DE10013413A1 - Rollsportgerät - Google Patents

Abstract

Bei einem Rollsportgerät, insbesondere einspuriges Skateboard oder einspuriger Rollschuh, mit zwei hintereinander angeordneten Rollenachsen, mit daran angeordneten einspurig hintereinander laufenden Rollen, welche an einem Board oder einem tragenden Rahmen angeordnet sind, ist die hintere der beiden Rollenachsen (Hinterachse) um eine schräg nach vorn unten weisende Achse (Lenkachse), die einen Nachlaufwinkel bildet, schwenkbar. Die Laufflächen der Rollen sind quer zur Laufrichtung gekrümmt und weisen einen hohen, gummiähnlichen Reibwert auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rollsportgerät, insbesondere ein einspuriges Skateboard und einen einspurigen Rollschuh, mit zwei hintereinander angeordneten Rollenachsen, mit daran angeordneten einspurig hintereinander laufenden Rollen, welche an einem Board oder einem tragenden Rahmen angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen einspurigen Rollschuh, bestehend aus einem Rahmen mit daran befestigtem Schuh mit hintereinander liegenden Rollen.

An derartige Rollschuhe werden Mindestanforderungen gestellt, die den einfachen effizienten Vortrieb, die Balance, die Lenkmöglichkeit und den Fahrwiderstand betreffen. Darüberhinaus werden erwartet: Leichtlauf, d. h. hohe Geschwindigkeit bei geringem Energieaufwand, einfache Erlernbarkeit des Fahrens, gute Beherrschbarkeit. Besonders wichtig sind ein dynamischer, leicht wirkender Bewegungsablauf und ein sicheres Fahrgefühl, die das Fahren mit Rollschuhen interessant machen.

Rollschuhe an sich sind in zwei grundsätzlichen Ausführungsformen bekannt:

• - als zweispuriges Gerät mit vier Rollen an zwei Achsen, bei dem stets alle vier Rollen Bodenberührung haben und
• - als einspuriges Gerät mit mehreren scheibenförmigen Rollen hintereinander (Inline-Skater).

Der Vortrieb der meisten Rollschuhe erfolgt durch den Schlittschuhschritt, d. h. abwechselndes Fahren auf einem Rollschuh auf Bahnen, die schräg nach außen von der Fahrtrichtung weg gerichtet sind und mit deren Hilfe ein Querimpuls des Körpers teilweise in einen vorwärts gerichteten Impuls umgesetzt werden kann. Dabei wird mit den Beinen abwechselnd ein Druck nach außen angenähert senkrecht zur mittleren Fahrtrichtung ausgeübt. Der Vortrieb ist umso effizienter, je stärker die Beine zur Seite und nach hinten ausschwingen können. Bei zweispurigen Rollschuhen ist diese Freiheit dadurch begrenzt, daß der Fuß stets angenähert bodenparallel stehen muß.

Bei Inline-Skatern ist die Bewegungsfreiheit durch den üblicherweise hohen Schaft des Schuhs stark eingeschränkt. Dieser Schaft soll das Fußgelenk von den enormen Kippmomenten entlasten, die infolge der bei derartigen einspurigen Rollschuhen verwendeten schmalen, scheibenförmigen Rollen schon bei geringer Neigung (Schrägstellung) des Fußes entstehen. Es sind auch einspurige Rollschuhe mit niedrigem Schuh für Schnellauf erhältlich, die Belastung der Fußgelenke ist aber sehr stark.

Der Schlittschuhschritt erfordert seitliche Rutschsicherheit, um die Seitenkraft optimal einsetzen zu können. Ein hoher Reibungskoeffizient gegenüber der Fahrbahn steht bei Rollschuhen mit feststehenden Rollenachsen im Widerspruch zur Forderung nach Lenkbarkeit, die durch ein Gleiten gegenüber der Fahrbahn vereinfacht wird.

Die Lenkmöglichkeit mancher zweispuriger Rollschuhe beruht auf einer kinematischen Kopplung von seitlicher Kippung der Plattform und Lenkwinkel (Spurwinkel) der beiden Achsen und damit der vier Rollen. Der Kippwinkel ist sehr begrenzt, so daß der Fuß nahezu horizontal stehenbleibt. Ist der Körper in eine Kurve hinein geneigt, muß das Fußgelenk abgeknickt werden. Dadurch ist das Fahren von Kurven mit großer Schräglage erschwert bzw. begrenzt. Unebenheiten der Fahrbahn wirken auf die Lenkung zurück wegen der erwähnten Kopplung und ergeben Unsicherheiten in der Balance.

Auch Skateboards sind mit zwei derart kinematisch lenkbaren Rollenpaaren ausgestattet und haben teilweise die gleichen Probleme, wenn auch dabei die Koppelung zwischen Board und Fahrer nicht derartig fest ist, wie beim Rollschuh. Die Lenkung bei einspurigen Rollschuhen mit festen Rollen basiert auf Umsetzen des Rollschuhs und/oder Drehen um die Hochachse gegen die Reibungskräfte. Ist die Fahrbahn rauh (uneben), so kann der Rollschuh leichter gedreht werden, da die einzelnen Rollen zeitweilig den Bodenkontakt verlieren. Ein geringer Reibungskoeffizient der Rollen gegen die Fahrbahn erleichtert dies und verringert den Energieverlust beim Kurvenfahren. Die Rollen bestehen deshalb zumeist aus einem relativ harten Kunststoff mit geringer Haftreibung. Dadurch ist jedoch das Fahren dynamischer Kurven mit großer Fliehkraft eingeschränkt.

CH 185 999 und FR 569 896 schlagen beispielsweise zweirädrige einspurige Rollschuhe mit festem Vorderrad und nachlaufendem Hinterrad vor, dessen Hochachse zur Steuerung durch Fersenbewegungen verdreht wird. Die Nachlaufräder sind über eine horizontale Gabel an einer vertikalen Lenkachse befestigt und werden durch starke Federn zentriert.

Der Lenkeffekt derartiger Konstruktionen ist jedoch zu klein, um enge Kurven zu fahren. Ferner besteht bei versehentlichem Nachlassen des Fersendrucks die Gefahr, daß die Gabel umschlägt und in der Kurve auf der falschen Rollenseite gefahren wird, was ein erhebliches Unfall- und Verletzungsrisiko birgt, zumal dieser Effekt selbstverstärkend wirkt. Die in Kurven durch das Fußgelenk aufzubringenden Kippmomente sind auch hier aufgrund der flachen Rollen enorm und machen hochschaftige Schuhe notwendig. Dadurch ist die Bewegungsfreiheit jedoch, ebenso wie bei den Inline-Skatern, stark eingeschränkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rollsportgerät der eingangs genannten Art anzugeben, welches ohne wesentlichen Energieverlust und kinematisch exakt lenkbar ist, mit welchem auch schnelle enge Kurven mit großer Schräglage fahrbar sind und welches eine hohe Seitenführung aufweist. Das Gerät soll in der Ausführung als Rollschuh auch von durchschnittlich sportlichen Menschen mit niedrigen oder halbhohen Schuhen benutzbar sein und in Kurven keine übermäßig hohen Belastungen der Fußgelenke erzeugen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die hintere der beiden Rollenachsen (Hinterachse) um eine schräg nach vorn unten weisende Achse (Lenkachse), die einen Nachlaufwinkel bildet, schwenkbar und mittels elastischer Elemente für Geradeausfahrt zentriert ist, daß die Laufflächen der Rollen quer zur Laufrichtung gekrümmt sind und daß die Laufflächen einen hohen, gummiähnlichen Reibwert aufweisen.

Die Lenkung des erfindungsgemäßen Gerätes beruht auf einem Bewegungsablauf bzw. einer Fahrtechnik, die in der Skilauftechnik unter dem Begriff Fersenschub oder Fersendruck bekannt ist. Dieser Fersenschub kann in der Ausführung als Rollschuh mit leicht gebeugten Knien besonders einfach ausgeführt werden (federbereite Körperhaltung). Bevorzugt ist die Technik des Tiefschwunges: nach einem kurzen Einfedern der Knie erfolgt sofort der Druck nach außen mit anschließendem Strecken der Beine in der Kurve.

Zum Einlenken wird dazu mit der Ferse des kurvenäußeren Fußes (linker Fuß bei Rechtskurve) eine nach kurvenaußen gerichtete Kraft auf die hintere Rolle erzeugt, welche sich dadurch entgegen der Federkraft des Lenklagers nach kurvenaußen dreht und dabei aufgrund der um den Nachlaufwinkel schräg stehenden Lenkachse sowohl die Spur (d. h. Rollrichtung, Verdrehung der Rollenachse um die Hochachse) als auch den Sturz (seitliche Neigung der Rollenachse) verändert. Durch den Spurwinkel wird eine Kurve eingeleitet.

Anschließend wird das Körpergewicht auf den kurvenäußeren Fuß verlagert und der Körper nach kurveninnen, entsprechend dem Kurvenradius und der Geschwindigkeit, geneigt. Das linke Fußgelenk kann dabei in gerader Stellung bleiben oder leicht nach innen eingestemmt werden. Der Vorgang wird unterstützt durch Abknicken in der Taille nach kurvenaußen und Drehen des Oberkörpers zum Drallausgleich nach kurvenaußen (Skitechnik). Der Rollschuh fährt nun in die Kurve und erzeugt eine Fliehkraft zusätzlich zu dem Fersenschub. Der Lenkeffekt wird hierdurch verstärkt. Die erfindungsgemäße Lenkkinematik ist daher grundsätzlich übersteuernd ausgeprägt und kann durch Wegnehmen von Fersenschub stabilisiert und kontrolliert werden.

Nachdem das Gewicht vollständig auf den kurvenäußeren Fuß verlagert wurde, kann der andere Rollschuh leicht gehoben werden. Das Knie kann sich zur Stabilisierung der Kurvenfahrt in die Beuge des kurvenäußeren Knies stützen. Der Lenkeinschlag der hinteren Rollenachse ergibt sich aus dem Gleichgewicht der Drehmomente um die Lenkachse: Fersenschubkraft, Fliehkraft und eine Komponente des Gewichts gegen die elastische Reaktionskraft der federnden Lagerung. Deshalb sind Bahnkorrekturen möglich durch Veränderung der Fersenschubkraft oder der Neigung des Rollschuhs oder der Gewichtsverteilung zwischen vorderer und hinterer Rollenachse.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es kann unter anderem vorgesehen sein, daß der Nachlaufwinkel zwischen 30° und 70° liegt.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Laufflächen angenähert sphärisch gekrümmt sind mit dem Rollenradius als Krümmungsradius, so daß der Abstand des Aufstandspunktes der jeweiligen Rolle zu deren Mittelpunkt sich über den gesamten fahrbaren Schräglagenbereich nicht wesentlich ändert. Damit ist das Gerät sehr dynamisch lenkbar.

Um eine bessere Zentrierbarkeit und eine stabilere Fahrlage in Geradeausrichtung zu ermöglichen, kann ferner vorgesehen sein, daß die Laufflächen quer zur Laufrichtung derart geformt sind, daß der Abstand des Rollenmittelpunkts zum Aufstandspunkt der Rolle bei horizontal stehenden Rollenachsen minimal ist, was sich beispielsweise auch dadurch erreichen läßt, daß die Laufflächen in einem engen mittleren Bereich zylindrisch sind.

Zur Vermeidung von Umschlagen bei Entlastung des Fersenschubs kann vorgesehen sein, daß der Abstand der hinteren Rollenachse zur Lenkachse kleiner als der Rollenradius ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, daß der Abstand der Lenkachse von der hinteren Rollenachse etwa 2/10 bis 6/10 des Rollenradius beträgt.

Bei geeigneter Ausführung der Hinterachse und der Lenkung ist es auch möglich, daß der Abstand zwischen der hinteren Rollenachse und der Lenkachse null oder sogar negativ (Rollenachse vor der Lenkachse) ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung ermöglicht eine besonders einfache Konstruktion dadurch, daß die beiden Rollen jeweils quer zur Rollenachse in zwei Halbrollen geteilt sind, welche zur Hindurchführung der die Lagerung tragenden Teile einen Abstand zueinander aufweisen.

Eine andere Weiterbildung besteht darin, daß die hintere Rollenachse mit einem Lenkkörper verbunden ist, welcher um die Lenkachse unter Überwindung elastischer Rückstellkräfte schwenkbar ist. Dadurch ist ein gewünschter Kurvenradius exakt steuerbar und eine progressive Lenkrückstellung möglich. Weitere Vorteile sind: die Dämmung der Fahrgeräusche, eine veränderbare Lenkcharakteristik und ein weicher Lenkanschlag.

Bei dieser Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die beiden Halbrollen jeder Rolle separat an der zugehörigen Rollenachse drehbar gelagert sind, wobei die vordere Rollenachse feststehend angeordnet und die hintere Rollenachse fest mit dem Lenkkörper verbunden ist, oder daß die beiden Halbrollen jeder Rolle mittels der zugehörigen Rollenachse fest miteinander verbunden sind, wobei die vordere Rollenachse in dem Rahmen und die hintere Rollenachse in dem schwenkbaren Lenkkörper drehbar gelagert ist. Durch eine hinten angeordnete Lenkachse ergeben sich folgende Vorteile: Kurvenfahren ohne Reibungsverluste, Lenkung durch Fersenschub, Skifahrtechnik einsetzbar und Parallelschwung-Technik mit großer Schräglage.

Durch eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Weiterbildung kann in günstiger Weise Raum für den Lenkkörper dadurch geschaffen werden, daß die Halbrollen wenigstens der hinteren Rolle schalenartig ausgebildet sind, so daß sie einen Hohlraum umschließen. Durch die damit realisierte Innenlenkung ergibt sich ein Schutz der Lenkungsteile, die Lagerkräfte und Momente werden minimiert. Bei einer attraktiven Formgestaltung besteht keine Verletzungsgefahr durch kantige Lenkungsteile.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Rollen aus einer tragenden Schale aus Leichtmetall oder Kunststoff und einem äußeren Belag aus einem Polymer mit hohem Reibwert gegen den Straßenbelag (Gummi, Polyurethan, Kautschuk) bestehen. Dadurch sind starke Schräglagen in Kurven und dynamische Wechselkurven möglich. Der damit anwendbare Schlittschuhschritt zum Vortrieb ist besonders effektiv. Ferner werden das Abrollgeräusch reduziert und Parallelschwünge zum Vortrieb einsetzbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die hintere Rolle größer ist als die vordere. Die Vorteile dieser Ausgestaltung sind: Raum für Lenkkinematik in der Rolle, angehobene Fußstellung ist optimal für Schwünge, Raum unter der Ferse ist maximal nutzbar, dynamisches Aussehen und optische Dominanz der Rolle.

Je nach Umständen im einzelnen kann bei dem erfindungsgemäßen Rollsportgerät vorgesehen sein, daß der Abstand jeweils der beiden Halbrollen einer Rolle zueinander einstellbar ist und/oder daß die Rollen weiter innen hart, weiter außen weich belegt sind.

Durch die in weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Unter anderem kann vorgesehen sein, daß der Rahmen zur Gewichtsverringerung mit Durchbrechungen versehen ist. Auch können Leichtmetall oder Verbundwerkstoff zur Gewichtsminimierung beitragen.

Es kann vorgesehen sein, daß der Lenkstummel an dem Rahmen angeformt oder mit einer lösbaren Reibkegelverbindung in dem Rahmen verankert ist. Durch eine lösbare Lenkachse können die Geometrie und das Lenkverhalten durch Wechseln des Lenkstummels ausgewählt werden.

Die hintere Rollenachse kann um eine Lenkachse schwenken, die in einem Winkel β (Nachlaufwinkel) zur Horizontalen steht. Schwenkt die Doppelrolle um einen Winkel α, so ergibt sich eine Änderung des Spurwinkels γ (Fahrrichtung der Doppelrolle) von δγ = α . sinβ und eine Änderung des Sturzwinkels ε (seitliche Neigung der Doppelrolle) von δε = α . cosβ. Bei einem Nachlaufwinkel von β = 45° sind sinβ und cosβ etwa 0,71. Ist der Nachlaufwinkel größer, so wird der Lenkeffekt (Spurwinkel) stärker, der Sturzeffekt schwächer und umgekehrt. Bei einem Nachlaufwinkel β < 30° ist der Lenkeffekt zu klein, um enge Kurven zu fahren, und der Sturzeffekt (d. h. Aufrichtung der Doppelrolle entgegen der Neigung) kann so groß werden, daß in der Kurve auf der falschen (äußeren) Rollenhälfte gefahren wird.

Der Durchstoßpunkt der Fluchtlinie der Lenkachse durch die Fahrbahn und der Aufstandspunkt der Doppelrolle definieren einen Nachlauf, der sich fahrstabilisierend (wie eine Windfahne) auswirkt. Der Nachlauf wird auch durch andere Größen, wie Rollendurchmesser und Achsabstand, d. h. Abstand zwischen Lenkachse und Rollenachse, mitbestimmt.

Große Nachlaufwinkel verringern den Nachlauf und verkleinern das Verhältnis zwischen Spurwinkel (d. h. Kurvenradius) und Sturzwinkel. Ein (negativer) Sturz ist aber erwünscht, um große Schräglagen fahren zu können, ohne auf der Außenkante der stark belasteten (Fersenschub plus Fliehkraft) hinteren Rolle zu fahren, sondern auf der gewölbten Fläche.

Deshalb sind Nachlaufwinkel β < 70° nachteilig. Der Lenkradius definiert den Hebel, an dem Seitenkräfte vom Aufstandspunkt (Fersenschub usw.) am Lenklager angreifen. Diesen Kräften (bzw. Momenten) soll eine elastische Gegenkraft am Lenklager entgegenstehen, um eine dosierbare Lenkreaktion zu ermöglichen (Regelung eines gewünschten Kurvenradius). Ein großer Lenkradius erfordert deshalb starke elastische Gegenkräfte am Lenklager und damit eine schwere und große Ausführung. Entsprechendes gilt für den Biegeradius, der den Hebel definiert, an dem das Gewicht an der festen Krafteinleitung in den Rahmen angreift. Der wirksame Lenkradius und der wirksame Nachlauf sind von der Neigung des Rollschuhs abhängig, da sich der Aufstandspunkt verlagert.

Die Exzentrizität ist der Abstand des Gewichtsvektors vom Mittelpunkt des drehelastischen Lagers. Sie definiert einen Hebel, der zusätzlich zur Gewichtskraft noch ein Gewichtsmoment auf die Lagerung bringt. Biegeradius und Exzentrizität sollten möglichst klein bleiben, um Gewicht bzw. Kosten zu sparen.

Bei einer Schwenkung der hinteren Rolle um die Lenkachse verändern sich nicht nur Spur und Sturz dieser Rolle, sondern auch ihre Position vertikal und horizontal. Ist der Achsabstand vergleichbar mit den Rollendimensionen, so wird insbesondere die seitliche Verlagerung bedeutend. Bei Kurvenfahrt bedeutet dies, daß die Rolle insgesamt zum Kurveninneren verlagert wird. Dies ist eher vorteilhaft.

Ist der Rollschuh schräg gestellt (geneigt), so greift eine Komponente des Gewichts an einem Lenkradius an und läßt die Rolle entgegen der Schräglage ausschwenken. Dabei schwenkt die Rolle auch nach oben und folglich kommt die Ferse tiefer. Wird nun durch seitlichen Druck mit der Ferse versucht, die Rolle zur geneigten Seite zu bringen, um eine Kurve entsprechend der Schräglage (Neigung) zu fahren, muß das vom Gewicht erzeugte Drehmoment überwunden werden.

Ist der Abstand zwischen der Rollenachse und der Lenkachse (im folgenden auch Achsabstand genannt) sehr groß und der Schwenkwinkel zur falschen Seite zu groß, so ist eine Korrektur der Lenkstellung nicht mehr möglich, da die benötigte Seitenkraft durch Fersenschub größer wird als die Haftreibung der Rolle auf der Fahrbahn. Nur ein komplizierter Bewegungsablauf kann diese Feststellung dann korrigieren: Aufrichten des Rollschuhs, dann Fersendruck und wieder Abwinkeln des Rollschuhs für die Kurvenfahrt.

Um dies zu vermeiden, ist der sinnvolle Achsabstand so klein zu wählen, daß die Lenkachse innerhalb der hinteren Rolle zu liegen kommt. Ist der Schwenkwinkel α um die Lenkachse auf kleine Werte begrenzt (durch Anschläge), so kann der sinnvolle Achsabstand größer gewählt werden. Der notwendige Schwenkwinkel ergibt sich aus dem kleinsten gewünschten Kurvenradius: Kurvenradius = Radstand/tanα . sinβ. Der Kurvenradius ist gleich der Hälfte des Wendekreis-Durchmessers.

Der Achsabstand kann auch zu Null gewählt werden. Dann kann der Einfluß von Gewichtskräften auf die Lenkung praktisch beseitigt werden und nur die horizontalen Querkräfte bleiben für das Lenkverhalten bestimmend. Ist der Achsabstand negativ, so erzeugt die Gewichtskraft einen Lenkeinschlag und folglich eine Kurve in Richtung der Neigung, also fahrdynamisch korrekt. In jedem Fall müssen ein Nachlauf und ein Lenkradius verbleiben, um die Lenkfähigkeit durch Querkräfte zu ermöglichen.

Bringt man den Gewichtseinfluß auf die Lenkung zum Verschwinden (Achsabstand Null), so geht auch die Korrekturmöglichkeit der Lenkung durch Gewichtskräfte, z. B. durch Neigen des Rollschuhs, verloren.

Die Kontur der Rollen ist so gewählt, daß sich eine möglichst gute Entlastung des Fußgelenkes von Kippmomenten ergibt. Optimal wäre eine Kontur entsprechend einem Kreis um die effektive Drehachse des Fußgelenkes (volle Entlastung).

Die Rollenbreite sollte jedoch sinnvoll nicht größer werden als die Fußbreite. Die Tangente an der Rollenkante sollte der maximal gewünschten Schräglage entsprechen (z. B. 45°). Deshalb werden die Rollen praktisch schmaler und gewölbter als für den vollständigen Kippausgleich erforderlich wäre. Je nach Voraussetzungen im einzelnen kann das erfindungsgemäße Rollsportgerät auch mit unsymmetrisch ausgeführten Rollen versehen sein.

Zusätzlich zu den genannten kinematischen Zusammenhängen spielen noch rein geometrische hinein, wie z. B. die Bodenfreiheit von Rahmen und Lenkungsteilen, die hinreichend groß sein muß, um nicht hängenzubleiben oder der Bodenabstand des Fußes, der möglichst gering sein sollte, um das Kippmoment am Fußgelenk klein zu halten. Auch rein formale Zusammenhänge kommen hinzu, um eine attraktive, funktionelle Form zu schaffen.

Einige vorteilhafte Merkmale sind im folgenden mitsamt ihrer vorteilhaften Wirkungen listenartig aufgeführt:

Breite Rollen

• - Kippmoment am Fußgelenk stark verringert
• - niedriger Schuh möglich
• - freibewegliches Fußgelenk möglich
• - weiche griffige Gummimischung möglich
• - Profile zur interessanten Gestaltung.

Große Rollen

• - Rollwiderstand stark verkleinert
• - Unebenheiten leicht zu überfahren
• - Fahrruckeln stark verringert
• - Rollendesign optisch hervorgehoben.

Voreinstellbare wechselbare Vorspann-Doppelfeder

• - stabiler Geradeauslauf
• - veränderbare Lenkschwelle.

Niedriger Schuh

• - Beweglichkeit des Fußgelenkes
• - weit schwingender Schlittschuhschritt
• - Fahrweise elegant und leicht (drei wirksame Gelenke).

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen komplett bestückten Rahmen eines erfindungsgemäßen Rollschuhs in teilweise geschnittener Ansicht,

Fig. 2 denselben Rahmen in Draufsicht, ebenfalls teilweise geschnitten,

Fig. 3 einen kompletten erfindungsgemäßen Rollschuh in Seitenansicht,

Fig. 4 den Rollschuh in Vorderansicht bei der Fahrt einer Linkskurve,

Fig. 5 bis 7 ein erfindungsgemäßes Skateboard in Seitenansicht, Rückansicht und Ansicht von unten,

Fig. 8 dasselbe Skateboard in Rückansicht beim Fahren einer Rechtskurve,

Fig. 9 bis 11 einen Rahmen eines erfindungsgemäßen Rollschuhs in Seitenansicht, Draufsicht und im Querschnitt,

Fig. 12 bis 15 eine Lenkvorrichtung mit einem auf einem Lenkstummel schwenkbar gelagerten Lenkkörper in Seitenansicht und Schnittansichten,

Fig. 16 den Lenkstummel mit Reibkegel in Draufsicht,

Fig. 17 den passenden Lenkkörper,

Fig. 18 die Befestigungsmöglichkeit eines Bremsklotzes an dem Lenkkörper,

Fig. 19 und 20 eine andere Lenkvorrichtung im montierten Zustand in verschiedenen Ansichten,

Fig. 21 den dabei verwendeten Lenkstummel in verschiedenen Ansichten,

Fig. 22 eine zweiseitig befestigte Lenkvorrichtung in Seitenansicht,

Fig. 23 die dazu verwendete Lenkachse,

Fig. 24 detailliert deren eines Befestigungsende,

Fig. 25 die Lenkvorrichtung im Querschnitt,

Fig. 26 einen mit einer Feststellbremse versehenen Rollschuh mit angeformtem Lenkstummel,

Fig. 27 einen Rollschuh mit zweiseitig befestigter angeformter Lenkachse,

Fig. 28 dessen Lenkvorrichtung im Querschnitt,

Fig. 29 einen Rollschuh mit oben befestigtem Lenkstummel und einem Achsabstand gleich Null,

Fig. 30 bis 36 einen komplett bestückten Rollschuhrahmen mit angebautem geraden Lenkstummel in verschiedenen Detaillansichten,

Fig. 37 bis 40 Bewegungsstudie und Kräftepläne eines erfindungsgemäßen Rollschuhs beim Kurvenfahren,

Fig. 41 bis 50 verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Rollschuhe,

Fig. 51 ein Diagramm von Richtwerten der elastischen Eigenschaften der Lenkung für verschiedene Hauptanwendungen,

Fig. 52 ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Rollschuhs,

Fig. 53 Teile des Rollschuhs gemäß Fig. 52 und

Fig. 54 Bahnen der Schwerpunkte eines bekannten Rollschuhs und des erfindungsgemäßen Rollschuhs zur Erläuterung der besseren Effizienz des Vortriebs beim erfindungsgemäßen Rollschuh.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in Fig. 1 dargestellte Rahmen 1 dient zur Montage eines in dieser Figur nicht dargestellten Schuhs. Er ist ausgestattet mit Erleichterungslöchern 1', vorderen Lagern 14 für die vordere Rolle 12, zwei Befestigungsplatten 2 für den Schuh, einer kraftschlüssigen Reibkegelverbindung 4, dem die Lenkachse bildenden Lenkstummel 3 mit Konus-Passung und Schraube 5. Ein Lenkkörper 6, der die Lager 9 für die hintere Rolle 7 trägt, ist durch ein Elastomer 6', z. B. Gummi, mit der Lenkachse 3 verbunden. Dadurch ist die hintere Rolle 7 um die schräg verlaufende Lenkachse 3 gegen die elastische Kraft der Elastomer-Verbindung 6' schwenkbar.

Eine Haarnadelfeder 11, die im Lenkkörper 6 gehalten ist, greift mit ihren Enden beidseitig an einem Stift 10 an, der mit der Lenkachse 3 fest verbunden ist. Durch Vorspannen dieser Haarnadelfeder 11 ergibt sich eine Mindestkraft (Mindestdrehmoment um die Lenkachse) zur Drehung des Lenkkörpers 6.

Die Achse der Reibkegelverbindung 4 weist auf den Aufstandspunkt der hinteren Rolle 7, so daß zwar Biegemomente an dieser Verbindung auftreten, jedoch kein Drehmoment um die Achse (keine Schraubenlockerung durch Verdrehen). Eine Dehnschraube 5 genügt zur Fixierung und ermöglicht ein leichtes Tauschen gegen eine Lenkeinrichtung mit anderer Charakteristik.

Die Lenkachse 3 ist um den Nachlaufwinkel β schräg angestellt und definiert einen Nachlauf (N) zum Aufstandspunkt der hinteren Rolle 7.

Bei Drehung um die Lenkachse 3 erfährt die Rolle 7 sowohl eine Änderung des Spurwinkels (Rollrichtung) als auch der seitlichen Neigung (Sturz).

Ein zur Montage auf diesem Rahmen geeigneter Schuh besitzt eine steife, feste Sohle und wird mit dem Rahmen verschraubt. Der Schuh soll passgenau an Vorderfuß und Ferse gearbeitet sein und die Beweglichkeit des Fußgelenkes nicht behindern.

Einige Begriffe bzw. Definitionen der Geometrie bzw. Kinematik sind in Fig. 1 eingezeichnet: E ist die Exzentrizität, B der Biegeradius des Lenkstummels, G die Wirklinie der Gewichtskraft auf die Hinterachse 8, L der Lenkradius und A der Achsabstand.

Fig. 2 zeigt den Rahmen in Draufsicht. Die Lagerung der vorderen Rolle 12 besteht aus zwei Kugellagern 14, einer Distanzbuchse 14', einer vorderen Achse 13 und zwei Muttern 13'.

Der Lenkkörper 6 ist teilweise geschnitten gezeichnet. Er besteht aus einem Leichtmetall-Zugprofil und ist mittels des Elastomers 6' mit der Lenkachse 3 verbunden. Der Lenkkörper 6 trägt zwei Nuten 6" für die Haarnadelfeder 11 und eine Nut 6''' zur Befestigung eines Bremsklotzes (nicht dargestellt). Um den Spalt zwischen den Hälften der Rollen 7, 12 möglichst klein zu halten, sind der Rahmen bzw. der Lenkstummel bei 15 und 16 eingeschnürt. Um dennoch genügend Festigkeit des Rahmens 1 zu erreichen, ist er im Bereich der Einschnürung 15 vertikal verstärkt.

Die Rollen 7, 12 bestehen jeweils aus zwei einzelnen identischen Halbrollen. Diese bestehen wiederum aus einer tragenden Innenschale aus Leichtmetall und einem rutschfesten Außenbelag 7', 12', z. B. aufvulkanisiertem Gummi, das ähnlich dem in Motorrad-Reifen verarbeiteten Material ist. Die Außenform ist so gestaltet, daß bei circa 45° Schräglage (Fig. 40) die Außenkante der vorderen Rolle 12 den Boden berührt. Die Außenkante des Gummibelags 7', 12' ist mit einer Rippe 7", 12" verstärkt. Die Rollen 7, 12 sind sehr breit, so daß bei Schräglage die Rollenaufstandspunkte sich möglichst weit zur Kippseite verlagern, um dem Kippmoment entgegenzuwirken. Damit ist bei zufälligen Kippungen das Fußgelenk entlastet und es kann ein Schuh mit niedrigem Schaft verwendet werden.

Die Innenschalen 7, 12 der Rollen sind auf Tragfähigkeit bei geringstem Gewicht optimiert. Die Form jeder Halbschale ist angenähert eine Halbkugel mit nach innen gestülpter Kalotte (Kugelkappe). Bei allen Schräglagen zielen die entstehenden Kraftvektoren im wesentlichen auf die Rollenachsen 8, 13, so daß Biegemomente der Achsen 8, 13 minimal werden. Die Kalotte trägt Durchbrüche zur Erleichterung und zur optischen Gestaltung (nur teilweise dargestellt, s. Fig. 41ff.). Die Halbrollen sind durch Guß-, Spritz- oder Preßverfahren herstellbar, sie können innen verrippt sein.

Die hintere Rolle 7 ist bei den meisten der dargestellten Ausführungsbeispiele bezüglich Durchmesser und Breite größer als die vordere Rolle 12. Dadurch entsteht hinreichend Einbauraum für die gesamte Lenkeinrichtung 3, 6. Die entstehende Bodenfreiheit vor der hinteren Rolle ist hinreichend groß für Straßenfahrten.

Fig. 3 zeigt den gesamten Rollschuh einschließlich Schuh. Dieser erfüllt die Forderungen nach möglichst großen Rollen bei möglichst niedriger Fußposition (Balance bzw. Momente am Fußgelenk).

Der Vorderschuh ist etwas hinter und unterhalb der vorderen Rollenkuppe positioniert. Die Ferse ist um circa 15° angehoben. Da sich das Gewicht auf beide Rollen verteilt, ist der wirksame Rollendurchmesser, der die Rollreibung mitbestimmt, etwa der Mittelwert aus vorderer und hinterer Rolle. Günstig sind Werte von 70 mm bis 100 mm für die vordere Rolle und 100 mm bis 130 mm für die hintere Rolle.

Die gummibeschichteten Rollen können mit einem spiraligen Rillenprofil versehen sein. Das Profil kann bei Nässe, Staub oder Sand die Kurvenhaftung verbessern, kostet aber Walkverluste. Vorteilhaft ist eine Beschichtung in Rollenmitte (Geradeausfahrt) mit härterem Gummi und am Rollenrand (Kurvenfahrt) mit weichem Gummi und/oder mit einem Rillenprofil.

Fig. 4 zeigt den Rollschuh in Vorderansicht bei der Fahrt einer Linkskurve.

Fig. 5 zeigt ein Skateboard 50, welches auf einem erfindungsgemäßen Rollrahmen 1 montiert ist. Die Höhe des Fußgelenks ist markiert (51).

Fig. 6 zeigt das Skateboard von unten, Fig. 7 von hinten und Fig. 8 von hinten bei der Fahrt in einer Rechtskurve. Um das Lenkverhalten und die Balancierbarkeit zu verändern, kann vorgesehen sein, die Abstände der Halbrollen zueinander durch Distanzierteile zu verändern. Die Fig. 9 bis 18 zeigen Einzelheiten.

Fig. 9 zeigt den Rahmen 1, der z. B. in Leichtmetall-Druckguß ausgeführt sein kann, mit vorderen Achslagern 14, Aufnahme der Lenkachse 4 und Schraube 5.

Fig. 10 zeigt den Rahmen 1 in Draufsicht und Fig. 11 im Querschnitt. Die Druckseite ist zur Vermeidung von Ausknicken breiter als die Zugseite.

Die Fig. 12 und 13 zeigen die komplette Lenkeinrichtung aus Lenkachse 3 (Stahl), konischer Sitzfläche 4, Einschliff 16 am Rollenumfang, um den Abstand der Halbrollen zu verringern und aus eingepreßtem Stift 10 zur Krafteinleitung der Haarnadelfeder 11 in zwei Ansichten. Der Lenkkörper 6 besteht aus einem bearbeiteten Leichtmetall-Profil.

Fig. 14 zeigt in gleicher Ansicht wie Fig. 13 die Position des Lenkkörpers 6 bei Geradeausfahrt und bei einer Schwenkung um ±15°. In jeder Schwenkrichtung wird je ein Schenkel der Haarnadelfeder 11 verformt.

In Fig. 15 ist die Geometrie der elastischen Verbindung Lenkachse/Lenkkörper vergrößert dargestellt. Der Lenkkörper weist eine schmetterlingsförmige Innenbohrung auf, welche die flache Lenkachse 3 mit Erleichterungsbohrungen 3' aufnimmt. Bei Drehung wird das Elastomer 6' verformt, wobei das Federmoment progressiv zunimmt bis zu einem stark progressiven Anschlag. Der Lenkkörper 6 kann nur gedreht, aber wenig radial verschoben werden, da die Bohrung in der Mitte eingeschnürt ist. Eine axiale Verschiebung ist wegen der großen wirksamen Länge ebenfalls nicht möglich. Das Elastomer 6' sorgt ferner für eine gewisse Stoßdämpfung.

In Fig. 16 ist der Lenkstummel 3 in Draufsicht dargestellt. Fig. 17 zeigt den Lenkkörper 6, der vorzugsweise aus Aluminium-Zugprofil hergestellt ist.

Fig. 18 zeigt die Montage eines Bremsklotzes 180 durch Einschieben in die Nut 6''' (Fig. 13) und die Sicherung mit einem Splint 181.

Die Fig. 19 und 20 stellen eine stark vereinfachte Ausführung der Lenkachse bzw. Lenkeinrichtung dar. Die Lenkachse 21 ist nach Fig. 21 ein X-Profil aus z. B. Stahl, das gebogen und in der Biegung so gedrückt ist, daß ein angenähert rautenförmiger Querschnitt entsteht. Zur Befestigung am Rahmen ist die Lenkachse direkt eingegossen bzw. eingespritzt (Einlegetechnik), wozu die Lenkachse dort aufgerauht sein kann.

Fig. 20 zeigt den Querschnitt vergrößert. Der Stab 22 zur Aufnahme der Kraft der Haarnadelfeder ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Druckgußteil ausgeführt und auf das Ende der Lenkachse 21 aufgepreßt. Diese Ausführung ist leichter und preiswerter, verhindert aber die Tauschbarkeit der Lenkeinrichtung.

Fig. 22 zeigt eine andere Lösung der Krafteinleitung in die Lenkachse. Der Rahmen 24 ist um die hintere Rolle herum gegabelt, so daß eine gerade Lenkachse 25 an beiden Enden in den Rahmen 24 eingreifen kann. Die rechteckige Lenkachse 25 ist in Taschen 26 des Rahmens 24 von unten eingeschoben und mit Schrauben 27 befestigt. Da praktisch keine Biegemomente auftreten, kann die Lenkeinrichtung relativ leicht ausgeführt sein.

Fig. 23 ist eine Gesamtansicht der Teile der Lenkeinrichtung. Fig. 24 zeigt Einfräsungen 28 zur Verringerung des Rollenabstands.

Fig. 25 zeigt im Querschnitt den Lenkkörper 29 mit den Rollenlagern 30 und der Rollenachse 31. Hier ist ein besonders geringer Achsabstand vorgesehen (s. Beschreibung der Lenkgeometrie). Vorteilhaft ist die Austauschbarkeit und das geringe Gewicht dieser Ausführung.

Fig. 26 ist eine Ausführung mit direkt angegossener Lenkachse 32, falls der Rahmen 33 aus Leichtmetall oder einem besonders festen Kunststoff (im Gußverfahren) hergestellt ist. Die Biegekräfte am Fuß der Lenkachse sind sehr groß, jedoch beherrschbar mit bekannten Al-Gußwerkstoffen, besonders leicht und kostengünstig. Fig. 26 zeigt außerdem Steinabweiser 138 und 139, welche die Lücken zwischen den Halbrollen im Bereich der Aufstandspunkte verschließen und am Rahmen 1 und am Lenkkörper gegebenenfalls durch Anformung befestigt sind.

Fig. 27 zeigt eine Abstützung der Lenkachse 34 nach oben, so daß das Biegemoment an der unteren Einleitung verschwindet. Der Schuh 35 steht dazu allerdings etwas höher. Diese Ausführung ist besonders leicht, kostengünstig und stabil.

Der Lenkkörper 36 gemäß Fig. 28 weist eine Bohrung 37 mit einem schmetterlingsförmigen Querschnitt auf, mit welcher er über den Lenkstummel geschoben ist. In dieser Ausführung kann der Nachlaufwinkel erhöht werden, ohne viel Bodenfreiheit zu verlieren, denn die untere Einleitung kann schwächer dimensioniert sein.

Die Ausführung nach Fig. 29 erlaubt noch andere Nachlaufwinkel. Die untere Einleitung ist entfallen. An der oberen Einleitung 140 ist das Biegemoment umso kleiner, je größer der Nachlaufwinkel ist. Vorteil ist die große Bodenfreiheit trotz großem Nachlaufwinkel.

Der Achsabstand ist hier gleich Null. Ist die Querkontur der Rolle angenähert kreisförmig, so geht die Wirklinie des Gewichts stets durch die Lenkachse. Infolge des verkürzten Nachlaufs und des kurzen Lenkradius treten nur geringe Drehmomente um die Lenkachse 141 auf, so daß die drehelastische Lagerung 144 verkürzt ist. Das Gewicht wird zu einem großen Teil durch eine Spurlagerung am Ende der Lenkachse 141 aufgenommen. Durch Vorverlegen der Rollenachse kann der Achsabstand auch negativ gewählt werden.

Fig. 29a zeigt vergrößert zwei Ansichten der Lenkachse 141 mit dem Lenkkörper 142 und der Rollenachse 143.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 26 bis 29 ist die Lenkeinrichtung jedoch nicht austauschbar, um beispielsweise den Vorlaufwinkel zu ändern.

Fig. 26 und 27 zeigen außerdem eine Blockiereinrichtung 38 für die vordere Rolle. Sie besteht aus einem keilartig wirkenden Kunststoffteil, das auf einen Fortsatz 39 des Rahmens 1 aufsteckbar ist und die vordere Rolle feststellen kann. Diese Einrichtung ist von außen gut erkennbar und kann auf Sperrflächen für Rollschuhe (Rolltreppen, Treppen) verwendet werden. Diese Einrichtung kann ein Zusatz zu der Bremseinrichtung nach Fig. 13 sein.

Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 26 und 29 sind im Gegensatz zu den Fig. 27 und 28 ohne vorgespannte Federn dargestellt. Eine vorgespannte Feder ist jedoch auch dort möglich. Sie kann die Lenkbarkeit verbessern.

Die Fig. 30 bis 34 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit getrennten Funktionseinheiten der Lenkeinrichtung. Dabei stellt Fig. 30 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Rollschuhs dar, während die Fig. 31 bis 34 die Rolle und die Lenkeinrichtung in verschiedenen Ansichten teilweise vergrößert zeigen. Die Lenkachse 41 ist mit Hilfe einer Schraube 42 am Rahmen 1 verschraubt. Der Lenkkörper 40 ist mit zwei Lagerbuchsen 43, 44 auf dem Schaft der Lenkachse 41 gelagert und um diese schwenkbar.

Auf einem Stab 46, der in die Lenkachse 41 geschraubt oder gepreßt ist, befindet sich ein kegeliger Gummipuffer 47. Am Lenkkörper 40 sind zwei Fortsätze 49, 50 angeformt, die eine Gabel darstellen und zur Gewichtserleichterung mit einer Bohrung versehen sind. Je nach Lenkwinkel drückt mindestens einer der Fortsätze 49, 50 an den Puffer 47 und erzeugt damit eine elastische Gegenkraft entgegen der Schwenkung. Die Kraft steigt progressiv mit dem Schwenkwinkel.

Der Stab 46 greift an seinem Ende in eine Haarnadelfeder 48 ein, die eine zusätzliche Gegenkraft erzeugt. Diese Feder liegt in einer Nut und ist vorgespannt, drückt also mit einer Ruhekraft an einer Auflage. Es ist deshalb eine Mindestkraft erforderlich, um den Lenkkörper zu schwenken, das heißt, es ist ein Mindestdrehmoment für einen Lenkausschlag erforderlich. Damit lösen kleine zufällige Kräfte keine Lenkreaktion aus. Von dem Lenkkörper 40 auf die Lenkachse 41 wirkende Längskräfte werden von der Lagerbuchse 43 und einer Schraube 46 in die Lenkachse 41 abgeleitet.

Fig. 35 zeigt den Rollschuh nach Fig. 30 mit 10° Schwenkwinkel in einer Rechtskurve ohne Neigung, während Fig. 36 eine Vorderansicht des Rollschuhs nach Fig. 30 bei 35° Neigung in einer Rechtskurve ist.

Wird das Lenklager außerhalb der hinteren Rolle angeordnet, was als Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist, und mit einer Gabel zur Aufnahme der Rolle versehen, so können die Rollen einstückig ausfallen. Dabei ist jedoch die Lenkgeometrie ungünstiger, kann jedoch im Einzelfall hinter dadurch erzielbaren Vorteilen zurückstehen.

Die Fig. 37 bis 40 erklären die Funktion des Lenkens durch Fersenschub, wobei der Rollschuh mit der vorderen Rolle 12, der hinteren Rolle 7 und einem Schuh 51 jeweils von hinten dargestellt ist. Außerdem sind der effektive Drehpunkt 51' des Fußgelenks und der effektive Drehpunkt 51" der Lenkachse dargestellt. Fig. 37 zeigt die Geradeausfahrt. Die Fig. 38 bis 40 zeigen ferner den auf die Hinterachse entfallenden Gewichtsanteil Gh, die Resultierende R aus dem Gewichtsanteil Gh und dem Fersenschub F und der Fliehkraft Fl, das Kippmoment K im Fußgelenk und das Drehmoment D der Lenkachse.

Bei der ersten Phase des Lenkeinschlags (Fig. 38) erfolgt ein Erzeugen eines Fersenschubes F, d. h. einer nach kurvenaußen gerichteten Kraft mit der Ferse des kurvenäußeren Fußes (linker Fuß bei Rechtskurve). Die hintere Doppelrolle dreht entgegen der Federkraft des Lenklagers nach kurvenaußen und verändert dabei sowohl die Spur (d. h. Richtung) als auch den Sturz. Bei einem Nachlaufwinkel von 45° und einem Schwenkwinkel der hinteren Doppelrolle von 8,5° um die Lenkachse ergeben sich die gezeichneten 6° für Sturz- und Spurwinkel. Durch den Spurwinkel wird eine Kurve nach rechts eingeleitet (d. h. die hintere Doppelrolle zielt nach links außen).

In der zweiten Phase (Fig. 39) wird das Gewicht auf den kurvenäußeren Fuß (linker Fuß) verlagert, wobei der Läufer den Körper nach kurveninnen entsprechend dem Kurvenradius und der Geschwindigkeit neigt. Das linke Fußgelenk kann dabei in gerader Stellung bleiben oder leicht nach innen eingestemmt werden. Der Vorgang wird unterstützt durch Abknicken in der Taille nach kurvenaußen und Drehen des Oberkörpers nach kurvenaußen (Skitechnik). Der Rollschuh fährt nun in die Kurve und erzeugt eine Fliehkraft Fl zusätzlich zu dem Fersenschub F. Der Lenkeffekt wird hierdurch verstärkt. Die Lenkkinematik ist daher grundsätzlich übersteuernd und kann durch Wegnehmen von Fersenschub stabilisiert und kontrolliert werden. Gezeichnet sind circa 20° Neigung (Schräglage) und circa 6° Spur- und Sturzänderung.

In der dritten Phase (Fig. 40) liegt eine vollständige Gewichtsverlagerung auf den kurvenäußeren Fuß (links, Fig. 40a) vor. Der rechte Rollschuh (Fig. 40b) kann leicht gehoben werden. Das rechte Knie kann sich in die Beuge des linken Knies stützen. Der Lenkeinschlag der hinteren Doppelrolle 7 ergibt sich aus dem Gleichgewicht der Drehmomente um die Lenkachse: Fersenschubkraft F, Fliehkraft Fl und eine Komponente des Gewichts Gh gegen die elastische Reaktionskraft der elastomeren Lagerung oder einer elastomeren oder metallischen Feder. Deshalb sind Bahnkorrekturen möglich durch Veränderung der Fersenschubkraft oder der Neigung des Rollschuhs oder der Gewichtsverteilung zwischen vorderer und hinterer Doppelrolle 7, 12.

Dargestellt sind ein Schwenkwinkel von 14° um die Lenkachse entsprechend 9,9° Spur- und Sturzwinkel. Die vordere Doppelrolle 12 fährt in diesem Beispiel mit einer Neigung von 45° (ebenso wie der Rahmen, Schuh usw.), die hintere jedoch nur mit 35,1° Neigung, da der Sturz von 9,9° negativ ist. Dadurch erhält die hintere Doppelrolle 7 mehr Schräglagenfreiheit.

Die Fig. 41 bis 50 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Rollschuhs für verschiedene bevorzugte Anwendungen.

Der Rollschuh nach Fig. 41 weist einen relativ kurzen Radstand für enge Kurven und Kunstfahren auf. Er ist belastungsfähig. Da die Lenkachse gemäß den Fig. 12 bis 19 dargestellt ist, ist die Fußposition relativ hoch, weshalb ein höherer Schaft des Schuhs erforderlich sein kann.

Der in Fig. 42 dargestellte Rollschuh ist wegen eines längeren Radstandes für schnelleres Fahren besonders gut geeignet. Die Fußposition ist etwas niedriger. Deshalb gibt ein niedriger Schuh genügend Balance. Die Lenkachse ist ebenfalls nach den Fig. 12 bis 19 ausgeführt.

Der Rollschuh nach Fig. 43 weist eine ähnliche Geometrie und Verwendung auf. Jedoch sind Rahmen und Lenkachse einteilig nach Fig. 29 ausgeführt. Große Bodenfreiheit vor der hinteren Rolle ermöglicht ein Überrollen von Kanten. Allerdings ist die Lenkcharakteristik nicht veränderbar, da die Lenkeinheit nicht austauschbar ist.

Bei dem Rollschuh nach Fig. 44 ist die Lenkachse an den Rahmen geschraubt und daher austauschbar.

Fig. 45 zeigt einen Rollschuh mit großer vorderer Rolle 52 (vorn und hinten identisch), wodurch das Fahrruckeln beim Befahren unebener Flächen verringert ist und ein sicheres Fahrgefühl beim Überfahren von Kanten entsteht.

Der Rollschuh nach Fig. 46 weist einen besonders langen Radstand mit sehr niedriger Fußposition für schnelle Fahrt mit größeren Kurvenradien auf. Die Lenkung ist entsprechend Fig. 22 ausgebildet, der Rahmen 53 ist hinten gegabelt.

Fig. 47 zeigt ebenfalls einen Rollschuh mit gegabelten Rahmen 54. Der hintere Rahmenteil 55 zur Stützung der nur teilweise sichtbaren Lenkachse 56 geht über die hintere Rolle 57. Deshalb kann diese Ausführung schmaler ausgeführt werden als die nach Fig. 46.

Der in Fig. 48 dargestellte Rollschuh weist einen langen Radstand und tiefe Fußposition auf und entspricht im übrigen denjenigen nach Fig. 44.

Bei dem in Fig. 49 dargestellten Rollschuh ist der Schuh 51 an der Ferse 58 nicht angehoben.

Fig. 50 zeigt einen Rollschuh, bei dem die Lenkachse 59 zweiseitig gelagert ist.

Fig. 51 zeigt ein Diagramm von Richtwerten der elastischen Eigenschaften der Lenkung bei verschiedenen Hauptanwendungen. Es ist die rückstellende Kraft F am Aufstandspunkt der hinteren Rolle in Newton über dem Schwenkwinkel α um die Lenkachse in Grad angegeben. Kurve 61 kann für Schuhe eingestellt werden, welche für langsame Fahrt mit engen Kurvenradien und genauer Steuerbarkeit der Fahrlinie vorgesehen sind.

Kurve 62 kann gewählt werden, falls weite Kurven schnell und mit genau steuerbarer Fahrlinie durchfahren werden sollen. Kurve 63 ergibt einen Rollschuh mit dem schnell geradeaus und in weiten Kurven gefahren werden kann. Der engste Wenderadius ergibt sich aus dem Radstand geteilt durch den Tangens des Spurwinkels.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 52 weist eine ähnliche Lenkachse 71 auf wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Der Lenkkörper 72, der auf der Lenkachse 71 mit Hilfe von zwei Lagerbuchsen 73, 74 gelagert und mit Hilfe einer Schraube 75 in axialer Richtung fixiert ist, weist außer den Radlagern einen Fortsatz 76 auf, der durch den Spalt zwischen den beiden Halbrollen 7 nach außen ragt. Im hinteren Bereich ist der Rahmen 70 kastenförmig aufgeweitet, um zwei elastischen Körpern 77, 78 (Fig. 53) Platz zu bieten. Zwischen den beiden elastischen Körpern greift der Fortsatz 76 an. Die elastischen Körper 77, 78 können mit Hilfe zweier Schrauben 79, 80 gleich oder ungleich vorgespannt werden (Mindestdrehmoment für Lenkeffekt).

Fig. 53a) zeigt eine vergrößerte Darstellung des hinteren Bereichs des Rollschuhs nach Fig. 52, Fig. 53b) einen Schnitt durch die hintere Rolle 7, den Lenkkörper 72 und den Fortsatz 76 sowie die elastischen Körper 77, 78 und die Schrauben 79, 80. Die Fig. 53c) und 53d) zeigen eine Ansicht des hinteren Teils des Rahmens 70 im Falle des Geradeauslaufs (c)) und einer Kurvenfahrt (d)).

Fig. 53e) stellt die Einzelteile der Zentriereinrichtung, nämlich einen elastischen Körper 77, in drei Ansichten und eine Schraube 79 in zwei Ansichten dar, während Fig. 53f) je eine Ansicht der Lenkachse 71 und des Lenkkörpers 72 zeigt.

Fig. 54 zeigt Diagramme zur Erläuterung des Vortriebs beim Schlittschuhschritt: im einzelnen Fig. 54a) die Bewegung des Körperschwerpunktes bei üblichen Inline-Skatern, Fig. 54b) mit einem erfindungsgemäßen Rollschuh und Fig. 54c) mit einem erfindungsgemäßen Rollschuh während des Starts. Dabei bedeutet v die Geschwindigkeit und - jeweils als zweiter Buchstabe angegeben, einen Index vertretend - q quer, 1 längs, r resultierend, e Ergänzung und s Schritt.

Der mittlere Fahrimpuls ist m . (vl + ½ve). Er nimmt durch Fahrwiderstände ab und wird pro Schritt um m . ve ergänzt. Diese Ergänzung erfolgt durch den Schlittschuhschritt, bei dem durch Abdrücken des freiwerdenden Fußes etwa quer zu dessen momentaner Rollrichtung ein schräg nach vorn gerichteter Impuls m . vs erzeugt wird. Dieser Impuls hat eine Komponente m . ve, die sich zum Fahrimpuls addiert und eine Querkomponente m . vq, die nutzlos ist. Der Körperschwerpunkt führt eine Bewegung aus, die sich aus einer angenähert konstanten Fahrt in der mittleren Fahrtrichtung und einer überlagerten seitlichen Schwingung zusammensetzt. Die seitliche Schwingung stellt einen "Blindimpuls" dar von der Größe 2m . vq, wobei vq = (vl + ve) . tan(rw) und rw der Rollwinkel ist.

Bei einem beispielsweisen Rollwinkel von 20° ergibt sich bei jedem Schritt ein Blindimpuls von 2m . (vl + ve) . 0,36. D. h. 72% des maximalen Fahrimpulses werden infolge der ungünstigen Kinetik des Schlittschuhschrittes nutzlos erzeugt. In diesem Beispiel ist angenommen, daß ve = 0,13 vl ist, d. h. pro Schritt wird ein Impulsverlust von 13% vl ausgeglichen.

Physikalisch ist ein Kraftstoß, d. h. Kraft mal Zeit, keine Energie, doch physiologisch ist die Erzeugung einer Kraft für eine gegebene Zeit gleichbedeutend mit Energieumsatz in einem Muskel.

Bei dem erfindungsgemäßen Rollschuh erfolgt die Ergänzung des Fahrimpulses ebenfalls durch den Schlittschuhschritt, jedoch mit einem annähernd quer gerichteten Impuls m . vs = m . vq. Durch den Querimpuls erhöht sich der resultierende Impuls m . vr um m . ve. Am Ende der Impulserzeugung wird die Resultierende in Fahrtrichtung umgelenkt. Für die Geschwindigkeit gilt vr = vl + ve = (vl² + vq²)^½. Um den gleichen Impuls von 13% von vl hinzuzuführen, wird ein Querimpuls von 52,6% vl benötigt. Daraus ergibt sich ein etwas größerer Anfangsrollwinkel von 28°, was aber unwichtig ist. Man spart jedoch gegenüber den konventionellen Inline-Skatern etwa 20% Krafteinsatz unter sonst gleichen Bedingungen. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Rollschuhs ist beim Start, was insbesondere bei Wettbewerben wichtig sein kann, und an einer Steigung besonders ausgeprägt, denn dann ist der Rollwinkel sehr groß. Infolge des Einlenkens in die mittlere Fahrtrichtung wird unter sonst gleichen Bedingungen weniger Fahrbahnbreite als mit bekannten Inline-Skatern benötigt.

Der rein physikalische Energieeinsatz beim Schlittschuhschritt muß in beiden Fällen gleich sein, da vom gleichen Fahrwiderstand ausgegangen wird, der auszugleichen ist. Dennoch ist eine unterschiedliche Muskelarbeit notwendig, da die Methode des Verlustausgleiches verschieden ist.

Die Geschwindigkeit auf der Bahn des Schwerpunktes vr muß so erhöht werden, daß die nutzbare Komponente vl um jeweils ve wächst. Die Querkomponente vq muß auf Null abgefangen und entgegengesetzt wieder aufgebaut werden. Dies ergibt die doppelte physikalische Muskelenergie, da das Abfangen physikalisch zwar Energierückfluß bedeutet, tatsächlich aber Einsatz ist. Die eingesetzte Energie (Energie nach dem Schritt minus vor dem Schritt) im Verhältnis zur Energie vor dem Schritt ist dann (vl + ve)² + vl . tan²(rw) + (vl + ve)² . tan²(rw)/vl² + vl² . tan²(rw). Mit der Normierung vl = 1 und den gezeichneten Größen ergibt dies 1,4. D. h. 40% der kinetischen Energie müssen pro Schritt hinzugefügt werden, um im Mittel konstant zu fahren.

Bei dem erfindungsgemäßen Rollschuh verschwindet die Querkomponente durch Umlenken kurz vor jedem neuen Schritt. Dann ist die pro Schritt eingesetzte Energie [(vl + ve)² - vl²]/vl², was 1,283 ergibt und besagt, daß 28,3% der kinetischen Energie pro Schritt hinzugefügt werden, um im Mittel konstant zu fahren. Daher ergibt sich eine Einsparung an physikalischer Energie von 11,7%.

Claims (39)

1. Rollsportgerät, insbesondere einspuriges Skateboard oder einspuriger Rollschuh, mit zwei hintereinander angeordneten Rollenachsen, mit daran angeordneten einspurig hintereinander laufenden Rollen, welche an einem Board oder einem tragenden Rahmen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere der beiden Rollenachsen (Hinterachse) um eine schräg nach vorn unten weisende Achse (3, 21, 25, 32, 34, 41, 71) (Lenkachse), die einen Nachlaufwinkel bildet, schwenkbar ist, daß die Laufflächen (7', 12') der Rollen (7, 12) quer zur Laufrichtung gekrümmt sind und daß die Laufflächen (7', 12') einen hohen, gummiähnlichen Reibwert aufweisen.

2. Rollsportgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterachse mittels elastischer Elemente (6', 6", 48, 77, 78, 144) für Geradeausfahrt zentriert ist.

3. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachlaufwinkel zwischen 30° und 70° liegt.

4. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächen (7', 12') angenähert sphärisch gekrümmt sind mit angenähert dem Rollenradius als Krümmungsradius, so daß der Abstand des Aufstandspunktes der jeweiligen Rolle (7, 12) zu deren Mittelpunkt sich über den gesamten fahrbaren Schräglagenbereich nicht wesentlich ändert.

5. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächen (7', 12') quer zur Laufrichtung derart geformt sind, daß der Abstand des Rollenmittelpunkts zum Aufstandspunkt der Rolle (7, 12) bei horizontal stehenden Rollenachsen minimal ist.

6. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächen in einem engen mittleren Bereich zylindrisch sind.

7. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der hinteren Rollenachse (8, 31) zur Lenkachse (3, 21, 25, 32, 34, 41, 71) kleiner als der Rollenradius ist.

8. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Lenkachse (3, 21, 25, 32, 34, 41, 71) von der hinteren Rollenachse (8, 31) etwa 2/10 bis 6/10 des Rollenradius beträgt.

9. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der hinteren Rollenachse und der Lenkachse null oder negativ ist.

10. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rollen (7, 12) jeweils quer zur Rollenachse in zwei Halbrollen geteilt sind, welche zur Durchführung der die Lagerung tragenden Teile einen Abstand zueinander aufweisen.

11. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Rollenachse (8, 31) mit einem Lenkkörper (6, 29, 36, 72) verbunden ist, welcher um die Lenkachse (3, 21, 25, 32, 34, 41, 71) unter Überwindung elastischer Rückstellkräfte schwenkbar ist.

12. Rollsportgerät nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halbrollen jeder Rolle separat an der zugehörigen Rollenachse drehbar gelagert sind, wobei die vordere Rollenachse feststehend angeordnet und die hintere Rollenachse fest mit dem Lenkkörper verbunden ist.

13. Rollsportgerät nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halbrollen jeder Rolle (7, 12) mittels der zugehörigen Rollenachse (8, 31; 13) fest miteinander verbunden sind, wobei die vordere Rollenachse (13) in dem Rahmen (1, 71) und die hintere Rollenachse (8, 31) in dem schwenkbaren Lenkkörper (6, 29, 36, 72) drehbar gelagert ist.

14. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbrollen wenigstens der hinteren Rolle (7) schalenartig ausgebildet sind, so daß sie einen Hohlraum umschließen.

15. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (7, 12) aus einer tragenden Schale aus Leichtmetall oder Kunststoff und einem äußeren Belag (7', 12') aus einem Polymer mit hohem Reibwert gegen den Straßenbelag (Gummi, Polyurethan, Kautschuk) bestehen.

16. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Rolle (7) größer ist als die vordere (12).

17. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand jeweils der beiden Halbrollen einer Rolle (7, 12) zueinander einstellbar ist.

18. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (7, 12) weiter innen hart, weiter außen weich belegt sind.

19. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenachsen an einem Rahmen (1, 71) befestigt sind, welcher aus einem Tragbalken besteht und welcher oben mit Aufsatzhalterungen (2) zur Befestigung eines Schuhs versehen ist, daß das vordere Ende des Rahmens durch den Spalt zwischen den vorderen Halbrollen (12) ragt und die vordere Rollenachse (13) trägt und daß der Rahmen hinten einen die Lenkachse bildenden, mit dem Rahmen fest verbundenen Lenkstummel (3, 21, 25, 32, 34, 41, 71) aufweist, welcher zwischen den hinteren Halbrollen (7) hindurch in deren Inneres hineinragt und daß der Lenkkörper (6, 29, 36, 72) innerhalb der hinteren Rolle (7) angeordnet ist.

20. Rollsportgerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen Mittel zur variablen Befestigung des Schuhs, insbesondere Langlöcher und unterlegbare Keile, aufweist.

21. Rollsportgerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Schuh mit angehobener Ferse auf dem Rahmen (1, 71) befestigt ist, vorzugsweise mit einem Winkel von 10° bis 17°.

22. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkstummel (32, 34) an dem Rahmen (1) angeformt ist.

23. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkstummel (3) mit einer lösbaren Reibkegelverbindung (4) in dem Rahmen (1) verankert ist.

24. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkstummel (21) in den Rahmen (1) unlösbar eingepreßt ist.

25. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkstummel mit einem umgebogenen Endstück versehen ist, welches von unten schräg nach vorn verlaufend in den Rahmen hineinragt und dort verankert ist.

26. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkstummel (3) derart gebogen und mittels Verschraubung (5) verankert ist, daß die Wirkrichtung der Verschraubung (5) zum Aufstandspunkt der hinteren Rolle (7) weist.

27. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkstummel (25) zwischen zwei Fortsätzen des Rahmens angeordnet ist, welche oberhalb und unterhalb des Lenkstummels vom Rahmen abragen.

28. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkkörper (6) über eine Bohrung verfügt, mit welcher er über den Lenkstummel (3') gestülpt ist, wobei die Bohrung weiter als der Lenkstummel (3') ist, und daß der Zwischenraum zwischen der Bohrung und dem Lenkstummel (3) mit einem elastisch federnden Material (6') ausgefüllt ist.

29. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Lenkstummels (3) die Form eines hochkant stehenden Rechtecks aufweist.

30. Rollsportgerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Bohrung die Form eines hochkant stehenden, in der Mitte horizontal eingeschnürten Rechtecks hat, dessen engste Stelle auf halber Höhe liegt und etwa der Breite des Lenkstummels (3) entspricht (Schmetterlingsform).

31. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 10 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkkörper (72) einen hebelartigen Fortsatz (76) aufweist, der zwischen den beiden Halbrollen in Richtung auf den Rahmen hindurchragt und dessen freies Ende im Rahmen (70) elastisch gehalten ist.

32. Rollsportgerät nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Fortsatzes (76) zwischen zwei elastischen Körpern (77, 78) im Rahmen gehalten ist.

33. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei an dem Lenkkörper angelenkte Rückstellfedern gegeneinander vorgespannt und mit Anschlägen so festgehalten sind, daß zur Drehung des Lenkkörpers ein Schwellmoment überschritten werden muß.

34. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkstummel als Torsionsfeder ausgebildet ist, an welcher der Lenkkörper direkt befestigt oder angeformt ist.

35. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkrückstellhärte und/oder das Schwellmoment des Lenkkörpers verstellbar ist.

36. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 10 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücke zwischen den Halbrollen der hinteren Rolle durch einen Steinabweiser (139), welcher an dem Lenkkörper befestigt ist, und die Lücke zwischen den Halbrollen der vorderen Rolle durch einen Steinabweiser (138), welcher an dem Rahmen befestigt ist, wenigstens im Bereich der Aufstandspunkte der Rollen verschlossen sind.

37. Rollsportgerät nach einem der Ansprüche 19 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach hinten über die hintere Rolle herausragender Bremsklotz (180) aus einem Abriebmaterial an dem Lenkkörper (6) so befestigt ist, daß er bei leichtem Kippen des gesamten Rahmens (1) nach hinten den Boden berührt und eine Bremskraft erzeugt.

38. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen unsymmetrisch ausgeführt sind.

39. Rollsportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feststellbremse (38) vorgesehen ist, durch welche wenigstens eine der Rollen feststellbar ist, und daß die Feststellbremse (38) durch einen Stift/Sperrelement gebildet ist, welcher in die Rollen/Rollenachse oder über eine mehrkantige Anformung an der Rolle steckbar ist und welcher einen Griff in Form einer vorragenden gut sichtbaren Markierung aufweist.