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Die
Erfindung betrifft einen Roller mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Merkmalen. Dieser stellt einen Apparat für die Fortbewegung
mittels menschlicher Muskelkraft dar, der im allgemeinen als Transportmittel,
Sportgerät
oder Spielzeug für
Kinder benutzt werden kann.
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Die
mit der Muskelkraft angetriebenen Roller gehören zu den kleinsten Transportmitteln,
die für
die Fortbewegung von Menschen entwickelt worden sind. Die wichtigsten
Merkmale eines solchen Rollers, die seine Verwendbarkeit und Konkurrenzfähigkeit
gegenüber
anderen individuellen Transportmitteln – in erster Linie dem Fahrrad – bestimmen,
sind die Kompaktheit und das günstige
Verhältnis
zwischen dem eigenen Gewicht und der im Roller umsetzbaren mechanischen
Leistung.
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In
der Patentliteratur sind verschiedene Konstruktionen von Rollern
beschrieben, die unterschiedliche Gesamtkonzepte bezüglich der
Ausführung
seiner einzelnen Systeme realisieren. Die mit der Muskelkraft des
Benutzers angetriebenen Roller stellen nur einen Teil von solchen
Konstruktionen dar. Diese Roller haben im Vergleich zum Fahrrad
den Vorteil, daß sie
bei ungefähr
gleicher mechanischer Leistung weniger sperrig und schwer als ein
Fahrrad sein können
und bei Nichtbenutzung leicht zusammengeklappt und überall getragen
bzw. in einem Pkw ohne spezielle Gepäckträger transportiert werden können. Man
kann sie für
die Bewegung auf den Straßen
mit einer vorzugsweise harten und glatten Decke benutzen, beispielsweise
in einer für
Autos oft gesperrten Innenstadt.
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Das
Ziel der Erfindung ist es, aufgrund der Analyse der bisherigen technischen
Lösungen
die Anforderungen an einen für
die oben genannten Einsätze
geeigneten Roller zu formulieren und ihn zu schaffen. Dabei wird
angestrebt, dessen Verwendung als individuelles Transportmittel
in bestimmten Fällen
bequemer zu machen als die Verwendung eines Fahrrads, und die Möglichkeit
weiterhin zu bewahren, den Roller als Sportgerät bzw. Spielzeug zu benutzen.
Im allgemeinen soll ein solcher Roller folgende Eigenschaften aufweisen:
- 1. So klein und leicht wie möglich sein;
- 2. Einen verhältnismäßig einfachen
Antriebsmechanismus beinhalten, bei dem sowohl die bestmögliche Ausnutzung
der menschlichen Muskelkraft im Stehen dauerhaft erreicht werden
kann als auch die Kosten nicht zu hoch sind;
- 3. Aufgrund der relativ hohen erreichbaren Geschwindigkeit und
der relativ kleinen Abmessungen mit einer effektiven Bremsvorrichtung
und einer stabilen, möglichst
präzisen
Lenkung ausgestattet sein.
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Das
Erreichen einiger von diesen Eigenschaften wurde in einzelnen bisher
durchgeführten Entwicklungen
von Rollern als Ziel gestellt und verwirklicht, nicht aber von allen
drei in einem Roller.
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Eine
der möglichen
Lösungen
hinsichtlich der ersten Eigenschaft ist in
US 5 927 733 A beschrieben.
Der entwickelte Roller hat zwei Räder und kann nach Ansicht seiner
Erfinder als individuelles Transportmittel in typischen Situationen
des Alltags eingesetzt werden, z. B. für die Fahrt von Zuhause bis
zu einer Haltestelle des öffentlichen
Transportmittels (Straßenbahn,
Zug usw.), dann innerhalb von Sekunden zusammengeklappt und als
relativ kleines Handgepäck
in das öffentliche
Transportmittel mitgenommen werden, danach wieder ausgeklappt und weiter
verwendet werden. Somit soll ein wesentlicher Vorteil im Vergleich
zum im allgemeinen sperrigen Fahrrad erreicht werden, dessen Benutzung
in einem solchen Fall oft nicht bequem wäre. Beim Eintreten in die öffentlichen
Gebäude
kann ein kleiner, zusammenklappbarer und nichtmotorisierter Roller
auch mitgenommen werden und muß nicht
wie Fahrrad und motorisierte Transportmittel draußen abgestellt werden.
Beim Transportieren des Rollers in einem Pkw entstehen keinerlei
Probleme, die bei dem Transportieren eines (sogar zusammenklappbaren) Fahrrads
mit dem Auto auftreten; zusätzlich
entsteht die Möglichkeit,
den Treibstoff und die Zeit durch den Verzicht auf einen speziellen
Gepäckträger zu sparen.
Der Roller besitzt aber nicht die zweite und nur teilweise die dritte
der oben erwähnten
Eigenschaften. Für
die Fortbewegung mit diesem Roller braucht man mit einem Fuß auf der
Plattform zu stehen, während
der andere Fuß die
Straßendecke
berührt
und durch einen Stoß den
Roller beschleunigt. Diese Vorgehensweise hat gravierende Nachteile
im Sinne sowohl der Mechanik als auch der Ästhetik der Bewegung:
- – Bei
der regelmäßig, periodisch
erzeugten Triebkraft wird eine schnelle Ermüdung unvermeidbar, denn derartige
physische Belastung des menschlichen Körpers mit dem zur Seite verschobenen Schwerpunkt
und einem im Kniegelenk fast ständig
gebogenen Bein ist anatomisch ungünstig;
- – Die
dabei erzeugte Triebkraft ist trotz des Einsatzes von relativ starken
Muskeln ziemlich gering, da die Länge des Hebels, durch den diese Kraft
auf den Boden wirkt (also das ganze Bein), groß ist;
- – Durch
die aus anatomischen Gründen
begrenzte maximale Geschwindigkeit der Bewegung des Beines bei Stößen ist
die momentane Leistung dabei auch niedrig;
- – Infolge
dessen, daß die
Dauer der Stöße und deren
Häufigkeit
wegen der Ermüdung
ebenso gering sind, ist die in diesem Fall erreichbare durchschnittliche
mechanische Leistung sehr niedrig;
- – Die
Körperbewegung
bei diesem Einsatz ist sogar für
Kinder ziemlich langweilig, und für Erwachsene kann sie kindisch
aussehen.
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Bezüglich der
dritten von den oben erwähnten
Eigenschaften muß bemerkt
werden, daß der Roller
eine auf das hintere Rad wirkende Bremse beinhaltet, die durch das
Betreten des Schutzbleches mit dem Fuß des Benutzers betätigt wird.
Diese Vorgehensweise ist für
die Roller, die mit Antriebspedalen versehen sind, kaum verwendbar,
da die optimal angeordneten Antriebspedale einen ziemlich großen Hub
in ihrem hinteren Bereich aufweisen müssen, damit eine akzeptable
Leistung erzielt werden kann. Unten wird dieses Problem näher betrachtet.
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Es
sind auch ähnliche
Konstruktionen von Rollern und gleichartigen kleinen Transportmitteln bekannt,
die mit mehr als zwei Rädern
ausgestattet sind und dadurch zusätzlich als Gepäckträger bei
Bedarf benutzt werden können
(WO 0 2/45 539 A1,
FR 2
818 100 A1 ,
US
5 820 146 A u. a.).
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In
der Patentliteratur (
US 6 494
470 B2 ;
US
6 485 041 B1 ;
US
6 419 251 B1 ;
US
6 311 998 B1 ;
US 6
270 102 B1 ;
US
6 241 269 B1 ;
US
5 895 065 A ;
US 5
785 331 A ;
US
5 620 189 A ;
US
5 294 140 A ;
US
5 224 724 A ;
US
5 192 089 A ;
US 5 066
031 ;
US 4 861 054 ;
US 4 846 488 u. a.) sind
auch kompliziertere Konstruktionen der mit der Muskelkraft des Benutzers
angetriebenen Roller beschrieben, die einen Mechanismus für die Kraftübertragung
zu den Rädern
beinhalten. Bei der Entwicklung solcher Roller wird versucht, diejenigen
Muskeln und Gelenke des menschlichen Körpers für den Antrieb einzusetzen, die
möglichst
große
mechanische Leistung mit möglichst
niedriger Ermüdung
dauerhaft abgeben können.
Es ist offensichtlich, daß das
Gewicht unter allen von dem menschlichen Körper erzeugten Kräften die am
effektivsten benutzbare Kraft ist. Die Ursache dafür liegt
darin, daß infolge
der Evolution das Tragen des eigenen Gewichts von Menschen wie von
anderen Lebewesen als keine externe, zusätzliche Belastung empfunden
wird, sondern als eine physiologisch normale, natürliche Funktion
des Körpers.
Außerdem ist
diese Kraft eine der größten, die
das Muskelsystem dauerhaft erzeugen kann.
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Die
durch die Wirkung des Gewichts des Benutzers angetriebenen Roller
und ähnliche
kleine Transportmittel sind in US 2003/0025293 A1; US 2002/0036388
A1;
US 6 485 041 B1 ;
US 6 419 251 B1 ;
US 6 241 269 B1 ;
US 5 294 140 A ;
US 5 224 724 A ;
US 5 192 089 A ;
US 5 110 148 A ;
US 5 066 031 ;
US 4 846 488 ;
US 4 186 934 ;
US 3 362 723 ;
US 2 707 112 ;
US 1 574 516 ;
US 1 578 836 ;
US 1 581 168 ;
US 1 571 562 ;
US 1 511 151 ;
US 1 332 185 ;
DE 263 094 C ;
GB 2 371 027 A und in anderen
Literaturquellen beschrieben. Diese Geräte weisen oft ein oder zwei Antriebspedale
auf, die hauptsächlich
mit dem hinteren Rad bzw. mit den hinteren Rädern mechanisch verbunden sind.
Die Verbindung besteht aus mehreren Elementen, die eine periodische
lineare oder innerhalb eines bestimmten Winkels drehende Bewegung
von Antriebspedalen in eine kontinuierliche Rotationsbewegung der
Räder umsetzen.
Zu diesen Elementen gehören
Ketten, Riemen, Zahnräder, Zahnstangen,
Sperräder
u. a. Beispielsweise beinhaltet der mit Muskelkraft angetriebene
Apparat, der in
US 5
294 140 A vorgeschlagen ist, ein Planetengetriebe und eine Überholungsvorrichtung
(Kupplung) pro jedes der zwei Antriebspedale. Das ermöglicht, die Übertragung
der Antriebskraft von den Antriebspedalen zum Antriebsrad zu unterbrechen,
wenn die Antriebspedale nach einer Arbeitsbewegung in die Ausgangsposition
zurückgebracht
werden oder wenn sie während
einer Fahrt nicht oder verhältnismäßig langsam
betätigt
werden. Die genannten Elemente tragen dazu bei, daß der Roller
nicht ausreichend leicht und preiswert wird – zwei wesentliche Nachteile,
wie oben erwähnt
wurde. Der Roller mit dem Antrieb nach dem Patent
US 4 761 014 beinhaltet einen Mechanismus,
der hauptsächlich
aus einem Antriebspedal, einem Sperrad und vier Zahnrädern besteht.
Die mechanische Verbindung des Sperrads mit dem Antriebspedal in
der oberen Endposition des letzteren ist unterbrochen, was das Schieben
des Rollers rückwärts ermöglicht und
dadurch sich von vielen anderen entwickelten Konstruktionen vorteilhaft
unterscheidet. Aus anatomischen und ergonomischen Gründen ist
das Vorhandensein nur eines (wenn auch verstellbaren) Antriebspedals
einer der Nachteile dieser Konstruktion. Das Gewicht des Benutzers
wird dabei nur teilweise in die Antriebsleistung umgesetzt, da einer
seiner Füße immer
auf der Plattform steht. Dieser Nachteil ist auch bei anderen Konstruktionen
mit ähnlicher
Anordnung sowie bei den Konstruktionen vorhanden, bei denen beide Füße des Benutzers
auf den gegenüber
einander liegenden Teilen eines Pedals (d.h. vor und hinter der Drehachse)
bzw. auf zwei miteinander gekoppelten Pedalen stehen (US 2003/0025293
A1; US 2002/0036388 A1;
US
6 419 251 B1 ;
US
6 270 102 B1 ;
US
6 241 269 B1 ;
US
5 110 148 A ;
US 4 186
934 ;
US 3 362 723 ;
US 1 578 836 ;
US 1 511 151 u. a.). Unten wird dieses
Problem in bezug auf andere bekannte Konstruktionen weiter betrachtet.
Ein anderer Nachteil der technischen Lösung nach dem Patent
US 4 761 014 soll das unvermeidliche
lästige
Geräusch
bei jeder schlagartigen Herstellung und Trennung der mechanischen
Verbindung des Sperrads mit dem Antriebspedal sein.
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In
US 5 520 401 A ist
ein Antrieb beschrieben, der zwei Antriebspedale, einen Riemen und
die von diesem Riemen umschlossenen und an das Hinterrad mechanisch
anschließbaren
Scheiben (insgesamt fünf)
beinhaltet. Bei der Betätigung
der Antriebspedale drehen sich die Scheiben periodisch in beide Richtungen,
entsprechend dem momentan eingesetzten Antriebspedal; mittels einer
Sperrvorrichtung wird nur diejenige Scheibe mit dem Hinterrad mechanisch
verbunden, deren Drehrichtung der Fortbewegung des Fahrzeugs entspricht.
Obwohl diese Konstruktion einfacher ist, als die oben erwähnte Konstruktion
nach dem Patent
US 5
294 140 A , weist sie mindestens drei Nachteile auf:
- – Die
Bewegung von beiden Antriebspedalen ist gegenseitig abhängig, d.h.
die Betätigung
eines Antriebspedals in eine Richtung bewirkt zwangsläufig die
Bewegung des anderen Antriebspedals in die andere Richtung, wie
bei dem Kurbelantrieb eines Fahrrads. Dadurch kann der Benutzer
beide Beine nicht gleichzeitig einsetzen, was für die Erzeugung der größeren Triebkraft
zwecks der höheren
Beschleunigung oder des Überwindens
einer Steigung ggf. für
die einfache Abwechslung der Art der Körperbelastung erwünscht wäre. Aus demselben
Grund ist es nicht möglich,
daß der Benutzer
nur mit einem Bein die Triebkraft erzeugt, während sein anderes Bein auf
dem anderen Antriebspedal ohne Bewegung ruht. Der auf das für die Erzeugung
der Triebkraft momentan nicht eingesetzte Bein des Benutzers anfallende Anteil
seines Gewichts wirkt, wie oben beschrieben, entgegen dem anderen,
eingesetzten Bein und bedeutet Verlust der Leistung – wie bei
einem Kurbelantrieb.
- – Ständige Änderung
der Drehrichtung von fast allen mechanischen Teilen des Antriebs
bedeutet ebenso Verlust der Leistung.
- – Es
gibt bei diesem Antrieb keine Vorrichtung, die Geräusche beim
Herstellen und beim Unterbrechen der mechanischen Verbindung zwischen den
Scheiben und dem Hinterrad eliminiert oder reduziert.
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Einige
von den bisher entwickelten Rollern und ähnlichen kleinen Transportmitteln
sind mit den Antriebspedalen versehen, die entweder immer parallel
zur Grundfläche bleiben
(u. a. "Parallelogrammkonstruktionen") oder drehbar um
eine oder zwei Achsen sind, die sich im mittleren oder hinteren
Bereich der Antriebspedale bzw. des Rahmens befinden (
US 6 419 251 B1 ;
US 6 270 102 B1 ;
US 6 241 269 B1 ;
US 5 066 031 ;
US 5 294 140 A ;
US 5 224 724 A ;
US 5 192 089 A ;
US 5 110 148 A ;
US 4 411 442 ;
US 4 186 934 ;
US 3 362 723 ;
US 2 707 112 ;
US 1 573 247 ;
US 1 571 562 u. a.). Die Konstruktionen
der ersten und teilweise der zweiten Art erfordern vom Benutzer
ständige Änderung
der Winkelposition jedes Fußes
in bezug auf das jeweilige Bein, d.h. das Drehen des Fußes im Sprunggelenk.
Diese Änderung findet
bei solchen dauerhaften Bewegungen des menschlichen Körpers, wie
Gehen und Laufen, kaum statt, was sie zu einer zusätzlichen,
ungewöhnlichen mechanischen
Belastung des Körpers
macht. Diese Belastung ist einer der Ermüdungsfaktoren für den Benutzer.
Bei den Konstruktionen der zweiten Art handelt es sich hauptsächlich um
zwei Varianten der Antriebspedale. Bei der ersten Variante ist jedes
Pedal frei drehbar um eine Achse, die normalerweise im mittleren
Bereich des Pedals angeordnet ist. In diesem Fall wird jeder mit
dem Gewicht des Benutzers momentan belastete Fuß durch die Anspannung des Muskelsystems
in einer Winkelstellung in bezug auf das jeweilige Bein gehalten,
bei der eine Stabilisierung der Körperposition des Benutzers
möglich
ist. Durch diese Anspannung steigt unvermeidlich die Ermüdung sowohl
bei der Betätigung
der Pedale in einem Arbeitsgang als auch beim Ruhen auf den Pedalen
(Diese Art der Ermüdung
ist aus dem Fahren eines Fahrrads im Stehen wohl bekannt). Bei der
zweiten Variante steht ein Fuß des
Benutzers immer hinter dem anderen Fuß. Wie bei allen durch die
Wirkung des Gewichts angetriebenen Konstruktionen, muß der Benutzer
sein Gewicht auch in diesem Fall von einem Fuß auf den anderen Fuß ständig verlegen.
Dafür braucht
er seinen Schwerpunkt abwechselnd nach vorne und nach hinten um
einige zehn Zentimeter zu verschieben, indem er entsprechende Muskeln
des Körpers
einsetzt. Obwohl diese Änderung
der räumlichen
Lage des Schwerpunktes ergonomisch günstig zu sein scheint und in
einigen Patentschriften als vorteilhaft dargestellt wurde, ist dieser
Antrieb auch nicht optimal. Einerseits muß bei der Bewertung seiner
Effektivität
berücksichtigt
werden, daß das
Körpergewicht
im physikalischen Sinne nur dann arbeiten kann, wenn das Muskelsystem
ihn zuerst durch das Heben des Körpers überwindet.
Daher ist eine Art Aufsteigen vor der Betätigung der Antriebspedale im
Arbeitsgang unvermeidlich. Bei den hintereinander stehenden Beinen
ist es ungünstig,
weil der Benutzer jedes zweite Mal rückwärts aufsteigen muß. Auch
wenn die Betätigung
der Antriebspedale mit dem hinten stehenden Fuß nur der Rückstellung der Antriebspedale
im "Leerlauf' dient und dabei
keine Übertragung
der Triebkraft stattfindet, ist eine periodische Bewegung des Körpers nach
vorne und nach hinten mit einer relativ hohen Frequenz sehr unbequem
und die umsetzbare mechanische Leistung gering. Andererseits ist
diese Stellung des menschlichen Körpers wenig stabil, wobei eine
Abwechslung der Positionen von beiden Beinen nicht einfach zu realisieren
ist. Eine Entlastung des Sprunggelenks und der entsprechenden Muskeln
des Beines ist bei diesem Antrieb kaum möglich. Zwei Folgen dieser Umstände sind
wiederum niedrige durchschnittliche Leistung und hohe Ermüdung.
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Bei
den Konstruktionen, bei denen ein Antriebspedal in seinem hinteren
Teil mit dem Rahmen bzw. der Plattform gelenkig verbunden ist und
vom Schwerpunkt des stehenden Benutzers so weit nach vorne verschoben
ist, daß die
Betätigung
des Antriebspedals durch die Wirkung nur eines Bruchteils des Gewichts
des Benutzers möglich
ist, geht es um ein sehr zweifelhaftes Konzept (beispielsweise Patente
US 6 270 102 B1 und
US 6 241 269 B1 ).
In solchen Fällen
ist die mechanische Leistung des Antriebs niedrig und die Ermüdung des
Benutzers hoch. Die im Patent
US 6 485 041 B1 beschriebene Konstruktion
beinhaltet zwei Antriebspedale, die mit der Plattform in ihrem vorderen
Teil verschiebbar verbunden und an ihren anderen (hinteren) Enden
mit den Kurbeln durch Zwischenelemente gelenkig verbunden sind.
Die Kurbeln sind an einem Kettenrad angeordnet und ihre Drehbewegungen
werden durch einen für
ein Fahrrad üblichen
Antrieb zum hinteren Rad des Apparats übertragen. Eine ähnliche
Konstruktion ist im Patent
GB
2 371 027 A dargestellt. Aufgrund der aus der anatomischen
Sicht gerechten Anordnung der Antriebspedale werden bei diesen Konstruktionen
die Bewegungen der Beine des Benutzers am wenigsten ermüdend. Aber
auch in diesen Fällen
sind die Bewegungen beider Antriebspedale voneinander abhängig, was
zu den Verlusten an Leistung und zu den erzwungenen Stellungen der Beine
bei der Nichtbetätigung
der Antriebspedale führt
(wie oben beschrieben). Andere Nachteile dieser Konstruktionen,
die hier erwähnt
werden sollten, sind eine wenig stabile Lage des auf zwei Antriebspedalen
hoch stehenden Benutzers (bei dem Vorhandensein von nur zwei Rädern) und
eine zu große,
klobige Gestaltung des Apparats. Der erstere von diesen Nachteilen
ist selbst ein Ermüdungsfaktor
für den Benutzer
und der letztere von denen macht viele vorteilhaften Besonderheiten
eines kleinen Apparats wie Roller zunichte.
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In
US 1 595 462 ist ein Roller
beschrieben, in dem eine Kraftübertragung
zwischen einem Pedal und einem mit dem angetriebenen Sperrad verbundenen
Sperrad durch ein Paar der mit Zähnen
(Klinken) versehenen schwenkbaren und gefederten Hebel stattfindet.
Die Positionen der Hebel und der Zähne in bezug auf das Sperrad
hängen
von mehreren Parametern ab: Beschleunigung des Pedals, dem Bremsmoment
zwischen der die Hebel tragenden Platte und der Welle des angetriebenen
Rads, den Massenträgheitsmomenten
der Bauteile, Stärke
der Feder u. a. Das Funktionieren des Antriebsmechanismus kann u.
U. nicht möglich
sein, weil die Hebel sich nur in einer der Endpositionen befinden,
ohne Herstellung oder Unterbindung einer Kraftübertragung vom Pedal zum Sperrad.
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Der
Apparat nach
US 1 322 185 beinhaltet zwei
Antriebspedale, die mit den hinteren Rädern durch Zahnstangen und
Sperräder
mechanisch verbunden sind. Die speziellen Führungen der Zahnstangen sorgen
dafür,
daß diese
sich von den Sperrädern
bei der Rückstellung
der Antriebspedale entfernen. Dadurch befinden sich die Zahnstangen
in Eingriff mit den Sperrädern
nur bei der Betätigung
der Antriebspedale, was die Übertragung
der Triebkraft zu den Rädern
im Arbeitsgang ermöglicht.
Die Gestaltung des Antriebsmechanismus ist für die Umsetzung einer relativ
großen
Leistung geeignet, da die Antriebskraft mit dem Gewicht des Benutzers
vergleichbar sein kann. Nachteilig in dieser Konstruktion ist, daß eine Unterbrechung
des Arbeitsgangs der Antriebspedale vor dem Erreichen deren niedrigsten Endposition
nicht möglich
ist. Wenn die Zahnstangen sich mit den Sperrädern in Eingriff befinden,
ziehen sie die Antriebspedale beim Drehen der Räder weiter nach unten unabhängig davon,
ob der Benutzer die Antriebspedale betätigt oder nicht. Jeder Gegenstand,
der zufällig
zwischen den Antriebspedalen und dem Rahmen gelangt, kann Unfälle mit
dem Blockieren der Räder
verursachen. Ein anderer Nachteil dieser Konstruktion besteht darin,
daß ein
Arbeitsgang der Antriebspedale nur nach der Vollendung deren Rückstellung
möglich
ist. Das zwingt den Benutzer, darauf aufmerksam zu sein, daß die oberen
Endpositionen der Antriebspedale immer erreicht werden.
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Eine
funktional ähnliche
Konstruktion ist in
DE 263 094
C beschrieben. Anstatt der Zahnstangen verwendet man in
diesem Fall miteinander kinematisch verbundene Klinken, die in jeweiligen
Führungen
geleitet werden und die Sperräder
in einem Arbeitsgang treiben. Bei der Rückstellung der Pedale (bzw.
der Handhebel) werden die Klinken von den Sperrädern entfernt und können in
eine wirksame Lage nur in einer Endposition gebracht werden. Dies bedeutet,
daß bei
einer Unterbrechung der Rückstellung
außerhalb
der Endposition kein Übergang
der Antriebspedale zum Arbeitsgang möglich ist – wie in der oben beschriebenen
Lösung.
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Was
die Steuerung der Roller betrifft, sind die bisher entwickelten
Konstruktionen oft mit einer entweder senkrecht stehenden oder nach
hinten geneigten Lenksäule
versehen, die üblicherweise
mit einem oder zwei vorderen steuerbaren Rädern mechanisch verbunden ist.
Im ersten Fall hat die Längsachse
der Stütze
der Lenksäule
ebenso eine senkrechte Ausrichtung, was für das Laufverhalten des Rollers
wegen des fehlenden Nachlaufs nachteilig ist. Im zweiten Fall nimmt
die Lenkung einen ziemlich großen Anteil
der Länge
des Rollers in Anspruch, was in einem Widerspruch zu den oben im
Punkt
1 erwähnten Eigenschaften
steht. Bei dem Vorhandensein von zwei vorderen steuerbaren Rädern werden überwiegend
Lenkungen verwendet, die mit der schwenkbar angeordneten Plattform
gekoppelt sind bzw. einen nach links und rechts schwenkbaren Hebel
beinhalten, der in seinem unteren Teil mit den die Räder tragenden
Konstruktionselementen gelenkig verbunden ist und deren Steuerung
ermöglicht
(
US 6 398 238 B1 ;
US 6 382 646 B1 ;
US 6 206 388 B1 ;
GB 2 367 540 A ).
Der Hebel wird vom Benutzer entsprechend der gewünschten Fahrtrichtung mit der
Hand gehalten. Bei dieser Vorgehensweise ist eine präzise Steuerung
kaum möglich,
da es für
den Benutzer schwierig ist, die momentane Winkelposition des Hebels während der
Fahrt zu kontrollieren und in eine ausreichend genau reproduzierbare
Beziehung mit dem Einschlag der Räder zu bringen. In anderen
Konstruktionen werden die steuerbaren Räder mit einem drehbaren Lenker
verbunden, so daß eine
genauere Kontrolle über
die Fahrtrichtung des Rollers möglich ist.
Beispielsweise sind die steuerbaren vorderen Räder eines Rollers nach
GB 2 367 541 A durch
ein System von Hebeln, Stangen und Gelenken miteinander verbunden,
das an die Steuerung eines Automobils erinnert. In diesem Fall wirken
die das System bildenden Teile in einer Ebene, was die Verwendung
von relativ einfachen zylindrischen Gelenken ermöglicht. Nachteilig ist dabei,
daß die
Drehachsen der steuerbaren Räder
nur in einer Ebene bewegt werden können, die zur Lenksäule normal
liegt, und daß die
Einschläge
beider Räder
nicht in einem deren Wenderadien entsprechenden Verhältnis zueinander
stehen. Es gibt auch technische Lösungen, bei denen der erste
dieser Nachteile mittels komplizierterer Ausbildung mit mehreren
Kugelgelenken beseitigt wird, dabei aber nimmt der zweite Nachteil
zu (
GB 2 361 682 A ;
GB 2 361 758 A ).
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Der
im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen mit dem Gewicht des Benutzers angetriebenen Roller zu schaffen,
der möglichst
klein und leicht ist, eine hohe Leistung ermöglicht und eine stabile, präzise Steuerung
aufweist. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 und in den
abhängigen
Ansprüchen
aufgeführten Merkmale
gelöst.
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Die
Vorteile des vorgeschlagenen Rollers nach Anspruch 1 und nach abhängigen Ansprüchen 2 bis
35, die im weiteren Text einzeln betrachtet werden, können zusammenfassend
wie folgt dargestellt werden.
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Erstens
ist es möglich,
den Roller aufgrund seines mechanischen Konzepts sowohl als Transportmittel
wie auch als Sportgerät
wie auch als Spielzeug für
Kinder zu gestalten. Die in seinem Antrieb vorgesehene Umsetzung
der Muskelkraft in die Triebkraft des Geräts entspricht der natürlichen
Belastung des menschlichen Körpers
beim Gehen bergauf oder – genauer
definiert – beim
Aufsteigen auf eine Treppe und ist daher sowohl gesundheitsfördernd als
auch wenig ermüdend,
bezogen auf eine bestimmte umgesetzte Leistung. Zu beachten ist
dabei die Entlastung des Sprunggelenks, da dieses nicht mehr um
seine eigenen Achsen gedreht werden muß. Die vorgeschlagene Ausbildung
ermöglicht eine
abwechselnde Belastung des Muskelsystems des Benutzers, denn die
Antriebspedale sind voneinander mechanisch völlig unabhängig. Dies umfaßt die Betätigung der
Antriebspedale mit jedem Fuß nacheinander
(wie es beim Gehen oder beim Laufen an der Stelle stattfindet),
nur mit einem beliebigen Fuß,
während
der andere Fuß auf
dem nicht eingesetzten Antriebspedal ruht, mit beiden Füßen gleichzeitig
(Springen, was für
Kinder attraktiv sein kann), mit keinem Fuß (nur traditionelles Stoßen von
der Straßendecke
oder Ruhen auf den Antriebspedalen); sogar Tanzen als eine Antriebsaktivität kann bei
dem verwendeten Antrieb in Frage kommen. Diese Vielseitigkeit ist
eine Voraussetzung dafür,
daß der
Roller als Transportmittel für
einen dauerhaften Betrieb geeignet ist. Dabei kann die von den Federn
erzeugte Kraft für
die Rückstellung
der Pedale so eingestellt werden, daß die damit verbundene „negative" Leistung wesentlich
geringer als die bei einem Kurbelantrieb auftretende „negative" Leistung sein kann.
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Zweitens
kann der Roller in seinem vorderen Teil mit einer kleinen Plattform
oder einem Bügel
ausgestattet werden, auf denen Gepäck befestigt und mitgeführt werden
kann. Alternativ ist es möglich,
das Gepäck
auf den zusammengedrückten
Antriebspedalen zu plazieren und den Roller von Hand zu ziehen oder
zu schieben, wenn aus irgendeinem Grund mit dem Roller nicht gefahren
werden kann (z.B. durch ungeeignete Straßenbedingungen oder – unter Umständen – innerhalb
von Gebäuden
bzw. bei sehr schwerem Gepäck).
Das macht seinen Einsatz in vielen üblichen Situationen sinnvoll
(beim Einkaufen, in den Bahnhöfen,
Flughäfen
u. a.).
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Drittens
kann der Roller sowohl mit als auch ohne Last auf den Antriebspedalen
vor- und rückwärts gezogen
bzw. geschoben werden, was durch die Abtrennung seines Antriebs
von den Rädern
in den Endpositionen der Antriebspedale möglich ist. Diese Funktion ist
bei dem Einsatz in engen Räumen bzw.
bei der Benutzung des Rollers als Gepäckträger von Bedeutung.
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Viertens
kann der Roller ausreichend leicht und kompakt sein, so daß er im
zusammengeklappten Zustand selbst als ein relativ kleines Gepäckstück entweder
getragen oder auf seinen Rädern
gezogen bzw. geschoben werden kann, was ihn von einem zusammenklappbaren
(faltbaren) Fahrrad vorteilhaft unterscheidet.
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Diese
Einsatzmöglichkeiten
des Rollers sollen dazu beitragen, daß seine Benutzung in einzelnen
Fällen
bequemer als die eines Fahrrads sein kann.
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Unten
sind die vorteilhaften Merkmale des vorgeschlagenen Rollers detailliert
betrachtet.
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Ein
Vorteil des im Anspruch 1 vorgeschlagenen Rollers besteht darin,
daß das
Unterbinden der Kraftübertragung
bei Änderung
der Bewegungsrichtung der Antriebspedale nach deren Betätigung oder Rückstellung
in jeder beliebigen Position der Antriebspedale zwischen deren Endpositionen
dadurch sichergestellt wird, daß die
profilierte Führung
nur im Bereich der Endpositionen auf einen der Hebel einwirkt. Diese
konstruktive Maßnahme
ermöglicht,
daß der
Benutzer des Rollers eine Änderung
der Bewegungsrichtung der Antriebspedale an jeder Stelle zwischen
deren Endpositionen unternehmen kann, ohne dabei die Funktion des
Antriebsmechanismus zu beeinträchtigen.
Für die
Erzeugung der Antriebskraft sind dadurch beliebig abwechselnde Bewegungen
des Körpers
des Benutzers möglich – eine für die Kontinuität der Wirkung
dieser Kraft und für
das Erreichen hoher durchschnittlicher Leistung des Antriebs bedeutende
Besonderheit. Außerdem
kann der Roller sowohl unter der Last als auch ohne sie rückwärts gefahren
bzw. geschoben bzw. gezogen werden. Das ist für die Bequemlichkeit dessen
Benutzung von Bedeutung. Bei diesem Konzept ist die mechanische Verbindung
zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil der Sperrvorrichtung
bei der Rückstellung
der Antriebspedale und an deren Endpositionen immer unterbrochen.
Das bedeutet, daß keine
Kraftübertragung
sowohl von den Antriebspedalen zu dem angetriebenen Rad bzw. den
angetriebenen Rädern
als auch in die Gegenrichtung besteht, während die Antriebspedale zurückgebracht
werden oder sie sich in der unteren oder oberen Endposition befinden.
In den Endpositionen sind die Antriebspedale entweder unter dem
Gewicht des Benutzers (evtl. des Gepäcks oder unter der Wirkung
eines Riegels - s. unten) voll gedrückt oder sind von den Federn
zurückgestellt.
Daher erzeugt die Sperrvorrichtung kein bremsendes Drehmoment und
kein spezifisches Geräusch
im Falle sowohl einer Vorwärts-
als auch einer Rückwärtsbewegung
des Rollers, unabhängig
davon, ob die Antriebspedale gedrückt oder frei sind. Von Bedeutung
ist dabei, daß die
Abtrennung der Antriebspedale vom Antriebsrad bzw. Antriebsrädern an den
Endpositionen der Antriebspedale alleine durch das Erreichen dieser
Positionen stattfindet, während in
jeder Zwischenposition sie nur infolge der Rückstellung der Antriebspedale
unter der Wirkung der Federn entsteht.
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Die
im Anspruch 2 vorgeschlagene Anordnung der Drehgelenke der Antriebspedale
im vorderen Teil des Rollers hat den Vorteil, daß jedes Bein des Benutzers
immer senkrecht zur Ebene der Oberfläche des jeweiligen Antriebspedals
ausgerichtet ist. Wie oben erwähnt
wurde, entspricht diese Ausrichtung einer natürlichen Stellung des Beins
in bezug auf den jeweiligen Fuß beim
Gehen und beim Laufen, so daß der
Benutzer ohne Verlust an Leistung keiner zusätzlichen physischen Belastung
unnötig
ausgesetzt ist.
-
Ein
weiterer Vorteil des Rollers ist seine Ausstattung mit wenigstens
einer Rolle bzw. einem Stift und wenigstens einer ihnen entsprechenden
profilierten Führung
pro jedes Antriebspedal (Anspruch 3). Die Rollen bzw. die Stifte
und die profilierten Führungen
sind an den in bezug auf einander beweglichen Teilen des Rollers
installiert und bestimmen dabei die ganze Kinematik der Veränderung
der gegenseitigen Position dieser Teile und des Abstandes zwischen dem
treibenden und dem getriebenen Teil der Sperrvorrichtung. Das hat
zufolge, daß ein
schlagfreies und geräuscharmes
Funktionieren des Antriebs möglich
ist. Wenn die Antriebspedale sich ihren Endpositionen nähern, kommen
die Rollen bzw. die Stifte in den ersten Kontakt mit den profilierten
Führungen
an einem Punkt, an dem die relative Geschwindigkeit dieser Teile
mit der Tangente zu dem Profil der Führungen einen spitzen, kleinen
Winkel bildet. Dadurch wird der Kontakt zwischen diesen Teilen geräuscharm
hergestellt, da die erwähnte
relative Geschwindigkeit allmählich
und nicht abrupt durch ein schlagartiges Abbremsen auf Null gesetzt
wird. Bei der weiteren Bewegung der Antriebspedale Richtung deren Endposition
vergrößert sich
dieser Winkel allmählich, so
daß die
Veränderung
der gegenseitigen Position des treibenden und des getriebenen Teils
der Sperrvorrichtung entsprechend allmählich und schlagfrei verläuft. Bei
der Bewegung der Antriebspedale in die Gegenrichtung, d.h. von deren
Endpositionen weg, findet ebenso eine allmähliche und daher schlagfreie Änderung
der gegenseitigen Positionen der Teile statt. Unter anderem trägt das dazu
bei, daß die durchschnittliche
Leistung des Rollers steigen kann, da keine Rücksicht auf die Intensität der Betätigung der
Antriebspedale seitens des Benutzers erforderlich ist. Andererseits
wird bei dieser Lösung
die Abnutzung der stark belasteten Bauteile reduziert.
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Die
im Anspruch 4 vorgesehene Gestaltung der Längsachse der Lenksäule in ihrer
Arbeitsposition als einer gebrochenen, aus mindestens zwei Geraden
bestehenden Linie hat den Vorteil, daß die Lenksäule in ihrem unteren, gestützten Teil
nach hinten geneigt ist. Dadurch kann für das steuerbare Rad bzw. für die steuerbaren
Räder mit
einfachen konstruktiven Mitteln ein Nachlauf sichergestellt werden. Im
oberen Teil der Lenksäule
hat sie vorzugsweise senkrechte Ausrichtung, was zu der Kompaktheit
des Rollers beiträgt.
Durch diese Ausführung
ist es möglich,
einen ausreichend großen
Abstand zwischen der Lenksäule
und dem Körper
des Benutzers zu schaffen, was für
eine bequeme und sichere Steuerung von Bedeutung ist. Die bei dieser
Ausführung unvermeidliche
Abweichung der Längsachse
der Lenksäule
von ihrer Drehachse kann ohne weiteres akzeptiert werden, da sie
lediglich zu einer seitlichen Verschiebung des oberen Teils der
Lenksäule
um einige Zentimeter bei Einschlägen
führt.
Dadurch werden weder die Steuerungsfunktionen noch der Fahrkomfort
beeinträchtigt.
Im Gegensatz, eine gewisse Neigung der Lenksäule zur kurveninneren Seite
entspricht der gleichen Neigung des Körpers des Benutzers bei der
Erzeugung der zentripetalen Kraft und soll daher als bequem empfunden
werden.
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Zwei
weitere Vorteile des vorgeschlagenen Rollers sind durch die in den
Ansprüchen
5 und 6 angegebenen Merkmale definiert und betreffen sein Bremssystem.
Die Einrichtung eines Bremspedals im vorderen Teil des Rollers nach
Anspruch 5 beseitigt die Schwierigkeiten, mit denen die Betätigung einer im
hinteren Teil des Rollers installierten Bremse bei dem Vorhandensein
der Antriebspedale verbunden ist. Infolge der Begrenzung der maximalen
Frequenz der Betätigung
jedes Antriebspedals mit ca. 2 s
-1 (aus anatomischen
Gründen)
muß der
minimale Wert des Hubes der Antriebspedale in ihrem mittleren Bereich ca.
120–150
mm betragen, damit eine akzeptable mechanische Leistung erzielt
werden kann. Daher beträgt
der Hub der Antriebspedale in ihrem hinteren Teil mehr als 150 mm,
was eine Betätigung
eines hinten installierten Bremspedals problematisch macht. Bei
der vorgeschlagenen Ausführung
ist eine mittige Anordnung des Bremspedals im vorderen Bereich des
Rollers bevorzugt, bei der dieses von jedem der Füße betätigt werden
kann. Das kann nach dem Wunsch des Benutzers gemacht werden, abhängig von
der momentanen Position der Antriebspedale. Diese technische Lösung ermöglicht eine
kurze Reaktionszeit des Benutzers, eine präzise Dosierung der Bremskraft
und bei Bedarf deren hohen Wert, was zu der Sicherheit des Rollers
beiträgt.
Eine weitere Möglichkeit,
dieses Ziel zu erreichen, ist die Ausstattung des Rollers mit einer
von Hand angetriebenen Bremsvorrichtung (Anspruch 6). Es ist möglich, eine
bereits früher
erarbeitete Bremsvorrichtung im Roller zu verwenden (z. B. nach
US 6 364 070 B1 und
US 6 120 044 A ).
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Die
weiteren Vorteile des vorgeschlagenen Rollers betreffen die im Anspruch
7 angegebenen Merkmale, die sich auf die Ausführung der mechanischen Verbindung
zwischen den Antriebspedalen und dem angetriebenen Rad bzw. den
angetriebenen Rädern
beziehen. Die Umsetzung einer Rotationsbewegung der Antriebspedale
innerhalb eines bestimmten Winkels in beiden Drehrichtungen in eine Rotationsbewegung
der Räder
in einer Drehrichtung wird mittels Triebstangen und Hebel verwirklicht.
Diese Teile sind dafür
miteinander gelenkig verbunden. Die Gestaltung der profilierten
Führungen
als Ausschnitte in den Hebeln oder im Rahmen hat die Vorteile, daß solche
profilierte Führungen
das Gewicht des Rollers verringern und am einfachsten zu realisieren
sind. Ein anderer Vorteil ist die Einrichtung des treibenden Teils
der Sperrvorrichtung auf dem mit den Antriebspedalen gelenkig verbundenen
Hebel; dabei kann der treibende Teil mit dem Hebel eine mechanische
Einheit bilden. Die Form der profilierten Führungen bestimmt das Vorhandensein
der mechanischen Verbindung zwischen den Teilen der Sperrvorrichtung
nur bei der Betätigung
der Antriebspedale und eine schlagfreie Trennung sowie eine schlagfreie
Herstellung dieser Verbindung in der Nähe der Endpositionen der Antriebspedale.
Im Anspruch 8 ist es vorgesehen, daß die Anzahl der profilierten
Führungen
und der Rollen bzw. der Stifte pro Antriebspedal jeweils zwei ist.
Das ist vorteilhaft, weil jede profilierte Führung in einer von zwei Endpositionen
der Antriebspedale in beiden Richtungen eingesetzt werden kann.
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Der
Vorteil des Rollers nach Anspruch 9 besteht darin, daß die Kraftübertragung
zwischen den Antriebspedalen und der Sperrvorrichtung durch die gelenkige
Verbindung einer Triebstange mit je einem Antriebspedal und mit
zwei miteinander ebenso gelenkig verbundenen Hebeln stattfinden
kann, wobei einer der Hebel den treibenden Teil der Sperrvorrichtung
trägt und
der andere Hebel mit dem Rahmen gelenkig verbunden ist. Die gelenkigen
Verbindungen der Hebel miteinander und mit dem Rahmen ermöglichen
ihre Drehbewegungen innerhalb bestimmter Winkel in bezug auf einander
und auf den Rahmen. Von Bedeutung ist dabei das Verhältnis zwischen dem
an den Drehachsen der Gelenke eines der drehbaren Hebel wirkenden
Bremsmoment und dem von der Triebkraft an der jeweiligen Drehachse
erzeugten Drehmoment. Unter dem Begriff "Bremsmoment" ist hier das Drehmoment zu verstehen,
das durch die im Gelenk selbst oder in den mit ihm fest verbundenen Teilen
wirkenden Bremskräfte
(z.B. Reibungskräfte) verursacht
wird. Von diesem Verhältnis
für beide
Gelenke eines der Hebel wird bestimmt, welche Positionen beide Hebel
in bezug auf einander und auf den Rahmen bei der Betätigung bzw.
bei der Rückstellung
der Antriebspedale annehmen. Da einer der Hebel einen treibenden
Teil der Sperrvorrichtung trägt, wird
dadurch bestimmt, ob die mechanische Verbindung zwischen diesem
Teil und dem von ihm getriebenen Teil dieser Sperrvorrichtung besteht
oder nicht.
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Die
im Anspruch 10 vorgeschlagene Anordnung, bei der die Achse eines
der Gelenke der Hebel mit der Drehachse der Sperrvorrichtung zusammenfällt, hat
den Vorteil, daß diese
Konstruktionsvariante die Übertragung
eines größeren Drehmoments
durch die Sperrvorrichtung bei ihren bestimmten Abmessungen ermöglicht und
einfacher als andere Konstruktionsvarianten zu realisieren ist.
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Den
gleichen Vorteil hat die im Anspruch 11 vorgeschlagene Verwendung
einer oder mehrerer gefederter Klinken und eines Sperrads als treibenden und
getriebenen Teil der Sperrvorrichtung.
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Für die Einstellung
des im Anspruch 9 definierten Verhältnisses zwischen dem in einem
Gelenk wirkenden Bremsmoment und dem von der Antriebskraft in diesem
Gelenk erzeugten Drehmoment ist es im Anspruch 12 vorgesehen, daß wenigstens
ein Gelenk mit einer gefederten Bremse versehen ist. Das ist vorteilhaft,
weil dadurch ein korrektes Zusammenwirken von einzelnen Teilen des
Antriebs sichergestellt werden kann.
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Die
im Anspruch 13 vorgesehene Ausführung
der die Sperrvorrichtung tragenden Achse als einer von innen gestützten Hohlwelle
ist deswegen vorteilhaft, weil dabei die höchstmögliche Festigkeit der Vorrichtung
mit ihrem niedrigen Gewicht vereinbart ist. Im Anspruch 14 ist vorgesehen,
daß die Übertragung
der Muskelkraft von dem treibenden zu dem getriebenen Teil der Sperrvorrichtung
durch die zwischen diesen Teilen wirkenden Reibungskräfte stattfinden
kann. Diese Lösung
ist eine Alternative zu der im Anspruch 11 vorgeschlagenen Verwendung der
Klinken und des Sperrads und hat folgende Gründe. Für das Erreichen einer möglichst
hohen durchschnittlichen Leistung ist es erforderlich, daß der Leerlauf
der Pedale vor dem Herstellen und nach dem Trennen der mechanischen
Verbindung zwischen den treibenden und getriebenen Teilen der Sperrvorrichtung
innerhalb eines Arbeitsgangs möglichst
gering ist. Die Ursache sind die begrenzten (aus anatomischen und
physikalischen Gründen)
akzeptablen Werte des Hubes der Antriebspedale bzw. deren Drehwinkel.
Bei der Verwendung eines Sperrades führt diese Anforderung zur möglichst
geringen Teilung der Verzahnung, was in Widerspruch zum relativ
großen
zu übertragenden
Drehmoment steht und eine unerwünschte
Vergrößerung der
Breite und des Gewichts des Mechanismus erfordert. Die Verwendung
der Reibungskräfte
zwischen beiden Teilen der Sperrvorrichtung für die Übertragung der Antriebskraft
schließt
diesen negativen Effekt aus und ermöglicht einen sehr geringen
Drehwinkel der Antriebspedale im Leerlauf (um 2–3°) und ist deswegen vom Vorteil.
Das ist eine Folge aus der Tatsache, daß diese Übertragung in jeder beliebigen
gegenseitigen Winkelposition von beiden Teilen der Sperrvorrichtung
möglich
ist. Die Ausführung
der Sperrvorrichtung nach diesem Prinzip ist in den Ansprüchen 15 und
15 konkretisiert. Der Vorteil der im Anspruch 15 vorgeschlagenen
Ausbildung des getriebenen Teils der Sperrvorrichtung als ein Hohlzylinder,
mit wenigstens einer Oberfläche,
dessen Mantel der treibende Teil kontaktieren kann, besteht in einem
höheren Wert
des von dieser Konstruktion übertragbaren Drehmoments
im Vergleich zu den anderen möglichen
Lösungen.
Eine dazu mit relativ geringen Veränderungen passende industrielle
Lösung
ist die Vorrichtung, die in der Antriebstechnik unter der Bezeichnung „Stieber
Freilaufkupplung" bekannt
ist.
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Damit
eine Führung
des treibenden Teils der Sperrvorrichtung des Rollers nach Anspruch
15 bei der Rückstellung
der Antriebspedale möglich
ist, ist im Anspruch 16 vorgesehen, daß auf diesem Teil und/oder
auf dem ihn tragenden Hebel wenigstens eine Rolle installiert ist,
die sich einer der Oberflächen
des Mantels des im Anspruch 15 vorgeschlagenen Hohlzylinders bei
der Rückstellung
des jeweiligen Antriebspedals bis zum Kontakt nähern und sich bei dessen Betätigung von
dieser Oberfläche
entfernen kann. Dadurch wird eine störende Wirkung der Rolle bei
der Herstellung eines Kontakts zwischen dem treibenden und dem getriebenen
Teil der Sperrvorrichtung und bei der Kraftübertragung ausgeschlossen.
Das ist ein weiterer Vorteil des Rollers mit diesem Antrieb.
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Anspruch
17 bezieht sich auf die Ausführung der
Lenkung des Rollers mit zwei steuerbaren vorderen Rädern. Die
Parallelität
der Längsachsen
der Stützen
der Räder
und der Stütze
der Lenksäule
ermöglicht
eine relativ einfache Konstruktion der Lenkung ohne Verwendung von
Kugelgelenken. Die Verbindung zwischen jedem Lenkhebel der Räder und dem
an der Lenksäule
installierten Lenkstockhebel mittels zweier Spurstangen kann unterschiedlich ausgeführt werden.
Abhängig
von den Winkelpositionen der Drehachsen der Gelenke an den Enden
der Spurstangen in bezug auf die Drehachsen der Lenksäule und
des Führungsgelenks
des jeweiligen steuerbaren Rads sowie von den Abständen zwischen diesen
Drehachsen kann die Reaktion der Räder auf die Drehung der Lenksäule unterschiedlich
stark sein. Dem geringeren Wert des Drehwinkels des kurvenäußeren Rads
beim Radeinschlag im Vergleich zum kurveninneren Rad entspricht
die im Anspruch 17 angegebene Bedingung.
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Damit
die Auswirkung des Nachlaufs auf das Laufverhalten des Rollers ohne
großen
Aufwand optimiert werden kann, ist es im Anspruch 18 vorgesehen,
daß wenigstens
eines von den zwischen der Lenksäule
und jedem der steuerbaren Räder
gelenkig installierten Bauteilen mit einem Ende wenigstens einer
Feder verbunden ist, deren anderes Ende an dem Rahmen befestigt
ist. Die dabei vorgesehene Möglichkeit,
die Spannung der Feder einzustellen, dient dazu, den Geradeauslauf
des Rollers dadurch einstellen zu können. Der Vorteil der in den
Ansprüchen
17 und 18 angegebenen Merkmale besteht also darin, daß die Lenkung
des Rollers ausreichend genaue und leichte, aber keine übertriebene
Reaktion der steuerbaren Räder
auf die Drehung der Lenksäule
ermöglicht,
was zu seiner Laufruhe und seiner Sicherheit beiträgt.
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Weitere
Vorteile der Lenkung sind durch die Merkmale begründet, die
in den Ansprüchen
19 und 20 angegeben sind. Im Anspruch 19 sind die Winkelpositionen
der Drehachsen beider Gelenke des Lenkstockhebels definiert. Die
angegebenen Werte zwischen 0° und
45° in bezug
auf die senkrechte Ebene, in der bei der mittleren Stellung des
Lenkstockhebels die Symmetrieachse der Lenksäule und die mittige Längsachse
des Rahmens liegen, sind eine Voraussetzung für die Erfüllung des im Anspruch 17 definierten
Verhältnisses. Ähnliche
Auswirkung hat die im Anspruch 20 vorgesehene Anordnung der Drehachsen
der Gelenke beider Lenkhebel, die durch den Abstand zwischen diesen
Drehachsen und den Drehachsen der jeweiligen Gelenke des Lenkstockhebels
im Vergleich zum Abstand zwischen den Drehachsen der Lenksäule und
des Führungsgelenks
des jeweiligen Rads definiert ist.
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Der
Vorteil des Rollers nach Anspruch 21 besteht darin, daß die steuerbaren
Räder gefedert
und in der Längsrichtung
der Drehachsen der jeweiligen Führungsgelenke bewegbar
sind, so daß Stöße an kleinen
Unebenheiten der Straßendecke
gedämpft werden
können
(das kann beispielsweise bei einer mit Platten bedeckten Straße auftreten,
wobei es zwischen einzelnen Platten relativ breite und tiefe Fugen gibt).
Damit die Lenkung des Rollers mit zwei steuerbaren vorderen Rädern nach
Anspruch 17 ihre oben beschriebene relativ einfache Konstruktion
in diesem Fall beibehalten kann, müssen die gefederten steuerbaren
Räder entweder
auf den Achsen der Führungsgelenke
der Räder
in der axialen Richtung verstellbar installiert oder an den sie
tragenden Lenkhebeln gelenkig angehängt werden. Allerdings darf
die Federung bei dieser Konstruktion nur einen geringen Hub aufweisen,
um das Laufverhalten des Rollers nicht zu beeinträchtigen.
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Ein
weiterer Vorteil des Rollers ist durch die im Anspruch 22 angegebenen
Merkmale begründet. Es
ist vorgesehen, daß bei
dem Vorhandensein einer Lenksäule
und eines mittig vorne installierten Bremspedals das letztere in
seiner Mitte einen Ausschnitt für
die Durchführung
der Lenksäule
aufweist, so daß die
im Anspruch 5 vorgesehene Möglichkeit,
das Bremspedal von jedem Fuß zu
betätigen,
auch in diesem Fall bewahrt wird. Die Weiterbildung dieser Konstruktion
betrifft die mechanische Verbindung zwischen dem Bremspedal und
dem hinteren Rad des Rollers (Ansprüche 23, 24). Die dabei erzielten
Vorteile bestehen in der konstruktiven Einfachheit und der Effektivität der Bremsung,
mit der Möglichkeit,
die Bremskraft entsprechend der konkreten Situation exakt zu dosieren.
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Noch
ein weiterer Vorteil des Rollers besteht in der Möglichkeit,
seine Lenksäule
zusammenklappbar aus wenigstens zwei Teilen zu gestalten (Anspruch
25). Einer der Teile befindet sich dabei in der auf dem Rahmen installierten
Stütze;
der andere ist mit dem ersten Teil gelenkig verbunden und in bezug auf
den ersten Teil um die Achse des Gelenks drehbar und fixierbar in
einer Ebene installiert, in der die Längsachsen beider Teile liegen.
Das Gelenk kann entweder an der Stelle der Verbindung zwischen dem senkrechten
und dem geneigten Teil der Lenksäule (nach
dem Anspruch 4) wie auch außerhalb
dieser Stelle angeordnet werden. Dieser Vorteil ist dadurch begründet, daß die Höhe des Rollers
im zusammengeklappten Zustand geringer sein kann, als es bei anderen
konstruktiven Varianten vergleichbarer Kompliziertheit wäre. Außerdem ermöglicht diese
Lösung die
im folgenden Text erläuterte
Verwendung des Rollers als eines Gepäckträgers, wenn mit ihm aus irgendeinem
Grund nicht gefahren werden kann.
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Noch
ein weiterer Vorteil des Rollers ist durch die im Anspruch 26 definierten
Merkmale begründet.
Das Vorhandensein des mit dem Rahmen gelenkig verbundenen und in
vorzugsweise zwei Stellungen fixierbaren Bügels stellt die Möglichkeit
sicher, das Gepäck
auf diesem Bügel
zu plazieren und ihn sowohl beim Fahren als auch beim Ziehen oder Schieben
des Rollers zu transportieren. Im zweiten Fall kann es bei dem Vorhandensein
von zwei vorderen Rädern
bequem sein, die Lenksäule
durch das Zusammenklappen in die zum Rahmen ungefähr parallele
Stellung zu bringen und in dieser Position zu fixieren, so daß das Gepäck auf dem
zum Rahmen senkrecht gestellten Bügel plaziert und auf den vorderen
Rädern
des Rollers transportiert werden kann.
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Die
im Anspruch 27 vorgesehene Verstellbarkeit und Fixierbarkeit der
Länge wenigstens
eines der Teile der Lenksäule
ermöglicht
deren Anpassung an die Größe des Benutzers
und ist deswegen auch vorteilhaft. Die konstruktive Ausführung der
Teile für die
Fixierung und Verstellung der Lenksäule können nach den aus der Patentliteratur
bekannten Lösungen
(z. B. Patent
US 6 120
044 A ) gemacht werden. Ein weiterer Vorteil des Rollers
besteht in der Möglichkeit,
die auf die Antriebspedale im ausgeklappten Zustand des Rollers
wirkenden Federn durch ihre Anbindung an die Lenksäule zu entlasten,
wenn die Lenksäule
zusammengeklappt ist (Anspruch 28). Dadurch ist es möglich, das
Zusammenklappen und das Ausklappen des Rollers erheblich zu erleichtern.
Es wird in diesem Fall nicht erforderlich sein, die Antriebspedale
gegen die Wirkung der Federn an den Rahmen zu pressen, da die Federn
nach dem Entriegeln und dem Zusammenklappen der Lenksäule vollständig oder
teilweise entlastet werden. Im Gegensatz dazu wird beim Ausklappen
der Lenksäule
eine allmähliche
Zunahme der Federkraft ein schlagartiges Versetzen der Antriebspedale
in ihre obere Stellung (Arbeitsposition) bei dem Entriegeln der
Antriebspedale verhindern oder wenigstens dämpfen. Die Lenksäule wird
bei dieser Vorgehensweise als ein langer Hebel benutzt, so daß das Überwinden
der Federkraft beim Zusammenklappen des Rollers und bei seinem Ausklappen
ohne großen
Aufwand möglich sein
kann.
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Am
einfachsten ist dabei, die Federn so zu gestalten, daß sie eine
gemeinsame Torsionsfeder bilden, indem ihre inneren Enden miteinander
verbunden sind und der mittlere Abschnitt dieser Torsionsfeder in
Form einer Schleife die Lenksäule
umschlingt (Anspruch 29).
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Im
Anspruch 30 ist es vorgeschlagen, den Rahmen aus zwei in der Längsrichtung
des Rollers angeordneten und somit zueinander parallelen Leichtmetallprofilen
auszuführen,
die miteinander durch andere, schräg zu den ersteren angeordnete Leichtmetallprofile
so verbunden sind, daß sie
ein räumliches
Stabwerk bilden.
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Der
Vorteil dieser Lösung
besteht in der Möglichkeit,
eine sehr hohe Steifigkeit des Rahmens zu erzielen, ohne sein Gewicht
wesentlich zu vergrößern. Die
Steifigkeit des Rahmens, besonders gegen das Verdrehen um die Längsachse
des Rollers, ist für eine
Konstruktion mit zwei seitlich angeordneten Antriebspedalen und
einem hinteren Rad von entscheidender Bedeutung.
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Die
im Anspruch 31 vorgesehene Anordnung wenigstens eines Handgriffs
am Rahmen ermöglicht ein
bequemes Transportieren des zusammengeklappten Rollers, evtl. auf
seinen vorderen Rädern, und
ist deswegen auch vorteilhaft.
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Damit
man das Übersetzungsverhältnis des Antriebs
entsprechend den Straßenbedingungen
und erwünschter
Geschwindigkeit einstellen kann, ist es im Anspruch 32 vorgeschlagen,
den Roller mit einem umschaltbaren Getriebe zu versehen, das an
dem Rahmen zwischen den Antriebspedalen und dem angetriebenen Rad
(Rädern)
bzw. in der Nabe des angetriebenen Rads (der Räder) installiert ist. Der Vorteil
dieser Variante besteht in der Möglichkeit,
sowohl die größeren Steigungen
der Fahrbahn mit dem Roller zu überwinden
als auch eine höhere
Geschwindigkeit beim Fahren auf einer flachen Straße zu erreichen.
So kann man beispielsweise bei einem und demselben Roller zwischen
wenigstens zwei Betriebsarten "Sport" und "Stadtfahrt" mit unterschiedlichen
Werten des Übersetzungsverhältnisses
wählen,
ohne den Antrieb anders zu gestalten. Für das Umschalten des Getriebes
während
der Fahrt ist es im Anspruch 33 vorgesehen, daß der Roller mit einem entsprechenden
Hebel an der Lenksäule
ausgestaltet ist.
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Ein
weiterer Vorteil des Rollers ist durch die im Anspruch 34 angegebenen
Merkmale definiert und besteht in der Möglichkeit, hauptsächlich bei
der Betriebsart "Sport" die durchschnittliche
Leistung des Rollers mittels einer Trimmvorrichtung zu erhöhen. Die
Trimmvorrichtung besteht aus vorzugsweise zwei an den Schultern
des Benutzers oder an anderen Teilen seines Körpers angelegten Riemen oder ähnlichen
Mitteln, die mit dem Rahmen durch die einstellbaren Federn bzw.
Gummischnüre
verbunden werden können.
Dadurch entsteht eine zum Gewicht des Benutzers zusätzliche
regelbare Antriebskraft, was das Erreichen einer wesentlich höheren Geschwindigkeit
bzw. das Überwinden
einer wesentlich steileren Steigung ermöglicht, da das Gesamtgewicht
des Rollers und des Benutzers und somit der Reibungswiderstand praktisch
unverändert
bleibt.
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Die
im Anspruch 35 vorgesehene Ausstattung des Rollers mit einem gefederten
Riegel ermöglicht
ein automatisches Entriegeln der Antriebspedale am Anfang jeder
Fahrt. Der Vorteil dieser konstruktiven Ausführung besteht im folgenden.
Am Anfang jeder Fahrt ohne diesen Riegel wäre es für den Benutzer im allgemeinen
erforderlich gewesen, eines oder beide Antriebspedale zu betreten,
die sich in ihren obersten Stellungen befinden und daher zur waagerechten
Ebene am stärksten
geneigt sind. Dieses Betreten wäre
für den
Benutzer, der abseits des Rollers steht, nicht bequem. Das Vorhandensein
des gefederten Riegels ermöglicht
das Betreten eines oder beider Antriebspedale, die sich in nahezu
waagerechter Stellung befinden und nur dann entriegelt werden, wenn
der Benutzer sie beide weiter nach unten drückt. Das automatische Entriegeln
der Antriebspedale funktioniert also nur unter der Wirkung des Gewichts
des Benutzers auf beide Antriebspedale gleichzeitig. Nach dem Entriegeln
der Antriebspedale bringt die Feder den Riegel in eine Position,
bei der das normale Funktionieren der Antriebspedale während der
Fahrt nicht gestört
wird.
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Einige
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben.
Die Zeichnung zeigt:
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1.
Schematische Darstellung (Seitenansicht) eines Rollers mit zwei
Antriebspedalen, zwei vorderen steuerbaren Rädern und einem hinteren Antriebsrad.
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2.
Draufsicht desselben Rollers.
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3.
Ausführung
des Antriebs eines Rollers mit einer Sperrvorrichtung aus einem
Sperrad, einer Klinke, zwei drehbaren Hebeln und zwei profilierten
Führungen
an einem der Hebel pro jedes Antriebspedal.
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4.
Ausführung
des Antriebs eines Rollers mit einer Sperrvorrichtung aus einem
Hohlzylinder, einem in diesem Hohlzylinder angeordneten treibenden
Klemmkörper
und zwei drehbaren Hebeln pro jedes Antriebspedal.
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5.
Schema der mechanischen Verbindung zwischen dem Lenkstockhebel und
dem Lenkhebel eines steuerbaren Rads bei dem Roller mit zwei steuerbaren
vorderen Rädern.
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6.
Eine Ausführung
der zusammenklappbaren Lenksäule.
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7.
Einrichtung der steuerbaren vorderen Räder mit Federung.
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8.
Schema der mechanischen Verbindung zwischen dem Bremspedal und dem
hinteren Rad.
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Der
auf der Zeichnung dargestellte Roller beinhaltet einen T-förmigen Rahmen 1,
der im wesentlichen aus drei Balken (Leichtmetallprofile) gebildet
ist (1, 2). An den Enden des vorderen
Balkens, der senkrecht und symmetrisch zu den anderen zwei Balken
angeordnet ist, sind zwei steuerbare Räder 2, 3 installiert.
Auf demselben Balken sind die Drehachsen 4 von zwei Antriebspedalen 5, 6 eingerichtet.
In der Mitte des Balkens ist die Stütze 7 der Lenksäule 8 installiert,
die Stützen 9, 10 (Führungsgelenke)
der Räder 2, 3 sind über diesen
Rädern
angeordnet, wobei die Längsachsen
der Stützen 7, 9, 10 zueinander parallel
sind und in bezug auf eine zum Boden senkrechte Ebene leicht nach
hinten geneigt sind (einige Grad), was einen Nachlauf der Räder 2, 3 ermöglicht. Über der
Stütze 7 der
Lenksäule 8 befindet
sich ein Bremspedal 11, das auf das am anderen, hinteren Ende
des Rahmens 1 installierte Antriebsrad 12 wirken
kann. Die Antriebspedale 5, 6 können innerhalb eines
bestimmten Winkels (bevorzugt ist der Winkel um 25°) um die
Drehachsen 4 gedreht werden. Bei dem ausgeklappten Zustand
des Rollers befinden sie sich in der oberen Endposition unter der
Wirkung der Federn 13, 14.
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Jedes
Antriebspedal 5, 6 ist mit einem Ende der jeweiligen
Triebstange 15 gelenkig verbunden, deren anderes Ende mit
einem Hebel 16 ebenso gelenkig verbunden ist (3, 4).
Der Hebel 16 ist durch ein Gelenk 17 mit einem
anderen Hebel 18 verbunden, der ein zweites Gelenk 19 zwischen
ihm und dem Rahmen 1 aufweist, wobei die Drehachse des Gelenks 19 mit
der Längsachse
einer Hohlwelle 20 zusammenfällt. Der Hebel 16 trägt einen
treibenden Teil 21 (Klinke oder Klinken bei einem Sperrad
bzw. Klemmkörper
bei einer Freilaufkupplung) der Sperrvorrichtung, deren getriebener
Teil 22 als ein (pro jedes Antriebspedal) auf der Hohlwelle 20 angeordnetes
Sperrad bzw. ein Hohlzylinder ausgeführt ist. Die Klinke bzw. die
Klinken stehen in bezug auf den sie tragenden Hebel 16 in
einer bestimmten Position unter der Wirkung der Feder 23.
Die Hohlwelle 20 ist auf den Lagern 24 installiert,
deren inneren Ringe auf einer Welle verschiebbar angeordnet sind,
wobei die Welle mit dem Rahmen 1 durch die Zapfen 25 fest verbunden
ist (Zentrierung der Lager über
deren Sitze in der Hohlwelle 20). Das auf den Hebel 18 im
Gelenk 19 wirkende Bremsmoment kann mittels der auf der
Welle installierten und gegen das Durchdrehen abgesicherten Scheiben 26 mit
Muttern 27 und Feder 28 eingestellt werden. Diese
Anordnung ermöglicht die
Verwendung nur einer Feder 28 mit den Muttern 27 für die Einstellung
des Bremsmoments in den Gelenken 19 für beide Antriebspedale 5, 6.
Es kann selbstverständlich
auch eine symmetrische Anordnung gleicher Bauteile an beiden Seiten
der Hohlwelle 20 verwendet werden. Auf der Hohlwelle 20 ist
ein führendes
Kettenrad 29 angeordnet, das durch die Kette 30 mit
einem geführten
Kettenrad 31 verbunden ist. Das letztere ist auf der Achse
des Antriebsrads 12 des Rollers installiert. Abhängig von
der erwünschten
maximalen Geschwindigkeit des Rollers und der von ihm erzeugten
maximalen Triebkraft wird die Übersetzungszahl
des Antriebs und der Durchmesser des Antriebsrads 12 bestimmt.
Es kann zweckmäßig sein,
eine zweite Stufe des Kettenantriebs zu verwenden, um das erforderliche
Verhältnis zwischen
der Geschwindigkeit und Triebkraft bei einem relativ kleinen Durchmesser
des Antriebsrads 12 zu erzielen (zusätzliche Anordnung von zwei
auf einer Welle installierten Kettenrädern; diese Lösung ist
auf der Zeichnung abgebildet). In diesem Fall ist das führende Kettenrad 29 auf
der Hohlwelle 20 mittig installiert.
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Der
Hebel 16 weist zwei profilierte Führungen 32 und 33 auf,
die als Ausschnitte in diesem Hebel ausgeführt sind. Wenn ein oder beide
Antriebspedale 5, 6 sich in der oberen A oder
in der unteren C Endposition befinden, greift der Hebel 16 mit
diesen Ausschnitten auf die auf dem Rahmen 1 installierten Rollen
bzw. Stifte 34 und 35, was sein Drehen um die Achse
des Gelenks 17 verursacht; dadurch wird der Abstand zwischen
den beiden Teilen 21, 22 der Sperrvorrichtung
vergrößert, weil
der Hebel 16 einen von diesen Teilen trägt, und zwar den treibenden
Teil 21. Befinden sich die Antriebspedale 5, 6 dagegen
in einer Zwischenposition B und wird die Druckkraft von ihnen durch
die Triebstange 15 dem Hebel 16 übertragen,
besteht ein Kontakt zwischen dem treibenden 21 und dem
getriebenen 22 Teil der Sperrvorrichtung. Dieser Kontakt
wird dadurch verursacht, daß der
Hebel 16 unter der Wirkung der Druckkraft sich um die Achse
des Gelenks 17 zurückdrehen
kann, wodurch der treibende Teil 21 in die entsprechende
Position in bezug auf den getriebenen Teil 22 gebracht
werden kann. Wird dagegen von den Antriebspedalen 5, 6 durch
die Triebstange 15 eine Zugkraft dem Hebel 16 übertragen,
was bei der Rückstellung
der Antriebspedale der Fall ist, wird der Abstand zwischen den Teilen 21, 22 vergrößert und
wird die Kraftübertragung zwischen
diesen Teilen nicht möglich
sein, unabhängig
von der relativen Geschwindigkeit dieser Teile in bezug auf einander.
Diese Reaktionen des Hebels 16 auf den Wert der von der
Triebstange 15 auf diesen Hebel übertragenen Kraft finden deswegen
statt, weil der Wert des im Gelenk 19 wirkenden Bremsmoments
mittels der oben beschriebenen Teile 26–28 ausreichend hoch
eingestellt ist, so daß jede Änderung
der Position des Hebels 18 in bezug auf den Rahmen 1 nur
bei dem Erreichen des vom Hebel 16 auf den Hebel 18 übertragenen
Drehmoments höher als
das im Gelenk 19 eingestellte Bremsmoment möglich ist.
Außerhalb
der Bereiche in der Nähe
der Endpositionen der Antriebspedale 5, 6, in
denen die profilierten Führungen 32, 33 mit
den Rollen bzw. Stiften 34, 35 in Kontakt stehen,
befindet sich der Hebel 16 in einer von seinen Endpositionen
in bezug auf den Hebel 18, wenn der letztere sich um die
Achse des Gelenks 19 dreht.
-
Die
Lenksäule 8 trägt einen
Lenkstockhebel 36 mit zwei symmetrisch angeordneten Gelenken 37, 37a,
die mit Spurstangen 38, 38a verbunden sind. An ihren
anderen Enden sind die Spurstangen 38, 38a durch
die Gelenke 39, 39a mit den Lenkhebeln 40, 40a der
steuerbaren vorderen Räder 2, 3 verbunden. Die
Räder 2, 3 sind
auf den Konsolen 41, 42 gelagert, die sich um
die Achsen der Führungsgelenke 9, 10 drehen
können.
Die gegenseitigen Winkelpositionen der Gelenke 37, 39 an
einer Seite und der Gelenke 37a, 39a an der anderen
Seite der Lenkung sowie die Längen
der Spurstangen 38, 38a und die Abstände zwischen
den Drehachsen der Führungsgelenke 9, 10 und
der Lenksäule 8 entsprechen
den in den Ansprüchen
17, 19, 20 definierten geometrischen Beziehungen und ermöglichen
einen zunehmend größeren Einschlag
des kurveninneren Rads im Vergleich zum kurvenäußeren Rad bei der Betätigung des
Lenkers. Nach der Festlegung der Abmessungen der Bauteile des Rollers
kann annähernd
die Annahme gemacht werden, daß es
bei jeder Kurvenfahrt eine zum Boden senkrechte Gerade gibt, mit
der sich die Verlängerungen
der Drehachsen aller Räder schneiden.
Die Wirkung der Lenkung ist aus der Zeichnung (5)
ersichtlich. Die Zeichnung zeigt die Ansicht der Lenkung schräg von oben
gesehen, so daß die
Sehrichtung der Längsachse
der Stütze 7 parallel
ist.
-
Bei
den gleichen absoluten Werten der Drehwinkel γ und δ der Lenksäule
8 und des Lenkstockhebels
36 nach
rechts und links von der mittleren Stellung werden die bei der gezeigten
Anordnung erreichten Drehwinkel α, β der Lenkhebel
und der Räder
2,
3 für das kurvenäußere und
das kurveninnere Rad unterschiedlich, so daß das im Anspruch 17 als Bedingung
angegebene Verhältnis
erfüllt ist.
-
Dieses
Verhältnis
bedeutet, daß der
Drehwinkel des kurveninneren Rads bei einem Einschlag des Lenkers
größer ist
als der des kurvenäußeren Rads,
was für
ein normales Laufverhalten des Rollers beim Abbiegen erforderlich
ist. Die angegebenen Zusammenhänge
bestehen aufgrund der konstanten Krümmung eines Kreisbogens und
der konstanten Länge
jeder Spurstange
38,
38a. Es soll bemerkt werden,
daß die
auf der
5 gezeigten geometrischen Verhältnisse
nicht den realen Abmessungen von den Bauteilen eines Rollers entsprechen
und lediglich dazu dienen, die prinzipielle Wirkung einer solchen
Steuerung ersichtlich zu machen. In der Realität ist der Unterschied zwischen
den Drehwinkeln beider Räder
viel geringer als es gezeigt ist (für einen Roller mit dem Verhältnis Breite
zu Länge
ca. 0,3 beträgt
der Unterschied bei dem kleinsten akzeptablen Wenderadius 15–20%). Durch
die Auswahl der konkreten geometrischen Verhältnisse zwischen einzelnen
Parametern (Größen der
Bauteile) kann der konkrete Wert der Ableitung
und somit der kleinste Wenderadius
sowie die Empfindlichkeit der Räder
zur Betätigung
des Lenkers abgestimmt werden.
-
Um
die Wirkung des Nachlaufs der Räder 2, 3 bei
deren Rückstellung
nach einer Kurvenfahrt in die mittlere Position zu verstärken, können an
der Lenkung, beispielsweise zwischen dem Lenkstockhebel 36 und
dem Rahmen 1, eine oder mehrere Zugfedern 43 angeordnet
werden. Auf der Zeichnung ist die Lösung mit zwei Zugfedern 43 dargestellt,
je eine pro Seite, wobei wenigstens eine von diesen Federn für das Justieren
des Geradeauslaufs einstellbar ist. Die Zugkraft der Federn 43 wird
so eingestellt, daß einerseits
das Anlegen keiner allzu großen
Kraft an die Lenkung bei einer Kurvenfahrt erforderlich ist und
andererseits eine sichere selbständige
Rückstellung
der Räder 2, 3 in
die mittlere Position nach der Kurvenfahrt stattfindet. Die Lenksäule 8 kann
sich in einer Ebene um die Achse 44 drehen und in wenigstens
zwei Stellungen (waagerechte und senkrechte bei der mittleren Stellung
der Räder 2, 3)
fixiert werden. Eine der möglichen
Ausführungen
der gelenkigen Verbindung zwischen den Teilen der Lenksäule 8 ist
auf der 6 gezeigt. Am unteren Ende des
drehbaren Teils der Lenksäule 8 sind
zwei mit ihr fest verbundene Segmente 45 angeordnet. Zwischen
den Segmenten 45 befindet sich die Lasche 46,
die in einem Bolzen 47 ausgefräst ist und durch die Achse 44 mit
den Segmenten 45 und der Lenksäule 8 drehbar verbunden
ist. In der Lasche sind zwei keilförmige Ausfräsungen 48, 49 vorhanden,
die zueinander um 90° versetzt
sind. Der nach unten und nach vorne gerichtete zylindrische Abschnitt
des Bolzens 47, der den geneigten Teil der Lenksäule 8 bildet,
ist in der Stütze 7 drehbar
gelagert. Die Teile 7, 8, 44–49 weisen
ausreichend hohe Festigkeit auf, um die bei dem Betrieb des Rollers
entstehenden mechanischen Belastungen (in erster Linie Biegebeanspruchungen
der Lenksäule 8)
ohne unzulässige
Verformungen auszuhalten.
-
Über der
Lasche 46 ist ein Körper 50 angeordnet,
der mit einer zylindrischen Oberfläche 51 im Rohr der
Lenksäule 8 gleiten
kann und eine andere zylindrische Oberfläche 52 aufweist, die
sich in einer Druckfeder 53 befindet. Im unteren Teil des
Körpers 50 ist
eine keilförmige
Lasche 54 ausgefräst,
die mit den Ausfräsungen
der Lasche 46 unter der Wirkung der Druckfeder 53 in
Eingriff kommen und somit die gegenseitigen Positionen beider Abschnitte
der Lenksäule 8 ohne
Spiel fixieren kann. Die Druckfeder 53 ist von oben mit
einem Ring 55 gehalten, der mit dem Rohr der Lenksäule fest
verbunden ist. An zwei einander gegenüber liegenden Stellen des Körpers 50 sind
Stifte 56 angeordnet, jeder von denen in dem jeweiligen
Schlitz im Rohr der Lenksäule 8 gegen
die Wirkung der Feder 53 von Hand nach oben bewegt werden
kann, wodurch die Lasche 54 aus einer der Ausfräsungen 48, 49 herausgenommen
werden kann. Unter der Wirkung der Feder 53 kann der vorher
nach oben geschobene und danach frei gelassene Körper 50 bei dem Zusammenfallen
jeder Ausfräsung 48, 49 mit
der Lasche 54 während
des Drehens der Lenksäule 8 um
die Achse 44 die Lenksäule 8 fixieren.
-
Es
ist auch möglich,
eine andere konstruktive Ausführung
der gelenkigen Verbindung zwischen den Teilen der Lenksäule 8 zu
verwenden (z. B. nach US 2002/0096847 A1).
-
Auf
der 7 ist die Einrichtung der Gelenke eines vorderen
Rads mit Federung für
den Roller mit zwei steuerbaren vorderen Rädern 2, 3 gezeigt.
Der Lenkhebel 40, 40a ist in diesem Fall mit einem
Hebel 57 gelenkig verbunden, der gleichzeitig die Halterung des
Rads 2, 3 ist. Zwischen den beiden Hebeln 40 bzw. 40a und 57 ist
eine Druckfeder 58 installiert, die ein Spiel um ein paar
Zentimeter bei der Änderung der
Last von Null bis zur maximalen Belastung des Rollers ermöglicht.
Das Spiel kann durch einen Begrenzer 59 eingestellt werden.
Für die
Dämpfung
der Schläge
beim Erreichen der Endpositionen des Hebels 57 sind die
Gummischeiben 60 vorgesehen. Eine ausreichende Breite der
Hebel 40 bzw. 40a und 57 (d.h. die Länge der
Achse des diese Hebel verbindenden Gelenks 61) stellt die
erforderliche Steife der Verbindung sicher.
-
Das
Bremspedal 11 kann sich um die auf dem Rahmen 1 installierte
Achse 62 drehen und mittels eines Seilzugs 63 gegen
die Zugkraft einer Rückholfeder 64 einen
auf der Achse 65 installierten Hebel 66 (aber
auch mehrere Hebel der gleichen Funktion) betätigen (8). Für die Einstellung
der Bremse ist eine Schraube 67 vorgesehen. Es ist auch
möglich, den
Roller mit einer von Hand angetriebenen Bremse zu versehen, wobei
der Handgriff 68 an dem Lenker befestigt werden kann (bekannte
Lösung).
-
Der
Rahmen 1 weist in seinem unteren Teil vorne und hinten
insgesamt vier mit den in der Längsrichtung
des Rollers angeordneten Balken fest verbundene Stege 69 auf,
an deren äußeren Enden
die Enden der Seiten eines kreuzförmigen Verstärkungselementes 70 befestigt
sind (1, 2). Dabei bilden die in dem
Rahmen 1 verwendeten Balken eine räumliche Konstruktion mit starren,
einem Stabwerk ähnlichen
Strukturen, deren Querschnitte hohe Werte der Trägheitsmomente aufweisen. Dadurch
wird die Steifigkeit des Rahmens gegen Biege- und Torsionsbeanspruchung
wesentlich vergrößert bei
einer nur mäßigen Vergrößerung der
Masse des Rahmens. Wie oben bereits erläutert wurde, ist diese Maßnahme deswegen
erforderlich, weil der Rahmen des Rollers mit dem vorgeschlagenen
Antrieb sehr stark belastet ist, so daß eine ausreichende Steifigkeit
des Rahmens bei anderen Lösungen
nur mit einer inakzeptablen Erhöhung
des Gewichts oder der Kosten erzielt werden könnte. Zusätzlich dient die Anordnung
des Verstärkungselements 70 im
unteren Teil des Rahmens 1 dem Schutz des Antriebsmechanismus
gegen Beschädigung
durch die Fremdkörper zwischen
dem Rahmen 1 und dem Boden. Der Roller kann mit einem gefederten
Riegel 71 ausgestattet werden, der die Antriebspedale 5, 6 in
ihrer unteren Position halten kann und somit die Benutzung des Rollers
komfortabler macht. In diesem Fall werden die Antriebspedale 5, 6 an
ihren freien Enden mit den Halterungen 72 versehen, in
die der Riegel 71 eingeführt werden kann, wenn die Antriebspedale 5, 6 in ihre
nahezu unterste Stellung gebracht werden (in dieser Position ist
der Riegel 71 auf der Zeeichnung mit einer gestrichelten
Linie gezeigt). Im Betriebszustand des Rollers befindet sich der
Riegel 71 unter der Wirkung der Feder 73 in der
Position, die mit der durchgezogenen Linie gezeigt ist.
-
Im
vorderen Teil des Rollers ist ein Bügel 74 für die Aufstellung
des Gepäcks
gelenkig installiert, der vorzugsweise in zwei Stellungen D, E mit
bekannten Mitteln fixierbar ist. Die erste von diesen Stellungen
entspricht dem ausgeklappten Zustand des Bügels 74, bei dem das
Gepäck
während
der Fahrt mitgeführt
werden kann. Die zweite Stellung ist für die Fahrt ohne Gepäck oder
für das
Transportieren des Gepäcks
ohne Fahrt vorgesehen. Selbstverständlich kann schweres Gepäck auch
auf den Antriebspedalen anstelle des Benutzers plaziert und auf drei
Rädern
transportiert (gezogen oder geschoben) werden.
-
Die
im Anspruch 35 vorgeschlagene Trimmvorrichtung dient zur Erhöhung der
Leistung des Rollers. Bei der Verwendung dieser Vorrichtung kann
die auf die Pedale wirkende Antriebskraft über das Gewicht des Benutzers
hinaus erhöht
werden. Diese Option ist für
einen bestimmten Kreis von geübten Benutzern
des Rollers vorgesehen.
-
Der
Roller funktioniert folgendermaßen.
Die zuerst zusammengeklappte Lenksäule 8 wird durch das
Ziehen der Stifte 56 von Hand nach oben (Richtung Handgriffe
der Lenkung) entriegelt und in die senkrechte Stellung mit freigelassenen
Stiften 56 gebracht. Bei dem Erreichen der senkrechten
Stellung wird die Lenksäule 8 durch
die Wirkung der Feder 53 auf dem Körper 50 automatisch
fixiert. In der Ausgangsposition werden die Antriebspedale 5, 6 von dem
Riegel 71 in ihren untersten (waagerechten) Stellungen
gehalten. Man beginnt eine Fahrt, indem man einen Fuß auf ein
oder beide Antriebspedale 5, 6 stellt und mit
dem anderen, auf dem Boden stehenden Fuß den ersten Stoß erzeugt.
Die andere mögliche
Vorgehensweise besteht darin, daß man beide Füße auf die
Antriebspedale 5, 6 stellt, ohne einen Stoß vorher
zu erzeugen. Die erste Variante ist bevorzugt, weil der Mechanismus
dabei weniger als bei der zweiten Methode beansprucht wird. Nachdem beide
Antriebspedale durch das Gewicht des Benutzers belastet werden,
werden sie automatisch entriegelt (der Riegel 71 wird von
den Halterungen 72 an den Antriebspedalen 5, 6 befreit
und dreht sich unter der Wirkung der Feder 73 in die auf
der Zeichnung mit der durchgezogenen Linie gezeigte Position). Um zu
fahren, betätigt
der Benutzer die Antriebspedale 5, 6. Die Art
der Betätigung
der Antriebspedale 5, 6 seitens des Benutzers
darf beliebig sein, von Bedeutung ist lediglich die Bewegung eines
oder beider Antriebspedale 5, 6 innerhalb des
für ihre
Drehung vorgesehenen Winkels zwischen den Endpositionen A, C. Bei dieser
Bewegung drückt
eine Triebstange 15 auf den jeweiligen Hebel 16,
wodurch er sich nach unten bewegt und gleichzeitig um die Achse
des Gelenks 17 dreht, entsprechend dem Kontakt seiner profilierten Führung 32 mit
einer der Rollen oder einem der Stifte 34. Dadurch nähert sich
der auf dem Hebel 16 installierte treibende Teil 21 der
Sperrvorrichtung dem getriebenen Teil 22, bis eine mechanische
Verbindung zwischen beiden Teilen hergestellt wird und der Hebel 16 eine
von seinen Endpositionen in bezug auf den Hebel 18 erreicht
hat. Danach beginnt sich der Hebel 18 um die Achse des
Gelenks 19 zusammen mit dem Hebel 16 zu drehen,
da das Antriebsmoment viel höher
als das im Gelenk 19 eingestellte Bremsmoment ist. Die
Sperrvorrichtung überträgt in diesem Zustand
die Antriebskraft von dem momentan betätigten Antriebspedal 5, 6 durch
die Kette 30 und Kettenräder 29, 31 zu
dem Antriebsrad 12. Dadurch wird der Roller beschleunigt.
In der Nähe
der untersten Stellung des Antriebspedals 5, 6 greift
der Hebel 16 mit dem Ausschnitt (profilierte Führung) 33 auf
die Rolle (Stift) 35 und wird dadurch in die Gegenrichtung im
Vergleich zu der oben beschriebenen Situation um die Achse des Gelenks 17 gedreht.
Dabei trennen sich der treibende 21 und der getriebene 22 Teil
der Sperrvorrichtung voneinander, so daß die Übertragung der Antriebskraft
zum Antriebsrad 12 nicht mehr stattfindet. In der untersten
Position der Antriebspedale 5, 6 werden sie vom
Antriebsrad 12 mechanisch abgetrennt, so daß der Roller
ohne Verluste der Energie durch Reibung in den Teilen der Sperrvorrichtung,
in erster Linie zwischen den Teilen 21, 22, gefahren
werden kann. Eine evtl. erforderliche Rückwärtsfahrt ist in beiden unteren
und oberen Endpositionen der Antriebspedale 5, 6 durch
diese Abtrennung möglich.
Wenn ein oder beide Antriebspedale 5, 6 vom Druck
seitens des Benutzers befreit werden, stellen die Rückholfedern 13, 14 die
Antriebspedale in ihre obere Endposition zurück. Unter der Wirkung der durch
die Triebstangen 15 zum Hebel 16 dabei übertragenen
Zugkraft bleibt der Hebel 16 in bezug auf den Hebel 18 in
der bereits erreichten Position, bei der der treibende Teil 21 der
Sperrvorrichtung von dem getriebenen Teil 22 maximal entfernt
ist. Das Erhalten dieser gegenseitigen Stellung beider Hebel 16, 18 ist
wiederum durch die Wirkung des am Gelenk 19 eingestellten
Bremsmoments möglich.
Dadurch kann sichergestellt werden, daß kein den Roller abbremsendes
Zusammenwirken der beiden Teile 21, 22 auch bei
der Rückstellung
der Antriebspedale 5, 6 stattfindet. Wird das
jeweilige Antriebspedal 5, 6 vor dem Erreichen
seiner oberen Endposition nicht betätigt, bleibt die vorher erreichte
gegenseitige Stellung der Hebel 16, 18 bis zum
Erreichen dieser oberen Endposition unverändert. Wird dagegen das jeweilige
Antriebspedal 5, 6 vorzeitig (vor dem Erreichen
der oberen Endposition) betätigt,
stellt sich eine mechanische Verbindung zwischen dem treibenden 21 und
dem getriebenen 22 Teil der Sperrvorrichtung ein, allerdings
ohne Wirkung der profilierten Führungen;
dadurch ist eine weitere Kraftübertragung
zum Antriebsrad 12 möglich.
Wird ein Antriebspedal 5, 6 während der Fahrt ohne Betätigung in
einer Zwischenposition gehalten, wird der treibende Teil 21 der Sperrvorrichtung
vom getriebenen Teil 22 überholt, was durch den Abbruch
der Kraftübertragung
zwischen beiden Teilen möglich
ist (das ist eine triviale Funktion einer Sperrvorrichtung). Wenn
dieses Antriebspedal danach nicht nach unten gedrückt, sondern
vom Druck des Fußes
befreit wird, wird die mechanische Verbindung zwischen den Teilen 21, 22 abgebrochen,
bevor das Antriebspedal 5, 6 in seine obere Endposition
gebracht wird. Das geschieht durch die Wirkung des eingestellten
Bremsmoments im Gelenk 19, wie oben beschrieben. Die profilierten Führungen 32 und 33 üben also
die Funktionen aus, die sich voneinander in dem unterscheiden, daß die obere
Führung 32 hauptsächlich bei
der Herstellung und die untere Führung 33 hauptsächlich bei
der Trennung der mechanischen Verbindung zwischen den Teilen 21, 22 der
Sperrvorrichtung während
der Betätigung
der Antriebspedale 5, 6 eingesetzt wird.
-
Die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
des Rollers stellen nur einen kleinen Anteil von den prinzipiell
möglichen
Ausführungen
mit verschiedenen Optionen dar und dienen lediglich dem besserem
Verständnis
der Ansprüche.
Beispielsweise kann die Übertragung
der Triebkraft von den Antriebspedalen zu den Rädern nicht mittels Kettenräder und
einer Kette, sondern mittels Zahnriemen mit Scheiben oder Zahnräder verwirklicht
werden. Der Roller kann nicht mit einem, sondern mit zwei hinteren
Rädern ausgestattet
sein, was bei bestimmten Abmessungen höhere Stabilität bei einer
Kurvenfahrt als Vorteil bringen würde. Er kann auch mit einem
kleinen, in der Fahrradtechnik üblichen
Generator für
die Speisung der Beleuchtung ausgestattet werden.
-
Die
Erprobung des gebauten Prototyps des Rollers mit verschiedenen konstruktiven
Ausführungen
der Sperrvorrichtung hat gezeigt, daß das beste Ergebnis mit einer
Freilaufkupplung erzielt werden kann, die auf 4 abgebildet
ist.
-
- 1
- Rahmen
- 2,
3
- vordere
steuerbare Räder
- 4
- Drehachsen
der Antriebspedale
- 5,
6
- Antriebspedale
- 7
- Stütze der
Lenksäule
- 8
- Lenksäule
- 9,
10
- Stützen (Führungsgelenke)
der Räder 2, 3
- 11
- Bremspedal
- 12
- hinteres
Rad
- 13,
14
- Federn
der Antriebspedale
- 15
- Triebstangen
- 16
- der
erste Hebel
- 16a
- Rolle
- 17
- das
erste Gelenk
- 18
- der
zweite Hebel
- 19
- das
zweite Gelenk
- 20
- Hohlwelle
- 21
- der
treibende Teil
- 22
- der
getriebene Teil
- 23
- Feder
der Klinke
- 24
- Lager
- 25
- Zapfen
- 26
- Scheibe
der Bremse
- 27
- Gegenmutter
- 28
- Feder
der Bremse
- 29
- das
führende
Kettenrad
- 29a
- dasselbe,
bei der zweiten Stufe des Kettenantriebs
- 30
- Kette
- 30a
- dasselbe,
bei der zweiten Stufe des Kettenantriebs
- 31
- das
geführte
Kettenrad
- 31
- dasselbe,
bei der zweiten Stufe des Kettenantriebs
- 32
- die
obere profilierte Führung
- 33
- die
untere profilierte Führung
- 34
- die
obere Rolle (bzw. Stift)
- 35
- die
untere Rolle (bzw. Stift)
- 36
- Lenkstockhebel
- 37,
37a
- Gelenke
des Lenkstockhebels
- 38,
38a
- Spurstangen
- 39,
39a
- Gelenke
der Lenkhebel
- 40,
40a
- die
Lenkhebel
- 41,
42
- Konsolen
der vorderen Räder
- 43
- Zugfeder
- 44
- Gelenk
an der Lenksäule
- 45
- Segmente
- 46
- Lasche
- 47
- Bolzen
- 48,
49
- Ausfräsungen in
der Lasche 46
- 50
- Körper
- 51,52
- zylindrische
Oberflächen
des Körpers 50
- 53
- Druckfeder
- 54
- Lasche
des Körpers
- 55
- Ring
- 56
- Stifte
- 57
- Hebel
der gefederten Räder
- 58
- Druckfeder
- 59
- Begrenzer
- 60
- Gummischeiben
- 61
- Gelenk
zwischen den Hebeln 41, 57
- 62
- Achse
des Bremspedals
- 63
- Seilzug
- 64
- Rückholfeder
- 65
- Achse
des Hebels 66
- 66
- Hebel
der Bremsvorrichtung
- 67
- Einstellschraube
- 68
- Handgriff
der Bremsvorrichtung
- 69
- Stege
des Rahmens
- 70
- Verstärkungselement
- 71
- Riegel
- 72
- Halterungen
in den Antriebspedalen 5, 6
- 73
- Feder
des Riegels
- 74
- Bügel.
