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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug für die Fortbewegung eines Fahrers mit einer auf einem Boden abrollenden Kugel, mit einem sich auf der Kugel abstützenden Tragelement, auf dem der Fahrer im Betrieb des Fahrzeuges steht, mit einer sich an dem Tragelement abstützenden Antriebsanordnung, die die Kugel antreibt.
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Aus der europäischen Patentschrift
EP 3 043 877 B1 ist bereits ein Fahrzeug für die Fortbewegung eines Fahrers, insbesondere ein skateboardartiger Kugelroller, bekannt. Das Fahrzeug steht im Fahrbetrieb ausschließlich über eine auf einem Boden abrollende Kugel mit dem Boden in Kontakt und besteht im Wesentlichen aus der Kugel, einem sich auf der Kugel abstützenden Tragelement mit zwei Aufstandsflächen für je einen Fuß des Fahrers, einer Antriebsanordnung und einer Steuerung. Die Antriebsanordnung ist in einer Ausführungsform im Wesentlichen aus insgesamt vier Allseitenrädern aufgebaut, von denen drei zu einer Gruppe zusammengefasst sind und auf der oberen Hälfte der Kugel abrollen und von denen das vierte entlang eines Äquators der Kugel abrollt. Alle Allseitenräder stehen jeweils ohne einen Kippwinkel auf der Oberfläche der Kugel, so dass bei einem horizontal ausgerichteten Tragelement die jeweiligen Drehachsen der drei Allseitenräder der Gruppe horizontal sind und die Drehachse des vierten Allseitenrades vertikal ausgerichtet ist. Das Tragelement wird überwiegend über die Gruppe der drei Allseitenräder auf der Kugel abgestützt. Mit Hilfe des vierten Allseitenrades kann das Tragelement um eine Hochachse der Kugel gedreht werden. Die Kugel kann somit unter beziehungsweise in dem Tragelement, das sich auf Höhe eines Äquators der Kugel befindet, in alle Richtungen auf dem Boden abrollen. Neben der Stützfunktion übernehmen alle Allseitenräder eine Antriebsfunktion. Hierzu werden die Allseitenräder jeweils über elektrische Motoren und vorgeschaltete Getriebe angetrieben, die an dem Tragelement gelagert sind. Zur Verwendung des Fahrzeugs, das auch als Sportgerät, Freizeitgerät oder Fungerät bezeichnet werden kann, steht der Fahrer frei balancierend auf dem Tragelement und steuert, bremst und lenkt das Fahrzeug über Gewichtsverlagerung. Hierbei wird der Fahrer von der Steuerung unterstützt, die unter anderem ein Balance-Steuerungsmodul umfasst, das dem Fahrer bei der Ausbalancierung des Tragelements in einer horizontalen Lage hilft. Die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs und somit die Abrollrichtung der Kugel wird über die Neigung des Trageelements angesteuert, die über eine Gewichtsverlagerung des Fahrers hervorgerufen wird. Die gemessenen Beschleunigungs- und Winkeldaten des Tragelements werden in der Steuerung verarbeitet, darauf basierend werden die anzutreibenden Motoren der jeweiligen Allseitenräder bestimmt und mit der erforderlichen Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit eine gewünschte Fahrtbewegung und die Balance-Lage erreicht. Das Fahrzeug ist mit drei wiederaufladbaren Batterien für die Motoren und die Steuerung ausgestattet, die auf der unteren Seite des Trageelements um die Kugel herum angeordnet sind.
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Des Weiteren ist aus der britischen Offenlegungsschrift
GB 2 407 780 A ein weiterer skateboardartiger Kugelroller für einen Fahrer bekannt. Auch hier besteht der Kugelroller im Wesentlichen aus einer auf einem Boden abrollenden Kugel und einem sich auf der Kugel abstützenden Tragelement mit zwei Aufstandsflächen für je einen Fuß des Fahrers. Das Tragelement ist wie bei einem Skateboard rechteckig ausgebildet. In einer üblichen Vorwärtsfahrtrichtung ist das Tragelement in seiner Längsrichtung ausgerichtet und der Fahrer steht mit einem Fuß vor und einem Fuß hinter der Kugel und somit seitlich auf dem Tragelement. Der Kugelroller wird beispielsweise rollerartig über den Fahrer angetrieben und die Kugel ist in entsprechender Weise antriebslos. Zusätzlich sind im Bereich der vier Ecken des Tragelements jeweils ein Gleitelement, eine Rolle oder eine Lenkrolle angeordnet. Der Fahrer kann den Kugelroller lenken, in dem er eine der beiden hinteren Ecken während der Fahrt absenkt, so dass das Gleitelement, die Rolle oder die Lenkrolle mit dem Boden in Kontakt kommt. Hierdurch wird der Kugelroller einseitig abgebremst und eine Lenkbewegung eingeleitet.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes kompaktes Fahrzeug für die Fortbewegung eines Fahrers mit einer auf einem Boden abrollenden Kugel zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug für die Fortbewegung eines Fahrers mit einer auf einem Boden abrollenden Kugel mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 17 angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Fahrzeug für die Fortbewegung eines Fahrers mit einer auf einem Boden abrollenden Kugel, mit einem sich auf der Kugel abstützenden Tragelement, auf dem der Fahrer im Betrieb des Fahrzeuges steht, mit einer sich an dem Tragelement abstützenden Antriebsanordnung, die die Kugel antreibt, dadurch geschaffen, dass das Fahrzeug sich zusätzlich über eine auf einem Boden abrollende Rolle abstützt. Das Fahrzeug nutzt als Abrollelemente nur eine Kugel und eine Rolle, wobei dem die Lenkung dadurch erfolgt, dass die Kugel quer zur Fahrtrichtung antreibbar ist.
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Vorteilhafter Weise ist das Fahrzeug über die angetriebene Kugel lenkbar.
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Ein stabiles Fahrverhalten in Vorwärtsfahrtrichtung wird dadurch erreicht, dass in der Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen die Rolle hinter der Kugel und mit Abstand zu der Kugel angeordnet sind.
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Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass in der Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen das Tragelement ein vorderes Aufstandsteil für einen ersten Fuß des Fahrers und ein hinteres Aufstandsteil für einen zweiten Fuß des Fahrers aufweist.
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Ein direktes Lenkverhalten wird dadurch erreicht, dass in der Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen die Kugel zwischen dem vorderen Aufstandsteil und dem hinteren Aufstandsteil angeordnet ist.
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Ein indirekteres Lenkverhalten wird dadurch erreicht, dass in der Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen die Kugel vor dem vorderen Aufstandsteil und vor dem hinteren Aufstandsteil angeordnet ist.
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Um ein Balancieren des Fahrers auf dem Fahrzeug zu ermöglichen, ist die Rolle derart ausgebildet, dass in der Vorwärtsfahrtrichtung gesehen das Fahrzeug nach rechts und links neigbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Fahrzeug über eine von dem Fahrer hervorgerufene Neigung des Fahrzeugs lenkbar ist, indem eine Steuerung dem die Neigung auswertet und die Antriebsanordnung die Kugel in einer gewünschten Fahrtrichtung antreibt. Das Fahrzeug wird ausschließlich über die Füße des auf dem Tragelement frei balancierenden Fahrers gelenkt. Durch eine Gewichtsverlagerung initiiert der Fahrer die Lenkung des Fahrzeuges. Dabei reagiert die Steuerung auf die Änderung eines seitlichen Neigungswinkels des Tragelements und treibt die Kugel über die Antriebsanordnung an, in die gewünschte seitliche Richtung abzurollen. Dann gleicht die Steuerung die gemessene Neigung des Tragelements aus, sodass es sich wieder in einer vorzugsweise horizontalen Ausrichtung befindet. Vorzugsweise steht der Fahrer einfach im Bereich der Aufstandsflächen auf dem Tragelement, die mit Anti-Rutsch-Auflagen für einen festen und sicheren Stand des Fahrers sowie eine bessere Koordination der Gewichtsverlagerung versehen sind. Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Steuerung ein Balance-Steuerungsmodul umfasst, das einen Fahrer bei der Ausbalancierung des Tragelements in einer horizontalen Lage im Raum unterstützt. Diese Ausbalancierung des Tragelementes in eine ausbalancierte Ausrichtung erfolgt über eine entsprechende Ansteuerung des ersten und zweiten Allseitenrads. Der Grad der Unterstützung kann variiert werden und so groß eingestellt werden, dass es für den Fahrer relativ einfach ist auf dem Tragelement zu balancieren. Andererseits ist die Unterstützung nicht so groß, dass der Fahrer daran gehindert wird, durch ein Verlagern seines Gewichts eine Lenkung des Fahrzeugs in die Neigungsrichtung auf Grund der Gewichtsverlagerung hervor zu rufen.
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In einer Variante ist vorgesehen, dass die Rolle derart ausgebildet ist, dass in der Vorwärtsfahrtrichtung gesehen das Fahrzeug nach rechts und links stabilisiert ist. Der Fahrer muss somit nicht frei balancieren und lenkt das Fahrzeug über entsprechende Steuerelemente.
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Besonders vorteilhaft und einfach ist, dass das Fahrzeug nur eine einzige Kugel und/oder nur eine einzige Rolle aufweist.
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Konstruktiv bevorzugt ist vorgesehen, dass das Tragelement einen Deckelteil, zwei Aufstandsteile und einen Tragteil umfasst, der Deckelteil den oberen Teil der Kugel abdeckt und der untere Teil der Kugel nach unten aus dem Tragteil hinausragt.
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Ein wirksamer Antrieb der Kugel wird dadurch erreicht, dass die Kugel über zwei Allseitenräder direkt und ohne einer Zwischenschaltung eines Getriebes über je einen Elektromotor angetrieben ist und jeder Elektromotor an dem Tragelement befestigt ist.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die Elektromotoren über mindestens eine wieder aufladbare Batterie mit Energie versorgt sind.
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Ein optimales Fahrverhalten des Fahrzeugs ohne schlagartige oder abrupte Bewegungen wird dadurch erreicht, dass sich das Tragelement über eine Stützanordnung auf der Kugel abstützt, wobei die Stützanordnung mindestens ein nicht angetriebenes Allseitenrad umfasst.
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Vorteilhafter Weise ist das Fahrzeug haltegrifflos und wird von einem frei auf dem Tragelement balancierend stehenden Fahrer gelenkt, ohne Einsatz einer Haltestange. Der Fahrer kann somit auf dem Tragelement des Fahrzeugs skateboardartig frei balancieren ohne sich mit den Händen an einer Stütze oder an einer Lenkstange abzustützen oder auf einem auf dem Tragelement angeordneten Sattel oder Sitz zu sitzen.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann das Fahrzeug einen Lenker aufweisen um den Fahrer Halt zu geben und Steuerelemente für die gewünschten Fahrtrichtungen aufzunehmen.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand mehrerer in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Prinzip-Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs für die Fortbewegung eines Fahrers in einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine perspektivische Ansicht eines das Fahrzeug tragenden Fahrers,
- 3 eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs gemäß 1 ohne Fahrer,
- 4 eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs gemäß 3 mit einem transparenten Tragelement,
- 5 eine perspektivische Prinzip-Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs für die Fortbewegung eines Fahrers in einer zweiten Ausführungsform,
- 6 eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs gemäß 5 ohne Fahrer,
- 7 eine perspektivische Prinzip-Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs für die Fortbewegung eines Fahrers in einer dritten Ausführungsform,
- 8 eine weitere perspektivische Prinzip-Ansicht des Fahrzeugs gemäß 7 und
- 9 ein Prinzip-Schaltbild der Steuerung des Fahrzeugs.
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In der 1 ist eine perspektivische Prinzip-Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1, insbesondere eines skateboardartigen Kugelrollers, für die Fortbewegung eines Fahrers 2 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Das Fahrzeug 1 besteht im Wesentlichen aus einer einzigen auf einem Boden 3 abrollenden Kugel 4, einer einzigen auf dem Boden 3 abrollenden Rolle 7, einem sich auf der Kugel 4 und der Rolle 7 abstützenden Tragelement 5 und einer in dieser Figur nicht dargestellten Antriebsanordnung 6 für die Kugel 4 mit einer Steuerung 20. In Richtung einer Längsachse x des Fahrzeugs 1 und in einer Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeugs 1 gesehen ist die Kugel 4 vor der Rolle 7 und mit einem Abstand zu der Rolle 7 an dem Tragelement 5 angeordnet. Außerdem ist die Rolle 7 um eine Querachse y drehbar an dem Tragelement 5 gelagert. Die Querachse y ist rechtwinklig zur Längsachse x ausgerichtet und bei horizontal ausgerichtetem Tragelement 5 ebenfalls horizontal ausgerichtet. Außerdem hat die Rolle 7 eine ballige beziehungsweise kreissegmentförmige Lauffläche, die sich am Durchmesser der Kugel 4 orientiert, d.h. die gleiche Krümmung aufweist. Des Weiteren liegen die Kontaktpunkte beziehungsweise Kontaktlinien oder Kontaktflächen der Kugel 4 und der Rolle 7 auf dem Boden 3 hintereinander auf der Längsachse x des Fahrzeugs 1. Die Kugel 4 hat einen Durchmesser im Bereich von 50 mm bis 270 mm, vorzugsweise im Bereich von 75 mm bis 150 mm und die Rolle 7 einen Durchmesser im Bereich von 20 mm bis 100 mm, vorzugsweise im Bereich von 35 mm bis 75 mm.
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Da das Fahrzeug 1 nur über die einzige Kugel 4 und die einzige Rolle 7 auf dem Boden 3 ruht, kann es seitlich nach rechts und links um die Längsachse x kippen. Der Fahrer 2 balanciert somit in Bezug auf die Längsachse x auf dem Fahrzeug 1 während der Fahrt. Hierbei wird der Fahrer 1 von der Steuerung 20 unterstützt, die unter anderem Balance-Steuerungsmodule 18a, 18b mit entsprechenden elektronischen Stabilitätsprogrammen umfasst, das dem Fahrer 2 bei der Ausbalancierung des Tragelements 5 um die Längsachse x in einer horizontalen Lage hilft. Außerdem ragen die Kugel 4 und die Rolle 7 aus dem Tragelement 5 teilweise nach unten heraus.
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Die Verwendung der angetriebenen Kugel 4 als Radersatz hat den Vorteil, dass das Fahrzeug 1 auf dem Boden 3 in alle beliebigen Richtungen angetrieben werden kann und somit auch mittels der Kugel 4 gelenkt werden kann. Im vorliegenden Fall ist ein Antrieb des Fahrzeugs 1 über die Kugel 4 in eine Linksfahrtrichtung L, eine Rechtsfahrtrichtung R und eine Vorwärtsfahrtrichtung V vorgesehen (siehe 3 und 4).
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Das Fahrzeug 1 kann auch als Sportgerät, Freizeitgerät oder Fungerät bezeichnet werden, auf dem der Fahrer 2 während der Benutzung wie bei einem Skateboard frei balancierend auf dem Tragelement 5 steht und bei dem der Fahrer 2 das Fahrzeug 1 über Gewichtsverlagerung lenkt. Ein Bremsen, Beschleunigen und Fahren des Fahrzeugs 1 kann auch über eine Gewichtsverlagerung des Fahrers 2 oder eine vom Fahrer 2 zu bedienende Fernsteuerung erfolgen. Außerdem ist das Fahrzeug 1 in dieser ersten Ausführungsform und der später beschriebenen zweiten Ausführungsform in Bezug auf den Fahrer 2 haltegrifflos. Somit stehen dem Fahrer 2 keine Hilfsmittel wie eine Lenkstange, eine Stütze zum Abstützen oder einen Sitz zum Sitzen beziehungsweise als Hilfe beim Balancieren zur Verfügung. Der Fahrer 2 muss somit frei auf dem Tragelement 5 des Fahrzeugs 1 balancieren ohne sich mit den Händen an einer Stütze oder an einer Lenkstange beziehungsweise mit den Schienbeinen an einem Kniebrett abzustützen oder auf einem auf dem Tragelement 5 angeordneten Sattel oder Sitz zu sitzen.
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Das Tragelement 5 ist ein komplexes Bauteil mit mehreren Funktionen und weist hierzu ein Deckelteil 5a, zwei Aufstandsteile 5b und ein unteres Tragteil 5c auf. Über das Deckelteil 5a wird ein oberer Teil 4a der Kugel 4 (siehe 4) abgedeckt und schützt somit den Fahrer 2 vor Berührungen mit der rotierenden Kugel 4 und das Deckelteil 5a umgibt einen Einbauraum 8 (siehe 4) zwischen einer Oberfläche 4b der Kugel und einer Innenseite des Deckelteils 5a (siehe 4).
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An einem unteren Rand des Deckelteils 5a schließen sich in Bezug auf die Kugel 4 gegenüberliegend angeordnete Aufstandsteile 5b an. Die zwei Aufstandsteile 5b ragen wie vordere und hintere Ansätze von dem Deckelteil 5a nach außen und in Vorwärtsfahrtrichtung V nach vorne und hinten weg und bilden im Wesentlichen ebene beziehungsweise in einer horizontalen Balance-Lage des Fahrzeugs 1 gesehen horizontale Aufstandsflächen 10 für einen rechten und einen linken Fuß 2a des Fahrers 2 (siehe auch 3).
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In einer Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeuges 1 gesehen sind die Aufstandsflächen 10 vor und hinter der Kugel 4 angeordnet. Die Vorwärtsfahrtrichtung V ist hierbei auf eine Fahrrichtung des Fahrzeugs 1 in Richtung seiner Längsachse x bezogen, wobei sich die Kugel 4 vor der Rolle 7 befindet. Der Fahrer 2 bewegt sich in Vorwärtsfahrtrichtung V seitwärts.
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Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Fahrers 2, der das Fahrzeug 1 beispielsweise über nicht dargestellte Schulter-Trageriemen auf seinem Rücken trägt. Das Gesamtgewicht des Fahrzeug 1 liegt unter 5 kg, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 5 kg.
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Die 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs gemäß 1 ohne den Fahrer 2. Die Form des Fahrzeugs 1 und somit im Wesentlichen des Tragelements 5 erinnert an eine Sandale, bei der das Deckelteil 5a den Riemen bildet, an dem sich in Richtung der Längsachse x gesehen ein vorderes, kürzeres und breites Aufstandsteil 5b und ein hinteres, längeres und schmaleres Aufstandsteil 5b anschließen. In einer Draufsicht gesehen ist das Tragelement 5 trapezförmig mit Abrundungen vorne und hinten sowie sich nach hinten verjüngend. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Tragelement 5, insbesondere die Aufstandsteile 5b, nicht nur halbkreisförmig und trapezförmig, sondern auch oval, rechteckig oder mehreckig oder in einer kombinierten geometrischen Form ausgebildet sind. Die halbkreisförmigen beziehungsweise trapezförmigen Aufstandsteile 5b haben jedoch den Vorteil, dass der Fahrer 2 trotz materialsparender Ausführung eine ausreichende Stabilität hat und ein Auf- und Absteigen durch eine schnelle und intuitive Einnahme einer vorbestimmten Fahrerposition erleichtert. Die Aufstandsteile 5b grenzen in Bezug auf die Kugel 4 gegenüberliegend an dem Deckelteil 5a an. Die Aufstandsfläche 10 für den vorderen Fuß 2a befindet sich in Vorwärtsfahrtrichtung V gesehen vor der Kugel 4 und die Aufstandsfläche 10 für den hinteren Fuß 2a ebenfalls in Vorwärtsfahrtrichtung V gesehen oberhalb der Kugel Rolle 7.
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Die in der 3 gezeigten Aufstandsflächen 10 für den rechten und den linken Fuß 2a des Fahrers 2 können bloße Markierungen in der Größe eines Teils der Füße 2a oder mit einem rutschhemmenden Belag ausgelegte oder antirutschbeschichtete Bereiche auf den Aufstandsteilen 5b sein. Die Größe der Aufstandsflächen 10 ist so gewählt, dass zumindest ein Mittelteil der Füße 2a und die volle Breite der Füße 2a unterstützt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich im Bereich der Aufstandsflächen 10 für den rechten und den linken Fuß 2a des Fahrers 2 jeweils ein erster Sensor 10a beziehungsweise ein zweiter Sensor 10b. Mittels dieser Sensoren 10a, 10b kann das Beschleunigen, Fahren und Bremsen des Fahrzeugs 1 durch den Fahrer 2 gesteuert werden. Hierfür können die Sensoren 10a, 10b beispielsweise Gewichtsveränderungen oder von dem Fahrer 2 über seine Füße 2a gegebene Gesten oder Abfolgen registrieren und ein entsprechendes Signal an die Steuerung 20 schicken. Dadurch wird die Bewegung des Fahrzeuges 1 in Vorwärtsfahrtrichtung V bestimmt.
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In der 4 ist eine weitere perspektivische Ansicht des Fahrzeugs 1 gemäß 3 dargestellt, wobei das transparent dargestellt ist, um den inneren Aufbau des Fahrzeugs 1, insbesondere dessen Antriebsanordnung 6, zu zeigen. Wie zuvor beschrieben rollt das Fahrzeug 1 über eine Kombination von Kugel 4 und auf dem Boden 3 ab. Die Rolle 7 ist über eine Rollenachse 7a, die parallel zur Querachse y ausgerichtet ist, an dem Tragelement 5 gelagert. Die Kugel 4 ist von unten in eine entsprechende untere Öffnung des Tragteils 5c eingesteckt und das Tragelement 5 ruht mittels einer Stützanordnung 9 oben auf der Kugel 4. Die Stützanordnung 9 befindet sich oben im Bereich der Mitte des Deckelteils 5a und umfasst zwei nicht angetriebene und sich um jeweils eine eigene Drehachse, die jeweils in Richtung der Querachse y ausgerichtet sind, drehbare Allseitenräder 9a, 9b. In Richtung der Längsachse x gesehen sind die Allseitenräder 9a, 9b sehr nah aber nicht aneinander berührend, rechts und links von der Mitte der Kugel und in einer V-Stellung zueinander angeordnet. Alternativ ist auch eine Ausführung der Stützanordnung 9 mit einer anderen Art der Kugellagerung möglich. Der Vorteil liegt darin, dass sich das Abrollen der Kugel 4 weicher für den Fahrer 2 anfühlt und durch das Vermeiden von eventuellen schlagartigen oder abrupten Bewegungen ein Verschleiß der zwei Allseitenräder 9a, 9b vermindert ist. Die Allseitenräder 9a, 9b sind an dem Tragelement 5 gelagert.
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Die Antriebsanordnung 6 besteht im Wesentlichen aus einem ersten Allseitenrad 11a, einem zweiten Allseitenrad 11b, einem dritten Allseitenrad 11c und einem vierten Allseitenrad 11d, die im Wesentlichen gleichmäßig um den Umfang der Kugel 4 vorzugsweise in Höhe eines Äquators 4c der Kugel 4 verteilt sind. Das erste Allseitenrad 11a und das zweite Allseitenrad 11b sind in Richtung der Längsachse x gesehen symmetrisch rechts und links von der Längsachse x beabstandet und jeweils direkt und ohne eine Zwischenschaltung eines Getriebes von einem ersten Motor 12a und einem zweiten Motor 12b angetrieben, die sich an dem Tragelement 5 abstützen. In der 4 ist das zweite Allseitenrad 11b von der Kugel 4 verdeckt. Die Allseitenräder 11a, 11b haben jeweils vorzugsweise einen gleichen Durchmesser im Bereich von 20 mm bis 300 mm, vorzugsweise im Bereich von 50 mm bis 70 mm. Die Achsen der Allseitenräder 11a, 11b sind in Bezug auf die Längsachse x v-förmig sich nach vorne erweiternd ausgerichtet. Die nicht angetriebenen Allseitenräder 11c, 11d sind kleiner und haben jeweils vorzugsweise einen gleichen Durchmesser im Bereich von 10 mm bis 150 mm, vorzugsweise im Bereich von 20 mm bis 40 mm.
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Innerhalb des Tragteils 5c und unterhalb des vorderen Aufstandsteils 5b und somit vor der Kugel 4 sind die Batterien 19 für die Motoren 12a, 12b und die Steuerung 20 angeordnet.
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Ein koordinierter Antrieb der beiden Allseitenräder 11a, 11b führt somit zu einer Bewegung des Fahrzeugs 1 in Vorwärtsfahrtrichtung V, in Rechtsfahrtrichtung R oder in Linksfahrtrichtung L oder in jeder beliebigen Zwischenrichtung hiervon. Eine Bewegung des Fahrzeugs 1 in Vorwärtsfahrtrichtung V wird beispielsweise dadurch erreicht, dass das erste und das zweite Allseitenrad 11 a und 11b gegenläufig angetrieben werden.
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Die Motoren 12a, 12b sind an dem Tragelement 5 befestigt und werden über eine Steuerung 20 (siehe 9) angesteuert. Als Motoren 12a, 12b kommen 24V-Gleichstrommotoren zum Einsatz mit Leistungen im Bereich von 350 Watt bis 800 Watt auch ist ein Einsatz von bürstenlosen Drehstrommotoren im Bereich von 100 Watt bis 500 Watt denkbar.
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Für einen Antrieb der Kugel 4 sind mindestens zwei angetriebene Allseitenräder 11a, 11b Antriebsräder nötig, die vorzugsweise in 90 Grad-Winkel zueinander auf dem Äquator 4c die Kugel 4 antreiben. Ein Antrieb mit drei, vier oder mehr Allseitenrädern 11 a, 11b, 11c, 11d Antriebsrädern ist theoretisch auch möglich. Eine Ausführung der als Allseitenräder 11a, 11b, 11c, 11d ist möglich, aber nicht nötig. Nur wenn die Kugel 4 über oder unter dem Äquator 4c angetrieben wird, werden Allseitenräder benötigt. Sonst ist der Einsatz von Rädern oder Rollen als Antriebsräder in Ersatz der Allseitenrädern 11 a, 11b, 11c, 11d möglich.
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Es ist selbstverständlich, dass zwischen der Oberfläche 4b der Kugel 4 und der Innenseite des Deckelteils 5a ein umlaufender Spalt verbleibt, der eine freie Drehbarkeit der Kugel 4 relativ zu dem Tragelement 5 erlaubt. Auch kann eine Federung des Fahrzeugs 1 im Bereich der Anlenkung der Allseitenräder 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d oder über eine elastische Kugel vorgesehen werden. Die Kugel 4 ist vorzugsweise aus Hartplastik hergestellt. Beispielsweise sind Bowlingkugeln geeignet. Üblicher Weise ist die Kugel 4 mit Gummi oder Polyurethan umgossen. Außerdem ist ersichtlich, dass die Allseitenräder 11a, 11b, 11c, 11d im Bereich des Äquators 4c angreifen.
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Die verwendeten Allseitenräder 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d sind allgemein bekannt und werden auch als omnidirektionale Räder bezeichnet. Bei den Allseitenrädern 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d besteht die Lauffläche aus einer Vielzahl entlang des Umfanges angeordneten Rollen, deren Drehachsen im Wesentlichen orthogonal zu der Drehachse des jeweiligen Allseitenrades 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d und tangential zu einem Umfang beziehungsweise einer Lauffläche des Allseitenrades 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d liegen. Die Verwendung von Allseitenrädern 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11 d erlaubt, dass sich die Kugel 4 reibungsarm neben der Antriebsrichtung des jeweiligen Allseitenrades 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d in alle anderen Richtungen zu dem jeweiligen Allseitenrad 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d drehen kann.
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Das Tragelement 5 schützt in seiner Zusatzfunktion als Gehäuse die Antriebsanordnung 6 vor Verschmutzung und die Füße 2a des Fahrers vor einem möglichen Kontakt mit den rotierenden Allseitenrädern 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d und den Motoren 12a, 12b.
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Auch zeigt die 4, dass das Tragteil 5c des Tragelements 5 abgerundet ist. Der Vorteil dieser abgerundeten Ausführung liegt in einer erweiterten Neigungsfähigkeit des Tragelements 5. Alternativ sind aber auch weitere geometrische Ausführungen denkbar, die je nach Bedarf den Neigungswinkel des Tragelements 5 durch Übergänge von einer abgerundeten in eine eckige Form beschränken. Die Konturen von dem ersten und zweiten Motor 12a und 12b sind trotz des abdeckenden Tragteils 5c erkennbar.
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Die 5 zeigt eine perspektivische Prinzip-Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 für die Fortbewegung eines Fahrers 2 in einer zweiten Ausführungsform. Dieses Fahrzeug 1 funktioniert wie die zuvor beschriebene erste Ausführungsform, nur dass beide Füße 2a in Richtung der Längsachse x gesehen hinter der Kugel 4 stehen. Aufgrund der Gemeinsamkeiten mit der ersten Ausführungsform wird auf die Beschreibung zu den 1 bis 4 verwiesen und nachfolgend werden die dort verwendeten Bezugszeichen übernommen.
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Auch in der zweiten Ausführungsform wird über Balance in Richtung der Querachse y gelenkt. Optional kann an dem Fahrzeug 1 ein nicht dargestellter Lenker angebracht werden. Eine entsprechende Anschlussbohrung ist oben auf dem Deckelteil 5a angedeutet. Damit wird das Fahrzeug 1 zu einem Roller, insbesondere einem KugelRoller.
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In der 6 ist eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs 1 gemäß 5 ohne Fahrer 2 dargestellt. Auch hierzu wird aufgrund der Gemeinsamkeiten mit der ersten Ausführungsform auf die Beschreibung zu den 1 bis 4 und die dort verwendeten Bezugszeichen verwiesen. Wie zuvor beschreiben ist hier nur die Anordnung der Aufstandsteile 5b zu der Kugel 4 anders gewählt.
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Die 7 zeigt eine perspektivische Prinzip-Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 für die Fortbewegung eines Fahrers 2 in einer dritten Ausführungsform. Dieses Fahrzeug 1 funktioniert wie die zuvor beschriebene erste Ausführungsform, nur dass beide Füße 2a in Richtung der Längsachse x gesehen hinter der Kugel 4 stehen und ein Lenker 21 vorgesehen ist. Aufgrund der Gemeinsamkeiten mit der ersten Ausführungsform wird auf die Beschreibung zu den 1 bis 4 verwiesen und nachfolgend werden die dort verwendeten Bezugszeichen übernommen. Auch kann ein nicht dargestellter Sitz für den Fahrer 2 vorgesehen werden. Der Sitz ist dann auf dem Tragelement 5 angeordnet. Gesteuert wird das Fahrzeug 1 über den Lenker 21 mit entsprechenden Schaltelementen oder über Gewichtsverlagerung rechts links.
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Die 8 zeigt eine weitere perspektivische Prinzip-Ansicht des Fahrzeugs 1 gemäß 7. Hier sind die Batterien 19 zwischen der Kugel 4 und der Rolle 7 unterhalb des Tragteils 5c angeordnet.
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In der 9 ist ein Prinzip-Schaltbild der Steuerung 20 des Fahrzeugs 1 dargestellt. Die Steuerung 20 ist an dem und/oder innerhalb des Tragelements 5 angeordnet. In der Steuerung 20 ist eine Vielzahl von Bauteilen zusammengefasst, um ausgehend von einer Balance-Lage des Tragelements 5 Gewichtsverlagerungen des Fahrers 2 und somit ein seitliches Rollen des Tragelements 5 erkennen zu können. Der Grad des Rollens in Richtung der Querachse y wird von einem Roll-Kreisel 16b erkannt. Der Kreisel 16b liefert jeweils Beschleunigungs- und Winkeldaten. Der Roll-Kreisel 16b erfasst die Schwenkbewegung um die Längsachse x. Die Steuerung einer Bewegung des Fahrzeugs in Vorwärtsfahrtrichtung V erfolgt über einen Signalgeber 16a, der beispielsweise Signale von ersten und zweiten Sensoren 10a, 10b in den Aufstandsflächen 10 des Tragelements 5 und somit von den Füßen 2a des Fahrers 2 erhält. Der Signalgeber 16a kann auch Signale von einer von dem Fahrer 2 bedienten Fernbedienung oder Signale vom Lenker oder anderen Steuerelementen erhalten. Die von dem Roll-Kreisel 16b und dem Signalgeber 16a erfassten Daten werden an eine Auswertesteuerung 17a geschickt. In Abhängigkeit von dem erfassten Grad der Neigung und der Neigungsrichtung und den Signalen in Vorwärtsfahrtrichtung V wird in der ersten Auswertesteuerung 17a der oder die anzutreibenden Motoren 12a, 12b bestimmt über jeweils ein elektronisches Stabilitätsprogramm 18a, 18b in der erforderlichen Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit angesteuert, um die gewünschte Fahrbewegung des Fahrzeugs 1 zu erzeugen. Gleichzeitig wird parallel über ein Balance-Steuerungsmodul innerhalb der Auswertesteuerung 17a, 17b der Fahrer 2 unterstützt, die seitliche Balance-Lage der Aufstandsteile 5b des Tragelements 5, die vorzugsweise horizontal ausgerichtet sind, durch entsprechende Ansteuerung der Motoren 12a, 12b wieder zu erreichen. Die Auswertesteuerung 17a ist als programmierbarer Mikrocomputer ausgebildet. Die zuvor von dem Fahrer 2 über die erste Gewichtsverlagerung hervorgerufene Fahrbewegung bleibt erhalten, solange der Fahrer 2 die Neigung des Tragelements 5 aufrechterhält, und wird aufgehoben, wenn der Fahrer 2 sein Gewicht in die Gegenrichtung verlagert.
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Unter dem vorgenannten Roll-Kreisel 16b ist jegliche Art von Messgerät zu verstehen, mit den die Winkellagen und Winkelrichtungen in Bezug auf die Querachse y bestimmt werden kann. Üblicher Weise handelt sich um elektronische Schaltungen, die mit Piezo-Sensoren arbeiten.
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Es kann vorgesehen werden, dass nachdem alle beide Sensoren 10a, 10b das Vorhandensein beider Füße 2a des Fahrers 2 registriert und an die Auswertesteuerung 17a geschickt haben, das Fahrzeug 2 durch ein in der Auswertesteuerung 17a angeordnetes Balance-Steuerungsmodul ausbalanciert, sodass die Aufstandsflächen 10 des Tragelements 5 in eine horizontale Lage im Raum gebracht sind.
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Auch können die vorbeschriebenen Fahrzeuge 1 anstatt der balligen Rolle 7 ein Rad oder zwei seitlich voneinander beabstandete Räder aufweisen, so dass eine seitliche Stabilität des Fahrzeuges 1 erreicht wird und somit ein Balancieren entfällt. Das Fahrzeug 1 hat dann eine Dreipunkt-Auflage auf dem Boden 3. Das Lenken des Fahrzeugs 1 erfolgt dann über eine Fernbedienung, Sensoren mit Kontakt mit den Füßen oder Schaltelementen am Lenker oder Bremspedal, Gaspedal am Fahrzeug 1. Auch kann das Fahrzeug 1 generell mit einer Bremse ausgerüstet werden.
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In den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sind erste und zweite Allseitenräder 9a, 9b der Stützanordnung 9 und erste bis vierte Allseitenräder 11a, 11b, 11c, 11 d für den Antrieb und die Führung der Kugel 4 beschrieben worden. Diese Allseitenräder 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d zeichnen sich durch eine hohe Standfestigkeit aus. Im Rahmen der Erfindung ist es durchaus möglich, die erste und zweite Allseitenräder 9a, 9b der Stützanordnung 9 durch in Teflon gelagerte Kugeln zu ersetzen, sowie die ersten bis vierten Allseitenräder 11a, 11b, 11c, 11d durch normale Rollen, die dann aber im Äquator 4c der Kugel 4 angreifen müssen.
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Grundsätzlich ist auch denkbar, dass das Fahrzeug 1 nach Art eines Karts einen Sitz auf dem Tragelement 5 vor der Rolle 7 aufweist und Auflageflächen 10 für die Füße 2a im Bereich der Kugel 4 vorzugsweise rechts und links neben der Kugel 4 angeordnet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Fahrer
- 2a
- Füße
- 3
- Boden
- 4
- Kugel
- 4a
- oberer Teil
- 4b
- Oberfläche
- 4c
- Äquator
- 5
- Tragelement
- 5a
- Deckelteil
- 5b
- Aufstandsteile
- 5c
- Tragteil
- 6
- Antriebsanordnung
- 7
- Rolle
- 7a
- Rollenachse
- 8
- Einbauraum
- 9
- Stützanordnung
- 9a
- erstes drehbares Allseitenrad
- 9b
- zweites drehbares Allseitenrad
- 10
- Aufstandsflächen
- 10a
- erster Sensor
- 10b
- zweiter Sensor
- 11a
- erstes Allseitenrad
- 11b
- zweites Allseitenrad
- 11c
- drittes Allseitenrad
- 11d
- viertes Allseitenrad
- 12a
- erster Motor
- 12b
- zweiter Motor
- 16a
- Signalgeber
- 16b
- Roll-Kreisel
- 17a
- erste Auswertesteuerung
- 18a
- erstes elektronisches Stabilitätsprogramm
- 18b
- zweites elektronisches Stabilitätsprogramm
- 19
- Batterie
- 20
- Steuerung
- 21
- Lenker
- L
- Linksfahrtrichtung
- R
- Rechtsfahrtrichtung
- V
- Vorwärtsfahrtrichtung
- x
- Längsachse
- y
- Querachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3043877 B1 [0002]
- GB 2407780 A [0003]
