden wurde.

Wichtig ist bei der Lenkung eine Gegenkraft, die bei den Lenkausschlägen mindestens proportional dem Auslenkwinkel ansteigt, denn nur so ist ein sicheres Fahren und Lenken möglich. Bei der Geradeausfahrt, also beim Lenkausschlag null, kann diese Richtkraft entweder null sein, oder es kann eine bestimmte Vorspannung eingehalten werden. Hauptmerkmal dieser Querausschlagsfederung ist, dass die Rückstellkräfte in beiden Ausschlagsrichtungen vom gleichen Federkörper erzeugt werden, d.h. von einem gemeinsamen Federorgan. Diese Lösung ergibt die einfachste Ausführung und zugleich die grösste Sicherheit. Sollte die Querfederung infolge eines Bruches plötzlich ausfallen, bleiben die Federkräfte nach beiden Ausschlagrichtungen aus, während bei Anordnung je eines besonderen Federkörpers für die linken und rechten Auslenkungen beim Bruch eines Federkörpers, der andere eine Störkraft erzeugen würde; das Lenken wäre in diesem Fall nicht mehr möglich, es gäbe ein Ausbrechen des betroffenen Rollers aus der gegebenen Fahrrichtung. Sofern nur ein Federkörper zur Abfederung der Querneigungen nach links und rechts vorgesehen ist, erfolgt beim Bruch desselben keinerlei Störung der Lenkung, denn beide Rückstellkräfte entfallen gleichzeitig, der Rollerfahrer behält seine Fahrrichtung bei und kann ohne Querfederung lenken. Den Bruch des Federkörpers kann er während der Fahrt feststellen. Nicht gezeichnete Endanschläge verhindern ein Umschlagen derselben bei einem Bruch des Federorgans. Die Federn der Querfederung bestehen je aus einem Naturgummiring 12 von rundem Querschnitt, der von zwei Spannkernen 14, 14' zu einer flach-ovalen Form ausgespannt wird. 15 ist ein auf dem Achskreuz 9 fest angeordneter Greifer, der zwischen den Längsseiten des Gummiringes 12 liegt und mit diesen in Arbeitsverbindung steht. Beim Ausschlag des Achskreuzes 9 nach links (Fig. 6) spreizt der Greifer 15 des Lenkkopfes 11 die rechts liegende Langseite der ovalen Gummiringfeder 12, während beim Ausschlag des Achskreuzes 9 nach rechts (Fig. 7) der Greifer 15 des Lenkkopfes 11 die links liegende Langseite der ovalen Gummiringfeder 12 spreizt.

Die in Fig. 1 ersichtliche Radanordnung eines Rollergerätes wurde durch viele Versuche als bestmögliche Lösung gefunden.

Eine Ausführung als Einspur-Fahrzeug, d.h. zwei Räder in einer Linie angeordnet, zeigte sich als zu wenig lenkstabil.

Eine Dreiradausführung mit symmetrischer Vorderachse erwies sich als nicht kippsicher. Eine Vierradkonstruktion, mit beiden Achsen als Lenkachsen, zeigte ein zu hohes Gewicht und war sehr schwierig zu führen.

Nachdem bei einer Dreirad-Ausführung die Abstützung des Fahrgestelles auf der Vorderachse 8 stark unsymmetrisch gewählt wurde, konnte allen sich aus dem Fahren ergebenden Forderungen entsprochen werden. Die Anordnung der drei Räder 5, 6, 7 (Fig. 1) ist auch fahrtechnisch günstig: die beiden Einzel-Hinterräder 5 ergeben eine geringe Spurbreite der Roller an der Hinterachse (Lastachse). Dadurch wird ein Zusammenschlagen oder Aneinanderstreifen der Lastachsen 4' bzw. Radgabeln 4 ausgeschlossen, was für die Fahrsicherheit ausschlaggebend ist. Zudem ergibt die Anordnung nur eines Hinterrades auch eine einfache Ausführung der Bremsvorrichtung und erlaubt die Verwendung breiter Reifen, die nur weich gepumpt werden müssen, um die Hauptlast zu tragen, d.h. Weichreifen, die auch das Befahren rauher Wege gestatten. Die Abrollfläche der weich gepumpten Reifen ist so gross, dass grobe Steine keinen merklichen Widerstand bilden und bei lehmigem Grund sich nur geringe Einsinktiefen der Räder zeigen.

Infolge der stark unsymmetrischen Abstützung des Fahrgestelles 1,9, 10 auf den Vorderachsen 8 stehen die inneren Räder näher an den Lenkachsen 10 als die äusseren, d.h. der Abstand der Füsse des Fahrers vom inneren Vorderrad 6 (Fig. 1) wird dadurch kleiner gehalten, was für die Fahrsicherheit vorteilhaft ist. Nach aussen ist beliebig Raum vorhanden, weshalb die äusseren Räder 7 in grösserem Abstand von den Lenkachsen 10 angebracht werden können. Dank dieser Anordnung kann beim Fahren auf ebener Fahrbahn auch ein Seitwärts-Abstossen erfolgen, wie dies beim Rollschuh- oder Schlittschuhlaufen möglich ist. Beim Bergwärtsgehen kommt dagegen nur das parallele Schreiten in Frage, also der Langlaufschritt. An den Hinterrädern 5 (Lasträder) sind die Ausleger oder Radgabeln 4 ebenfalls unsymmetrisch angeordnet, da die Bremsen aussenseitig Platz bedingen. Die Hauptmasse des Rollergerätes sind folgende:

Reifen der Vorderräder 8V2"/2"

(Aussendurchmesser 220, Breite 52)

Hinterreifen 260/85

(Aussendurchmesser 250, Breite 78)

Achsabstand 625

Lastschwerpunktabstand von der

Hinterachse 210

Spurweite der Lenkräder 185

Abstand der inneren Vorderräder von der Lenkachse 75

Bei Auflage von 100% Last im Lastschwerpunkt S werden die Räder wie folgt belastet:

Hinterrad (Lastrad) 66,40%

Vorderachse 33,60%

Inneres Vorderrad 20,00%

Äusseres Vorderrad 13,60%

Daraus folgt, dass die inneren Vorderräder stärker gepumpt werden sollen als die äusseren, etwa im Verhältnis der Belastungen, hier also wie 1,4:1. Die Reifendrücke haben sich nach der Belastung und der Fahrbahn zu richten. Auch beim Fahren auf asphaltierten Strassen sollen die Reifen nicht zu stark gepumpt werden, was besonders für die Hinterräder gilt.

Die Bremsen der Roller wirken auf die Hinterräder 5. Dies ist durch fahrtechnische Gegebenheiten bedingt, wonach das Bremsen mit den die Hauptlast tragenden Hinterrädern 5 erfolgen soll, denn dadurch wird die grösstmögliche Bremskraft vom Rad auf die Fahrbahn übertragen. Ausserdem zeigen die Hinterräder 5 infolge ihrer grösseren Reifenbreite die grössere Rollfläche, was für die Bremskraft-Übertragung günstig ist. Ein Bremsen mit den Vorderrädern wäre nicht nur wenig wirksam, sondern auch gefährlich für den Fahrer; er könnte bei brüsker Bremsbetätigung nach vorn gekippt werden und stürzen. Bei Gefällefahrten neigt sich der Fahrer gefühlsmässig gegen die Hinterräder. Dadurch werden die Hinterräder mehr belastet als bei Fahrt in der Ebene. Beim Bremsen mit den Hinterrädern besteht für den Fahrer keine Gefahr des Vorn-überkippens, denn der Drehpunkt der Kippung ist der Berührungspunkt zwischen Hinterrad und Fahrbahn.

Die beiden Bremsen werden mittels je eines Seilzuges 16' betätigt, nach Wahl einzeln oder zusammen. Ein Bremsen auf andere Weise, z.B. durch Hochneigen der Fussplatte oder Backenplatte 3, erwies sich als praktisch nicht ausführbar.

Die einzig mögliche Lösung hier ist: Lenken mit den Füssen - Bremsen mit den Seilen. Die Füsse können nur eine Funktion ausführen. Das Bremsteil 16 gibt dem Fahrer einen zusätzlichen Halt auf den Rollern, bei steiler Gefällefahrt kann man sich «ins Seil legen». Sobald die Roller frei zu rollen beginnen, hat der Fahrer das Seil zu ergreifen, um jederzeit bremsbereit zu sein. Beim Schreiten in ebenem Gelände und in Steigungen kann das Bremsseil 16 losgelassen werden. Es hängt immer an einer Halsschlaufe. Die Mitte des in einem Bogen von einem Roller zum andern Roller führenden Bremsseiles wird von der Halsschlaufe getragen, deren Länge einstellbar ist.

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Da das Lenken der Roller durch Querneigung der Fussoder Backenplatte und damit des Fahrgestelles erfolgt, wird auch das Hinterrad 5 (Lastrad) jedes Rollers relativ zur Fahrbahn schräg gestellt. Dies ist erwünscht und funktionsmässig richtig, denn die Hinterradebene muss mit der Resultierenden aus Fahrgewicht und Zentralkraft in gleicher Linie liegen, wie beim Fahrrad, das eine Kurve befährt.

Die Vorderradachsen 8 bleiben beim Querneigen der Roller stets parallel zur Fahrbahnebene, sie erfahren eine Schwenkung bezüglich der Längsachsen der Roller. Die Fahrbahn bildet den Horizont für das Lenken. Deshalb ist ein Lenken nur bei Anwendung zweier Lenkräder 6, 7 (Vorderräder) möglich.

Das Rollergerät hat bei Belastung das Bestreben in die Normallage gemäss Fig. 5, zu gehen. Bei jeder Querneigung um höchstens einen Winkel ß (Fig. 6 und 7) entsteht ein rückführendes Moment, da die Last unterhalb der Vorder- und Hinterradachsen 4', 8 getragen wird. Die stabilste Lage ist deshalb die Normallage, bei welcher die Radachsen 4' und 8 horizontal sind. Das Zurückführen in die Normallage geschieht, wie erwähnt, auch durch die Querfederung mittels der Gummiringfeder 12.

Die Bremsen des Rollergerätes müssen für Dauerbetätigung ausgelegt sein, denn bei jeder Gefällefahrt sind sie dauernd in Funktion. Ihr Wärmeableitvermögen muss deshalb so gross sein, dass sie mindestens 30 Minuten ohne Unterbruch im Eingriff bleiben können. Dabei müssen sie möglichst wenige Teile aufweisen, geringes Gewicht haben und leicht zu betätigen sein. Als einzig brauchbare Bremse erwies sich eine Bandbremse, insbesondere eine Aussenbandbremse, wie sie unter anderem in Hebezeugen als Sicherheitsbremse, angewandt wird. Eine derartige Bremse besteht aus nur drei Teilen: der am Hinterrad (Lastrad) angeordneten Bremsscheibe 17, dem mit dem Reibbelag 18 bestückten Bremsband 19 und der Betätigungsvorrichtung, die im vorliegenden Fall aus einem kleinen Seilspill 20 besteht. Die mit dem Rad 5 umlaufende Bremsscheibe 17 ist eine Flachriemenscheibe, um die das feststehende Bremsband 19 gespannt ist. Vom Seilspill 20 führt das Drahtseil 16' über eine Umlenkrolle 21 nach oben und ist mittels einer Drahtseilkausche 22 mit dem Bremsseil 16 verbunden. Die Umlenkrolle 21 ist auf der Aussenseite des Zentralrohres 1 auf einem Achszapfen 23 des letzteren gelagert und durch eine Lasche 24 auf dem Achszapfen 23 gesichert.

Die Kraft Sj in Fig. 8 ist bei diesen Rollern nicht identisch mit der Betätigungskraft Kh am Bremsseil 16', 16. Diese ist kleiner als S1; denn das Seilspill 20 mit verschieden grossen Radien rj und r2 dient zur Verringerung der Handkraft Kh am Bremsseil 16', 16:

r!

Kh = Sj-—

r2

Durch geeignete Wahl des Radienverhältnisses rt : r2 des Seilspills 20 lässt sich die Handkraft Kh am Bremsseil 16,16' verringern und nach den Wünschen der Fahrer bestimmen. Da der Reibwert der gleitenden Reibung stark von der Gleitgeschwindigkeit abhängig ist und mit steigender Geschwindigkeit abnimmt, wird die Handkraft Kh am Bremsseil 16, 16' bei grosser Rollgeschwindigkeit grösser werden. Das Seilspill 20 ist ein einfaches Drehteil, das auf einem Anker 21 den Ausle-5 ger 4 umläuft und daher die Konstruktion nicht verteuert. Die Fig. 10 zeigt das Seilspill 20 der Bremsbetätigungsvorrichtung im Seitenriss.

Das Seilspill 20 dient durch seine Länge zugleich auch zur Erzeugung der Seitenversetzung desselben inbezug auf die io Bremsscheibe 17. Letztere befindet sich in grösserem Abstand vom Zentralrohr 1 als die Umlenkrolle 21 des Drahtseiles 16'.

Die Umlenkrolle 21 soll möglichst nahe am Zentralrohr 1 der Roller angeordnet sein, damit durch die Handkraft am Bremsseil 16 kein störendes Quermoment erzeugt wird. Das 15 Drahtseil 16' läuft um das Seilspill 20 herum, muss daher nicht besonders befestigt werden, was für die Sicherheit der Drahtseilführung günstig ist. Nur infolge der notwendigen Seitenversetzung im Drahtseil kann mittels des Seilspills 20 gleichzeitig eine Kraftuntersetzung erzeugt werden. Die Bremsscheiben 17 20 sind aussenseitig der Hinterräder 5 angeordnet. Diese Lage begünstigt auch die Wärmeableitung von den Bremsen.

Wie aus dem Grundriss der Roller in Fig. 1 zu entnehmen ist, weisen die inneren Vorderräder bei einer Beinspreizung des Fahrers von 250 mm einen freien Abstand von rund 25 46 mm auf; sie würden sich erst bei 204 mm Beinspreizung berühren. Eine Beinspreizung von 250 mm muss beim Fahren aus statischen Gründen mindestens eingehalten werden. Sollten die Vorderräder sich beim Gefällefahren berühren, wäre dies nicht unbedingt gefährlich, denn es ragen keine Teile über 30 die Aussenebene der Räder 6 hinaus, und zudem drehen sich die Räder im gleichen Drehsinn und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit. In Fig. 1 sind die Fahrspuren der sechs Räder 5, 6, 7 mit a, b, c bezeichnet, welche bei 250 mm Beinspreizung in gehörigem Abstand von der nächsten Spur liegen. 35 Die Verbindungslinien d der Berührungspunkte A, B, C von Rad und Fahrbahn (Fig. 1) bilden im Grundriss ein irreguläres Dreieck. Darin ist S der Schwerpunkt der Masse des Fahrers. Er liegt hier etwa 210 mm vor der Hinterachse 4'. Bei 625 mm Achsabstand entfallen von der Gesamtlast je die 40 Hälfte auf einen Roller, davon etwa 66,4% auf die Hinterund 33,6% auf die Vorderradachse. Infolge der unsymmetrischen Anordnung der Vorderräder, mit 75 und 110 mm Abstand von der Längsachse 1, tragen die inneren Vorderräder 20% und die äusseren Vorderräder 13,6% der Gesamtlast. Bei 45 75 kg Fahrergewicht und gleichmässiger Gewichtsverteilung auf beide Räder trägt jedes Hinterrad 24,90 kg, jedes innere Vorderrad 7,50 kg, jedes äussere Vorderrad 5,10 kg. Dies sind relativ niedrige Lastwerte, es genügen daher auch sehr kleine Reifendrücke, man kann mit weich gepumpten Reifen rollen. 50 Beim Rollen auf einem Roller erhöhen sich die Belastungen der Räder auf etwas mehr als auf das Doppelte der vorstehenden Werte, da der Fahrer in diesem Fall den tragenden Roller mit dem Gewicht des abgehobenen Rollers zusätzlich belastet. Doch sind in diesem Fall 52 kg für das belastete Hinterrad, 5517 kg für ein inneres und 12 kg für ein äusseres Vorderrad immer noch bescheidene Lastzahlen.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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1. Rollergerät mit zwei auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Vorderrädern, einem an einer Lagergabel befestigten Hinterrad und einem den Fuss des Fahrers aufzunehmen bestimmten Traggestell, wobei die Achse der Vorderräder durch ein auf Querneigung des Traggestelles ansprechendes Achslager lenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder (5, 6, 7) asymmetrisch angeordnet sind, wobei das Achslager (11) bezüglich der Vorderachse (8) aussermittig näher beim inneren Rad (6) liegt, dass die das Achslager (11) mit dem Traggestell (1) verbindende Lenkachse (10) zur Horizontalen einen Winkel (a) von etwa 40° aufweist, und dass vom Achslager (11) ein die Rückführung von Traggestell-Querneigungen bewirkender, quer zur Lenkachse (10) abragender, mit einer Feder (12) zusammenwirkender Ansatz (9') vorhanden ist, wobei die Feder (12) an einer traggestellfesten Stütze (13) abgestützt ist.

2. Rollergerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekeimzeichnet, dass die Feder (12) ein Gummiring ist, der an einem vom Traggestell (1) abragenden Spannjoch (15) befestigt ist, und der Ansatz (9') in den Innenraum des Gummiringes eingreift.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Rollergerät nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in den Hinterrädern (5) Rücklaufsperren eingebaut sind, welche bei Steigung der Fahrbahn das Vorwärtskommen sichern.

4. Rollergerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinterrad (5) mit einer aussen-seitig angeordneten Bandbremse (17,18,19) versehen ist, welche durch ein mit den Händen des Fahrers zu führendes Bremsseil (16) betätigbar ist, das an einer am Hals des Fahrers angehängten Sicherungsschlaufe gehalten ist.

5. Rollergerät nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Bandbremse (17,18,19) mit dem Handbremsseil (16) verbindender Seilzug (16') über ein Seilspill (20) mit zwei verschieden grossen Radien (rl5 r2) geführt ist, das eine Verringerung der Handkraft (Kh) am Bremsseil (16) erlaubt.

6. Rollergerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser und die Profilbreite des Luftreifens des Hinterrades (5) deutlich grösser ist als jene der beiden Vorderräder (6, 7).

7. Rollergerät nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Aussenbandbremse (17, 18, 19) über ein Seilspill (20) erfolgt, das zwei verschiedene Spilldurchmesser (rx und r2) aufweist, über welche eine Kraftuntersetzung und zugleich die nötige Seitenversetzung des Betätigungsseiles (16') zur Bandbremse erreicht wird.

8. Rollergerät nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Bremsbandes (19) zur Aussenbandbremse (17,18,19) so gewählt ist, dass das betätigte Ende des Bremsbandes (19) in die Laufrichtung der Bremsscheibe (17) weist, so dass eine Servo-Wirkung entsteht.

Bisherige Rollergeräte, die das Trainieren des Skilaufes, insbesondere des Langlaufes, im Sommer erlauben, konnten bis heute keinen Eingang in die Praxis auf breiter Basis finden. Dies mag vor allem auf die ungünstigen fahrtechnischen Eigenschaften der bisher vorgeschlagenen Roller zurückzuführen sein, und gilt sowohl für die Zweirad- als auch Vierradroller.

Die Zweirad- oder Einspurrollergeräte sind, abgesehen vom Lenkproblem, auch radlastmässig ungünstig. Die Gesamtlast verteilt sich nur auf ein schmales Vorder- und ein breites Hinterrad, die in der gleichen Spur laufen. Das schmale Vorderrad drückt eine Fahrspur in den Grund, die vom nachfolgenden breiteren Hinterrad erweitert wird. Rollwiderstands-mässig ist dies sehr ungünstig, denn der breitere Hinterradreifen kommt an seiner Peripherie gar nicht zum Tragen, er wird vorwiegend seitlich beansprucht, da er die vom Vorderrad erzeugte Spurrinne lediglich verbreitert.

Die Rollergeräte mit vier gleichen Rädern, in zweispuriger Anordnung sind ebenfalls ungünstig. Abgesehen von der aufwendigen Konstruktion, laufen die Hinterräder (Lasträder) in der Fahrspur der Vorderräder und vertiefen diese, was bei weichem Fahrgrund den Rollwiderstand erheblich vergrössert. Für einen möglichst geringen Rollwiderstand müsste also die Bedingung erfüllt werden, dass kein Rad in der Fahrspur eines vorangehenden Rades laufen darf.

Ein vierräderiges Rollergerät mit vier Spuren wäre rollwi-derstandsmässig günstig, jedoch infolge zu grosser Ausmasse nicht realisierbar.