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Die Erfindung betrifft ein durch Gewichtsverlagerung steuerbares Fahrgerät für mindestens eine Person, insbesondere einen Schlitten, mit einer Sitz- oder Liegefläche, die nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zum Durchführen von Steuerungs- und/oder Bremsvorgängen über mit beweglichen Verbindungen befestigte Lenker mit mindestens zwei in ihrer Grundstellung im wesentlichen parallel nebeneinander geführten, mindestens an ihrer Innenseite taillierten Laufflächen verbunden ist. Die Sitz- oder Liegefläche und die zwei in ihrer Grundstellung im wesentlichen parallel zueinander angeordneten als Kufen oder Skier ausgebildeten Laufflächen sind über Lenker und Gelenke derart beweglich miteinander verbunden, dass bei einer Seitenneigung der Sitz- oder Liegefläche der Schlitten zu derjenigen Seite gelenkt wird, zu welcher die Sitz- oder Liegefläche geneigt ist.
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Die
DE 28 48 959 A1 beschreibt einen Schlitten mit verkantbaren parallelen Kufen. Hier ist ein Sitz gelenkig auf zwei Querträgern befestigt, an deren Enden zwei Carving-Skier als Kufen über Drehläger befestigt sind, deren Drehachsen schräg nach hinten/unten weisen. Sobald die Querträger um ihre Hochachse gedreht werden und damit ein Ski in Längsrichtung gegenüber dem anderen verschoben wird, bewirkt diese Schrägstellung der Drehlager ein Aufkanten der beiden Skier. Die Laufflächen werden hier nicht durch Drehung um ihre Hochachse in die neue Fahrtrichtung gebracht, sondern um ihre Längsachse gedreht und aufgekantet. Der Ski folgt dann der Spur seiner kurveninneren Kante und befährt eine Kurve, die durch den Taillierungsradius der Laufflächen und den Äufkantwinkel bestimmt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist dort der Sitz ebenfalls über schräg nach hinten/unten geneigte Drehlager mit den beiden Querträgern verbunden, so dass sich der Sitz beim Lenken parallel zu den aufgekanteten Laufflächen um seine Längsachse mitdreht. Die Sitzfläche bleibt dadurch stets parallel zur Auflagefläche der Skier. Dadurch ist es dem Fahrer möglich, durch Drehung des Sitzes um dessen Längsachse mittels Gewichtsverlagerung ein Aufkanten der Skier auszulösen. Hierbei wird zunächst die Drehbewegung des Sitzes um seine Längsachse, aufgrund der schräggestellten oberen Lenkachsen, in eine Drehbewegung der Querträger und damit auch in eine Längsverschiebung der Lauffläche umgesetzt, bevor diese Verschiebebewegung wiederum, aufgrund der schräggestellten unteren Lenkachsen, in eine Dreh- bzw. Aufkantbewegung der Lauffläche umgewandelt wird. Der effizientere Auslösemechanismus bleibt daher der direkte Kraftfluss, die beiden Laufflächen aktiv mit den Beinen gegeneinander zu verschieben. Hierzu ist auf jeder Lauffläche eine Handhabe angebracht.
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Eine Schlittenkonstruktion gemäß
DE 28 48 959 A1 bietet dem Fahrer zwar die Möglichkeit, den Schlitten allein durch Gewichtverlagerung zu lenken, doch wird hierbei die Drehbewegung des Sitzes um seine Längsachse nicht direkt in eine Aufkant- bzw. Drehbewegung der Laufflächen umgesetzt, sondern benötigt den Umweg über eine Drehbewegung der Querträger sowie über eine Verschiebebewegung der Laufflächen. Bei dieser Lenkmethode entstehen Reibungsverluste in den mindestens sechs Drehlagern. Außerdem ist diese Konstruktion sehr aufwändig, da nicht nur die Laufflächen gelenkig an den Querträgern gelagert, werden müssen, sondern auch der Sitz an den Querträgern. Dazu weist sie den weiteren Nachteil auf, dass für eine Federung der Sitzfläche zusätzliche Federungselemente mitsamt der zugehörigen Führungsgelenke erforderlich wären.
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Die
DE 196 02 447 A1 beschreibt Fahrwerke, insbesondere für Kufenfahrzeuge, und die
DE 198 03 412 A1 eine Radaufhängung für Rollbretter. Bei beiden ist eine Steuerung durch Gewichtsverlagerung möglich, allerdings kein Abbremsen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Laufflächen über Lenker derart am Schlitten anzuordnen, dass die Drehbewegung der Sitz- oder Liegefläche um ihre Längsachse direkt in eine Aufkant- und/oder Drehbewegung der Laufflächen umgesetzt wird, so dass eine effiziente Lenkung des Schlittens allein durch Gewichtsverlagerung des Fahrers möglich ist. Außerdem soll die ergonomisch elegante Weise der Steuerung des Fahrgeräts mittels einfacher Gewichtsverlagerung des Fahrers auch auf das Abbremsen übertragen werden.
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Nach der Erfindung besitzt ein durch Gewichtsverlagerung steuerbares Fahrgerät für mindestens eine Person, insbesondere ein Schlitten, einen Rahmen und/oder eine Sitz- oder Liegefläche, der/die zum Durchführen von Steuerungs- und/oder Bremsvorgängen, über mit beweglichen Verbindungen befestigte Lenker, mit mindestens zwei in ihrer Grundstellung im wesentlichen parallel nebeneinander geführten Lauf- flächen verbunden ist. Die Lenker des steuerbaren Fahrgeräts sind Längslenker, von denen mindestens zwei, nebeneinander angeordnet, zu verschiedenen Laufflächen führen und in Querrichtung so miteinander gekoppelt sind, dass sie mindestens im Fahrbetrieb auftretende Biegemomente und/oder Querkräfte und/oder Torsionsmomente aufeinander übertragen. Dabei sind die Laufflächen durch zwei Lenkerpaare, aus nebeneinander angeordneten Längslenkern mit dem Rahmen oder der Sitz- oder Liegefläche verbunden und mindestens von einem Lenkerpaar besitzt jeder Lenker in der Weise eine Kröpfung, dass der Abstand ihrer beweglichen Befestigungsverbindungen, die den Laufflächen zugeordnet sind, größer ist als der Abstand ihrer beweglichen Befestigungsverbindungen, die dem Rahmen oder der Sitz- oder Liegefläche zugeordnet sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Laufflächen mindestens an ihrer Innenseite tailliert sind und dass eine Betätigungseinrichtung vorhanden ist, durch die das hintere Lenkerpaar in Querrichtung auseinander gedrückt werden kann.
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Die Laufflächen des erfindungsgemäßen Schlittens werden an Lenkern geführt, deren laufflächenseitigen Drehgelenke im wesentlichen quer zur Fahrtrichtung weisen. Solche Lenker, die sich im wesentlichen um eine quer zur Fahrtrichtung weisende Drehachse drehen, werden auch als Längslenker bezeichnet. Zusätzlich sorgt jedoch ein kinematischer Querverbund zwischen gegenüberliegenden Lenkern dafür, dass sich das kinematische Verhalten der Laufflächen an die Fahrsituation anpasst. Ein solcher Querverbund für nebeneinander angeordnete, miteinander gekoppelte Längslenker kann zum Beispiel aus einer gelenkigen Verbindung aus einem Dreh-Schub-Gelenk aus zwei konzentrisch ineinander gelagerten Rohren bestehen. Ebenso sind Kugelgelenke oder adäquate kardanisch bewegliche Gelenke, zum Beispiel Gummilager, denkbar. Die Elemente der gelenkigen Verbindung zwischen zwei Lenkern können des weiteren aus Elementen der Lenker selbst bestehen und die Lenker können starr mit ihren zugehörigen Laufflächen verbunden sein. Alternativ kann die gelenkige Verbindung zwischen zwei Lenkern aus einer Druck- oder Zugstrebe gebildet sein.
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Bei Geradeausfahrt ist der Querverbund kinematisch nicht wirksam, so dass die Lenker als reine Längslenker wirken. Beim Überfahren von Bodenwellen federn die Laufflächen damit parallel zueinander aus und ein und bleiben in der Queransicht stets parallel zur Sitz- oder Liegefläche und zeigen damit keinerlei Lenkeffekte.
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Bei Kurvenfahrt, wenn die kurveninnere Lauffläche ein- und die kurvenäußere Lauffläche ausfedert, beeinflussen sich die Lenker dagegen derart, dass der Aufkantwinkel beider Laufflächen etwa doppelt so stark zunimmt wie der Schrägstellungswinkel des Rahmens bzw. der Sitz- oder Liegefläche. Da sich die Lenker in der Queransicht mit den Laufflächen mitdreheri, ist es erforderlich, dass sie nicht über Drehgelenke, sondern über kardanisch bewegliche Gelenke am Rahmen bzw. an der Sitz- oder Liegefläche angelenkt werden. Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Querverbunds geht aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen hervor.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass für Kurvenfahrt durch eine Gewichtsverlagerung des Fahrers eine Drehung der Sitz- oder Liegefläche um ihre Längsachse direkt, also ohne den Zwischenschritt einer Verschiebebewegung der Laufflächen in Längsrichtung, in eine Dreh- bzw. Aufkantbewegung der Laufflächen umgesetzt wird. Die Drehung der Sitz- öder Liegefläche hat eine gleichgerichtete Drehbewegung beider Laufflächen zur Folge. Aufgrund ihrer Taillierung weisen die Laufflächen ein ähnliches Kurvenfahrtverhalten auf wie vom Skifahren her bekannte Carving-Skier. Vorteilhafterweise ist eine wesentliche Voraussetzung für eine kontrollierte und harmonische Kurvenfahrt erfüllt, nämlich dass der Aufkantwinkel der Laufflächen gegenüber der Schnee- oder Eisbahn stetig und in etwa proportional zur Schrägstellung der Sitz- oder Liegefläche zunimmt. Je nach den Einsatzbedingen des Schlittens ist es allerdings meist von Vorteil, wenn die Aufkantwinkel der Laufflächen deutlich überproportional zum Schrägstellungswinkel des Sitzes zunehmen.
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Da jede Lauffläche um ihre Längsachse an mindestens einem Lenker drehfest befestigt ist, da jeder der genannten Lenker gelenkig mit dem Rahmen bzw. der Sitz- oder Liegefläche verbunden ist, und da zusätzlich mindestens zwei einander gegenüberliegende Lenker gelenkig miteinander verbunden sind, ist die freie Wählbarkeit der Zuordnung der Aufkantwinkel der Laufflächen zum Schrägstellungswinkel des Sitzes gegeben. Dies wird insbesondere durch einen kinematischen Querverbund der Lenker erreicht, an denen die Laufflächen befestigt sind. Dieser Querverbund stellt ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar.
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Dabei sei noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht nur ein Fahrgerät mit Kufen bzw. Skiern umfasst, sondern dass auch Räder an den Laufflächen befestigt werden können, zum Beispiel in der Art, wie diese an Inline-Skatern angebracht sind.
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Des Weiteren besitzt die Erfindung erhebliche Package-Vorteile. Die hinteren Abschnitte der vorderen Längslenker schwenken beim Ein- und Ausfedern nicht so weit in der Höhe aus und finden zudem zwischen den hinteren Lenkern Platz, was unter anderem eine geringere Bauhöhe des Schlittens realisieren lässt. Die Betätigungseinrichtung, durch die das hintere Lenkerpaar in Querrichtung auseinander gedrückt werden kann, kann insbesondere mechanisch oder hydraulisch ausgeführt sein.
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Dadurch wird die ergonomisch elegante Weise der Steuerung des Fahrgeräts mittels einfacher Gewichtsverlagerung des Fahrers auch auf das Abbremsen übertragen. Hierzu wird die Drehbewegung der Sitz- oder Liegefläche, indem diese nach hinten geneigt wird, in eine Spreizstellung der Laufflächen zueinander umgesetzt, bei der die Laufflächen, ähnlich wie bei der sogenannten Pflug-Fahrweise beim Skifahren, Vförmig zueinander angestellt und aufgekantet werden: Auf diese Art kann zum Beispiel ein Schlitten auch auf engen Ziehwegen oder Schneisen, die kein Abschwingen erlauben, auf kontrollierte und wirksame Weise abgebremst und angehalten werden, da beide Laufflächen über ihre volle Kantenlänge bremsen.
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Diese Möglichkeit, sowohl Lenk- als auch Bremsmanöver durch Gewichtsverlagerung des Körpers auszulösen, wird dadurch ermöglicht, dass das Fahrgerät von mindestens zwei Lenkerpaaren getragen wird, die es dem Fahrer ermöglichen, durch Gewichtsverlagerung nach hinten den Abstand der Befestigungspunkte des, bevorzugt hinteren, Lenkerpaares entgegen einer Federkraft so weit zu vergrößern, dass die Laufflächen eine nach hinten geöffnete Spreizstellung einnehmen. Durch ein zusätzliches Aufkanten der Laufflächen, derart, dass die Laufflächen mit ihren Innenkanten am Boden aufliegen, wird die Bremsstellung ermöglicht. Dabei können zusätzliche Auslösemechanismen mechanischer oder hydraulischer Art zum Auslösen dieser Bremsstellung vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform eines besonders sportlich ausgelegten Fahrgeräts nimmt der Aufkantwinkel beider Laufflächen stark überproportional zu. Der Aufkantwinkel ist zum Beispiel doppelt so groß wie die Schrägstellung der Sitzfläche. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass die Laufflächen schon bei einer relativ geringen Schrägstellung des Sitzes einen guten Kantengriff aufweisen und spontan auf eine Gewichtsverlagerung reagieren. Die weiteren Vorteile einer solchen überproportionalen Auslegung der Lenkerkinematik sind, dass die Laufflächen-Aufkantwinkel deutlich stärker zunehmen als der Neigungswinkel des Rahmens. Das heißt: Der Fahrer braucht sich nur halb so weit nach kurveninnen legen, um einen bestimmten Aufkantwinkel zu realisieren. Die Laufflächen greifen früher und der Schlitten reagiert wesentlich spontaner auf die Gewichtsverlagerung. Der Schlitten benötigt hierzu nur die halben Federwege, sein vertikaler Bauraumbedarf ist also wesentlich geringer. Der Schlitten kann flacher gebaut werden, und der Fahrerschwerpunkt liegt tiefer. Zudem brauchen die Laufflächen zur Realisierung eines bestimmten Kurvenradius nicht so stark tailliert werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform eines besonders komfortabel ausgelegten Fahrgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen oder die Lenker über Federungs- und/oder Dämpfungsmittel federnd an der Sitz- oder Liegefläche oder am Rahmen abgestützt sind. Dadurch werden die Laufflächen durch die Lenker relativ zur Sitz- oder Liegefläche gefedert und/oder gedämpft geführt, was den Fahrkomfort erheblich verbessert.
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Bei dem gekröpft angebrachten Lenkerpaar können zusätzlich die Lenker im Bereich ihrer unteren Befestigungspunkte in Querrichtung über ein Federelement, insbesondere eine Schraubenzugfeder, miteinander verbunden sein. Des weiteren kann ein Distanzelement, insbesondere als Rohr konzentrisch um die Schraubenzugfeder herum, angeordnet sein.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass die nebeneinander angeordneten, miteinander gekoppelten Längslenker mittels eines Ausgleichgetriebes verbunden sind. Dabei kann ein Ausgleichsgehäuse des Ausgleichgetriebes fest mit dem Rahmen oder der Sitz- oder Liegefläche verbunden sein. Alternativ auch gegenüber dem Rahmen oder der Sitz- oder Liegefläche verdrehbar, indem als Verbindungselement zwischen Sitz- oder Liegefläche oder Rahmen und Ausgleichsgehäuse mindestens eine Feder eingesetzt ist, gegen deren Rückstellkraft das Ausgleichsgehäuse verdreht wird.
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Sechs bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 bis 3: eine Ausführungsform eines Schlittens gemäß der Erfindung in Seitenansicht, teilgeschnittener Draufsicht und Queransicht. Bei der Seitenansicht (1) und bei der Queransicht (3) ist jeweils die Normallage in durchgezogenen Linien und Extremlagen mindestens von Teilen des Schlittens sind strichpunktiert dargestellt,
- 4 bis 7: eine weitere Ausführungsform eines Schlittens gemäß der Erfindung in zwei Teilseitenansichten, Querschnitt und teilgeschnittener Draufsicht. Bei der ersten Teilseitenansicht (4) ist jeweils die Normallage in durchgezogenen Linien und Extremlagen mindestens von Teilen des Schlittens sind strichpunktiert dargestellt,
- 8 und 9: eine Ausführungsform des Schlittens gemäß der 1 bis 3, mit zusätzlicher Skibremse, in zwei räumlichen Darstellungen,
- 10 bis 12: eine Ausführungsform des Schlittens entsprechend der 8 und 9, mit einem zusätzlichen Auslösemechanismus für die Skibremse, in zwei räumlichen Darstellungen und einem Teilschnitt,
- 13 bis 16 noch eine weitere kinematische Variante des Schlittens gemäß der 1 bis 3 in Querschnitt, Teilseitenansicht, und zwei Queransichten. Bei der Teilseitenansicht (14) ist jeweils die Normallage in durchgezogenen Linien und Extremlagen mindestens von Teilen des Schlittens sind strichpunktiert dargestellt und
- 17 und 18 eine modifizierte Ausführungsform des Schlittens nach den 13 bis 16.
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In 1 ist ein Schlitten dargestellt, dessen zwei taillierte Laufflächen S1 und S2 über vier Lenker L1, L2, L3, L4 mit einem Rahmen R verbunden sind, der eine nicht dargestellte Sitz- oder Liegefläche beliebiger Art trägt. Die Verbindung zwischen den Lenkern L1, L2, L3, L4 und den Laufflächen S1, S2 erfolgt jeweils über Drehgelenke D1, D2, D3, D4, und zwischen den Lenkern L1, L2, L3, L4 und dem Rahmen R über kardanisch bewegliche Gelenke K1, K2, K3, K4. Dies können zum Beispiel Kugelgelenke oder Gelenke gleicher Funktion, zum Beispiel Gummigelenke sein. Die vorderen Lenker L1 und L2 sind über ihre Anlenkpunkte K1 und K2 hinaus nach hinten verlängert und nach innen gekröpft. An ihrem hinteren Ende sind sie über das Verbindungsgelenk V miteinander verbunden, das in diesem speziellen Fall aus zwei konzentrisch angeordneten Rohren V1 und V2 besteht, die biegesteif mit dem jeweiligen Lenker L1, L2 verbunden sind. Das innere Rohr V1 mit dem Lenker L1 und das äußere Rohr V2 mit dem Lenker L2. Zwischen den Rohren V1, V2 sind zwei Gleitlager G1 und G2 angeordnet, zum Beispiel reibungsarme und wartungsfreie Teflonlager, die sowohl eine Drehbewegung der beiden Rohre V1, V2 ineinander, als auch ein axiale Verschiebebewegung der Rohre V1, V2 zulassen. Die hinteren Lenker L3 und L4 sind in diesem Beispiel ohne Verbindungsgelenk ausgeführt, doch könnten sie analog zu den vorderen Lenkern L1 und L2 ebenfalls mit einem kinematisch gleichartig wirkenden Verbindungsgelenk versehen werden. Für den erfindungsgemäßen kinematischen Effekt reicht es allerdings aus, wenn nur ein Lenkerpaar L1, L2 mit einem Querverbund ausgestattet ist.
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Symbolisch sind in 1 zwei Federelemente F1 und F2 gestrichelt eingezeichnet, die den Rahmen R gegenüber den Laufflächen S1, S2 abfedern. In der vorliegenden Konfiguration, einer Ausführung mit vier Lenkern L1, L2, L3, L4, wäre pro Seite auch ein einziges Federungselement ausreichend, das an beliebiger Stelle angeordnet werden kann. Durch das Lenkerparallelogramm L1, L3 bleibt der Rahmen R auch beim Ein- und Ausfedern stets parallel zur Fahrbahn bzw. zu den Laufflächen S1, S2. Alternativ könnten aber auch die beiden hinteren Lenker L3, L4 weggelassen werden, wofür dann allerdings wiederum zwei Federelemente F1, F2 pro Seite erforderlich wären, um den Rahmen R einigermaßen parallel zur Fahrbahn zu halten. Zudem müssten dann die Federelemente F1, F2 relativ steif ausgelegt werden, um die Laufflächen S1, S2 entgegen dem Gewicht des Fahrers zum Aufkanten zu zwingen. Bei zu weichen Federelementen F1, F2 würde der Schlitten auf eine Gewichtsverlagerung, statt durch Aufkanten der Laufflächen S1, S2, durch ein undefiniertes Federungsverhalten reagieren.
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In 1 sind zusätzlich zur Darstellung der Lenker L1, L3 in der Normallage, strichpunktiert auch noch die Extremlagen des Lenkers L1 eingezeichnet, wenn dieser voll eingefedert, L1e, bzw. voll ausgefedert ist, L1a. Diese Extremlagen können sowohl bei Geradeausfahrt auftreten, wenn beide Lenker L1 und L2, zum Beispiel beim Überfahren von Bodenwellen, parallel zueinander ein- und ausfedern und damit als reine Längslenker funktionieren, oder auch bei extremer Kurvenfahrt. Dies ist in der Queransicht, in 3, strichpunktiert dargestellt. Hier ist der kurveninnere Lenker, L1e, voll eingefedert und der kurvenäußere Lenker, L2a, voll ausgefedert. Die hinteren Abschnitte der Lenker mit ihren Verbindungselementen V1e, V2a schwenken dagegen jeweils in die entgegengesetzte Richtung. V1 schwenkt nach unten und V2 nach oben. Der kinematische Querverbund der Lenker L1, L2, über das Verbindungsgelenk V, sorgt dafür, dass die Lenker L1 und L2 mitsamt ihren Laufflächen S1, S2 relativ zum Rahmen R um den Winkel α geschwenkt werden. Dieser Winkel fällt um so größer aus, je länger die hinteren Abschnitte der Lenker L1, L2 im Verhältnis zur Gesamtlänge der Lenker L1, L2 sind und je weiter die hinteren Abschnitte der Lenker L1, L2 nach innen gekröpft werden.
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Falls beide Lenker L1, L2 hinten nicht nach innen gekröpft wären, das Verbindungsgelenk V sich also über die volle Schlittenbreite erstrecken würde, und wenn die hinteren Abschnitte genauso lang wie die vorderen Abschnitte der Lenker L1 und L2 wären, dann würde der Winkel α genauso groß sein wie der Winkel β, um den der Rahmen R gegenüber der Fahrbahn geneigt ist. Das heißt, der Aufkantwinkel α + β der Laufflächen S1, S2 wäre dann doppelt so groß wie der Neigungswinkel β des Rahmens R. Falls demgegenüber die hinteren Abschnitte der Lenker L1, L2 so weit nach innen gekröpft werden, dass deren Abstand nur halb so groß ist, können auch die hinteren Abschnitte um die Hälfte in ihrer Länge gekürzt werden, um den gleichen Aufkantwinkel α + β zu erzielen. Diese Kröpfung bringt erhebliche Package-Vorteile mit sich, wie aus 1 und 2 ersichtlich. Die hinteren Abschnitte der vorderen Lenker L1 und L2 schwenken beim Ein- und Ausfedern nicht so weit in der Höhe aus, wodurch eine geringere Bauhöhe des Schlittens realisierbar ist. Außerdem finden sie zudem zwischen den hinteren Lenkern L3 und L4 Platz.
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Die Vorteile einer solchen überproportionalen Auslegung der Lenkerkinematik, wenn die Lauffläche-Aufkantwinkel deutlich stärker zunehmen als der Neigungswinkel β des Rahmens, gegenüber einer proportionalen Auslegung, sind, dass der Fahrer sich nur halb so weit nach kurveninnen legen braucht, um einen bestimmten Aufkantwinkel zu realisieren. Das heißt, dass die Lauffläche schneller greift und der Schlitten wesentlich spontaner auf die Gewichtsverlagerung reagiert. Zusätzlich benötigt der Schlitten hierzu nur die halben Federwege, das heißt, sein vertikaler Bauraumbedarf ist wesentlich geringer. Der Schlitten kann flacher gebaut werden und der Fahrerschwerpunkt liegt tiefer. Zudem brauchen die Laufflächen zur Realisierung eines bestimmten Kurvenradius nicht so stark tailliert werden.
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Aus 2 ist noch ein optionales Merkmal ersichtlich, das die Fahreigenschaften weiter verbessert. Beide Laufflächen sind an ihrer Außenkante etwas stärker tailliert als innen, das heißt, der Außenradius ra ist geringfügig kleiner als der Innenradius ri. Damit aber links wie rechts dieselben Laufflächen eingesetzt werden können, sind die Laufflächenenden vorne und hinten symmetrisch ausgeführt. Mit dieser Auslegung der Taillierungsradien wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der gefahrene Kurvenradius der äußeren Lauffläche um die Spurbreite des Schlittens größer ist als der der inneren Lauffläche. Mit der Kompensation dieses Effekts über die Taillierungsradien wird erreicht, dass die Laufflächen S1, S2 besonders sauber in ihrer Kante laufen, ohne partielle seitliche Gleiteffekte, und somit maximale Querbeschleunigung ermöglichen.
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In den 1 und 2 sind hinter den Laufflächenspitzen als Komfort-Option ferner noch zwei Haltebügel H1 und H2 eingezeichnet, die auch als Fußstützen dienen können, wenn der Fahrer eine sitzende Position einnimmt, bzw. als Handgriff für die liegende Position. In seiner Grundkonzeption ist nämlich der Schlitten der 1 bis 3 für eine sitzende Position ausgelegt. So ist der Rahmen R bzw. die Sitzfläche in Bezug auf die Laufflächen S1, S2 etwas nach hinten versetzt, so dass sich der Gesamtschwerpunkt des Fahrers in etwa über der Laufflächemitte befindet. Der Schwerpunkt des Rumpfes über der Sitzfläche. Außerdem weisen die Lenker L1, L2, L3, L4, vom Rahmen R aus gesehen, schräg nach vorne unten und sind damit den Beinen des Fahrers, wenn diese an den Haltebügeln H1, H2 abgestützt sind, in etwa parallel gerichtet und bieten somit eine bessere Ergonomie als eine kinematisch gleichwertige Ausrichtung der Lenker L1, L2, L3, L4 nach hinten unten.
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Die 4 bis 7 zeigen einen Schlitten mit einem vergleichbaren kinematischen Effekt, jedoch in konträrer konstruktiver Ausführung zu dem Schlitten der 1 bis 3. Hier sind die Lenker L1, L2, L3, L4 über Kreuz geführt, d.h. der Lenker L1 der linken Lauffläche S1 ist am Rahmen R rechts angelenkt und der Lenker L2 der rechten Lauffläche S2 ist links am Rahmen R angelenkt. Prinzipiell könnten die beiden Lenker L1, L2 unabhängig voneinander aneinander vorbeigeführt werden, doch hier durchdringen sie sich in vorteilhafter Weise und übernehmen dadurch mit die Funktion des Verbindungsgelenks V. Wie aus 5 ersichtlich, besteht jeder Lenker L1, L2 aus drei Teilgliedern. An den vorderen Abschnitten L1' bzw. L2' sind die Quer-Abschnitte L1" und L2" biegesteif befestigt und als konzentrische Rohre ausgeführt, die dieselbe kinematische Funktion wie die Verbindungsglieder V1 und V2 aus den 1 bis 3 ausüben. Auf der gegenüberliegenden Seite der Quer-Abschnitte L1" und L2" sind auf analoge Weise die hinteren Abschnitte L1'" und L2"' der Lenker angefügt. Durch die - im Vergleich zu den 1 bis 3 - doppelte Umkehr der konstruktiven Merkmale, Lenker L1, L2 über Kreuz geführt, dafür jedoch das Verbindungsgelenk V zwischen dem Drehgelenk D und dem Kardangelenk K angeordnet, ergibt sich ein entsprechend der Ausführung der 1 bis 3 adäquater kinematischer Effekt. Der Aufkantwinkel α + β ist also auch hier in etwa doppelt so groß wie der Rahmen-Neigungswinkel β. Die Ausführung entsprechend der 4 bis 7 erfordert zwar aufgrund der gegenseitigen Durchdringung der Lenker L1 und L2 bzw. L3 und L4 einen höheren konstruktiven Aufwand, erlaubt dafür jedoch eine wesentlich kompaktere Bauweise gegenüber der entsprechend den 1 bis 3. Zudem hat sie den Vorteil, dass die Feder F hier als einfaches, druckbelastetes Block-Federelement (z.B. aus PUR-Schaum) ausgeführt werden kann, das beide Lenker L1, L2 über ihr Verbindungsgelenk L1", L2" am Rahmen abstützt und das an der Unterseite des Rahmens R befestigt wird. Zwischen den beiden Lenkern L1, L2 angeordnet ist diese Feder F sowohl bei Geradeausfahrt wirksam, wenn beide Lenker L1, L2 parallel ein- und ausfedern (Hubfederung), als auch bei Kurvenfahrt, bei gegenseitiger Ein- und Ausfederung der Lenker L1, L2 (Wankfederung). Die Zuordnung von Hub- und Wankfederrate kann über die Geometrie des Federelements F frei gewählt werden. Darüber hinaus kann, insbesondere bei Verwendung von PUR-Schaum, das Federungs- wie auch das Dämpfungsverhalten zusätzlich über die Werkstoffeigenschaften nahezu beliebig variiert werden, zum Beispiel durch die Auswahl der Elastizität, Dichte und/oder Porigkeit des Federelements F.
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Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach den 1 bis 3 liegt das Verbindungsgelenk V in Form der Querabschnitte L1" und L2" in der Normallage nicht auf gleicher Höhe wie die Kugelgelenke K1 und K2, sondern darunter. Dies führt dazu, dass beim gegensinnigen Ein- und Ausfedern das Verbindungsgelenk V nicht nur in der Queransicht (6), sondern auch in der Draufsicht (7) gegenüber dem Rahmen R um den Winkel γ schräggestellt wird. Damit steht während einer Kurvenfahrt auch der Rahmen R stets um den Winkel γ schräg zur Fahrtrichtung. Das Fahrverhalten des Schlittens bekommt dadurch eine Tendenz zum Untersteuern in der Kurve. Falls dieser Effekt als nachteilig empfunden wird, wäre er dadurch zu vermeiden, dass das Verbindungsgelenk V auf dieselbe Höhe gelegt wird wie die Kugelgelenke K1 und K2, wodurch allerdings wieder ein größerer vertikaler Bauraum erforderlich wäre. Bei Geradeausfahrt, wenn die Lenker L1 und L2 parallel zueinander ein- und ausfedern, bleiben, wie in 4 strichpunktiert dargestellt, deren Querabschnitte L1" und L2" allerdings stets auf gleicher Höhe und damit auch stets quer zur Fahrtrichtung. Die reine Längslenker-Funktion mit α=β=γ=0 bleibt hier also erhalten. Der Untersteuer-Effekt ist auch der Grund dafür, dass die hinteren Lenker L3 und L4 nicht nur oben am Rahmen R, sondern, um die Schrägstellung des Verbindungsgelenks nicht zu behindern, auch unten an den Laufflächen S1, S2 mit Kugelgelenken K5, K6 angelenkt werden. Dadurch wird das Aufkanten der Laufflächen S1, S2 allein über die vorderen Drehgelenke D1 und D2 bewirkt. Die hinteren Lenker L3, L4 sind derart ausgelegt, dass durch die seitliche Verschiebung ihrer unteren Anlenkpunkte K5 und K6 bei Kurvenfahrt in etwa die Verkürzung der Abstände D1/K1 bzw. D2/K2, die scheinbare Verkürzung der Lenker L1 und L2 durch deren Abknickung, sichtbar in 5, kompensiert wird. Dadurch wird erreicht, dass in der Seitenansicht der Rahmen R weitgehend parallel zu den Laufflächen S1, S2 geführt wird.
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Die 8 und 9 zeigen ein Beispiel für einen Schlitten mit Laufflächenbremse. Basis für diese Konstruktion ist der gefederte Schlitten entsprechend der 1 bis 3, der hierzu aber auf folgende Weise modifiziert ist:
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In der Queransicht sind die Lenker L1, L2, L3, L4 schräggestellt, die Schlittenspur ist also breiter als der Rahmen R, damit eine vertikale Belastung der hinteren Lenker L3 und L4 zu einer Spurverbreiterung ihrer Fußpunkte führt. Diese sind als Kugelgelenke K5 und K6 ausgeführt, um diese Spurverbreiterung zu ermöglichen.
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Dadurch ist es dem Fahrer möglich, den Schlitten durch Gewichtsverlagerung hinten abzusenken und die hintere Spur gegenüber der vorderen Spur zu verbreitern, siehe 9. Dies bewirkt, dass die Laufflächen S1, S2 in der Draufsicht eine nach hinten geöffnete V-förmige Spreizstellung einnehmen. Gleichzeitig werden infolge der flacheren Stellung der hinteren Lenker L3 und L4 beide Ski derart aufgekantet, dass sie jeweils auf ihrer Innenkante fahren. Dies ergibt eine Laufflächenstellung ähnlich der von Skifahrern beim Pflugfahren, wodurch sich deren Fahrt verlangsamt. Damit diese erwünschte Aufkantbewegung jedoch nicht durch die vorderen Lenker L1 und L2 behindert wird, dürfen diese in Querrichtung nicht mehr starr führend mit dem Rahmen R verbunden sein, sondern müssen an diesem über Kugelgelenke K1 und K2 befestigt werden. Zudem ist es für die freie Beweglichkeit der hinteren Lenker L3 und L4 zusätzlich erforderlich, ihre Führungsverbindung mit dem Rahmen R über Kugelgelenke K3 und K4 zu gestalten.
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Die vorderen Lenker L1 und L2 sind des weiteren mit zusätzlichen Drehgelenken D3 und D4 versehen, die dafür sorgen, dass die Laufflächen S1, S2 sich bei einer Spurverbreiterung der hinteren Lenker L3, L4 ungehindert um die Fußpunkte der vorderen Lenker L1 und L2 drehen können. Außerdem sorgt der Anstellwinkel dieser Drehgelenke, schräg nach hinten oben, noch dafür, dass die Laufflächen bei ihrer Drehung gleichzeitig auch in der richtigen Richtung aufgekantet werden, mit der Innenkante am Boden. Die Drehgelenke D3 und D4 sind in diesem Beispiel in den Lenkern L1 und L2 untergebracht, können jedoch genau so gut mit dem jeweiligen Drehgelenk D1 bzw. D2 zu einem echten Kardangelenk zusammengefasst werden (kein Kugelgelenk; damit kann keine Aufkantung bewerkstelligt werden).
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Eine Zugfeder F3 ist zwischen den hinteren Lenkern L3, L4 konzentrisch in einem Rohr untergebracht, das das hintere Verbindungsgelenk V3 darstellt und gewährleistet, dass die hintere Spur keinesfalls kleiner als die vordere Spur werden kann. Das hintere Verbindungsgelenk V3 hat damit keine kinematische Funktion wie das vordere Verbindungsgelenk, das aus ineinander dreh- und verschiebbaren Rohren V1 und V2 besteht und das bei Kurvenfahrt den Aufkantwinkel der Laufflächen S1, S2 bestimmt.
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9 zeigt den Schlitten in Bremsstellung, in der eine Verlagerung des Fahrergewichts nach hinten zu einer Dehnung der Zugfeder F3 und zu einer Spurverbreiterung an den hinteren Lenkern L3, L4 führte. Die Positionen der Kugelgelenke K5, K6 aus 8 ändern sich von K5 nach K5' bzw. K6 nach K6' in 9, was die Spreizung und Aufkantung der Laufflächen S1, S2 bewirkt. Die Tragfedern F1 und F2 verändern durch die Verlagerung des Fahrergewichts ihre Länge nicht.
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In den 10 bis 12 ist der Schlitten aus den 8 und 9 mit einem zusätzlichen Auslösemechanismus für die Bremse versehen. Eine solche Betätigungshilfe kann erforderlich sein, wenn für die Zugfeder F3 eine sehr hohe Vorspannung gewählt wird, um auch bei sehr hohen dynamischen Belastungsänderungen, wie sie bei hohen Geschwindigkeiten auf welliger Fahrbahn auftreten können, ungewollte Bremsvorgänge sicher zu vermeiden. Dann muss zum Auslösen der Bremse das Fahrergewicht sehr weit nach hinten verlegt werden, was unter Umständen nicht in jeder Fahrsituation möglich ist. Für solche Fälle kann ein zusätzlicher Auslösemechanismus für die Bremse äußerst hilfreich sein. Derartige Betätigungshilfen sind in vielerlei Ausführungen denkbar, zum Beispiel mechanisch über Bowdenzüge oder Druckstangen, oder hydraulisch über einfache Bremskreise.
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Eine hydraulische Betätigung ist in 10 ausgeführt. Sie besteht aus drei Bremszylindern, zwei Betätigungszylindern B1 und B2 und einem Aktuatorzylinder B3, aus zwei Hydraulikleitungen Y1 und Y2 und aus zwei Bremspedalen P1 und P2 anstelle der Haltebügel H1 und H2 in den 8 und 9. Bei Betätigung eines oder beider Bremspedale P1, P2 wird in den Betätigungszylindern B1 und B2 hydraulischer Druck aufgebaut und über die oben an den Laufflächen S1, S2 befestigten Hydraulikleitungen Y1 und Y2 zum Aktuatorzylinder B3 übertragen, der ähnlich eines Teleskopstoßdämpfers aufgebaut ist. Mit der hydraulischen Kraft wird die Kolbenstange aus dem Zylinder herausgeschoben und damit werden die Lenker L3 und L4 entgegen der Kraft der Zugfeder F3 auseinander geschoben, was die Laufflächen S1, S2 in eine Spreizstellung dreht. Für Druckausgleich zwischen beiden Zylinderkammern sorgt eine Bohrung im Kolben, die bei Bedarf mit Dämpferventilen versehen werden kann was dann als Stoßdämpfer wirkt und eventuelle Schwingungen der Zugfeder dämpft.
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In den 11 und 12 ist ein Beispiel für eine mechanische Betätigung dargestellt. Anstelle der hydraulischen Kraftübertragung wird hier die Betätigungskraft über zwei Seilzüge Z1 und Z2 aufgebracht, die über Umlenkrollen U1 und U2 geführt werden. Da Seile nur Zugkräfte übertragen können, muss die Feder F3 als Druckfeder ausgeführt werden, die über die Seilzüge Z1, Z2 gemäß 11 von zwei Druckfedern F5 und F6 vorgespannt wird. Diese drücken gegen die Rückseite der Pedale P1 und P2, an deren unteren Enden die Seilkraft angreift. Die Vorspannkraft ist so hoch, dass im nichtbetätigten Zustand die Lenker L3 und L4 entgegen der Federkraft F3 von den Seilzügen Z1, Z2 gegen den Anschlag V3 gezogen werden und dort im ungebremsten Zustand ständig anliegen. Zum Auslösen einer Bremsung überdrückt der Fahrer die Vorspannfedern F5 und F6 und bringt mit Unterstützung der Federkraft F3 die Laufflächen S1, S2 in die eingezeichnete Pflugstellung zum Bremsen.
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Anzumerken ist, dass mit wirkungsvollen Auslösemechanismen für die Laufflächenbremse, bei der kinematischen Auslegung der hinteren Lenker L3, L4 eine größere Variation möglich ist. Bei Bedarf könnte dadurch auch ganz auf eine Bremsauslösung durch Gewichtsverlagerung verzichtet werden. Dann lassen sich zum Beispiel in den 8 und 9 alle vier Lenker L1, L2, L3, L4 parallel zueinander anordnen.
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Die 13 bis 16 zeigen eine weitere kinematische Variante des Schlittens entsprechend der 1 bis 3, die eine noch geringere Bauhöhe erlaubt. Wie am besten aus der Draufsicht 16 ersichtlich, sind hier die Lenker L1 und L2 als Dreieckslenker ausgeführt, mit den beiden Schenkeln L1' und L2' bzw. L1" und L2". Die äußeren Schenkel L1" und L2" sind hier nicht mittels Kugelgelenken, sondern über die Drehgelenke D3 und D4 (13) am Rahmen R gelagert. Die auch hier erforderliche kardanische Beweglichkeit der Lenkerlagerung am Rahmen R wird durch eine biege- und torsionselastische Auslegung der äußeren Schenkel L1" und L2" ähnlich einer Blattfeder erreicht. Die horizontalen Lenkerabschnitte L1'" und L2"', die durch die Drehgelenke D3 und D4 hindurchführen, durchdringen sich konzentrisch und sind an ihren inneren Enden zu den Hebelarmen L1"" und L2"" abgewinkelt, welche die Kugelgelenke K1 und K2 oder andere adäquate kardanisch bewegliche Gelenke tragen. An diesen Kugelgelenken K1, K2 sind die inneren Schenkel L1', L2' des jeweils gegenüberliegenden Lenkers L2, L1 gelagert. Damit ist das Verbindungsgelenk, das in den 1 bis 7 aus einem Dreh/Schub-Gelenk besteht (gebildet aus den konzentrischen Rohren V1 und V2 bzw. L1" und L2"), ersetzt durch die beiden Kugelgelenke K1 und K2. Die kinematischen Eigenschaften dieses Verbindungsgelenks werden durch die Länge und Winkelstellung der Hebelarme L1"" und L2"", sowie durch die Länge der drehgelagerten Abschnitte L1'", L2"' im Verhältnis zum Lagerabstand D3/D4 bestimmt.
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Die hinteren Lenker L3 und L4 des Schlittens sind hier wie in den 4 bis 7 unten wie oben kardanisch gelagert, K3 und K4 unten, K5 und K6 oben. Diese Lenker L3, L4 könnten jedoch auch - wenn z.B. aus optischen Gründen erwünscht - wie die äußeren Lenkerarme L1" und L2" gestaltet werden, indem sie oben und unten in Drehgelenken gelagert und ebenfalls biege- und torsionsweich ausgelegt werden.
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Die kinematische Wirkungsweise ist ähnlich der aus den 1 bis 3: In Geradeausfahrt, wenn alle vier Lenker L1 bis L4 parallel zueinander ein- und ausfedern, drehen sich die beiden Führungslenker L1 und L2 mitsamt ihren Hebelarmen L1"" und L2"" um die Drehachsen der Drehgelenke D3 und D4 und wirken damit als reine Längslenker. Die Laufflächen S1 und S2 bleiben dann stets flach auf der Fahrbahn. Bei Kurvenfahrt, wenn der kurveninnere Lenker L1 voll ein- und der gegenüberliegende Lenker L2 voll ausfedert, drehen auch ihre beiden Hebelarme L1"" und L2"" in entgegengesetzter Richtung zueinander, so dass der kurveninnere Lenker L1 an seinem inneren Lagerpunkt K2 angehoben und der kurvenäußere Lenker L2 an seinem inneren Lagerpunkt K1 abgesenkt wird. Diese Schwenkbewegung der Lenker L1, L2 um die Winkel α1 bzw. α2 wird jeweils über die inneren Lenkerarme L1' und L2' auf die Drehzapfen der Drehgelenke D1 und D2 übertragen. Um diese Schwenkbewegung nicht zu behindern, sind die äußeren Schenkel L1" und L2", die sich um die horizontalen Drehgelenkachsen D3 und D4 drehen wollen, nicht nur biege-, sondern auch torsionselastisch ausgelegt. Durch diese Schwenkbewegung werden die Laufflächen S1 und S2 um die Winkel α1 und α2 schräg zum Rahmen angewinkelt.
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Im speziellen Fall der 13 bis 16, bei dem die Kugelgelenke K1 und K2 in Normallage NL auf gleicher Höhe wie die rahmenseitigen Befestigungen D3 und D4 liegen, ist Winkel α1 gleich groß wie Winkel α2. Dann sind auch in 16 die Winkel γ1 und γ2 gleich groß, um die in der Draufsicht die Lenker L1 und L2 nach außen geschwenkt werden. Diese Winkeländerung, die zu einer leichten V-Stellung der beiden Laufflächen S1, S2 führt, bleibt ohne kinematische Nachteile, da die beiden hinteren Lenker L3, L4 oben wie unten kardanisch beweglich aufgehängt sind und somit diese Winkeländerung zulassen.
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Aus 15 ist eine weitere geometrische Einflußgröße ersichtlich, die den tatsächlichen Aufkantwinkel der Laufflächen S1, S2 mitbestimmt. Von vorne gesehen sind die Lenker L1 und L2 nicht exakt über der Laufflächenmitte, sondern etwas nach innen versetzt an den beiden Laufflächen S1 und S2 angelenkt. Dies führt dazu, dass der tatsächliche Neigungswinkel β' des Schlittens gegenüber der Fahrbahn etwas geringer ist als der kinematische Neigungswinkel β, wodurch auch die tatsächlichen Aufkantwinkel der Laufflächen (α + β') etwas geringer ausfallen. Damit bleibt die asymmetrische Anbindung der Laufflächen also ohne großen Einfluss auf das Verhältnis der Laufflächen-Aufkantwinkel zu den Rahmen-Neigungswinkeln.
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Der Schlitten in den 17 und 18 unterscheidet sich von dem der 13 bis 16 nur dadurch, dass die Hebel L1"" und L2"" nicht horizontal nach hinten weisen, sondern etwas nach unten geneigt sind (siehe 18). Damit sind die Kugelgelenke K1 und K2 etwas niedriger angeordnet als D3 und D4, wodurch eine noch geringere Bauhöhe des Schlittens ermöglicht wird, weil der Abstand der Drehlager D3 und D4 zum Rahmen R minimiert ist. Diese Modifikation des Verbindungsgelenks wirkt sich kinematisch dahingehend vorteilhaft aus, dass gemäß 17 der kurveninnere Anstellwinkel α1 etwas größer ist als α2. Dies kompensiert die unterschiedlichen Bahnradien innen und außen. Dafür wird der Schrägstellungswinkel γ1 etwas kleiner als γ 2, wodurch sich der Schlitten um die Winkeldifferenz γ2 - γ1 schräg zur Fahrtrichtung stellt, was einen Untersteuereffekt bewirkt.
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Gegenüber herkömmlichen Schlitten, Bobs oder Skibobs bietet ein Schlitten mit Carving-Laufflächen ein wesentlich breiteres Anwendungsspektrum und einen erheblich gesteigerten Fahrspaß, vor allem beim Kurvenfahren. Der Schlitten lässt sich spurtreuer lenken, fährt sich stabiler und erreicht wesentlich höhere Querbeschleunigungen.
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Basis für geringen konstruktiven Aufwand und besseren Fahrkomfort, eine einfache und ergonomisch günstige Bedienung, sowie ein verbessertes Fahrverhalten ist der kinematische Querverbund zwischen den Lenkern, der in seinen unterschiedlichen Variationen eine Vielzahl von Möglichkeiten erlaubt, die Zuordnung der Laufflächen-Aufkantwinkel zur Schrägstellung der Sitz- bzw. Liegefläche zu beeinflussen.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Lenker-Bauweise ergibt sich aus der Möglichkeit, die Laufflächen mit nur geringem Zusatzaufwand in eine Schneepflug-Stellung zueinander zu bringen, mit der sich der Schlitten auf elegante Weise abbremsen lässt.
