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Die
Erfindung bezieht sich auf Kippwinkel-gelenkte Rollgeräte
wie beispielsweise Rollschuhe, Inline Skates, Rollbretter, Lenkroller
und Rollski.
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Die
bekannten Lenksysteme unterscheiden sich in solche, bei denen die
Rollen paarweise parallel (Rollschuh, „Quad") angeordnet
sind und solche, bei denen die Rollen im wesentlichen hintereinander (in-line)
angeordnet sind. Wie von einigen Rollschuhen und Rollbrettern bekannt,
ist der Lenkwinkel mit dem Schräglagewinkel zwangsweise
gekoppelt; hier neigen sich die Rollen nicht mit.
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Neigungsgelenkte
Rollgeräte mit nebeneinander angeordneten Rollen mit mitneigenden
Rollen sind beispielsweise aus
DE19803412 und
EP1213043 bekannt.
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Aus
dem Inline-Skate-Bereich sind Rollenaufhängungen bekannt,
bei denen entweder die Rollenträger einzeln jeweils um
eine vertikale oder nach schräg oben-vorn (bzw. nach schräg
oben-hinten) geneigte Achse frei schwenkbar sind (
DE10256680 ) oder bei ähnlichen
Eigenschaften eine gekrümmte Kulissenführung in
der Rollennabe besitzen.
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In
diese Familie der freien Lenkungen gehören auch Systeme,
bei denen jeweils zwei Rollenpaare in zwei Trägern hintereinander
frei gelagert sind.
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Aus
DE20305190U1 bzw.
US6098997 sind zwei Träger
bekannt, die hintereinander an einem Chassis schwenkbar gelagert
sind, wobei die Schwenkachsen senkrecht stehen. Bei Verwendung von
Rollen mit wechselweise schlanker und breiter Profilform wird eine
kippwinkelabhängige Lenkung erreicht. Nachteilig ist der
höhere Aufwand, den unterschiedlich bereifte Rollen verursachen.
Außerdem vermindert sich mit der Zeit der Lenkeffekt wegen
des ausgleichenden Rollenabriebs.
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Die
Fa. Fila Skates veröffentlichte ein Skate, bei dem zwei
Rollenträger mit einer Schwenkachse an dem Chassis gelagert
sind, die unter einem Winkel (z. B. etwa 45 Grad) nach vorne (bzw.
hinten) ansteigend angeordnet sind. Diese Anordnung erlaubt eine
freie Lenkung, die allerdings nicht mit der Seitwärtskippung
gekoppelt ist.
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Eine
Wippenkonstruktion mit quer angeordneten horizontalen Schwenkachsen
ist in
WO97/18017 offenbart.
Ebenfalls eine Wippenkonstruktion mit schwenkbarer horizontaler
Lagerung unter Verwendung elastischer schwingungsdämpfender Elemente
ist in
DE19715706 beschrieben;
ferner beschreibt diese Erfindung eine schwenkbare Einzelradaufhängung,
bei denen Rollen unterschiedlicher Breite zu verbessertem Kurvenfahrverhalten
beitragen sollen. Eine echte Lenkung ist hier allerdings nicht gegeben,
da die Rollenachsen in ihrer parallelen Stellung zueinander fixiert
sind.
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Schräglagegekoppelte
Lenksysteme haben gegenüber den freien Lenksystemen den
großen Vorteil, dass sie echtes Carving ermöglichen.
Es ergibt sich aufgrund der schräglageabhängigen
aufrichtenden Zentrifugalkraft eine inhärente Laufstabilität.
Rollgeräte, die das leisten, sind überwiegend
solche, bei denen je zwei Rollen nebeneinander angeordnet sind.
Deren Schräglagewinkel ist eng begrenzt (z. B. Skateboard,
Quad-Rollschuh), was den Laufkomfort einschränkt. Inline
Skates haben im praktischen Betrieb keine störende Begrenzung
des Schräglagewinkels. Außerdem kommen sie mit
den konventionellen preisgünstigen, leichtlaufenden und bewährten
Inlineskate-Rollen aus und sind kostengünstig herzustellen.
Inlinesysteme mit freier Lenkung vermitteln ein unangenehm schwammiges
und bei größerer Geschwindigkeit unsicheres Fahrgefühl; Bekannte
Systeme mit neigungsgekoppelter Lenkung haben den Nachteil dass
sie Rollen mit unterschiedlichen Reifenprofilen benötigen.
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Aufgabe
der Erfindung war es deshalb, in einem lenkbaren Rollgerät
mit vorwiegend hintereinander angeordneten Rollen die Lenkung zwangsweise so
an die seitliche Neigung zu koppeln, dass ein großer Schräglagewinkels
möglich ist, ferner dass konventionelle Inline Skate-Rollen
verwendet werden können und dass der laufstabilisierende
Carving-Effekt gewährleistet wird.
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Diese
Aufgabe wird, ausgehend von einem Rollgerät, das ein optionales
Applikationsteil, beispielsweise Schuh, Rollskibindung oder Stehbrett, ein
Chassis (1) und mindestens eine Lenkgruppe enthält,
wobei die Lenkgruppe aus zwei Lenkeinheiten besteht, die auch körperlich
vereinigt sein können, wobei die Lenkeinheit aus mindestens
einer Rolle (2) und einem Rollenträger (3, 3', 3'')
besteht, an dem die mindestens eine Rolle (2) drehbar gelagert
ist und wobei der Rollenträger (3, 3', 3'')
mit dem Chassis (1) gelenkig verbunden ist, dadurch erfüllt,
dass die gelenkige Verbindung des Rollenträgers (3, 3', 3'')
mit dem Chassis (1) die Drehbarkeit des Rollenträgers (3, 3' 3'')
um jeweils eine Schwenkachse (4) bewirkt, deren Projektion
in Richtung der Längsachse des Chassis mit der auf das
Chassis bezogenen Waagerechten (5) einen positiven oder
negativen spitzen Winkel α bildet und dass ferner die Spur
(6) dieser Rolle (2) bzw. die Spuren dieser Rollen
gegenüber der am Boden liegenden Kippachse (7),
um die sich das Rollgerät während der Seitwärtskippung
dreht, seitlich versetzt ist bzw. sind.
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Liste der Figuren:
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1a–1c zeigen
einen Ausschnitt des Chassis (1), einen Rollenträger
(3) und eine Rolle (2), sowie die um den Winkel α schräg
gestellte frontale Projektion der Schwenkachse (4), mit
dem der Rollenträger am Chassis gelenkig gelagert ist,
die Schwenkachswelle (8), die Kippachse (7) und
die Spurlinie (6) der Rolle am Boden, in perspektivischer Sicht
(1a), in Sicht von hinten (1b) und
in Sicht von unten (1c).
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2a–2c zeigen
einen Ausschnitt des Chassis (1), zwei Rollenträger
(3, 3') samt Rollen (2) und Schwenkachswellen
(8), Die Bewegungskopplung (11) zwischen den beiden
Trägern (3, 3') und den Versatz (9)
der zwei Spuren der beiden Rollen (2) gegeneinander. 2b zeigt
die Anordnung in seitlicher Ansicht, wobei das Chassis weggelassen ist. 2c zeigt
diese Anordnung in Längsrichtung, einschließlich
der Schwenkachsen (4, 4') der beiden Träger
(3) und (3').
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3a, 3b zeigen
ein Beispiel einer kompletten Konstruktion eines Rollgeräts
ohne Applikationsteil (z. B. Schuh), bestehend aus Chassis (1), zwei
Lenkgruppen, die jeweils aus zwei Rollenträgern (3, 3')
samt Rollen (2) bestehen, gegenüber dem Boden
(10) in gekippter Position, in 3a von der
Seite gesehen. 3b lässt mit Blick
von unten den jeweiligen Lenkeinschlag der Rollen erkennen.
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4a, 4b zeigen
anhand eines alternativen Beispiels einen Rollenträger
(3'') mit zwei Rollen (2), in 4a perspektivisch
gesehen, sowie den Spurversatz (9) der beiden Rollen 2 gegeneinander,
die Schwenkachswelle (8) sowie den Winkel α ihrer
Achse (4) gegenüber der Horizontalen (5)
in frontaler Projektion, in 4b von
hinten gesehen.
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5a, 5b zeigen
eine komplette Konstruktion (ohne Schuh), bestehend aus Chassis
(1) und zwei Doppelrollenlenkeinheiten mit Rollenträgern
(3'') und Rollen (2), in perspektivischer Ansicht, 5a,
und von hinten gesehen, 5b. In 5b sind
die sind die Achsrichtungen (4, 4') die Horizontale
(5) und die Winkel α, α' gezeigt.
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5c zeigt
perspektivisch ein weiter fortgeschrittenes Ausführungsbeispiel
einschließlich Chassis (1), zwei Rollenträger
(3'') mit insgesamt vier Rollen.
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6a–6c zeigen
drei Ausführungsbeispiele für die um die Schwenkachse
(4) schwenkbare Lagerung des Rollenträgers (3, 3', 3'')
am Chassis (1).
- – 6a:
mittels schräg gestellter Wellenbohrung und Welle.
- – 6b: mittels zweier versetzter
Wellen (13) und zweier Gelenklager (10).
- – 6c: mittels zweier versetzter
Wellen (13) und zweier eingepasster Formteile (11)
aus elastischem Kunststoff oder Gummi, optional in Verbindung mit
zwei Bundbuchsen (12).
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7 zeigt
Ausschnitte von zwei Doppelrollenlenkgruppen im Nahbereich, sowie
die Spiralfeder (14), welche die Rückführung
der Lenkgruppen in die Neutralstellung bewirkt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der Figuren beispielhaft erläutert.
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Die
in 1a–1c gezeigte
Lenkeinheit enthält alle Merkmale, welche zur Lenkung der
Rolle notwendig sind. Für das Verständnis der
Funktion ist es zunächst nicht notwendig, anzugeben, wie
die Kippachse zustande kommt. Mit zunehmendem Kippwinkel bewegt
sich die versetzt angeordnete Rolle relativ zum Chassis aufwärts
(bzw. abwärts, je nach Kipprichtung). Dieser Auf/Ab-Bewegung
entspricht ein vorwärts bzw. rückwärtsgerichteter
Neigewinkel des Rollenträgers (3, 3', 3'').
Aufgrund der schrägen Orientierung der Schwenkachse (4)
ist dieser Neigewinkel zwangsweise mit einem Lenkwinkel verbunden.
Der Lenkwinkel ist in etwa proportional zum Produkt aus dem Spurversatz
(9), dem Winkel α, mit dem die Schwenkachse (4)
seitlich angestellt ist und dem Kippwinkel.
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Die
Erfindung beansprucht, dass die Rollen auf Spuren (6) abrollen,
die gegenüber der Kippachse (7) seitlich versetzt
sind. Die Spur ist verstanden als die Kontaktlinie, längs
derer die Rolle den Boden berührt. Dieser seitliche Versatz
kann technisch auf verschiedene Arten erreicht werden. Dazu gehört
die Verwendung asymmetrisch bereifter Rollen, deren Reifen so geschnitten
sind, dass der größte Durchmesser der Reifen außerhalb
der Mittelebene der Rolle liegt. Eine weitere technische Variante
besteht darin, dass die beiden Rollen, die zu einer Lenkgruppe gehören,
so gelagert sind, dass sie einen gegensätzlich zueinander
orientierten Sturzwinkel aufweisen. Von vorne gesehen sind die beiden
Rollen sozusagen in Form eines „X" angeordnet. Diese beiden technischen
Möglichkeiten sind nahe liegend und wurden deshalb nicht
zeichnerisch dargestellt. Auch jede Kombinationen der hier genannten
drei Lösungen sind technisch möglich. Die hier
dargestellte, bevorzugte dritte technische Lösung beruht
darauf, die Rollen mit seitlichem Versatz zu positionieren. Diese Lösung
hat den Vorteil, die Lenkeigenschaft durch Variation des seitlichen Versatzes
zwischen Spur (6) und Kippachse (7) mittels geeignet
dimensionierter Abstandshülsen bei der Montage der Rolle
auf der Rollenachse nach Bedarf anpassen zu können, wobei
der dafür benötigte Platz konstruktiv leicht vorgesehen
werden kann.
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Der
Rollenträger benötigt ein Gegenlager, so dass
das auf dem Rollgerät lastende Gewicht aufgefangen wird.
Dies kann gemäß dem Stand der Technik durch elastische
Puffer oder Federn gewährleistet werden, die den Rollenträger
gegenüber dem Chassis genügend abstützen.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass man,
wie in 2(a–c) gezeigt, gemäß Anspruch
2 zwei komplementäre Rollenträger vorsieht, die
jeweils eigens am Chassis mit Schwenklagern gelagert sind, die darüber
hinaus aber so miteinander verbunden sind, dass die Schwenkbewegung
des einen Rollenträgers vermittels dieser Verbindung eine
gleichsinnige Schwenkbewegung des anderen Rollenträgers
verursacht, und umgekehrt.
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Wie
aus 2(a–c) anschaulich zu
erkennen ist, verteilt sich das Gewicht, das auf dem Chassis lastet,
auf beide Rollen, so dass kein resultierendes Drehmoment auf einen
der Träger übrig bleibt, das eigens mittels elastischer
Puffer oder Federn aufgefangen werden müsste. Es ist ferner
gezeigt, dass die beiden Rollen auf gegeneinander versetzten Spuren
ablaufen. Die Kippachse verläuft zu diesen Spuren etwa
mittig.
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Idealerweise
sollte jede Rolle bei gegebenem Kippwinkel einen eigenen angepassten
Lenkwinkel haben, so dass die Rollen auf einem gemeinsamen Kreis
am Boden abrollen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Winkel α der
Schwenkachsen unterschiedlich gewählt werden. In einer
vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schwenkwinkel α und damit
die sich daraus ergebenden Lenkwinkel etwa proportional zum Abstand
der jeweiligen Rollenachse von der Mittelsenkrechten des Chassis.
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3 zeigt gemäß Anspruch
3 die Anordnung von zwei der vorstehend beschriebenen Lenkgruppen
hintereinander. Damit ist eine Gestaltung beansprucht, die ganz
auf Bockrollen verzichten kann, die sonst erforderlich wären,
um einen normalen Lauf zu gewährleisten. Die Winkel α der Schwenkachsen
sind hier so gewählt, dass die vordere Lenkgruppe einwärts,
die hintere Lenkgruppe auswärts lenkt.
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Das
hier erfundene Lenksystem lenkt inhärent asymmetrisch bezüglich
der Kippung links oder rechts, indem die Lenkung nach rechts stärker
ist als nach links oder umgekehrt. Diese Asymmetrie kann dadurch
kompensiert werden dass zwei Lenksysteme hintereinander angeordnet
sind, und dass, wie in Anspruch 6 spezifiziert wird, die beiden
vorderen Rollen der jeweiligen Lenkgruppen ihre Spuren auf einer Seite
der Kippachse haben, während die beiden hinteren Rollen
ihre Spuren auf der anderen Seite der Kippachse haben und dass die
Winkel α, α' der Schwenkachsen (4, 4')
der beiden vorderen Rollenträger (3, 3')
das entgegen gesetzte Vorzeichen haben von den Winkeln α, α'
der Schwenkachsen (4, 4') der beiden hinteren
Rollenträger. Diese Merkmale sind in 3 beispielhaft
zeichnerisch dargestellt. Bei dieser Anordnung ist in beiden Kipprichtungen
jeweils eine schwache mit einer starken Lenkung kombiniert, so dass
sich die gegenläufigen Unsymmetrien jeder einzelnen Lenkgruppe
zusammen gegenseitig aufheben.
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Wie
in Anspruch 4 beansprucht und in 4a, 4b gezeigt
ist, wird eine einfachere Ausgestaltung dadurch beschrieben, dass
die Lenkgruppe aus nur einem Rollenträger (3'')
und zwei Rollen besteht, wobei die beiden Rollen schräg
hintereinander angeordnet im Rollenträger drehbar gelagert sind,
und dass die beiden Rollen auf Spuren ablaufen, die gegeneinander
seitlich versetzt sind. Statt zweier Rollenträger (3, 3')
für zwei Rollen montiert man diese in nur einem einzigen
wippenartigen Rollenträger (3''). Hierdurch wird
die Verbindung zwischen den vorher getrennt betrachteten Rollenträgern
gewährleistet. Statt der zwei Schwenkachsen (4, 4')
bei getrennten Rollenträgern ist bei dem einzigen wippenartigen
Rollenträger nur noch eine einzige schräg gelagerte
Schwenkachse erforderlich. Diese Vereinfachung wird allerdings mit
dem Nachteil erkauft, dass die beiden Rollen nicht für
sich einzeln gelenkt werden können, sondern hier denselben Lenkwinkel
haben. Dies ist mit einem Reibungsverlust bei der Kurvenfahrt verbunden,
der allerdings bei großen Kurvenradien sehr gering ist
und in Kauf genommen werden kann.
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Gemäß Anspruch
5 besteht eine bevorzugte Ausgestaltung darin, zwei solche Lenkgruppen
hintereinander am Chassis anzuordnen.
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Wie
schon vorher beschrieben, kann die auch in dieser Anordnung vorhandene
Asymmetrie der Lenkung gemäß Anspruch 7 dadurch
kompensiert werden, dass die beiden vorderen Rollen der jeweiligen
Lenkgruppen ihre Spuren auf einer Seite der Kippachse haben, während
die beiden hinteren Rollen ihre Spuren auf der anderen Seite der
Kippachse haben und dass der Winkel α der Schwenkachse
des vorderen Rollenträgers (3'') das entgegen
gesetzte Vorzeichen hat vom Winkel α der Schwenkachse des hinteren
Rollenträgers (3'').
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Beim
beidbeinigen parallelen Kurvenfahren wäre eine asymmetrische
Lenkung erwünscht, so dass die von den beiden Beinen beschriebenen Kreisbögen
denselben Mittelpunkt besitzen und dass deren Radien sich um den
Beinabstand unterscheiden. Dadurch wird ein störendes Überkreuzen
der Beine bei der Fahrt entlang eines Kreisbogens vermieden. Dies
kann gemäß Anspruch 8 dadurch erreicht werden,
dass die jeweils zwei Rollen der beiden Lenkgruppen unterschiedlich
weit voneinander versetzte Spuren haben und/oder dass die beiden Winkel α, α'
der Schwenkachsen der beiden Rollenträger ungleichen Betrag
haben. Dadurch wird erreicht, dass die zuvor beschriebene inhärente
Lenkungsasymmetrie nur unvollständig kompensiert wird.
In Analogie dazu kann die asymmetrische Lenkung bei einer Ausgestaltung
mit bspw. vier Einzelrollenträgern (gemäß Anspruch
3) dadurch erhalten werden, dass die Spurabstände der einzelnen
Lenkgruppen verschieden sind und/oder die Winkel α der Schwenkachsen,
die sich jeweils entsprechen, dem Betrag nach unterschiedlich sind,
wie in 3 gezeigt.
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Um
das Rollgerät nach dem Beschleunigungsschritt mit allen
Rollen gleichzeitig auf dem Boden aufsetzen zu können,
ist es wünschenswert, dass die Lenkgruppen im unbelasteten
Zustand in die geradeaus lenkende Neutralstellung zurückfedern. Dies
kann in nahe liegender Weise beispielsweise mit Formteilen aus gummiartigen
Kunststoffen, mit Stahlfederelementen oder beispielsweise mit einer Spiralfeder
(14) bewirkt werden, wie in 7 gezeigt.
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5 zeigt ein bezüglich gefälliger
Formgebung weiter entwickeltes Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Hier nicht gezeigt sind ein optionaler Bremsgummihalter
und ein Bremsgummi, die auf nahe liegende Weise ähnlich
den Bremseinrichtungen der bekannten konventionellen Inline-Skates
gestaltet und am Chassis (1) angebracht werden können.
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Besondere
Beachtung verdient die Detaillösung für die schräge
Lagerung des Rollenträgers im Chassis. 6 zeigt
drei Ausführungsbeispiele. Die Ausführung 6a)
hat den Vorteil der einfachen Achskonstruktion, verlangt jedoch
nach höherem Aufwand beim Formenbau und nach konstruktiver
Berücksichtigung der Aufnahme der Axialkraft. Das Beispiel 6b) hat
den Vorteil der Vermeidung einer nennenswerten Axialkraft, ist fertigungstechnisch
problemlos umzusetzen, verursacht jedoch Kosten für Gelenklager. Das
Ausführungsbeispiel 6c) hat die Vorteile wie 6b), besitzt
darüber hinaus schalldämpfende Eigenschaften und
ist kostengünstig herzustellen.
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Bei
fußgebundenen Rollgeräten, z. B. Skates, ist es
nahe liegend, das linke Rollgerät spiegelbildlich zum rechten
Rollgerät zu gestalten. Eines davon, meistens das rechte,
sollte mit einer Bremseinrichtung ausgestattet sein. Hierzu könnte
man die bekannten Bremsträger mit auswechselbaren Bremsblöcken
aus Gummi auf nahe liegende Weise am Chassis befestigen.
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Bisher
wurden Rollgeräte mit vorzugsweise 4 Rollen ausführlich
beschrieben. 5-Roller sind ebenfalls denkbar, beispielsweise durch
Verwendung einer fünften Rolle, die in Form einer Bockrolle
gestaltet sein kann und die in der Mitte des Chassis angebracht
ist. Ein 3-Roller könnte eine Bockrolle an einem Ende des
Chassis besitzen und eine Lenkeinheit am anderen Ende. Die in diesem
Fall recht deutliche Lenkasymmetrie könnte interessant
sein für Anwendungen, bei denen es auf stark scherendes
Carven ankommt, z. B. bei Slalom oder Speedskaten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19803412 [0003]
- - EP 1213043 [0003]
- - DE 10256680 [0004]
- - DE 20305190 U1 [0006]
- - US 6098997 [0006]
- - WO 97/18017 [0008]
- - DE 19715706 [0008]