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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend ein Trägerelement (Chassis), an dem mindestens zwei aus massivem Material bestehende Rollen mittelbar oder unmittelbar drehbar angeordnet sind, wobei das Fahrzeug bei bestimmungsgemäßer Benutzung in eine horizontale Fahrtrichtung bewegbar ist.
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Vorliegend geht es um Fahrzeuge, wie Tretroller oder Kinderlaufräder, die – im Unterschied zu klassischen Fahrzeugen – nicht mit einer Luftbereifung versehen sind, sondern bei denen Rollen bzw. Räder zum Einsatz kommen, die massiv ausgebildet sind, zumeist als massive Gummi- oder Kunststoffräder. Der Durchmesser besagter Räder ist demgemäß relativ gering und in keinem Falle größer als 12,5 Zoll.
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Aus Kostengründen werden die Massiv-Räder zumeist in einer direkt am Chassis angeordneten Lagerung gelagert. Nachteilig ist die hierdurch bedingte nur geringe Federung und Dämpfung der Rolle, was einen entsprechenden geringen Fahrkomfort zur Folge hat.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Fahrzeug so fortzubilden, dass einerseits der Fahrkomfort wesentlich erhöht werden kann, dass andererseits aber die Herstellungskosten des Fahrzeugs möglichst gering gehalten werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Rollen des Fahrzeugs über ein Schwingenelement am Trägerelement (Chassis) angeordnet ist, wobei das Schwingenelement ein erstes Schwingenteil aufweist, das am Trägerelement mittelbar oder unmittelbar befestigt ist, wobei das Schwingenelement ein zweites Schwingenteil aufweist, das relativ zum ersten Schwingenteil um eine Achse schwenkbar gelagert ist, wobei das zweite Schwingenteil die Rolle um eine zur Achse parallele, aber beabstandete Achse lagert, wobei zwischen den beiden Schwingenteilen ein Feder- und/oder Dämpfelement wirksam angeordnet ist, das eine Feder- und/oder Dämpfkraft zwischen den beiden Schwingenteilen erzeugen kann, wobei die Achse, um die das zweite Schwingenteil relativ zum ersten Schwingenteil schwenkbar ist, in Fahrtrichtung vor der Achse liegt, um die die Rolle gelagert ist, und wobei die Achse, um die das zweite Schwingenteil relativ zum ersten Schwingenteil schwenkbar ist, in vertikaler Richtung oberhalb der Achse angeordnet ist, um die die Rolle gelagert ist.
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Die Rollen bestehen dabei vorzugsweise aus Vollgummi- oder Vollkunststoffmaterial. Umfasst ist dabei auch eine Ausgestaltung, bei der die Rollen aus einem Felgenteil bestehen, der mit einem massiv ausgebildeten Rad- bzw. Reifenteil verbunden ist. In jedem Falle ist keine Luftbereifung vorgesehen.
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Mindestens eine der Rollen kann mittelbar über einen im Trägerelement schwenkbar gelagerten Lenkkopf am Trägerelement angeordnet sein.
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Die Rollen weisen vorzugsweise einen Durchmesser von maximal 31,75 cm auf, besonders bevorzugt von maximal 20,5 cm.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass sich eine Gerade, die senkrecht auf der Achse steht, um die das zweite Schwingenteil relativ zum ersten Schwingenteil schwenkbar ist, und die senkrecht auf der Achse steht, um die die Rolle gelagert ist, unter einem Winkel zwischen 10° und 80°, vorzugsweise zwischen 30° und 60°, zur Horizontalen erstreckt. Besagte Lage der Gerade wird dabei bestimmt, wenn das Fahrzeug entweder lastfrei ist oder mit dem Fahrer beladen ist, jedoch frei ist von Stößen von der Fahrbahn auf das Fahrzeug, wie sie während des Betriebs typischerweise auftreten.
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Das Feder- und/oder Dämpfelement kann als sich linear erstreckendes Bauteil ausgebildet sein, das mit einem Ende mit Abstand von der Achse, um die das zweite Schwingenteil relativ zum ersten Schwingenteil schwenkbar ist, direkt oder indirekt am ersten Schwingenteil angeordnet ist, und das mit dem anderen Ende mit Abstand von der Achse, um die das zweite Schwingenteil relativ zum ersten Schwingenteil schwenkbar ist, direkt oder indirekt am zweiten Schwingenteil angeordnet ist.
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Das Feder- und/oder Dämpfelement ist vorzugsweise hinsichtlich seiner Feder- und/oder Dämpfcharakteristik einstellbar.
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Das Feder- und/oder Dämpfelement ist gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung als (gegebenenfalls auch wieder einstellbares) Torsionsfeder- und/oder -dämpfelement ausgebildet, das um die Achse, um die das zweite Schwingenteil relativ zum ersten Schwingenteil schwenkbar ist, wirksam angeordnet ist. Das Torsionsfeder- und/oder -dämpfelement kann dabei eine oder mehrere Stahlfedern oder ein oder mehrere elastische Elemente aus Elastomermaterial oder aus Kunststoff umfassen.
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Das Fahrzeug, bei dem die erfindungsgemäße Lösung zum Einsatz kommt, ist vorzugsweise ein Tretroller (insbesondere ausgeführt als Alu-Scooter), ein Inline-Skater, ein Skate-Board, Roller-Skates, Rollschuhe, ein Kinderlaufrad, aber auch ein Kinderwagen oder ein Fahrradanhänger.
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Der erfindungsgemäße Vorschlag erlaubt es also, dass die Federung bzw. Dämpfung wenigstens einer der Räder eines gattungsgemäßen Fahrzeugs wesentlich verbessert wird, womit der Fahrkomfort eines solchen Fahrzeugs erhöht werden kann.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, dass die Kinematik der Federung bzw. Dämpfung so geartet ist, dass Stöße sowohl aus horizontaler als auch aus vertikaler Richtung in einem für einen optimalen Fahrkomfort sinnvollen Verhältnis ”geschluckt” werden können. Bei den gattungsgemäßen Fahrzeugen mit kleinem Rad-Durchmesser ist eine sehr steile Anordnung einiger der Fahrwerkskomponenten verlangt. Neben einer wesentlichen Erhöhung des Fahrkomforts ist auch allen Aspekten der Sicherheit Rechnung getragen, da insbesondere die Lenkbarkeit uneingeschränkt gegeben ist.
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Die erfindungsgemäß in besonderer Weise ins Auge gefassten Fahrzeuge sind Inline-Skater, Alu-Scooter, Kinderlaufräder, City-Roller, Roller-Skates, Skate-Boards, Kinderwagen (z. B. Buggys) und Fahrrad-Anhänger.
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Die Fahrdynamik kann bei erfindungsgemäßer Ausgestaltung des Fahrzeugs gleichermaßen verbessert werden.
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Fertigungstechnische Vorteile und eine preisgünstige Herstellungsmöglichkeit ergeben sich, wenn für die Schwingenteile U-Profile verwendet werden, die gemäß der benötigten Geometrie geformt bzw. geschnitten werden.
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Vorteilhaft wirkt es sich insofern aus, wenn vorgespannte Komponenten verwendet werden. Mit der Einbringung einer Vorspannung erreicht man eine maximale Kontrolle über die zugelassenen Freiheitsgrade und damit über den jeweiligen Fahrzustand.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass für unterschiedliche Nutzer (insbesondere hinsichtlich des Gewichts des Fahrers) sowie für verschiedene Anwendungsbereiche die Federung des Fahrzeugs einstellbar ist (z. B. einmal mit „Professional-Performance-Contests”-Einstellungen und einmal mit „Long-Distance-Touren”-Einstellungen).
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Die vorgeschlagene Ausgestaltung hat weiterhin den Vorteil, dass durch die Konstruktion sowie durch die zum Einsatz kommenden Materialien eine preiswerte Herstellung möglich ist.
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In vorstehender Beschreibung der vorgeschlagenen Lösung wurde die Lage der Achse, um die das zweite Schwingenteil relativ zum ersten Schwingenteil schwenkbar ist, relativ zur Achse, um die die Rolle gelagert ist, als in Fahrrichtung „vorne” und „oberhalb” angegeben. Der selbe kinematische Effekt lässt sich in analoger Anwendung des Erfindungsgedankens erzielen, wenn die Lage der Achse, um die das zweite Schwingenteil relativ zum ersten Schwingenteil schwenkbar ist, relativ zur Achse, um die die Rolle gelagert ist, als in Fahrrichtung „hinten” und „unterhalb” gewählt wird.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Darstellung einen Tretroller,
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2 in perspektiver Darstellung das vordere Rad des Tretrollers nach 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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3 in perspektivischer Darstellung und im Schnitt dargestellt ein Teil eines zum Einsatz kommenden Feder-Dämpf-Elements,
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4 in perspektiver Darstellung das vordere Rad des Tretrollers nach 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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5 in perspektiver Darstellung das vordere Rad des Tretrollers nach 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
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6 in perspektiver Darstellung das vordere Rad des Tretrollers nach 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
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7 in perspektiver Darstellung das vordere Rad des Tretrollers nach einer anderen Ausführungsform,
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8 in perspektiver Darstellung das vordere Rad des Tretrollers nach 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
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9 in perspektiver Darstellung das vordere Rad des Tretrollers nach 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,
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10 in perspektiver Darstellung das vordere Rad des Tretrollers nach 1 gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung,
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11 in perspektivischer Darstellung das Schwingenelement der Lösung nach 10 in einer etwas abgewandelten Lösung,
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12 in perspektivischer Darstellung das Schwingenelement in einer anderen abgewandelten Lösung,
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13 in perspektivischer Darstellung den Tretroller nach 1, aus einer anderen Richtung gesehen,
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14 in perspektiver Darstellung das hintere Rad des Tretrollers nach 13,
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15 die Darstellung gemäß 14 ohne montiertes Feder- und/oder Dämpfelement,
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16 einen In-Line-Skate mit der erfindungsgemäßen Lagerung der Rollen nach einer ersten Ausführungsform,
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17 einen In-Line-Skate mit der erfindungsgemäßen Lagerung der Rollen nach einer zweiten Ausführungsform,
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18 in perspektivischer Darstellung ein Feder- und/oder Dämpfelement gemäß einer weiteren Ausführungsform,
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19 in perspektiver Darstellung das vordere Rad des Tretrollers mit dem Feder- und/oder Dämpfelement nach 18 und
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20 in perspektiver Darstellung das vordere Rad des Tretrollers mit einem Feder- und/oder Dämpfelement gemäß einer weiteren Alternative.
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In 1 ist ein Fahrzeug 1 in Form eines Tretrollers (Alu-Scooter) dargestellt. Der Tretroller 1 bewegt sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung in Fahrtrichtung F, die der horizontalen Richtung H entspricht.
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Der Tretroller hat ein Trägerelement 2, d. h. ein Chassis, an dem zwei Rollen 3 und 4 drehbar angeordnet sind. Die beiden Rollen 3, 4 sind dabei über ein Schwingenelement 5, das nachfolgend näher erläutert ist, gelagert. Die in Fahrtrichtung F vordere Rolle 3 ist an einem Lenker, der in einem Lenkkopf 7 drehbar gelagert ist, angeordnet, d. h. die Rolle 3 ist lenkbar.
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Die Lagerung der vorderen Rolle 3 des Tretrollers 1 ist in 2 dargestellt.
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Die Rolle 3 ist über ein Schwingenelement 5 am Trägerelement 2 gelagert, wobei das Schwingenelement 5 aus zwei Schwingenteilen 5' und 5'' besteht. Das erste Schwingenteil 5' ist mittelbar am Trägerelement 2 gelagert, es ist nämlich fest an einem Lenker angebracht, der in einem Lenkkopf 7 gelagert ist; der Lenkkopf 7 ist fest mit dem Trägerelement 2 verbunden. Zur Ausführung einer Lenkbewegung kann der Lenker um eine (fast) vertikale Achse geschwenkt werden (der Lenker kann auch bis zu 30° gegen die Vertikale geneigt sein). Das zweite Schwingenteil 5'' ist am ersten Schwingenteil 5' verschwenkbar gelagert, und zwar um eine Achse a, die quer zur Fahrtrichtung F und im wesentlichen horizontal angeordnet ist; das zweite Schwingenteil 5'' ist an seinem einen Ende am ersten Schwingenteil 5' gelagert.
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Am anderen Ende des zweiten Schwingenteils 5'' ist die Rolle 3 gelagert, und zwar ist diese um eine Achse b am zweiten Schwingenteil 5'' gelagert, die sich parallel zur Achse a erstreckt, allerdings um einen Abstand (von beispielsweise zwischen 3 und 18 cm) von dieser verläuft.
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Das Maß, wie stark sich das zweite Schwingenteil 5'' während der Benutzung des Fahrzeugs 1 zum ersten Schwingenteil 5' verschwenkend bewegt, d. h. einfedert, wird von einem Feder- und/oder Dämpfelement 6 bestimmt, das zwischen den beiden Schwingenteilen 5' und 5'' wirksam angeordnet ist.
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Hier wie auch bei den nachfolgenden Ausführungsformen werden die Feder- und/oder Dämpfelement 6 stets paarweise angeordnet, d. h. auf der linken und auf der rechten Seite der Rollen 3, 4. Möglich ist es aber grundsätzlich auch, dass nur ein einziges Feder- und/oder Dämpfelement (links, rechts oder mittig) vorgesehen wird.
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Durch Wahl der Federsteifigkeit des Feder- und/oder Dämpfelements 6 kann demgemäß der Komfort des Fahrzeugs 1 bestimmt werden, weshalb die Federsteifigkeit und ggf. das Dämpfungsverhalten des Feder- und/oder Dämpfelements 6 einstellbar gehalten ist.
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Wesentlich ist die Anordnung des Schwingenelements 5, d. h. der beiden Schwingenteile 5' und 5''. Bildet man eine Gerade G, die sowohl auf der Achse a als auch auf der Achse b senkrecht steht (s. 2) weist diese Gerade G unter einem Winkel α gegenüber der Horizontalen H bzw. der Fahrrichtung F nach oben. Der Winkel liegt zumeist zwischen 10° und 80°, vorzugsweise zwischen 30° und 60°. Ferner befindet sich die Achse a in Fahrtrichtung F vor der Achse b und auch vertikal über der Achse b.
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Demgemäß ist vorliegend bei dieser Anordnung – wie bei fast allen weiteren Anordnungen – ein „Vorbau” vorhanden, der fest mit der drehbaren Lenkung verbunden ist. Dieser sorgt dafür, dass eine für diese Art der Feder- bzw. Dämpfungsfunktion kinematisch wichtige Anordnung von Bauteilen und Drehachsen realisiert werden kann.
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Dabei steht die Drehachse der Lenkung, d. h. des Lenkers und des Lenkkopfs 7, nahezu senkrecht im Raum (d. h. sie weist in Richtung der Vertikalen V), während die Drehachse a der Schwinge orthogonal zu der Lenkungsachse und quer zur Fahrrichtung F angeordnet wird. Die Drehachse a der Schwinge muss in ausreichender Entfernung zur Drehachse des Lenkkopfs 7 angeordnet sein. Mit dem erwähnten Vorbau ist diese Art der Anordnung der Drehachsen möglich. In diesem Zusammenhang wird auch von einem „Offset” gesprochen.
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Die so definierte Anordnung der Drehachse a des Schwingenelements 5 ist charakteristisch für die vorgeschlagene Lösung. Sie liegt aufgrund der angestrebten Feder- bzw. Dämpfereigenschaften, aufgrund der relativ kleinen Durchmesser der Rollen 3, 4 und aufgrund der Anforderungen an die Steifigkeit des Systems in der Regel außerhalb des Außendurchmessers der Rolle 3, 4, das gefedert werden soll. In jedem Fall liegt die Drehachse a des Schwingenelements jedoch wie dargestellt oberhalb und in Fahrtrichtung vor der Drehachse b der Rolle (bzw. des Rades), das gefedert werden soll.
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Weil Stöße und Schwingungen sowohl in vertikaler Richtung als auch solche in horizontaler Richtung abgefedert werden sollen, ist es dabei sehr vorteilhaft, wenn das zweite Schwingenteil 5'' wie erwähnt relativ steil im Raum angeordnet ist. Wie bereits erwähnt, ist ein Winkel α von etwa 45° +/–10° bevorzugt.
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Bei der in 2 dargestellten Art des Feder- und/oder Dämpfelements 6 drückt ein am ersten Schwingenteil 5' montierter, stiftartiger Stempel auf eine Gummi-Membran 9, die in 3 geschnitten und in vergrößerter Darstellung zu sehen ist. Diese Gummi-Membran 9 wird von einer Grundplatte 10 und einem anmontierten Ring 11 umfasst. Diese Einheit kann über einen Stehbolzen und eine Sechskantmutter an einer Montageplatte befestigt werden, die zur drehbaren Lenkung des Alu-Scooters 1 gehört und mit ihr fest verbunden ist. Die Luft-Kammer hinter der Membran kann unterschiedlich stark mit Luft gefüllt sein, um einerseits unterschiedlich schweren Personen gerecht zu werden und andererseits, um unterschiedliche Federsteifigkeitsabstimmungen zu ermöglichen.
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Die Membran 9 übernimmt hierbei noch weitere Funktionen: Neben der Feder-Dämpfungs-Funktion, also der Tilgung von Schwingungen, werden auch Geräusche entkoppelt, die sonst möglicherweise über das gesamte Chassis 2 weitergetragen werden und dabei das Chassis 2 als Resonanzkörper schallverstärkend nutzen.
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Somit erstrecken sich die Einsatzmöglichkeiten für Feder-Dämpfer-Elemente dieser Art über die hier gezeigte Anwendung hinaus. Denkbar wäre nämlich auch der Einsatz als Schwingungs- bzw. Geräuschabsorber. Im Bereich der Akustik könnte damit z. B. die unerwünschte Weiterleitung von bestimmten Frequenzen (Schwingungen bei Lautsprechersystemen) unterbrochen werden.
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Im Bereich des Maschinenbaus könnte die Weiterleitung von Vibrationen (Schwingungen) unterbrochen werden. Beispielsweise könnten Prozess-Beeinflussungen angrenzender Maschinen vermieden oder wenigstens reduziert werden.
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Darüber hinaus erlaubt dieses Design auch, dass die Luftkammer hinter der Membran 9 ganz oder teilweise mit zellularem TPU gefüllt werden kann.
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Damit kann die Charakteristik der Federsteifigkeit dieses Systems verändert werden. Im Vordergrund stehen hier Komfort und (Bauteil-)Sicherheit. Während sich die Federung durch die Einbringung des TPU im Fahrbetrieb spürbar komfortabler verhält, bietet sie im voll eingefederten Zustand darüber hinaus noch einen Schutz gegen das Anschlagen, ähnlich eines Anschlag-Puffers. Der Fahrer verspürt dabei nicht, wie sonst üblich, das metallisch harte Aufeinanderschlagen der Bauteile. Vielmehr ergibt sich durch das eingebrachte, zellulare TPU ein harmonisch-progressiv ansteigender Verlauf der Federkennlinie. Der Fahrer merkt, wenn z. B. aufgrund eines Schlaglochs die Federung durchschlägt, fühlt sich dadurch aber nicht negativ beeinträchtigt.
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Um das Ziel eines vorgespannten Systems zu erreichen, können an die zuvor erwähnte Montageplatte zwei gegenüberliegende Schwingungsabsorber (Schwingungs-Tilger) montiert werden.
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Eine alternative Ausgestaltung zeigt 4. Hierbei wird eine Membran aus elastischem Material (wie oben beschrieben) außen eingespannt. Genauso wie oben erläutert kann auch der Hohlraum dahinter unterschiedlich stark mit Luft gefüllt werden, so dass sich ein Überdruck einstellt, worüber dann unterschiedliche Federsteifigkeiten des Systems eingestellt werden können.
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Ferner kann auch hier zellulares TPU in den Hohlraum eingebracht werden, um den oben erläuterten Effekt zu erzielen.
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Anders ist bei der in 4 dargestellten Lösung indes, dass hier der Stempel an der Membran befestigt wird. Somit kann zusätzlich durch unterschiedliche Materialwahl der Membran oder durch unterschiedlich vorgespannte Einspannung der Membran die Federsteifigkeit des Gesamt-Systems verändert werden, um so die richtige Einstellung für den jeweiligen Fahrer bzw. für den entsprechenden Einsatzzweck vornehmen zu können.
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In 5 ist eine weitere alternative Lösung skizziert. Die Figur zeigt eine System-Variante, die zwei Gummi-Lagerungselemente 12 am oberen Befestigungspunkt verwendet, wobei dieser mit dem Lenkkopf 7 wieder fest verbunden sind. Dabei wirken diese Gummi-Lagerungselemente 12 als Feder- bzw. Dämpferelemente.
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Der Aufbau zeigt, dass diese Elemente gegeneinander verspannt werden können und damit, wie auch bei anderen Varianten, wie gewünscht die unterschiedlichen Federsteifigkeiten eingestellt werden können. Über eine Gewindestange 13 wird die Verbindung zum unteren Befestigungspunkt hergestellt. Dadurch erreicht man dann auch unterschiedliche Einstellungsmöglichkeiten hinsichtlich des Fahrzeug-Niveaus an dieser Achse. Mithin verwirklichen die besagten Elemente 12 bzw. 13 Einstellmittel 8 zur Beeinflussung der Feder- bzw. Dämpfeigenschaften des Feder- und/oder Dämpfelements 6.
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Eine diesbezüglich andere Lösung zeigt 6: Unterschiedliche Federsteifigkeiten könnten hier über die Durchmesser von Pins 14 erreicht werden, an denen die Enden eines Feder- und/oder Dämpfelements 6 in Form einer Feder anliegen. Darüber hinaus können auch über das Material und die Geometrie der Feder selbst andere System-Abstimmungen erreicht werden.
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Auch 7 zeigt eine weitere Möglichkeit, eine Feder- bzw. Dämpfungsfunktion abzubilden. Ein Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Lösungen liegt zunächst darin, dass keine Schwinge zum Einsatz kommt, sondern die Feder-/Dämpf-Elemente im direkten Kraftfluss liegen. Einen Kraftnebenfluss gibt es aufgrund der fehlenden Schwinge nicht. Als Feder-/Dämpfer-Elemente dienen Gummi-Buchsen. In der Regel sind solche Bauteile so ausgeführt, dass es einen äußeren Ring und einen inneren Ring aus einem festen Material (z. B. Stahl) gibt, wobei dazwischen ein weicheres, elastisches Material, z. B. Gummi, angeordnet ist.
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Dabei werden die eingeleiteten Kräfte in radialer Richtung aufgenommen. Wichtig ist bei dieser Anordnung, dass die Gummi-Buchsen nicht zu den sich drehenden Teilen der Achse gehören, da sonst ein erheblicher Teil der kinetischen Energie dissipiert würde, was sich darin äußern würde, dass der Fahrer nachteilig mehr Kraft für das Vorwärtskommen aufbringen müsste.
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Bei der Lösung gemäß 8 werden ebenfalls Gummi-Buchsen als Feder- und/oder Dämpfelement 6 verwendet, die hier als Torsions-Element fungieren. Hier kommt wieder das erfindungsgemäße Schwingenelement 5 zum Einsatz. Die Grundidee dieses Ausführungsbeispiels ist, dass die Feder-/Dämpferkräfte über eine tordierende Verdrehung der Gummi-Buchsen erreicht wird. Hierfür kann beispielsweise der Außenring der Gummi-Buchse in eine dafür vorgesehene Bohrung in das eine Schwingenteil eingepresst werden, während der Innenring der Gummi-Buchse mit einem Press-Sitz auf die Drehachse der Schwinge geschoben wird.
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Die Drehachse der Schwinge ist abweichend zu den vorbeschriebenen Lösungen bei dieser Ausführungsform allerdings nicht drehbar gelagert, sondern feststehend im Vorbau angeordnet.
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Ein solches Gummi-Buchsen-Design – allerdings in variierter Form – kommt auch bei der Lösung nach 9 zum Einsatz. Verwendet werden hier zwei Gummi-Buchsen, die zu einer Baugruppe verbunden sind. Das kann – wie in der Figur dargestellt – ein Metall-Gehäuse, bestehend aus zwei Metall-Ringen und einer Metall-Verbindungsstange, sein. Dabei könnten diese drei Bauteile beispielsweise über ein Widerstandsschweißverfahren miteinander verschweißt worden sein. Das Gehäuse kann aber beispielsweise auch ein Kunststoffgehäuse sein, das in einem Spritzgießprozess hergestellt worden ist. Gleich, welche Gehäuseform vorliegt, gilt, dass in den Enden des Gehäuses Öffnungen vorgesehen sind. Diese Öffnungen sind so groß, dass Gummi-Buchsen eingebracht werden können.
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Das Basis-Konzept dieser Idee ist, dass die Gummi-Buchsen radial belastet werden und dadurch die Feder-/Dämpfungsfunktion abgebildet wird. Dieses Design erlaubt eine Vielzahl von Einstellungsmöglichkeiten für den Fahrer.
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Neben der Wahl von unterschiedlichen Gummi-Materialien, kann auch die Breite und die Länge der Gehäusebauform (Koppelstange) verschiedenartig gewählt werden, um die Feder-/Dämpfungsfunktion zu beeinflussen. Ein vorteilhafter Effekt ist hier wiederum die Vorspannmöglichkeit dieser Gummi-Lager. Eine höhere Vorspannung der Gummi-Buchse sorgt für höhere radiale Federsteifigkeit, aber gleichzeitig auch für geringe rotatorische Gegenmomente, wodurch diese Art der Federung/Dämpfung mit zu vernachlässigenden Nebeneffekten eingesetzt werden kann.
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Die Gummi-Lager können aber auch nicht-rotationssymmetrisch ausgebildet werden und mit bestimmten Konturen (z. B. Bohrungen) versehen werden. Die Verbindungsstange kann als Gewindestift ausgebildet werden, so dass eine Einstellbarkeit der Fahrzeug-Höhe gegeben ist; die Gummi-Buchsen können auch drehbar eingebracht werden, wodurch unterschiedliche Steifigkeiten eingestellt werden können, nämlich in Abhängigkeit der nicht rotationssymmetrischen Gummi-Kontur innerhalb der Buchsen.
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So kann abhängig vom gewünschten Einsatz des Fahrzeugs eine harte oder weiche Einstellung vorgenommen werden.
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Die 9 zeigt nur eine mögliche Form der Anbindung dieser Doppel-Gummi-Buchsen-Koppelstange. Genauso ist es auch möglich, jeweils die Innen-Hülsen der Gummi-Buchsen direkt an die Außenseiten von Schwinge bzw. Vorbau zu montieren.
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Eine andere Variante zeigt 10. Als Feder-Dämpfer-Element 6 ist hier eine Alternative zu den zuvor erwähnten Lösungen beispielsweise gemäß der Doppel-Gummi-Buchsen-Koppelstange oder einer Anordnung mit Gummi- oder TPU-Elementen vorgesehen. Der Aufbau entspricht generell den zuvor beschriebenen Konzepten, als dass das Schwingenelement 5 drehbar gelagert als Vorbau angeordnet ist.
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Das Feder-/Dämpfer-Element 6 wird mit einem ersten Befestigungspunkt an dem ersten Schwingenteil 5' und mit einem zweiten Befestigungspunkt am zweiten Schwingenteil 5'' befestigt. Die Lage des Feder-/Dämpfer-Elements 6 relativ zu den anderen Bauteilen sowie die Lage des zweiten Befestigungspunktes am Schwingenteil 5'' bewirken einen nichtlinear ansteigenden Steifigkeitsverlauf, auch wenn die Federkennlinie des Feder-/Dämpfer-Elements 6 linear ist. Je weiter also das Schwingenelement einschwingt, desto größer wird der „Hebelarm” mit dem das Feder-/Dämpfer-Element 6 gegen das Einschwingen wirkt.
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Beschrieben wird dabei eine Kreisbahn. Durch diese Anordnung wird somit künstlich ein progressives Feder-/Dämpfer-Verhalten realisiert, was nicht nur im Falle von Schlagloch-Durchfahrten ein „Anschlagen” der beweglichen Teile so harmonisch wie möglich abfedert, sondern beispielsweise auch einen Anschlag-Puffer überflüssig macht. Darüber hinaus wäre eine solche Anordnung auch geeignet, das Fahrzeug für unterschiedliche Nutzer (Fahrer) mit stark unterschiedlichem Körpergewicht verwendbar zu machen, ohne dass das Feder-/Dämpfer-Element 6 umgerüstet oder neu eingestellt werden muss.
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Eine weitere Variante dieses Konzepts einer (beispielsweise verstärkt) progressiven Feder-/Dämpfer-Abstimmung ist mit dem Schwingenelement 5 gemäß 11 erreichbar. Der zweite Befestigungspunkt des Feder- und/oder Dämpfelements 6 ist dabei über eine von einer Kreisbahn abweichenden Kontur geführt. Diese sorgt für eine von einer Kreisbahn abweichenden Progressivitäts-Steuerung der Federkennlinie und damit des Steifigkeitsverhaltens des Gesamt-Systems. Hierzu ist am Schwingenteil 5' eine eigene dafür ausgelegte ellipsenartige oder nierenförmige Kurvengeometrie eingearbeitet und im Schwingenteil 5'' ein dazu passendes Langloch 15 vorhanden, das für den Lagerpunkt des Feder- und/oder Dämpfelements 6 im zweiten Schwingenteil 5'' stetig und nicht linear veränderliche Positionen erlaubt, wodurch progressiv veränderliche Feder-Dämpfer-Kräfte bewirkt werden.
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Eine weitere Variante einer (beispielsweise verstärkt) progressiven Feder-/Dämpfer-Abstimmung ist in 12 zu sehen.
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Hier ist eine Zugfeder 16 Bestandteil des Feder- und/oder Dämpfelements 6, die mit einem Seil 17 verbunden ist, das wie dargestellt geführt wird. Die gewählte Kontur einer das Seil 17 umlenkenden Nocke 18 hat zur Folge, dass beim Einschwingen automatisch der Abstand zum eigentlichen Drehpunkt variiert. Der sich damit ändernde Hebelarm ist ursächlich für das sich ändernde Steifigkeitsverhalten des Systems.
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In den 13, 14 und 15 ist dargestellt, wie das erfindungsgemäße System für die hintere Rolle 4 des Tretrollers 1 aufgebaut ist. Es gilt prinzipiell das vorstehend Gesagte in analoger Weise. In 15 ist der Aufbau des Schwingenelements besonders gut zu sehen, da das Feder- und/oder Dämpfelement 6 nicht dargestellt ist.
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Es sind auch weitere Varianten der vorgeschlagenen Anordnung möglich, beispielsweise eine Ausführung als Pin-Link-Variante, anvulkanisiertes Elastomermaterial, eingeklinktes TPU-Element, Direkt-Dämpfer-Lösungen, Hinterachsen-Lösungen, hydraulische Lösungen (beispielsweise als Common-Rail bei In-Line-Skates).
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Für den Fall von In-Line-Skates sind die in den 16 und 17 skizzierten Lösungen bevorzugt.
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In 16 ist eine Wippen-Konstruktion skizziert. Die hier vorgesehene Konstruktion sieht vor, dass der Drehpunkt der Wippen 19 unterhalb der Drehachse der Rollen 3, 4 angeordnet ist. Diese Anordnung führt vorteilhaft dazu, dass in optimierter Form sowohl vertikale als auch horizontale Stöße aufgenommen werden können.
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Auch die Feder- und/oder Dämpfelemente 6 sind speziell ausgestaltet. Es handelt sich hier um drehbar gelagerte Elemente (drehbar um eine horizontale Achse quer zur Fahrtrichtung F), auf denen in unterschiedlich starken Schichten elastisches Material aufgebracht ist. Diese drehbar gelagerten Elemente stehen in Berührung mit speziell ausgebildeten Flanken 20 an der Wippen-Kontur. Die drehbar gelagerten Elemente sind so ausgeführt, dass an den Berührungspunkten zu den Flanken 20 der Wippen 19 immer die gleiche Wandstärke des elastischen Materials vorliegt. Dreht man die Elemente, verstellt man die Federsteifigkeit entweder in Richtung „weicher” oder in Richtung „härter”.
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Für die Abstimmung der Federsteifigkeit unter „Performance”-Bedingungen, beispielsweise auf einer Skater-Bahn, sind harte Einstellungen erwünscht. Für den Weg nach Hause hingegen wählt man dann eine weichere Einstellung. Solche weichen Einstellungen sind aus Komfortgründen mitunter vom Fahrer gewünscht.
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Vorteilhaft ist hier weiterhin die Einbringung einer Vorspannung: Durch das gleichzeitige Anliegen zweier Elemente ergibt wieder die gewünschte Vorspannung, die zu einem kontrollierteren Fahren führt.
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Bei der Lösung gemäß 17 ist wiederum das vorstehend beschriebene Schwingenelement 5 ins Auge gefasst. Der Vorteil ist hier, dass jede Rolle 3, 4 einzeln und unabhängig von einer anderen gefedert bzw. gedämpft ist.
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Eine Einstellbarkeit der Federkennlinien (durch unterschiedlich stark aufgebrachtes elastisches Material) sowie die Vorspannung des Systems (durch zwei Berührungspunkte gleichzeitig) ist auch hier möglich.
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Die skizzierte Lösung ist auch speziell für Kurvenfahrten geeignet. Hierzu sind unterschiedlich breite Rollen 3, 4 in Verbindung mit unterschiedlich starken Feder- und/oder Dämpfelementen 6 vorgesehen.
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Die vordere Rolle und die hintere Rolle sind breiter ausgeführt als die beiden inneren Rollen.
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Die Federkennlinie der vorderen und der hinteren Rolle ist weicher ausgeführt als die der inneren Rollen. Bei Schrägstellung des In-Line-Skates ergibt sich somit zwischen den Rollen und dem Straßenbelag ein charakteristisches Berührungsprofil, wobei die Berührungspunkte der einzelnen Räder nicht mehr auf einer Geraden liegen, sondern auf einem Bogen: der Fahrer fährt daher mit seinem Skate eine Kurve.
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Möglich ist es gemäß einer Alternative auch, dass zusätzlich jede Rolle (außer der ersten Rolle, diese bleibt nicht-drehbar gelagert) um die vertikale Achse drehbar gelagert ist.
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In 18 ist eine weitere Variante des Feder- und/oder Dämpfelements 6 skizziert. Es handelt sich hier um ein zylindrisches Element aus TPU (Thermoplastisches Polyurethan), das endseitig mit pilzförmigen Stiften versehen ist, die zwischen Lenkkopf 7 und Schwingenteil 5'' eingeclipt werden können. Damit ist ein schneller Wechsel der Feder- und/oder Dämpfelemente 6 möglich, um das Fahrverhalten des Fahrzeugs zu verändern.
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19 zeigt die Einbausituation eines Feder- und/oder Dämpfelements 6 nach 18.
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In 19 ist ein Feder- und/oder Dämpfelement 6 gemäß einer weiteren Variante zu sehen. Hier ist das Element blockartig ausgeführt. Es besteht wieder aus einem kompressiblen Material, insbesondere aus TPU oder aus Elastomermaterial.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Trägerelement (Chassis)
- 3
- Rolle (Rad)
- 4
- Rolle (Rad)
- 5
- Schwingenelement
- 5'
- erstes Schwingenteil
- 5''
- zweites Schwingenteil
- 6
- Feder- und/oder Dämpfelement
- 7
- Lenkkopf
- 8
- Einstellmittel
- 9
- Gummi-Membran
- 10
- Grundplatte
- 11
- Ring
- 12
- Gummi-Lagerungselement
- 13
- Gewindestange
- 14
- Pin
- 15
- Langloch
- 16
- Zugfeder
- 17
- Seil (Draht)
- 18
- Nocke
- 19
- Wippe
- 20
- Flanke
- F
- Fahrtrichtung
- H
- Horizontale
- V
- Vertikale
- a
- Achse
- b
- Achse
- G
- Gerade
- α
- Winkel
