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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Paares Skates. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Skatingsystem, das das Paar Skates umfasst.
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Unter einem Skate wird üblicherweise sowie auch im Folgenden ein am Fuß eines Nutzers montierbarer „Untersatz“ verstanden, der wenigstens zwei Laufrollen aufweist und so eine rollende Fortbewegung des Nutzers ermöglicht. Bspw. handelt es sich bei einem Skate um einen „klassischen“ Rollschuh, der vier Laufrollen in einer zweispurigen Anordnung aufweist. Ebenso wird hier und im Folgenden unter einem Skate aber auch eine einspurige Anordnung von Laufrollen verstanden, bspw. bei einem sogenannten Inline Skate, aber auch bei einem (insbesondere zweirolligen) Cross-Skate oder einem Skiroller. Bei letzterem ist eine Schiene, an der endständig die Laufrollen angeordnet sind, mit einer Bindung versehen, mittels derer ein spezifischer Schuh mit dem Skiroller verbunden werden kann. Bei einem Cross-Skate wird üblicherweise ein normaler Schuh getragen und mittels einer Bindung mit dem Skate verbunden.
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Im Zuge der fortschreitenden Elektrifizierung von Fortbewegungsmitteln (vgl. Elektro-Fahrräder, Elektro-Roller, Elektro-Skateboards und dergleichen) sind mittlerweile auch angetriebene, insbesondere elektromotorisch angetriebene Inline-Skates und Rollschuhe bekannt. Über verschiedene Videokanäle sind im Internet unter anderem Versionen bekannt, die über eine oftmals kabelgebundene (ggf. auch kabellose) Fernbedienung per Hand angesteuert werden. Allerdings ist hierbei meist eine sichere (im Sinne von Vermeidung von Stürzen aufgrund zu hoher Beschleunigung) Steuerung der Beschleunigung stark von der persönlichen Erfahrung abhängig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrt mit Skates zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Des Weiteren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Skatingsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb eines Paares Skates. Jeder der beiden Skates dieses Paares weist dabei einen mit einer Antriebsrolle des Skates wirktechnisch gekoppelten oder koppelbaren Antriebsmotor auf. Unter dem Begriff „Antriebsrolle“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine mittels des Antriebsmotors drehbare Laufrolle verstanden.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem Skatingmodus mittels einer Anzahl von Sensoren, die insbesondere an den Skates angeordnet sind, eine Anzahl von Messgrößen erfasst. Aus dieser Anzahl von Messgrößen wird eine (zweite) Anzahl von Systemgrößen abgeleitet, die insbesondere zur Beschreibung des aktuellen Zustands, in dem sich die beiden Skates (insbesondere das sich aus den beiden Skates und dem Nutzer gebildete Gesamtsystem) befinden, dienen. Als Systemgröße wird dabei wenigstens eine Gewichtsverteilung zwischen den beiden Skates ermittelt, die hier und im Folgenden als „globale Gewichtsverteilung“ bezeichnet wird. Anhand dieser globalen Gewichtsverteilung wird daraufhin abgeleitet, welcher der Skates sich in einer sogenannten Gleitphase befindet. Der Antriebsmotor dieses sich in der Gleitphase befindenden Skates (im Folgenden auch als „Gleitskate“ bezeichnet) wird dabei zum Antrieb dieses Skates (d. h. des Gleitskates) angesteuert. Der Antriebsmotor des anderen Skates wird hingegen zumindest während einer von der Gleitphase verschiedenen Phase unterschiedlich zu dem Antriebsmotor des Gleitskates angesteuert.
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Vorzugsweise wird der Antriebsmotor des anderen Skates hierbei zumindest mit im Vergleich zum Gleitskate geringerem Drehmoment oder geringerer Drehzahl (insbesondere in Abhängigkeit von der Art der Ansteuerung des Antriebsmotors; anders ausgedrückt mit einer geringeren Antriebsleistung) angesteuert.
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Vorzugsweise werden zur Ermittlung der globalen Gewichtsverteilung die für jeden Skate separat ermittelten und zur Ermittlung der globalen Gewichtsverteilung erforderlichen Messgrößen (insbesondere fortlaufend) zwischen den beiden Skates übermittelt sowie abgeglichen. Vorzugsweise umfassen dazu die Skates jeweils ein Kommunikationsmodul - eines zumindest in Form eines Transmitters und das andere zumindest in Form eines Empfängers. Vorzugsweise sind aber beide Kommunikationsmodule jeweils zur bidirektionalen Kommunikation eingerichtet.
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Üblicherweise befindet sich beim sogenannten Skaten, d. h. einer Fortbewegung nach Art eines sogenannten „Schlittschuhschritts“, während der Gleitphase nur einer der Skates am Boden. Der andere Skate wird hierbei nach Abschluss einer sogenannten Abstoßphase - in der dieser Skate im Vergleich zum Gleitskate häufig mehr oder weniger stark gegenüber der Fahrtrichtung ausgestellt ist und meist auch eine vergleichsweise geringe Rollgeschwindigkeit aufweist - vom Boden abgehoben (oder ggf. nur teilweise abgehoben; zumindest wird aber die Belastung auf diesem Skate signifikant oder bis auf ein vernachlässigbares Maß reduziert) und in Fahrtrichtung nach vorne geführt (im Folgenden als „Abhebephase“ bezeichnet) sowie wieder auf den Boden aufgesetzt, oder im Fall der vorstehend angeführten signifikanten Entlastung wieder insbesondere signifikant belastet(„Aufsetzphase“). Aufgrund dieser Unterstützung des Nutzers, sowie auch aufgrund des unterschiedlichen, insbesondere unterschiedlich starken Antriebs des Gleitskates und des anderen Skates, kann somit im Vergleich zu ständig angetriebenen Skates Energie eingespart werden, sodass bei gleicher Kapazität eines zugeordneten Energiespeichers (bspw. einem Akkumulator bei einem elektrischen Antriebsmotor) eine vergleichsweise höhere Laufleistung zu erwarten ist. Der vorstehend beschriebene Skatingmodus ist dabei mit der von Elektro-Fahrrädern bekannten „Tret-Unterstützung“, die nur bei aktiver Betätigung der Pedale wirksam ist, vergleichbar. Der Nutzer kann somit eine Unterstützung oder Krafteinsparung beim Skaten erhalten. Er kann also die Skates in einer üblichen Skating-Technik nutzen und dabei mit weniger Kraftanstrengung eine vorgegebene Wegstrecke (beispielsweise von einer Haltestelle zum Arbeitsplatz) überwinden oder innerhalb einer vorgegebenen Zeit eine größere Strecke zurücklegen.
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Das erfindungsgemäße Skatingsystem umfasst das vorstehend beschriebene Paar Skates, von dem jeder Skate den mit der jeweiligen Antriebsrolle wirktechnisch gekoppelten oder koppelbaren Antriebsmotor sowie eine Anzahl von Sensoren zur Erfassung der (vorstehend genannten) Anzahl von Messgrößen aufweist. Außerdem weisen die Skates jeweils das vorstehend beschriebene Kommunikationsmodul zur Übermittlung wenigstens einer der Messgrößen und/oder wenigstens einer der daraus abgeleiteten Systemgrößen von wenigstens einem Skate zum entsprechenden anderen Skate auf. Außerdem weist das Skatingsystem eine Steuereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, das hier und im Folgenden beschriebene Verfahren insbesondere selbsttätig durchzuführen.
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Optional wird der Antriebsmotor des vorstehend genannten anderen Skates zumindest während der von der Gleitphase verschiedenen Phase (oder gegebenenfalls mehreren von der Gleitphase verschiedenen Phasen) derart angesteuert, dass dieser andere Skate unangetrieben ist.
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In einer bevorzugten Verfahrensvariante bleibt der andere Skate (insbesondere bei einer Skatingtechnik, die bspw. dem klassischen Schlittschuhschritt, dem Diagonalskating oder der 1:1-Skatingtechnik beim (Ski-) Langlauf entspricht), d. h. dessen Antriebsmotor zumindest während der Abstoßphase und/oder der Abhebephase unangetrieben. Optional bleibt dieser Skate auch während der Aufsetzphase unangetrieben.
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Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung aber auch vorgesehen, dass der andere Skate bereits während der Aufsetzphase (wieder) angetrieben wird, beispielsweise um die Antriebsrolle auf eine zur Fahrgeschwindigkeit korrespondierende Drehgeschwindigkeit zu bringen.
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In einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante wird die Antriebsrolle des unangetriebenen Skates drehmomentfrei geschaltet. Beispielsweise wird dazu der Antriebsmotor - vorzugsweise ein Elektromotor - drehmomentfrei (also in eine Art Leerlauf) geschaltet. Alternativ kann auch eine Kupplung zwischen dem Antriebsmotor und der Antriebsrolle geöffnet werden. In beiden Fällen kann sich somit die Antriebsrolle frei drehen, ohne dass der Nutzer des Paares Skates während der Abstoßphase zusätzlich einen Widerstand des Antriebsmotors überwinden müsste.
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In einer alternativen Verfahrensvariante wird der Antriebsmotor des anderen Skates während Abstoßphase und/oder der Abhebephase weiterhin betrieben, aber mit lediglich geringer, insbesondere vernachlässigbarer Antriebsleistung. Optional wird der andere Skate während der Abstoßphase zumindest geringfügig angetrieben, während der Abhebephase aber nicht.
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In einer zweckmäßigen Verfahrensvariante werden zur Ermittlung der Messgrößen für die Bestimmung der globalen Gewichtsverteilung Kraftsensoren herangezogen. Jeder Skate umfasst dabei wenigstens einen Kraftsensor. Vorzugsweise umfasst jeder Skate aber wenigstens zwei Kraftsensoren, die zweckmäßigerweise in einem vorderen und einem hinteren Bereich des Skates positioniert sind, insbesondere in Bereichen, in denen im bestimmungsgemäßen Gebrauch durch den Nutzer dessen Fußballen und dessen Ferse angeordnet sind.
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In einer einfachen Verfahrensvariante wird der Gleitskate als der einzige belastete Skate oder, falls während der Abstoßphase beide Skates auf dem Boden aufgesetzt sind, als der geringer belastete Skate identifiziert. Im letzten Fall wird nämlich davon ausgegangen, dass der Nutzer während der Abstoßphase sein Gewicht vornehmlich auf den Abstoßskate legt, diesen also stärker belastet als den Gleitskate.
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In einer weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante wird als weitere Systemgröße eine sogenannte interne Gewichtsverteilung über dem jeweiligen Skate ermittelt. Im diesem Fall umfasst der jeweilige Skate wie vorstehend beschrieben vorzugsweise wenigstens zwei Kraftsensoren. Der Antriebsmotor des jeweiligen angetriebenen Skates, insbesondere also zumindest des Gleitskates, wird in diesem Fall zusätzlich in Abhängigkeit von der internen Gewichtsverteilung über diesem Skate angesteuert. Vorzugsweise wird dabei bei einer entgegen der Gleitrichtung (oder Fahrtrichtung) nach hinten gerichteten internen Gewichtsverteilung - d. h. insbesondere wenn der Nutzer nach hinten geneigt auf dem Skate steht - ein geringeres Drehmoment oder eine geringere Drehzahl auf die Antriebsrolle aufgebracht als bei nach vorne gerichteter interner Gewichtsverteilung. Dadurch soll insbesondere vermieden werden, dass bei einem vergleichsweise instabilen Stand des Nutzers, insbesondere einem nach hinten gerichteten Übergewicht, der Nutzer aufgrund eines zu starken motorischen Vortriebs nach hinten stürzt, der angetriebene Skate (bspw. der Gleitskate oder der jeweilige angetriebene Skate) dem Nutzer also bildlich ausgedrückt unter dem Fuß weg fährt.
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In einer weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante wird als weitere (zu den vorstehend beschriebenen Systemgrößen zusätzliche oder optional alternative) Systemgröße eine Querneigung zumindest des Gleitskates um dessen Längsachse erfasst und dessen Antriebsmotor zusätzlich in Abhängigkeit der Querneigung angesteuert. Dazu weist jeder der beiden Skates vorzugsweise wenigstens einen Neigungssensor auf, mittels dessen eine Verkippung (ein sogenannter Rollwinkel) des jeweiligen Skates um seine Längsachse erfassbar ist. Die Querneigung, insbesondere deren zeitlicher Verlauf stellt dabei ein Maß für den stabilen Stand des Nutzers dar. Eine zeitlich stark fluktuierende (d. h. in kurzen Abständen variierende) Querneigung kann dabei als ein Zeichen für einen instabilen oder unsicheren Stand des Nutzers auf den Skates, zumindest auf dem auf dem Boden aufgesetzten Skate aufgefasst werden. In diesem Fall wird vorzugsweise der entsprechende Antriebsmotor nur für ein geringeres Drehmoment (alternativ: für eine geringere Drehzahl) und somit für eine geringe Fahrgeschwindigkeit angesteuert. Ein über die Gleitphase verlaufender, vergleichsweise „stabiler“ (oder: „monotoner“) Wechsel der Querneigung insbesondere des Gleitskates, der einen Wechsel der Belastung zunächst von der Außenseite der Laufrollen hin zur Innenseite der Laufrollen andeutet, kann hingegen (insbesondere bei einspurigen Skates wie Inline-Skates oder Rollskiern) als Hinweis für eine fortgeschrittene Fahrtechnik des Nutzers aufgefasst werden. Vorzugsweise wird über mehrere Gleitphasen hinweg der Verlauf der Querneigung überwacht und insbesondere anhand der vorstehend beschriebenen Beispiele möglicher Verläufe der Querneigung auf das „Können“ des Nutzers geschlossen. Nach einer solchen „Lernphase“ wird in letzterem Fall die Querneigung zur Vorgabe des Antriebsdrehmoments (alternativ: der Antriebsdrehzahl) berücksichtigt.
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In einer weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante wird als weitere (zu den vorstehend beschriebenen Systemgrößen zusätzliche oder optional alternative) Systemgröße eine Unterschenkelneigung des Nutzers der Skates zumindest am Gleitskate ermittelt. Dazu weist jeder der beiden Skates einen Neigungs- oder Winkelsensor auf, mittels dessen im Betrieb eine Neigung bspw. eines Unterschenkelschafts des entsprechenden Skates (der optional zur Stützung und Kraftübertragung zwischen dem Unterschenkel und dem Skate dient) bestimmbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei einem solchen Sensor um ein Potentiometer, einen Hallsensor oder dergleichen, der an einem Gelenk zwischen dem Unterschenkelschaft und einem die Laufrollen tragenden Rahmen oder einer Bindungsplatte des jeweiligen Skates angeordnet ist. Optional ist der Sensor zur Befestigung an einem entsprechenden Gelenk eines Skating-Langlaufschuhs eingerichtet und im bestimmungsgemäßen Betrieb an einem solchen befestigt. Die Unterschenkelneigung wird dabei vorzugsweise als Indikator für die Absicht des Nutzers, weiter zu beschleunigen, aufgefasst. Bei entsprechend starker (Vor-) Neigung des Unterschenkels wird also vorzugsweise das Drehmoment (ggf. alternativ: die Drehzahl) des entsprechenden Antriebsmotors erhöht.
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In einer wiederum weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante wird als weitere (zu den vorstehend beschriebenen Systemgrößen zusätzliche oder optional alternative) Systemgröße eine nutzerseitige Beschleunigung ermittelt und optional zusätzlich oder alternativ zu der Unterschenkelneigung des Nutzers genutzt, um das Drehmoment (ggf. alternativ: die Drehzahl) des entsprechenden Antriebsmotors zu verändern, d. h. herauf- oder (insbesondere bei im Vergleich zu vorhergehenden Werten abnehmender Beschleunigung) herabzusetzen. Die Beschleunigung kann bspw. durch die während der Abstoßphase auf den zum Abstoßen genutzten Skate ausgeübte Kraft und/oder eine Zunahme der Drehzahl der Antriebsrolle dieses Skates oder gegebenenfalls auch des Gleitskates ermittelt werden.
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In einer weiteren Verfahrensvariante wird als (zu den vorstehend beschriebenen Systemgrößen optional alternative oder) zusätzliche Systemgröße eine Gleitrichtung zumindest des jeweiligen angetriebenen Skates (insbesondere des Gleitskates) ermittelt und der Antriebsmotor dieses Skates, also zumindest des Gleitskates zusätzlich in Abhängigkeit dieser Gleitrichtung angesteuert. Unter dem Begriff „Gleitrichtung“ wird dabei insbesondere die tatsächliche Ausrichtung des Skates, mithin die Ausrichtung seiner Längsachse im Raum verstanden. Vorzugsweise umfasst zur Ermittlung der Gleitrichtung jeder Skate einen Sensor zur Bestimmung seiner Ausrichtung, bspw. ein Gyroskop, einen mehrachsigen optischen Sensor, einen Magnetfeldsensor, einen absolut messenden, mehrachsigen Beschleunigungssensor oder dergleichen. Bevorzugt wird im Rahmen dieser Verfahrensvariante außerdem die Fahrtrichtung des (Gesamt-)Systems aus Nutzer und Skates ermittelt, beispielsweise durch Abgleich der Messwerte der den beiden Skates zugeordneten Sensoren (bspw. der Gyroskope) oder mittels eines weiteren, vom Nutzer getragenen Sensors (der bspw. in einem Smartphone, einem Wearable oder dergleichen integriert ist), und mit der Gleitrichtung des jeweiligen Skates, insbesondere des Gleitskates verglichen. Um den Vortrieb in Fahrtrichtung zu verbessern, wird in diesem Fall vorzugsweise der Antrieb des Gleitskates (ggf. auch des anderen Skates) verstärkt (d. h. insbesondere das Drehmoment oder die Drehzahl des entsprechenden Antriebsmotors erhöht), wenn der Unterschied zwischen der Fahrtrichtung und der Gleitrichtung gering ist. Dies kommt beispielsweise einem fortgeschrittenen Nutzer zugute, da dieser meist ein vergleichsweise gutes Gleichgewicht auf nur einem Skate hat und somit seine Gleitphasen vergleichsweise lang und in Fahrtrichtung gerichtet ausführen kann. Ein ungeübter Fahrer zeigt üblicherweise vergleichsweise kurze und stark gegenüber der eigentlichen Fahrtrichtung ausgestellte Gleitphasen.
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In einer weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante wird - bspw. in Abhängigkeit von der Unterschenkelneigung und/oder der internen Gewichtsverteilung - Energie mittels wenigstens eines Antriebsmotors rekuperiert. Vorzugsweise wird dazu ein Wert der Unterschenkelneigung herangezogen, der auf ein vergleichsweise aufrechtes Stehen auf beiden Skates - bspw. im Bereich von 80 bis 100 Grad zur Horizontalen -, insbesondere auf einen Wunsch des Nutzers nach Verringerung der Geschwindigkeit schließen lässt. Letzteres ist regelmäßig bei einem vergleichsweise „steilen“ oder sogar nach hinten geneigten Unterschenkel - bspw. im Bereich etwa von 85 bis über 100 Grad zur Horizontalen (also von leichter Vorneigung um 5 Grad bis Rückneigung von 10 Grad oder mehr) - der Fall, indem der Nutzer bspw. einen Skate in Fahrtrichtung nach vorne schiebt und/oder sich leicht zurück lehnt. Die interne Gewichtsverteilung auf einem Skate kann hier folglich optional zur Verifikation und/oder Unterstützung der Erkennung des Nutzer-Wunsches nach Verringerung der Geschwindigkeit herangezogen werden. Vorzugsweise erfolgt die Rekuperation hierbei mittels beider Antriebsmotoren.
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In einer weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante wird als weitere (zu den vorstehend beschriebenen Systemgrößen zusätzliche oder optional alternative) Systemgröße die Fahrgeschwindigkeit ermittelt und der Antriebsmotor des jeweiligen angetriebenen Skates, insbesondere zumindest des Gleitskates in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit angesteuert. Bspw. wird die Fahrgeschwindigkeit (konkret deren Istwert) mit einem hinterlegten Maximalwert verglichen. Wird dieser Wert überschritten erfolgt optional keine weitere Unterstützung durch den jeweiligen Antriebsmotor.
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In einer bevorzugten Ausführung weist jeder der beiden Skates - insbesondere im Fall von einspurigen Skates - eine aktiv ansteuerbare, d. h. insbesondere motorisch betriebene Radnabenlenkung auf. Vorzugsweise ist diese Radnabenlenkung (kurz: Lenkung) der jeweiligen vorderen Laufrolle zugeordnet. Im Rahmen einer bevorzugten Verfahrensvariante wird die Lenkung eines auf dem Untergrund aufgesetzten Skates in Abhängigkeit von wenigstens einer der Systemgrößen zur Lenkung angesteuert. Beispielsweise wird die Lenkung dabei in Abhängigkeit von der Querneigung und/oder der Gleitrichtung des jeweiligen Skates (abhängig davon, ob sich dieser in der Gleitphase oder der Abstoßphase befindet) betätigt. Zweckmäßigerweise wird die Lenkung zur Unterstützung des Nutzers angesteuert, beispielsweise um ein vergleichbar zu einem Langlaufski geartetes Verkanten eines Skates über dessen „Außenkante“ (d. h. der Außenseite der Laufrollen) zu verhindern. Indikativ hierzu ist insbesondere ein vergleichsweise großer Rollwinkel zur Außenseite des jeweiligen Skates hin. Beispielsweise wird die Lenkung des Gleitskates auch derart angesteuert, dass der Gleitskate sich während der Gleitphase nur in Richtung der Fahrtrichtung oder in einem Winkel zur Außenseite hin bewegt, ein Überqueren der Fahrtrichtung in Richtung des anderen Skates aber verhindert wird.
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In einem „Parallelfahrtmodus“, in dem beide Skates zumindest näherungsweise parallel zueinander und etwa gleichartig belastet sind, sich somit beide in einer Gleitphase befinden, wird die Lenkung in einer zweckmäßigen Verfahrensvariante in Abhängigkeit der Querneigung angesteuert. Vorzugsweise wird in diesem Fall die Querneigung beider Skates zur Plausibilisierung miteinander verglichen. Dadurch ist eine Kurvenfahrt durch seitliche Gewichtsverlagerung und/oder Verkippung der Skates ähnlich wie beim „Carving“ mit Alpinski möglich. Ein „Umsteigen“ bei Kurvenfahrt wie beim Skilanglauf ist somit nicht erforderlich. Diese Verfahrensvariante (d. h. der Parallelfahrtmodus) stellt optional eine von dem vorstehend beschriebenen Skatingmodus grundsätzlich unabhängige und eigenständige Erfindung dar. In diesem Fall kann somit der unterschiedliche Antrieb beider Skates oder der Antrieb nur des sich in der Gleitphase befindenden Skates ausbleiben und optional beide Skates gleichzeitig angetrieben werden - bspw. in Abhängigkeit der Unterschenkelneigung und/oder der internen und/oder globalen Gewichtsverteilung.
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Für die vorstehend beschriebene Radnabenlenkung weist vorzugsweise jeder der beiden Skates wenigstens einen Stellmotor zur motorischen Einstellung eines Lenkwinkels der entsprechenden Laufrolle auf. Dieser Stellmotor ist folglich auch kraftübertragungstechnisch mit der Radnabenlenkung gekoppelt. Außerdem ist der Stellmotor auch signalübertragungstechnisch mit der Steuereinheit verknüpft.
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In einer zweckmäßigen Ausführung weist jeder der beiden Skates eine insbesondere mit einer in Fahrtrichtung gesehen hinteren Laufrolle, vorzugsweise mit der Antriebsrolle gekoppelte Scheibenbremse auf. Diese Scheibenbremse ist zur Betätigung mit dem vorstehend beschriebenen Unterschenkelschaft des entsprechenden Skates kraftübertragungstechnisch verbunden. Diese Verbindung ist vorzugsweise derart gestaltet, dass bei einer Rückneigung des Unterschenkelschafts, insbesondere über ein während des üblichen Skatens hinausgehendes Maß, die Scheibenbremse betätigt wird. Vorzugsweise ist diese Verbindung durch einen Seilzug (Bowdenzug) realisiert. Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, dass die Scheibenbremse hydraulisch betätigt ist.
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Bei dem Antriebsmotor handelt es sich wie vorstehend beschrieben vorzugsweise um einen Elektromotor, der zweckmäßigerweise als Radnabenmotor ausgebildet ist. Dadurch kann ein Getriebe (bspw. eine Antriebskette oder ein Riementrieb) zwischen einem in Längsrichtung versetzt zu der Antriebsrolle am Rahmen des jeweiligen Skates angeordneten Motor und der Antriebsrolle entfallen.
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Die Steuereinheit (auch als „Controller“ bezeichnet) ist optional als nichtprogrammierbare elektronische Schaltung ausgebildet. Vorzugsweise ist die Steuereinheit allerdings durch einen Mikrocontroller gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens in Form eines Softwaremoduls implementiert ist. Optional ist die Steuereinheit mit einer Fernsteuerung (bspw. eine Applikation auf einem Mobilgerät) verbunden oder verbindbar, um bspw. Betriebsmodi, einen Erfahrungswert (Anfänger, fortgeschritten, erfahren etc.) des Nutzers, Personendaten wie Größe und Gewicht oder dergleichen vorgeben zu können. Alternativ kann die Steuereinheit aber auch durch eine Applikation auf einem mobilen Gerät, zum Beispiel auf einem Smartphone ausgebildet sein, das insbesondere drahtlos mit dem jeweiligen Kommunikationsmodul beider Skates verbunden ist.
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Vorzugsweise weist jeder Skate eine zugeordnete Steuereinheit auf, sodass ein redundantes System gebildet ist. In einer Variante sind die beiden Steuereinheiten dazu eingerichtet, eine Steuereinheit als Master zu wählen, der die Ermittlung zumindest der globalen oder durch Abgleich zwischen beiden Skates abgeleiteten Systemgrößen vornimmt und anhand insbesondere aller ermittelten Systemgrößen Steuerbefehle für den jeweiligen Antriebsmotor und gegebenenfalls die Radnabenlenkung generiert.
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Das jeweilige Kommunikationsmodul ist vorzugsweise zur Nahbereichskommunikation auf Basis von Radiofrequenz- oder induktiver Übertragungstechnik eingerichtet.
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Bei den Laufrollen handelt es sich optional - insbesondere in Abhängigkeit davon, für welchen Einsatzzweck die Skates vorgesehen sind - um massive Elastomerrollen („Vollgummirollen“) oder um Reifen mit Luftfüllung. Letzteres ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Skates als Cross-Skates für den Einsatz auch im Gelände, bspw. auf Schotterwegen eingerichtet und vorgesehen sind.
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Das Skatingsystem weist insbesondere die hier und im Folgenden im Rahmen des Verfahrens zum Betrieb des Paares Skates beschriebenen Merkmale und Vorteile gleichermaßen auf.
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Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden insbesondere derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1, 2 in einer schematischen Seitenansicht von rechts bzw. links einen Skate,
- 3 in einer schematischen Draufsicht den Skate,
- 4 in einer schematischen Schnittansicht IV-IV gemäß 1 eine Antriebsrolle des Skates,
- 5 in einer schematischen Schnittansicht V-V gemäß 1 eine Laufrolle des Skates mit einer Radnabenlenkung, und
- 6 in einer schematischen Draufsicht eine Bewegungs- und Antriebsablauf eines Skatingsystems, das aus einem Paar Skates gebildet ist.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Skate 1, konkret ein sogenannter „Cross-Skate“ dargestellt. Der Skate 1 weist einen Rahmenträger (kurz: Rahmen 2) sowie zwei Laufrollen 4 auf, die endständig an dem Rahmen 2 um eine jeweils zugeordnete Achse 6 drehbar gelagert sind. Der Rahmen 2 überspannt somit den zwischen den Achsen 6 der beiden Laufrollen 4 gebildeten Radstand brückenartig. Der Skate 1 weist ferner eine Bindung 8 auf, die auf dem Rahmen 2 oberseitig angeordnet ist. Die Bindung 8 dient zur Aufnahme eines Fußes eines Nutzers, konkret eines Schuhs, den der Nutzer trägt. Dazu weist die Bindung 8 eine Bindungsplatte 10 auf, die starr mit dem Rahmen 2 gekoppelt ist, sowie eine Gelenkmanschette 12, die im bestimmungsgemäßen Gebrauchszustand den Knöchelbereich des Nutzers umschließt und die zur seitlichen Stabilisierung des Fußes gegenüber dem Rahmen 2 sowie zur Kraftübertragung von dem Unterschenkel auf den Rahmen 2 dient. Mit dem Rahmen 2 ist ferner ein Unterschenkelschaft 14 gelenkig verbunden, der im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand oberhalb der Gelenkmanschette 12 am Unterschenkel befestigt wird.
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In einer nicht näher dargestellten Variante ist die Bindungsplatte 10 vergleichbar zu einer Tourenbindung schwenkbar an dem Rahmen 2 angebunden.
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Der Skate 1 umfasst zur Unterstützung des Nutzers ferner einen Antriebsmotor in Form eines als Radnabenmotor ausgeführten Elektromotors (kurz: Motor 16), der koaxial zur Achse 6 der in Gleitrichtung 18 hinteren Laufrolle 4 angeordnet (s. 1 und 2) und kraftübertragungstechnisch mittels eines Getriebes 20 (hier konkret ein Planetengetriebe) mit der hinteren Laufrolle 4 gekoppelt ist (vergleiche schematische Darstellung des Motors 16 in 4). Die hintere Laufrolle 4 wird deshalb im Folgenden auch als „Antriebsrolle 22“ bezeichnet.
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Zum Bremsen des Skates 1 umfasst dieser eine mit der Antriebsrolle 22 gekoppelte Scheibenbremse 24. Dabei handelt es sich um eine mechanisch mittels eines Seilzugs 26 betätigte Bremse. Der Seilzug 26 verläuft dabei von einem Bremssattel 28 zu dem Unterschenkelschaft 14, sodass durch eine Rückneigung des Unterschenkelschafts 14 entgegen der Gleitrichtung 18 der Seilzug 26 gespannt und somit die im Bremssattel 28 gelagerten Bremsbeläge 30, zumindest der außenseitige, beweglich gelagerte (s. 4) gegen eine Bremsscheibe 32 gedrückt werden. Konkret wird die Bremsscheibe 32, die in Richtung der Achse 6 beweglich gelagert ist, von dem außenseitigen Bremsbelag 30 gegen den rollenseitigen Bremsbelag 30 geklemmt. Die Bremsscheibe 32 ist dabei radial außenseitig an der Rolle 22 angeschlagen.
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Der Motor 16 ist mittels eines Steuerkabels 34 mit einer im Rahmen 2 angeordneten Steuereinheit (nicht näher dargestellt) sowie einem ebenfalls im Rahmen 2 angeordneten Akkupack (ebenfalls nicht näher dargestellt) verbunden. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, ein im Folgenden näher beschriebenes Betriebsverfahren automatisch durchzuführen. Zur Ermittlung von Systemgrößen, die zur Ansteuerung des Motors 16 berücksichtigt werden, weist der Skate 1 eine Anzahl von Sensoren auf. So ist die Bindungsplatte 10 in einem vorderen und in einem hinteren Bereich über jeweils zwei Kraftsensoren 40 (s. 1 und 2) an dem Rahmen 2 abgestützt. Der Skate 1 weist ferner ein Potentiometer 42 auf, das an einem Gelenk zwischen dem Unterschenkelschaft 14 und dem Rahmen 2 angeordnet und dazu eingerichtet ist, den Unterschenkelwinkel relativ zum Rahmen 2 zu erfassen (In einer nicht dargestellten Variante kann der Unterschenkelschaft 14 auch entfallen und das Potentiometer 42 sowie eine Anbindung des Seilzugs 26 in die Gelenkmanschette 12 eingebunden sein). Außerdem weist der Skate 1 einen Neigungssensor auf, der dazu eingerichtet ist, eine Querneigung des Skates 1 um eine parallel zur Gleitrichtung 18 verlaufende Längsachse des Skates 1 zu erfassen. Außerdem weist der Skate 1 einen Sensor, konkret ein Gyroskop auf, das dazu eingerichtet ist, eine Ausrichtung der Gleitrichtung 18 im Raum zu erfassen.
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Des Weiteren umfasst der Skate 1 eine Lenkung 44, die als Radnabenlenkung an der vorderen Laufrolle 4 ausgebildet ist. Diese Lenkung 44 ist in 5 näher dargestellt. Die Felge 46 der vorderen Laufrolle 4 ist dabei um die Achse 6, konkret um einen Achskörper 48 rotierbar. Der Achskörper 48 ist um eine senkrecht zur Achse 6 stehende Lenkachse 50 schwenkbar. Optional ist dabei die Neigung der Lenkachse 50 gegenüber der Horizontalen in Richtung der Längsachse verstellbar, um das Lenkverhalten beeinflussen zu können. Zum Verschwenken ist der Achskörper 48 mit zwei Achsschenkeln 52 verbunden, die wiederum mittels jeweils einer Lenkstange 54 mit jeweils einem im Rahmen 2 angeordneten Stellmotor 55 wirktechnisch verbunden sind.
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Im bestimmungsgemäßen Betrieb bilden ein Paar der vorstehend beschriebenen Skates 1 ein Skatingsystem. Dieses kann der Nutzer optional mit Stöcken zur Fortbewegung unter Nutzung einer Skatingtechnik nach Art des Schlittschuhschritts, dessen Phasen in 6 näher dargestellt sind, verwenden. Beim klassischen Schlittschuhschritt werden - optional unter Nutzung der Stöcke - abwechselnd beide Skates 1 - je nach Fahrkönnen des Nutzers mehr oder weniger - quer zu einer Fahrtrichtung 60, d. h. einer Fortbewegungsrichtung des Gesamtsystems aus Nutzer und den Skates 1, ausgestellt und zum Abstoßen in eine üblicherweise - je nach Fahrkönnen des Nutzers - mehr oder weniger zur anderen Seite der Fahrtrichtung 60 angestellte Richtung, die dann der Gleitrichtung 18 des anderen Skates 1 entspricht, genutzt. In 6 ist im oberen Bereich der zum Abstoßen genutzte Skate 1 strichliniert dargestellt. Das Ausstellen der Skates 1 quer zur Fahrtrichtung 60 erfolgt dabei optional durch eine Verlagerung des Körpergewichts des Nutzers von einem auf den anderen Skate 1.
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Die Steuereinheit beider Skates 1 ist nun dazu eingerichtet, in einem Skatingmodus - in dem nur einer der Skates 1 zum Gleiten und der andere zum Abstoßen, gegebenenfalls wechselweise, genutzt wird - zu erkennen, welcher der beiden Skates 1 aktuell zum Gleiten genutzt wird (sich also in einer Gleitphase befindet, in 6 mit durchgezogener Linie dargestellt), und diesen Skate 1 als Gleitskate anzutreiben. Dazu ermittelt die Steuereinheit eines jeden Skates 1 anhand der mittels der Kraftsensoren 40 erfassten Messgrößen eine interne Gewichtsverteilung des Gewichts des Nutzers auf dem jeweiligen Skate 1 - beispielsweise indem die mittels der vorderen und hinteren Kraftsensoren 40 erfassten Messwerte miteinander verglichen werden - sowie zusätzlich eine globale Gewichtsverteilung, die die Verteilung des Gewichts des Nutzers zwischen den beiden Skates 1 beschreibt. Dazu nutzen die beiden Steuereinheiten jeweils zugeordnete Kommunikationsmodule, um die entsprechenden Messgrößen zwischen den beiden Skates 1 zu übertragen. Beispielsweise wird dabei eine Steuereinheit eines Skates 1 als Master herangezogen, durch den die globale Gewichtsverteilung ermittelt und an den anderen Skate 1 zurück übertragen wird. Die globale sowie die interne Gewichtsverteilung stellen dabei jeweils eine Systemgröße dar. Zusätzlich ermitteln die Steuereinheiten (zumindest die als Master fungierende Steuereinheit) eine Ausrichtung der jeweiligen Gleitrichtungen 18 - mittels des vorstehend genannten Gyroskops - und vergleichen diese mit der Fahrtrichtung 60. Die Fahrtrichtung 60 wird dabei optional aus den beiden Gleitrichtungen 18, anhand von Beschleunigungssensoren, zusätzlichen Gyroskopen, einem Magnetfeldsensor und/oder dergleichen ermittelt. Der jeweilige Winkel zwischen der Gleitrichtung 18 eines jeden Skates 1 und der Fahrtrichtung 60 wird dabei zumindest für den Fall, dass anhand der globalen Gewichtsverteilung erkannt wird, dass beide Skates 1 auf dem Boden aufgesetzt sind, zusätzlich genutzt, um den Gleitskate und den zum Abstoßen genutzten Skate 1 zu erkennen. Letzterer ist üblicherweise meist weiter gegenüber der Fahrtrichtung 60 ausgestellt als der Gleitskate. Zumindest aber ist die Belastung (d .h. das Gewicht) auf dem zum Abstoßen genutzten Skate 1 regelmäßig höher als auf dem zeitgleich auf dem Boden aufsitzenden Gleitskate.
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Die Steuereinheiten sind dabei dazu eingerichtet, den zum Abstoßen genutzten Skate 1 (der sich also in einer Abstoßphase befindet) drehmomentfrei zu schalten, d. h. nicht anzutreiben. Der sich in der Gleitphase befindende Skate 1 wird dagegen angetrieben. Das auf diesen Skate aufgebrachte Drehmoment (ggf. alternativ: die Drehzahl) wird dabei in Abhängigkeit von der internen Gewichtsverteilung variiert, um zu verhindern, dass bei zu starker Rücklage des Nutzers der anzutreibende Skate 1 zu stark beschleunigt wird, sodass der Nutzer nach hinten stürzt. Nach der Abstoßphase wird der entsprechende Skate 1 üblicherweise vom Boden abgehoben und auf gleiche Höhe (in Fahrtrichtung 60) oder etwas vor den Gleitskate geführt (sogenannte Abhebephase, s. gestrichelter Pfeil im mittleren Bereich in 6). In einer alternativen Variante sind die Steuereinheiten dabei dazu eingerichtet, den zum Abstoßen genutzten Skate 1 während der Abstoßphase und/oder der Abhebephase unterschiedlich zu dem Gleitskate, insbesondere „schwächer“ anzutreiben.
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Anschließend wird der nach vorne geführte Skate 1 in einer Aufsetzphase auf dem Boden aufgesetzt. Der vorherige Gleitskate wird dann für die nächste Abstoßphase ggf. aktiv zur Außenseite geführt und der aufgesetzte Skate 1 wird zum neuen Gleitskate. Dies erkennen die Steuereinheiten in vorstehend beschriebener Art und Weise, sodass nun der bisherige Gleitskate drehmomentfrei geschaltet (oder in alternativer Ausführung mit geringerer Antriebsleitung angesteuert wird) und der nun aufgesetzte Skate 1 angetrieben wird.
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Zur Unterstützung des Nutzers, beispielsweise um zu verhindern, dass der gerade aufgesetzte Skate 1 die Fahrtrichtung 60 in Richtung zu dem anderen Skate 1 hin kreuzt, was regelmäßig zu einem Sturz führt, sind die Steuereinheiten dazu eingerichtet, die Lenkung 22 derart anzusteuern, dass der Winkel zwischen der Gleitrichtung 18 eines Skates 1 und der Fahrtrichtung 60 stets so eingestellt ist, dass die Gleitrichtung 18 dieses Skates 1 von dem anderen Skate 1 weg weist. Optional überwacht die jeweilige Steuereinheit die Querneigung des jeweiligen Skates 1 und steuert die Lenkung 22 derart an, dass eine zur Außenseite weisende Querneigung des entsprechenden Skates 1 verringert wird. Dadurch soll ein Übergewicht zur Außenseite hin, das mit einem Verkanten über den Außenski beim Skilaufen verglichen werden kann, verringert werden.
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Erkennen die Steuereinheiten, dass eine vergleichsweise starke Neigung der Unterschenkel in Fahrtrichtung 60 vorliegt, schließen diese darauf, dass der Nutzer beschleunigen möchte, und erhöhen entsprechend das aufgebrachte Drehmoment.
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Zusätzlich überwachen die Steuereinheiten optional die aktuelle Fahrgeschwindigkeit, vergleichen deren Wert mit einem gegebenenfalls nutzerspezifisch vorgegebenen Maximalwert und reduzieren das Drehmoment (gegebenenfalls gegen Null), falls der vorgegebenen Maximalwert überschritten wird.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Skate
- 2
- Rahmen
- 4
- Laufrolle
- 6
- Achse
- 8
- Bindung
- 10
- Bindungsplatte
- 12
- Gelenkmanschette
- 14
- Unterschenkelstütze
- 16
- Motor
- 18
- Gleitrichtung
- 20
- Getriebe
- 22
- Antriebsrolle
- 24
- Scheibenbremse
- 26
- Seilzug
- 28
- Bremssattel
- 30
- Bremsbelag
- 32
- Bremsscheibe
- 34
- Steuerkabel
- 40
- Kraftsensor
- 42
- Potentiometer
- 44
- Lenkung
- 46
- Felge
- 48
- Achskörper
- 50
- Lenkachse
- 52
- Achsschenkel
- 54
- Lenkstange
- 55
- Stellmotor
- 60
- Fahrtrichtung
