DE10100072A1 - Durch Gewichtsverlagerung lenkbarer Roller - Google Patents
Durch Gewichtsverlagerung lenkbarer RollerInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen durch Gewichtsverlagerung lenkbaren Roller, beinhaltend ein vorderes Rad und ein hinteres Rad, welche hintereinander etwa in einer Ebene angeordnet sind, wobei mindestens eines der Räder mittels einer Lenkmechanik lenkbar ausgebildet ist und beinhaltend einen diese Räder verbindenden Rahmen mit Standfläche, wobei der Lenkkopfwinkel der Lenkkopfachse zur Vertikalen bzw. Normalen des Untergrundes, abhängig vom Winkel des Lenkeinschlages des lenkbaren Rades, mittels der Lenkmechanik innerhalb eines vordefinierten Winkelbereichs variiert wird. Eine erste Ausführung der Lenkmechanik beinhaltet drei ineinandergeschachtelte Gabeln, wobei die innerste Lenkgabel das lenkbare Rad hält und lenkt, die mittlere Schwenkgabel das Lenkkopflager hält und schwenkt und so den Lenkkopfwinkel einstellt und die äußere Gabel fester Rahmenbestandteil ist. Eine zweite Ausführung der Lenkmechanik beinhaltet ein Kreuzgelenk aus einer Schwenkgabel und einer Lenkgabel, wobei die Lenkgabel im Radnabenzentrum mit asymmetrischer Felge und normalem Radlager angeordnet sein kann oder außerhalb des Radnebenzentrums mit übergroßem Radlager und innerhalb einer symmetrischen Felge. Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines einspurigen Rollers ohne Lenkstange, welcher sehr einfach und sicher durch Gewichtsverlagerung lenkbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen durch Gewichtsverlagerung lenkbaren Roller nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Rollerartige Fahrzeuge sind seit langem bekannt und erfreuen sich in letzter Zeit
einer immer größeren Beliebtheit. Kennzeichnend von einspurigen Konstruktionen
(d. h. ein Rad vorn und eines hinten) ist immer eine Lenkstange, die mit den
Händen bedient werden muß und ohne welche Lenkstange das Gefährt nicht zu
steuern ist.
Allein durch Aufkanten der Füße können bisher nur zweispurige Roller (vorne
und/oder hinten zwei Räder nebeneinander), z. B. Skateboards, gesteuert
werden.
Es gibt Bemühungen, dieses Skateboardprinzip geländetauglich zu machen.
Dabei entstehen relativ schwere und unhandliche Konstruktionen. Wegen seiner
Zweispurigkeit kann ein solches Gerät nicht das Fahrgefühl eines carvenden
Snowboards vermitteln und ist z. B. für Schrägfahrten im steilen Gelände nur
bedingt geeignet.
Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines einspurigen, rollerähnlichen Gefährts,
welches im Prinzip ohne Lenkstange auskommt. Vorne ein Rad, hinten ein Rad, in
der Mitte eine Standfläche, evtl. mit Fußschlaufen. Gelenkt wird dieser Roller
durch Aufkanten der Füße und Gewichtsverlagerung.
Kernpunkt der Erfindung ist eine Lenkmechanik, die diesen Anforderungen
gerecht wird. Einen Teil der Lösung kennt jeder, der schon einmal freihändig
Fahrrad gefahren ist:
da der Lenkkopf etwas nach vorn geneigt ist, trifft die gedachte Verlängerung der Achse des Lenkkopfs bei Geradeausfahrt den Boden etwas vor dem Auflagepunkt des Rades. Legt man das Fahrrad in die Kurve, entsteht dadurch ein Drehmoment, welches das Rad zum Lenkeinschlag zwingt. Die Kurvenfahrt bleibt stabil, wenn die Zentrifugalkraft dieses Drehmoment aufhebt. Will man wieder in die Geradeausfahrt, erhöht man durch kurzes Aufkanten den Lenkeinschlag und verkleinert somit für einen Moment den gefahrenen Radius. Die konstantgebliebene Schräglage des Körpers erfährt über die kurz erhöhte Zentrifugalkraft ein Aufrichtmoment, so daß der Körperschwerpunkt wieder über die Fahrradmitte kommt, das Fahrrad wird wieder senkrecht gestellt und man fährt wieder geradeaus. Leider funktioniert dieses Prinzip nur bei geringen Lenkausschlägen, weil bei größeren Lenkausschlägen und Schräglagen sich der Auflagepunkt des Rades auf der Straße immer weiter nach vorn bewegt und schließlich vor die gedachte Verlängerung der Lenkkopfachse kommt. Das bedeutet, daß ein stärkeres Aufkanten den Fahrer dann nicht mehr aus der Kurvenfahrt herausholen kann, sondern unweigerlich zum Sturz führt.
da der Lenkkopf etwas nach vorn geneigt ist, trifft die gedachte Verlängerung der Achse des Lenkkopfs bei Geradeausfahrt den Boden etwas vor dem Auflagepunkt des Rades. Legt man das Fahrrad in die Kurve, entsteht dadurch ein Drehmoment, welches das Rad zum Lenkeinschlag zwingt. Die Kurvenfahrt bleibt stabil, wenn die Zentrifugalkraft dieses Drehmoment aufhebt. Will man wieder in die Geradeausfahrt, erhöht man durch kurzes Aufkanten den Lenkeinschlag und verkleinert somit für einen Moment den gefahrenen Radius. Die konstantgebliebene Schräglage des Körpers erfährt über die kurz erhöhte Zentrifugalkraft ein Aufrichtmoment, so daß der Körperschwerpunkt wieder über die Fahrradmitte kommt, das Fahrrad wird wieder senkrecht gestellt und man fährt wieder geradeaus. Leider funktioniert dieses Prinzip nur bei geringen Lenkausschlägen, weil bei größeren Lenkausschlägen und Schräglagen sich der Auflagepunkt des Rades auf der Straße immer weiter nach vorn bewegt und schließlich vor die gedachte Verlängerung der Lenkkopfachse kommt. Das bedeutet, daß ein stärkeres Aufkanten den Fahrer dann nicht mehr aus der Kurvenfahrt herausholen kann, sondern unweigerlich zum Sturz führt.
Unter Schutz gestellt werden soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung die
Lenkmechanik, deren Eigenschaft es ist, auch bei stärkeren Radeinschlägen und
Schräglagen die gedachte Verlängerung der Lenkkopfachse immer etwas vor dem
Auflagepunkt des Rades auf dem Boden zu halten. Eine Lösung ist ein variabler
Lenkkopfwinkel. Eine andere Lösung ist ein fester, relativ flacher Lenkkopfwinkel,
dessen Fahreigenschaften nicht sehr komfortabel sind.
Um ein leichtes Anfahren zu ermöglichen, sollte der Lenkkopfwinkel ziemlich
senkrecht stehen. Um eine Kurvenfahrt zu ermöglichen, muß der Lenkkopfwinkel
flacher werden, je stärker das Rad einschlägt. Eben diese Idee soll besonders
geschützt werden. Die Fahreigenschaften können noch zusätzlich beeinflußt
werden, indem die Schwenkachse nicht im Radnabenzentrum, sondern leicht
versetzt positioniert wird.
Wird die Schwenkachse z. B. etwas vor das Radnabenzentrum positioniert,
entsteht bei Neutralstellung ein Drehmoment auf die Schwenkachse nach vorn,
wodurch das Rad in Geradeausstellung gezwungen wird. Dies erleichtert das
Anfahren deutlich. Die Schwenkachse darf dabei nur wenig versetzt werden, da
sonst die Wendigkeit des erfindungsgemäßen Inlineboards leidet.
Die Lenkmechanik, welche die obige Eigenschaft erlaubt (Veränderung des
Lenkkopfwinkels in Abhängigkeit vom Radeinschlag), kann ins Zentrum des
Rades konstruiert werden. Dabei kann das Radlager zur Seite versetzt werden
oder mit großem Durchmesser um die Lenkmechanik herum seinen Platz finden.
Auch diese Idee soll geschützt werden.
Die Lenkmechanik funktioniert auch aus einem anderen Aspekt heraus; gerade
diese Idee soll besonders geschützt werden. Die eine Sache ist die, daß die
Lenkachse ein Drehmoment erfährt durch die Differenz zwischen
Bodenberührpunkt des Rades und gedachter Verlängerung der Lenkachse. Dies
wirkt vor allem bei Geradeauslauf und leichten Kurven mit geringen
Aufkantwinkeln. Der neue Aspekt ist folgender: liegt der Bodenberührpunkt des
Rades unterhalb der Schwenkachse, kommt zunächst kein Drehmoment auf die
Schwenkachse zustande. Bei einem Aufkanten des Rollers und einem
Radeinschlag wandert der Bodenberührpunkt des Rades nach vorn. Dadurch
entsteht ein Drehmoment auf die Schwenkachse nach hinten. Da Schwenk- und
Lenkachse über eine Art Getriebe (siehe verschiedene Ausführungen)
miteinander verbunden sind, führt dies zu einem stärkeren Radeinschlag. Mit Hilfe
eines dosierten Aufkantens kann also sehr gut das Drehmoment, das auf die
Schwenkgabel wirkt, definiert werden; und damit eben auch der Radeinschlag und
Kurvenradius. Dieses Prinzip wirkt erst, wenn das Board aufgekantet und das Rad
eingeschlagen ist. Also vorwiegend bei engeren Kurvenradien; dabei löst es den
ersten Aspekt in seiner Wirksamkeit ab.
Das bedeutet, daß bei stabiler Kurvenfahrt die Zentrifugalkraft ein ähnlich großes
Drehmoment in entgegengesetzter Richtung auf die Lenkachse des Rades ausübt
wie das Drehmoment, das durch das Aufkanten/Radeinschlag-Schwenkachse-Lenk
getriebe-Lenkachse entsteht. Das bedeutet, daß das Lenkgetriebe, welches
das Drehmoment der Schwenkachse auf die Lenkachse überträgt, eine sehr
wichtige Rolle spielt. Als mögliche Ausführungen kommen z. B. in Frage:
- 1. Lösung über Kugelkopfgetriebe.
- 2. Zahnscheibe (oder angepreßte Gummischeibe), die mit halben Zahnrädern (Schwenkarme) verzahnt ist.
- 3. Frästeile, die die Bewegung des Dornkopfes definieren. Hierbei kann das Getriebeverhältnis sich je nach Radeinschlag ändern; auch können für Rechts- und Linkskurven (Könner- und Nichtkönner) unterschiedliche Einsätze verwendet werden.
Hier ist noch zu erwähnen, daß durch Anbringen von Federn, welche auf Lenk- oder
Schwenkachse wirken, die Fahreigenschaften beeinflußt werden können.
Noch interessanter ist eine Lenkmechanik, die während des Lenkvorganges die
Schwenkachse relativ zum Nabenzentrum bewegt.
Um die Wendigkeit zu erhöhen, kann auch das Hinterrad lenkbar gestaltet
werden. Um den Roller wie einen gewöhnlichen Roller zu verwenden, d. h. ein
Fuß auf dem Trittbrett, der andere Fuß schiebt an, kann ein Haltegriff mit dem
Roller verbunden werden. Das Festhalten mit einer Hand erleichtert das Rollern in
der Ebene. Der Haltegriff sollte sehr leicht entfernt oder abgeklappt und am
Inlineboard verstaut werden können. Auch diese Idee soll geschützt werden.
Damit das Board nach einem Sturz nicht weiterrollt, kann dieses mit einer Art
Fangriemen, der Fahrer mit Brett verbindet, oder einer Bremse, die bei
Nichtbelastung des Trittbretts blockiert, ausgerüstet werden.
Gedacht ist dieses Inlineboard als Sportgerät, das bei Verwendung etwas
größerer Räder auch auf ungeteertem Gelände gefahren werden kann. Denkbar
ist so eine Art Snowboard für den Sommer. Gerade in den niedrig gelegenen
Skigebieten, die unter den immer wärmeren Wintern in unserer Region leiden,
könnte das Inlineboard von wirtschaftlicher Bedeutung werden. Hat man kein
Gefälle als Antrieb zur Verfügung, ist auch im Flachen eine Anwendung möglich,
indem man ein Surfrigg oder einen Kite (Lenkdrachen) zur Fortbewegung nutzt.
Hier stellt das Inlineboard eine Alternative zum Kitebuggying oder Strandsurfen
dar. Möglich wären auch Anwendungen als Trockenübungsgerät für Kitesurfer,
Wasserskifahren u. v. m.
Für die Konstruktion eines solchen Rollers gibt es mehrere Möglichkeiten. Die
übersichtlichste enthält eine Lenkmechanik mit drei ineinandergeschachtelten
Gabeln. Die innerste hält das Rad und lenkt; die mittlere hält das Lenkkopflager
und schwenkt, stellt also den Lenkkopfwinkel ein; die äußere Gabel ist fester
Rahmenbestandteil.
Eine Abflachung des Lenkkopfwinkels beim Radeinschlag kann z. B. mit Hilfe
einer Verbindung der Lenkgabel über zwei Kugelkopfgelenke mit dem Rahmen
bewerkstelligt werden, auch hier gibt es etliche konstruktive
Variationsmöglichkeiten. Eleganter sind konstruktive Lösungen, die die
Lenkmechanik ins Radnabenzentrum verlegen.
Der Platz dafür wird erreicht, indem das Radlager durch eine asymmetrische
Felge zur Seite genommen wird oder ein sehr durchmessergroßes Radlager
verwendet wird, wodurch im Zentrum noch Platz für die Lenkmechanik verbleibt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, welche
mehrere Ausführungswege darstellen. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und
ihrer Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Rollers;
Fig. 2 Seitenansicht nach Fig. 1;
Fig. 3 perspektivische Ansicht des Rollers nach Fig. 1;
Fig. 4 Draufsicht auf den Roller nach Fig. 1;
Fig. 5 schematisiert die Einwirkung der Kräfte auf das Vorderrad in
Geradeausfahrt;
Fig. 6 die Kraftverhältnisse auf das Vorderrad in Kurvenfahrt, nach dem Stand
der Technik;
Fig. 7 die gleichen Kraftverhältnisse wie Fig. 6 bei Einwirkung der
erfindungsgemäßen Schwenkmechanik des Lenkkopfes;
Fig. 8 weitere Einzelheiten der Einwirkung von Kraftverhältnissen am
Vorderrad;
Fig. 9 eine gegenüber Fig. 8 abgewandelte Darstellung;
Fig. 10 die Seitenansicht einer Ausführung ähnlich der Fig. 2;
Fig. 11 eine gegenüber Fig. 1 bis 4 abgewandelte Ausführungsform mit einer
in die Nabe eingebauten Lenkgeometrie;
Fig. 12 schematisiert die Draufsicht auf den Roller mit einer Anordnung nach
Fig. 11;
Fig. 13 perspektivische Ansicht einer Ausführung des Vorderrades der
Ausführung nach Fig. 11 und 12;
Fig. 14 eine gegenüber Fig. 13 abgewandelte Ausführungsform, in
Vorderansicht;
Fig. 15 die Draufsicht auf Fig. 14;
Fig. 16 eine gegenüber Fig. 14 abgewandelte Ausführungsform;
Fig. 17 eine weitere Modifikation gegenüber der Fig. 16;
Fig. 18 eine gegenüber Fig. 15 abgewandelte Ausführungsform.
In den Fig. 1 bis 4 ist als erstes Ausführungsbeispiel ein Roller nach der
Erfindung mit einer außerhalb der Nabe liegenden Lenkgeometrie dargestellt. Sie
besteht im wesentlichen aus drei ineinandergreifenden Gabeln.
Der Roller insgesamt weist ein Trittbrett 1 auf, welches auf einem Rahmen 2
aufgesetzt ist.
Der Hinterbau ist relativ konventionell ausgebildet und weist an geteilten
Rahmenrohren 2 ein Hinterrad 4 auf, welches ggf. noch mit einer Bremse 6
ausgerüstet sein kann.
Der vordere Teil des Rahmens 2 mündet in einen gabelförmigen Rahmenkopf 3,
der in Winkelstellung zur Horizontalen nach oben schräg geneigt ist und der durch
eine horizontale Querstrebe 3a fest miteinander verbunden ist.
Nachdem der Aufbau der Lenkgeometrie genau symmetrisch zur
Längsmittenachse des gesamten Rollers ist, reicht es in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel aus, nur eine Seite der Lenkgeometrie zu beschreiben,
nachdem die andere Seite genau gleich ausgebildet ist.
Zur weiteren Erläuterung dieser Lenkgeometrie wird auch auf die Fig. 10 Bezug
genommen, die eine gegenüber Fig. 2 schematisierte Ausführungsform darstellt.
Vom Rahmenkopf 3 nach vorne schräg ausgehend sind zwei zueinander parallele
Holme 7 vorgesehen, die an ihren unteren freien Enden jeweils ein
Schwenklager 8 aufnehmen.
Das Schwenklager 8 besteht hierbei aus einem drehfest mit der U-förmig
profilierten Schwenkgabel 9 verbundenen Bolzen, der drehbar in dem jeweiligen
Holm 7 aufgenommen ist.
Die Schwenkgabel 9 ist wiederum - wie gesagt - als U-förmiger Körper
ausgebildet, wobei die Längsachse der Schwenkgabel 9 zur Vertikalen in einem
bestimmten Winkel nach hinten geneigt ist. Im oberen Mittenschenkel der
Schwenkgabel 9 ist hierbei das Lenklager 10 ausgebildet, welches wiederum aus
einem drehbaren Bolzen besteht, der an einem Teil fest und an dem anderen Teil
drehbar gelagert ist.
Das Lenklager 10 stellt die schwenkbare Verbindung zu der darunter
angeordneten Lenkgabel 11 her, die wiederum als U-förmiger Körper ausgebildet
ist und ebenfalls im gleichen Winkel wie die Schwenkgabel 9 zur Vertikalen nach
hinten geneigt ist.
Die vorderen freien Enden der Lenkgabel 11 werden durch die Radachse 12
durchsetzt, die in ihrem Mittenbereich die Nabe für das Rad (Vorderrad 5)
aufnimmt.
Gemäß Fig. 1 erfolgt eine gelenkige Anbindung der gesamten Lenkgeometrie,
bestehend aus Schwenkgabel 9 und drehbar hierzu gelagerter Lenkgabel 11 über
eine Gelenkverbindung 23 gemäß Fig. 1.
Diese besteht im wesentlichen aus einem fest mit der Lenkgabel 11 verbundenen
Stab 24, der in ein Kugelgelenk 25 mündet, welches seinerseits gelenkig über
einen weiteren Stab 27 mit einem Kugelgelenk 26 verbunden ist und hierüber mit
dem Rahmenkopf 3 verbunden ist.
Die Fahrmechanik des so dargestellten Rades 5, welches quasi kardanisch
aufgehängt ist und schräg nach hinten zur Fahrtrichtung geneigt ist, wird anhand
der Fig. 5 bis 9 näher beschrieben.
Allerdings wird darauf hingewiesen, daß die Neigung der Längsachse von
Lenkgabel 11 und Schwenkgabel 9 nicht lösungsnotwendig ist. Die gesamte
Anordnung funktioniert auch, wenn die genannten Teile vertikal ausgerichtet oder
sogar leicht in Fahrtrichtung nach vorne geneigt sind.
Gemäß den Fig. 5 bis 7 kann durch das Radlager 13 des Vorderrades 5 eine
gedachte Lenkkopfachse 14 gezeichnet werden, die in dem Schnittpunkt 15 den
Boden 19 schneidet.
Von dem Radlager 13 erstreckt sich eine Vertikale 16 nach unten, die ebenfalls im
Schnittpunkt mit dem Boden 19 einen Auflagepunkt 17 ergibt.
Der Punkt B (Schnittpunkt 18) ist der Schnitt der Strecke 17-18, d. h. eine Gerade,
die einerseits durch den Auflagepunkt 17 sich erstreckt und senkrecht zu der
Lenkkopfachse 14 ist.
Der Abstand 17-18 bestimmt das beim Aufkanten des Rollers entstehende
Drehmoment, welches über die erfindungsgemäße Lenkung als Lenkeinschlag
verwendet wird.
Diese Verhältnisse sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt.
Während die Fig. 6 die Drehmomentverhältnisse bei fest eingestelltem
Lenkkopfwinkel zeigt, wobei also die Lenkung nichtlenkbar im Sinne der Erfindung
ausgebildet ist, zeigt die Fig. 7 eine gegenüber Fig. 6 verbesserte
Ausführungsform der Ausbildung der Lenkgeometrie, so wie es die Erfindung
vorschlägt.
Die Fig. 6 zeigt also im wesentlichen die Verhältnisse eines Rades - bei
spielsweise eines Vorderrades an einem Fahrrad - beim Freihändigfahren,
während die Fig. 7 die wahren erfindungsgemäßen Verhältnisse der
Lenkgeometrie des erfindungsgemäßen Rollers zeigt.
Der Unterschied zwischen Fig. 6 und Fig. 7 liegt nun darin, daß bei stärkeren
Lenkausschlägen und bei Schräglagen der Auflagepunkt 17 vor den
Schnittpunkt 15 wandert, wodurch das Rad instabil wird und es zum Sturz führen
kann.
Dies vermeidet die Lenkgeometrie nach der Erfindung gemäß Fig. 7, weil dort
die gedachte Lenkkopfachse beim Lenkeinschlag von der Stellung 14 in
Pfeilrichtung 20 in die Stellung 14' verschwenkt wird, wodurch ein Überholen des
Punktes 17 gegenüber dem Punkt 15 auf jeden Fall vermieden wird, weil ja die
Lenkkopfachse 14 in Stellung 14' verschwenkt wird.
Bei Aufkanten des Rollers wandert der Auflagepunkt 17 des Rades 5 in
Fahrtrichtung nach vorne. Deshalb kommt ein Drehmoment auf die
Schwenkgabel 9. Durch die Kopplung über die Gelenkverbindung 23 entsteht ein
Drehmoment auf die Lenkgabel 11, und deswegen kann bei gesteuertem
Aufkanten des Rollers auch ein hierzu gehörendes konstantes Drehmoment
erzeugt werden, das sich die Waage hält mit der Zentrifugalkraft des Vorderrades,
so daß es zu einem stabilen, nicht veränderbaren Lenkeinschlag kommt.
Dies macht die stabile Fahrteigenschaft des Rollers aus, denn zu einem
bestimmten Neigungswinkel des Rollers gehört ein bestimmter Lenkeinschlag, der
stabil während dieser Kurvenfahrt beibehalten wird und nicht verlorengeht.
Die Fig. 8 und 9 zeigen nochmals, daß die Lenkkopfachse 14 in einer relativ
steilen Lage gehalten werden kann, und dies führt dazu, daß der Roller beim
Anfahren stabiler ist, während Fig. 9 zeigt, daß - je stärker die
Lenkkopfachse 14' verändert wird - dementsprechend die Kurvenfahrt besser
gelingt. Dies ergibt sich durch den Abstand zwischen den Punkten 15 und 17.
Die Fig. 11 bis 18 zeigen sogenannte Einbau-Lösungen, die sich von dem
Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 4 dadurch unterscheiden, daß die
genannten drei ineinandergreifenden Gabeln 7, 9, 11 entfallen und durch
äquivalente Lösungen ersetzt werden.
Hierbei zeigt die Fig. 11 eine Felge 21 des Vorderrades 5, die mit einem
entsprechenden Reifen belegt ist.
Das Radlager 13 wird hierbei in der Nabe 22 aufgenommen.
Das Radlager ist hierbei drehfest mit dem drehbaren Teil eines etwa hülsenförmig
ausgebildeten Lenklagers 28 verbunden, welches seinerseits drehbar auf einem
Lagerstift 54 verbunden ist, so daß die beiden Teile 28, 54 in den
Pfeilrichtungen 34 zueinander verdrehbar sind.
Auf dem Lenklager 28 ist noch das Nabenzentrum 55 angedeutet. Der
Lagerstift 54 ist fest über einen Verbindungsbügel 30, 56 verbunden, der drehbar
in dem Schwenklager 29 aufgenommen ist, so daß sich die beiden Teile 29, 56 in
den Pfeilrichtungen 33 zueinander verdrehen.
An dem Schwenklager 29 ist fest der Rahmen 2 angebracht, der gemäß Fig. 12
als einseitig ansetzender Bügel ausgebildet ist.
Das Schwenklager 29 ist an seinem Außenumfang fest mit zwei
gegeneinandergerichteten Stäben 32 verbunden, die fest über senkrecht hierzu
ansetzende Ansätze 31 mit dem Außenumfang des Lenklagers 28 verbunden
sind.
Auf diese Weise werden zwei senkrecht zueinander verdrehbare Lager
geschaffen, die auch als Kreuzlager oder kardanische Lager bezeichnet werden
können.
Ein Ausführungsbeispiel eines, in Fig. 11 lediglich schematisiert dargestellten,
Lagers ist in Fig. 13 ausgeführt.
Hierbei ist erkennbar, daß der Rahmen 2 mit einer Aufnahme 35 verbunden ist,
die ihrerseits das Schwenklager 29 aufnimmt.
Die Aufnahme 35 ist über den Mantel 36 drehfest mit einer Bremsplatte 37
verbunden, wobei diese Bremsplatte im wesentlichen aus einer scheibenförmigen
Platte mit einem Gummibelag besteht.
Über diesen außenliegenden Gummibelag wird ein Reibschluß zu dem senkrecht
hierzu verdrehbaren Lenklager 28 hergestellt.
Hierzu wird diese Bremsplatte 37 federbelastet in Längsrichtung des
Lagerstiftes 56 gegen die zugeordneten Mitnehmeroberflächen der
Mitnehmerarme 38 des Lenklagers 28 gepreßt.
Mit einer Verbindungsplatte 39 sind die bogenförmig ausgebildeten
Mitnehmerarme 38 verbunden, die deshalb die Schwenkbewegung des gesamten
Lagers in Pfeilrichtung 34 um den Lagerstift 54 mitmachen.
Bei einem Aufkanten des Vorderrades 5 wird nun das entsprechende
Lenklager 28 in Pfeilrichtung 34 verdreht, wobei die Mitnehmerarme 38 über ihren
Reibschluß die Bremsplatte 37 in Pfeilrichtung 33 mitnehmen und hierdurch das
gesamte Vorderrad den Lenkkopfwinkel von seiner Stellung 14 in die Stellung 14'
gemäß Fig. 1 verändert.
Um das Übersetzungsverhältnis des Reibschlusses zu verändern, können die
Mitnehmerarme 38 in ihrem gegenseitigen Abstand zueinander verändert werden.
Hierzu sind in der Verbindungsplatte 39 eine Reihe von übereinander
angeordneten Bohrungen 40 vorhanden, und jeder Mitnehmerarm 38 kann mit
seinem zugeordneten Ansatz 41 in die Bohrung jeweils abgesteckt werden, so
daß unterschiedliche Abstände der Ansätze von oberem und unterem
Mitnehmerarm 38 erreicht werden können.
Während die Fig. 13 eine reibungsschlüssige Kupplung zwischen dem
Lenklager 28 und dem Schwenklager 29 darstellt, sind im Rahmen der Erfindung
auch formschlüssige Kupplungen möglich.
Statt des Reibungsschlusses über eine gummibelegte Bremsplatte 37 und
reibschlüssig daran anliegenden oberen und unteren Mitnehmerarmen 38 können
auch formschlüssige Verbindungen verwendet werden, insbesondere
Zahnradritzelkupplungen und andere Formschlußverbindungen.
In den Fig. 14 bis 17 sind anstatt reibschlüssiger Kupplungen feste Stab-Ge
lenkkupplungen vorgesehen, die nachfolgend beschrieben werden.
Fig. 14 zeigt beispielsweise in einer Seitenansicht, daß, ausgehend von dem
Rahmen 2, einseitig ein Verbindungsstab 42 mit einem ersten Kugelkopf 43
verbunden ist, der seinerseits gelenkig über einen Verbindungsstab 45 mit einem
zweiten Kugelkopf 44 verbunden ist, der seinerseits gelenkig über einen
Verbindungsstab 46 mit der Lenkachse 48 fest verbunden ist.
Die Lenkachse 48 durchgreift hierbei in der vorher beschriebenen Weise das
Lenklager 28 und ist in diesem drehbar gelagert.
In ebenfalls vorher beschriebener Weise wird das Schwenklager 29 durch den
Lagerstift 56 durchgriffen, der drehbar im Schwenklager 29 gehalten ist.
Die Länge der Verbindungsstäbe 42, 45, 46 definiert die Kopplung zwischen
Lenklager 28 und Schwenklager 29 und damit das Kurvenverhalten beim
Aufkanten des Rollers.
Die Fig. 15 zeigt die Draufsicht auf die Fig. 14, wo weitere Einzelheiten
erkennbar sind.
Die Fig. 16 und 17 zeigen, daß statt eines innenliegenden Radlagers auch ein
außenliegendes Radlager, bestehend aus einem relativ umfangreichen Radkranz
mit einem darauf laufenden Kugellager möglich ist. Sonst gelten für die gleichen
Teile die gleichen Erläuterungen.
Der Vergleich von Fig. 16 und Fig. 17 zeigt, daß das Schwenklager 29 (Fig. 16)
auch in Fahrtrichtung nach vorne versetzt werden kann, so daß beim Anfahren ein
Drehmoment auf das Schwenklager 29' (Fig. 17) ausgeübt wird, was über die
vorher beschriebene Gelenkverbindung 23 dazu führt, daß das Rad beim
Anfahren zunächst in eine Geradeausstellung gestellt wird.
Diese geometrischen Eigenschaften haben jedoch nichts mit der Art und
Anordnung des Radlagers 47 zu tun.
Das heißt, der in Fahrtrichtung nach vornehingerichtete Versatz des
Schwenklagers in die Stellung 29' (Fig. 17) kann auch bei den übrigen vorher
beschriebenen Ausführungsbeispielen angewendet werden.
Die Fig. 18 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine andere Kopplung, wobei
auf eine Kopplung über die vorher beschriebenen Verbindungsstäbe 42, 45, 46
verzichtet wird und statt dessen eine Führung über eine Führungsnut 51, 51'
erfolgt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind an den freien Enden eines
Verbindungsstabes 46, der fest mit dem Radlager 13 verbunden ist, jeweils
Führungsköpfe als Gleitköpfe 52 ausgebildet, die in den Pfeilrichtungen 53 und 54
verschwenkbar in zugeordneten Führungsnuten 51, 51' eines Führungsteils 50
angeordnet sind.
Die Führungsnuten 51, 51' sind sphärisch ausgebildet, wobei das gesamte
Führungsteil 50 mit dem Rahmen 2 verbunden ist und der Rahmen durch das
Schwenklager 29 durchsetzt ist, welches demgemäß in den Pfeilrichtungen 33
schwenkbar im Rahmen 2 gehalten ist.
Vorteil des beschriebenen Rollers sind also seine stabile Fahreigenschaft, seine
leichte Anwendbarkeit und seine Geländetauglichkeit. Man kann nun mit der
erfindungsgemäßen Lenkung große Räder verwenden, die im Gelände auch
große Hindernisse überwinden können, ohne daß es zum Sturz kommt.
1
Trittbrett
2
Rahmen
3
Rahmenkopf
3
a Querstrebe
4
Hinterrad
5
Vorderrad
6
Bremse
7
Holm
8
Schwenklager
9
Schwenkgabel
10
Lenklager
11
Lenkgabel
12
Radachse
13
Radlager
14
Lenkkopfachse
14
'
15
Schnittpunkt
16
Vertikale
17
Auflagepunkt
18
Schnittpunkt
19
Boden
20
Pfeilrichtung
21
Felge
22
Nabe
23
Gelenkverbindung
24
Stab
25
Kugelgelenk
26
Kugelgelenk
27
Stab
28
Lenklager
29
Schwenklager
29
'
30
Verbindungsbügel
31
Ansatz
32
Stab
33
Pfeilrichtung
34
Pfeilrichtung
35
Aufnahme
36
Mantel
37
Bremsplatte
38
Mitnehmerarm
39
Verbindungsplatte
40
Bohrung
41
Ansatz
42
Verbindungsstab
43
Kugelkopf
44
Kugelkopf
45
Verbindungsstab
46
Verbindungsstab
47
Radlager
48
Lenkachse
49
Radkranz
50
Führungsteil
51
Führungsnut
51
'
52
Gleitkopf
53
Pfeilrichtung
54
Lagerstift
55
Nabenzentrum
56
Lagerstift
ϕ Lenkkopfwinkel
α Lenkeinschlagwinkel
ϕ Lenkkopfwinkel
α Lenkeinschlagwinkel
Claims (27)
1. Durch Gewichtsverlagerung lenkbarer Roller, beinhaltend ein vorderes
Rad (5) und ein hinteres Rad (4), welche einspurig in Fahrtrichtung
hintereinander etwa in einer Ebene angeordnet sind, wobei mindestens eines
der Räder (4, 5) mittels einer Lenkmechanik lenkbar ausgebildet ist, und
beinhaltend einen, diese Räder (4, 5) verbindenden Rahmen (2) mit
Standfläche (1), dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Lenkmechanik
der Lenkkopfwinkel (ϕ) der Lenkkopfachse (14) zur Vertikalen bzw. Normalen
des Untergrundes (19) abhängig vom Winkel (α) des Lenkeinschlages des
lenkbaren Rades (4, 5) innerhalb eines vordefinierten Winkelbereichs variiert
wird.
2. Roller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahren des
Rollers der Lenkkopfwinkel (ϕ) des jeweiligen gelenkten Rades (4, 5) etwa
bei 0° liegt und sich während der Fahrt in Abhängigkeit von der
Fahrgeschwindigkeit und vom Winkel (α) des Lenkeinschlages des jeweiligen
gelenkten Rades (4, 5) innerhalb des vordefinierten Bereiches des
Lenkkopfwinkels (ϕ) verändert.
3. Roller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Lenkkopfwinkel (ϕ) der Lenkkopfachse (14) zur Vertikalen bzw. Normalen des
Untergrundes (19) mit größer werdendem Winkel (α) des Lenkeinschlages
ebenfalls größer wird.
4. Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei
einer lenkbaren Ausbildung des vorderen Rades (5) der Lenkkopfwinkel (ϕ)
so gewählt wird, daß der Schnittpunkt (15) der Lenkkopfachse (14) mit dem
Untergrund (19) in Fahrtrichtung zu jeder Zeit vor dem Auflagepunkt (17) des
vorderen Rades (5) auf dem Untergrund (19) liegt, was einem Nachlauf
entspricht.
5. Roller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Lenkkopfwinkel (ϕ) des vorderen Rades (5) etwa im Bereich zwischen
größer 0° und plus 20° liegt.
6. Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei
einer lenkbaren Ausbildung des hinteren Rades (4) der Lenkkopfwinkel (ϕ) so
gewählt wird, daß der Schnittpunkt (15) der Lenkkopfachse (14) mit dem
Untergrund (19) in Fahrtrichtung zu jeder Zeit hinter dem Auflagepunkt (17)
des hinteren Rades (4) auf dem Untergrund (19) liegt, was einem Vorlauf
entspricht.
7. Roller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Lenkkopfwinkel (ϕ) des hinteren Rades (4) etwa im Bereich zwischen
kleiner 0° und minus 20° liegt.
8. Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens das gelenkte Rad (4, 5) eine auf einem Radlager (13) drehbar
gelagerte Nabe (22) beinhaltet, welche mit einer in radialer Richtung sich
erstreckender Felge (21) verbunden ist, welche Felge (21) einen ringförmigen,
ringsumlaufenden Reifen zur Auflage des Rad (4, 5) auf der Fahrbahn (19)
trägt.
9. Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lenkmechanik zum einen eine Lenkeinrichtung (10, 11; 28, 54) zur
Veränderung des Winkels (α) des Lenkeinschlages des lenkbaren
Rades (4, 5) aufweist und zum anderen eine Schwenkeinrichtung (8, 9; 29-32),
welche die Bewegung des gelenkten Rades (4, 5) in Längsrichtung um
eine Schwenkachse gestattet und somit den Lenkkopfwinkel (ϕ) der
Lenkkopfachse (14) zur Vertikalen bzw. Normalen des Untergrundes (19)
verändert.
10. Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lenkeinrichtung (28, 54) zusammen mit der Schwenkeinrichtung (29-32) ein
zweiachsiges Kreuzgelenk bilden.
11. Roller nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreuzgelenk
(28, 54; 29-32) um die Lenkkopfachse (14) drehbar ausgebildet ist und etwa
in Querrichtung zur Rollrichtung des gelenkten Rades (4, 5) um die
Schwenkachse drehbar ausgebildet ist.
12. Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lenkmechanik drei ineinandergeschachtelte Gabeln (3, 7; 9; 11) beinhaltet.
13. Roller nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste
Lenkgabel (11) das gelenkte Rad (4, 5) hält und lenkt, die mittlere
Schwenkgabel (9) das Lenkkopflager (10) hält und schwenkt und so den
Lenkkopfwinkel (14) einstellt und die äußere Gabel (3, 7) fester
Rahmenbestandteil ist.
14. Roller nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schwenkgabel (9) und/oder Lenkgabel (11) an dem Rahmen (2, 3) über
eine Gelenkverbindung (23) angelenkt ist.
15. Roller nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindung zum Rahmen über den Rahmenkopf (3) erfolgt.
16. Roller nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gelenkverbindung (23) mindestens ein Kugelgelenk (25, 26) und
mindestens einen Stab (24, 27) beinhaltet.
17. Roller nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lenkkopfachse (14) und/oder die Schwenkachse durch das
Radnabenzentrum (55) verläuft/verlaufen.
18. Roller nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (21)
mindestens des gelenkten Rades (4, 5) asymmetrisch und mit normalem
Radlager (13) ausgebildet ist.
19. Roller nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lenkkopfachse (14) und/oder die Schwenkachse nicht durch das
Radnabenzentrum (55) verläuft/verlaufen.
20. Roller nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer lenkbaren
Ausbildung des vorderen Rades (5) dessen Schwenkachse in Fahrtrichtung
vor dem Radnabenzentrum (55) liegt.
21. Roller nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einer lenkbaren Ausbildung des hinteren Rades (4) dessen
Schwenkachse in Fahrtrichtung hinter dem Radnabenzentrum (55) liegt.
22. Roller nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß
die Felge (21) mindestens des gelenkten Rades (4, 5) symmetrisch und mit
übergroßem Radlager (47) ausgebildet ist.
23. Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß
das vordere Rad (5) und/oder das hintere Rad (4) gebremst sind.
24. Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß im
vorderen Bereich ein Haltegriff für den Benutzer vorgesehen ist.
25. Roller nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltegriff lösbar
und/oder klappbar am Roller angeordnet ist.
26. Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Vorrichtung zur Kopplung eines Windsegels vorgesehen ist.
27. Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß
eine "Notbremse" bei Sturz vorgesehen ist, die verhindert, daß das Rollbrett
ohne Fahrer ungewollt weiterrollt.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10100072A DE10100072B4 (de) | 2000-09-16 | 2001-01-04 | Durch Gewichtsverlagerung lenkbarer Roller |
PCT/EP2001/010544 WO2002022428A2 (de) | 2000-09-16 | 2001-09-13 | Verbesserte aufhängung von gelenkten laufrädern bei fahrzeugen, insbesondere bei durch gewichtsverlagerung lenkbaren rollern |
AU2002218170A AU2002218170A1 (en) | 2000-09-16 | 2001-09-13 | Improved suspension of steered wheels for vehicles, especially scooters guided by weight transfer |
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DE10045989 | 2000-09-16 | ||
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DE10100072A1 true DE10100072A1 (de) | 2002-03-28 |
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DE10100072A Expired - Fee Related DE10100072B4 (de) | 2000-09-16 | 2001-01-04 | Durch Gewichtsverlagerung lenkbarer Roller |
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DE (1) | DE10100072B4 (de) |
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- 2001-01-04 DE DE10100072A patent/DE10100072B4/de not_active Expired - Fee Related
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