DE20000034U1 - Gefedertes Rad für rollbare Gegenstände und für Sportgeräte - Google Patents

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RICHTER, WERDERMANN & GERBAULET

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DIPL.-ING. JOACHIM RICHTER · BERLIN DIPL.-ING. HANNES GERBAULET · HAMBURG DIPL.-ING. FRANZ WERDERMANN ■ - 1986

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HAMBURG

03.01.2000

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Vosschemie GmbH Esinger Steinweg 50

D-25436 Uetersen (DE)

Titel:

Gefedertes Rad für rollbare Gegenstände und für
Sportgeräte

Die Erfindung betrifft ein gefedertes Rad, welches bei rollbaren Gegenständen und bei Sportgeräten, wie Skateboards oder einspurigen Rollschuhen, eingesetzt wird und eine Nabe und eine Felge enthält, die durch mindestens eine federnde Speiche verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Radwalze, die derartige Räder enthält.

Gefederte Räder der eingangs genannten Art sind aus der EP 0 642 814 B1 bekannt. Das dort beschriebene Rad ist insbesondere für einen Ein-

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satz bei Skateboards und einspurigen Rollschuhen (Rollerskates, Roller Blades oder Inline-Skater) vorgesehen. Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Räder (Fig. 8) enthalten diese eine Nabe, welche auf einer Radachse drehbar gelagert werden kann, sowie eine Felge, auf welcher der Radreifen angeordnet ist. Dabei sind in der EP 0 642 814 B1 Felge und Reifen zu einer Einheit verschmolzen. Von der Nabe ausgehend erstrecken sich Speichen, welche zur radialen Richtung geneigt verlaufen. Dabei sind im Zwischenraum zwischen Nabe und Felge jeweils zwei benachbarte Speichen durch ein elastisches Material verbunden. Durch die geneigte Anordnung der Speichen und das elastische Verbindungsmaterial wird erreicht, daß die Speichenkopplung zwischen Nabe und Felge elastisch ist, so daß sie einem radialen Druck nachgeben kann. Auf diese Weise wird eine Federung und Dämpfung im Rad erzielt, welche Erschütterungen bei einer Fahrt über einen unebenen Untergrund abfängt und nicht mit unverminderter Stärke auf den Körper des Fahrers überträgt. Der Vorteil einer Federung innerhalb des Rades liegt dabei vor allem darin, daß keine Platz beanspruchenden Federungen an der Aufhängung der Radachse vorgenommen werden müßten (vgl. hierzu z.B. die DE 196 40 525 C2). Weiterhin ergibt sich ein besseres Federungsverhalten, da die Federung um ein Glied in der Übertragungskette "Reifen-Achse-Schuh-Körper" früher ansetzt, das heißt zwischen Reifen und Achse statt zwischen Achse und Schuh. Nachteilig bei dem in der EP 0 642 814 B1 offenbarten System ist jedoch, daß die Verbindung geneigter Speichen mit einem elastischen Material im Zwischenraum der Speichen relativ aufwendig ist. Eine Reparatur defekter Speichen ist aufgrund der Materialverbindung ausgeschlossen. Ferner führt die im wesentlichen über die gesamte Länge der Speichen verteilte elastische Biegung zu einem nachteiligen Federungsverhalten, bei welchem in Reaktion auf einen rein radialen (z.B. senkrechten) Druck auf die Nabe eine Rotationskomponente des Reifens um die Nabe erzeugt wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gefedertes Rad der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß es einfacher und kostengünstiger herzustellen und wartungsfreundlich ist sowie ein besseres Federungsverhalten aufweist, wobei mit dem gefederten Rad versehene Einrichtungen weich und gleichmäßig auf unebenen Bodenflächen bewegbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Demnach enthält das gefederte Rad eine Nabe und eine Felge, welche durch mindestens eine federnde Speiche miteinander verbunden sind. Das Rad ist dadurch gekennzeichnet, daß die Speiche(n) mindestens einen elastischen Gelenkpunkt mit einer Drehachse parallel zur Radachse aufweist.

Durch den elastischen Gelenkpunkt wird erreicht, daß bei einem radialen Druck auf die Speiche diese im Gelenkpunkt einknicken kann. Dem Einknicken wird dabei aufgrund der Elastizität des Gelenkpunktes eine rückstellende Kraft entgegengesetzt. Das Einknicken der Speiche im Gelenkpunkt führt zu einer Verkürzung des Abstandes zwischen den Enden der Speichen, das heißt, daß sich die entsprechenden Punkte von Nabe und Felge aneinander annähern können. Auf diese Weise wird eine elastische Federung und gegebenenfalls auch Dämpfung von Stößen erzielt, welche auf die Felge einwirken. Die Federung wird dabei allein durch die Speiche bzw. die Speichen bewirkt, ohne daß eine aufwendige Verbindung zwischen den Speichen hergestellt werden müßte. Daher bleiben die einzelnen Speichen voneinander separat, so daß eine defekte Speiche nötigenfalls auf einfache Weise ersetzt werden kann. Darüber hinaus kann

das elastische Verhalten der Speiche durch die Ausbildung des Gelenkpunktes definiert eingestellt werden. Dabei ist es auch denkbar, am Gelenkpunkt Verstellmechanismen vorzusehen, mit denen die Elastizität vom Benutzer bedarfsgerecht verändert werden kann. Weist das Rad eine entsprechende Breite auf, dann erfolgt die Biegung bzw. das Ausbiegen der Speichen ausschließlich in einer Ebene, so daß ein seitliches Tänzeln vermieden wird. Hinzu kommt, daß mit dem Rad ein gleichmäßiges Laufverhalten insbesondere auf unebenen Bodenflächen erreicht wird, ohne daß Schwingungen auf den Fahrkörper, d.h. auf den mit den Rädern versehenen Gegenstand übertragen werden. Bei Gegenständen mit einem gleichbleibenden Gewicht wird ein weiches Gleiten erreicht.

Eine derartige erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich besonders für federnde Lasten, die immer gleichbleibend sind, wie z.B. bei den Laufrädern oder -rollen von Staubsaugern.

In den Fällen, in denen ansteigende Lasten gegeben sind, steigt mit stärkerer Belastung die Durchbiegung der Speichen und zwar durch die Lastaufnahme.

Hierfür sieht die Erfindung eine Ausgestaltung vor, bei der zwei über einen elastischen Gelenkpunkt miteinander verbundene starre Abschnitte über einen elastischen Bügel miteinander verbunden sind.

Die Anordnung der elastischen Bügel erfolgt jeweils zwischen zwei einander zugekehrten starren Abschnitten der Speichen. Dabei ist jeder elastische Bügel im Bereich der größten Öffnung zweier starrer Abschnitte angeordnet. Der elastische Bügel ist nicht nur zwischen zwei starren Abschnitten abgeordnete sondern, auch zwischen der Felge und dem über

einen elastischen Gelenkpunkt mit der Felge verbundenen starren Abschnitt einer jeden Speiche. Darüber hinaus kann der elastische Bügel auch zwischen der Nabe und dem über ein elastischen Gelenkpunkt mit der Nabe verbundenen starren Abschnitt einer jeden Speiche angeordnet sein.

Des weiteren sind die elastischen Bügel in den Bereichen der größten Öffnungen zweier starrer über elastische Gelenkpunkte verbundener Abschnitte und zwischen der Felge und dem über einen elastischen Gelenkpunkt mit der Felge verbundenen starren Abschnitt und zwischen der Nabe und dem über ein elastischen Gelenkpunkt mit der Nabe verbundenen starren Abschnitt einer jeden Speiche angeordnet.

Die Speichen mit ihren starren Abschnitten und den Bügeln bestehen aus dem gleichen elastischen Werkstoff und sind einstückig ausgebildet, wobei die elastischen Gelenkpunkt z.B. durch Materialverdünnung erhalten werden. Auch die Felge und/oder die Nabe können aus dem gleichen Material bestehen, aus dem auch die Speichen gefertigt sind. Als Material hierfür finden federnd-elastische Materialien, wie Kunststoffe Verwendung, die ein besonders großes Rückstellvermögen besitzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung fluchtet der Verbindungspunkt der Speiche mit der Nabe in radialer Richtung gesehen mit dem Verbindungspunkt derselben Speiche mit der Felge. Das heißt, daß die Endpunkte der Speiche wie bei einer gewöhnlichen Speiche im wesentlichen "übereinander" liegen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei einer Verkürzung der Speiche aufgrund eines einwirkenden Druckes und eines Einknickens der Speiche im Gelenkpunkt sich die beiden Endpunkte der Speiche aneinander annähern, ohne jedoch ihr radiales

Fluchten zu verlieren. Die Felge läßt sich somit der Nabe annähern, ohne daß es zu einer Rotationskomponente der Felge um die Nabe herum käme. Das Federungsverhalten ist somit in bezug auf die Rollrichtung des Rades völlig neutral. Das heißt insbesondere, daß die Federung in gleicher Weise bei einem Vorwärts- wie bei einem Rückwärtsrollen des Rades wirkt.

Die Speiche weist mindestens drei Gelenkpunkte auf, wobei vorzugsweise zwei der Gelenkpunkte an je einem Ende der Speiche, d.h. an den Verbindungspunkten der Speiche mit der Nabe bzw. mit der Felge angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Anordnung von drei Gelenkpunkten ein optimales Federungsverhalten zeigt, wobei gleichzeitig der Herstellungsaufwand für solche Gelenkpunkte in Grenzen gehalten wird. Insbesondere läßt sich mit der beschriebenen Anordnung von drei Gelenkpunkten das oben beschriebene rein radiale Federungsverhalten ohne eine Tendenz für die Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung erzielen.

Das Rad selbst besitzt vorteilhafterweise drei bis sechzehn federnde Speichen, welche vorzugsweise untereinander gleich ausgebildet sind. Eine geringere Anzahl von Speichen bedeutet einen geringeren Herstellungsaufwand und damit geringere Kosten, während eine größere Anzahl von Speichen ein gleichmäßigeres Federungsverhalten bewirkt. Das Federungsverhalten des Rades ist in gewissem Maße abhängig von der Winkelstellung des Rades und weist dabei bei einer Vollumdrehung des Rades eine Periodizität auf, wobei die Anzahl der Perioden gleich der Anzahl der Speichen des Rades ist. Eine größere Anzahl von Speichen bedeutet daher eine kürzere Periodenlänge (360°: Anzahl der Speichen) und damit ein gleichmäßigeres Federungsverhalten. Der angegebene Zahlenbereich von drei bis sechzehn Speichen stellt dem Anwender dabei ein für prakti-

sehe Zwecke ausreichendes Spektrum von geringen Kosten bei ungleichmäßigerer Federung bis zu höheren Kosten bei gleichmäßiger Federung zur Verfügung, aus welchem er für seinen jeweiligen Bedarf den optimalen Wert auswählen kann.

Hinsichtlich des ungleichmäßigeren Laufverhaltens bei einer geringeren Speichenzahl ist darauf hinzuweisen, daß ein solches für bestimmte Anwendungen auch erwünscht sein kann. Die Unregelmäßigkeit des Federungsverhaltens führt nämlich dazu, daß bei bestimmten Winkelstellungen des Rades die belastete Nabe an einem Tiefpunkt zu liegen kommt und für eine weitere Umdrehung erst wieder angehoben werden müßte. Das heißt, daß sich die gesamte Anordnung in einem Energieminimum und damit in einem stabilen Gleichgewicht befindet. In einer derartigen Stellung muß somit eine gewisse Kraftschwelle überwunden werden, um das Rad wieder in Rollbewegung zu versetzen. Die vom Rad getragene Vorrichtung ist somit gegen ein spontanes Weiterrollen gesichert, was in vielen Fällen, z.B. bei einem Kinderwagen, erwünscht sein kann.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Rad einen auf der Felge gelagerten Reifen auf. Der Reifen stellt den Kontakt zum Boden bzw. zu dem Gegenstand her, auf welchem das Rad abrollen soll. Der Reifen wird daher im allgemeinen in Hinblick auf die zu erfüllende Aufgabe optimiert, z.B. für eine gute Haftung aus Gummi hergestellt und mit einem Profil versehen. Ebenso kann der Reifen eine Spezialgestaltung haben, z.B. mit Bürsten versehen sein, wenn das erfindungsgemäße Rad z.B. in einer Rollerwalze eingesetzt wird. Ferner ist es möglich, daß die Felge und der Reifen einstückig ausgebildet sind bzw. zu einer Einheit verschmelzen.

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Als Material für die erfindungsgemäßen Speichen finden federndelastische Materialien wie Kunststoffe Verwendung, die ein besonders großes Rückstellvermögen besitzen. Kunststoffe sind leicht, robust und flexibel in der Verarbeitung. Ebenso ist es jedoch auch möglich, daß die Speichen aus einer Stahlfeder mit einem elastischen Knickpunkt, der den Gelenkpunkt der Speiche bildet, bestehen. Stahl hat gegenüber Kunststoffen den Vorteil, daß er auch bei einseitigen Dauerbelastungen keine bleibende Formveränderung erfährt.

Bei derartigen Speichen aus Stahlfedern werden die Enden der Stahlfeder vorzugsweise durch runde Verdickungen gebildet, die in entsprechend geformten Gegenprofilen in der Felge bzw. in der Nabe gelagert sind. Die Rundungen an den Enden der Stahlfeder bzw. in den Gegenprofilen können z.B. zylinderförmig oder kugelförmig sein. Durch die Rundungen wird gewährleistet, daß die Stahlspeichen gelenkig gelagert sind, so daß sie die notwendigen Ausgleichsbewegungen beim Einknicken der Speiche im Gelenkpunkt mitmachen können. Aufgrund der Federkraft werden die Enden der Stahlspeichen in die Ausnehmungen an der Felge bzw. Nabe gedrückt.

Das erfindungsgemäße gefederte Rad läßt sich in nahezu allen Bereichen vorteilhaft einsetzen, in denen Räder auftreten und die Abfederung von Kräften erwünscht ist. Die erfindungsgemäße Federung kann dabei auch bei walzenförmigen Rädern verwendet werden, d.h. Rädern mit einer im Vergleich zum Radius großen axialen Länge. Insbesondere ist an Sportgeräte mit Rollen zu denken, wie z.B. Skateboards oder Rollschuhe, insbesondere einspurige Rollschuhe (Rollerskates). Weitere Anwendungen sind bei auf Rollen betriebenen Geräten wie z.B. Rasenmähern, Schubkarren, Kinderwagen, mit Rädern versehene Koffer, Transportwagen,

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Staubsaugern möglich, sowie in Werkzeugen wie z.B. in Tapetenrollern oder Rollern für die Verdichtung und Entlüftung getränkter Glasfasermatten. Von den Anwendungsmöglichkeiten innerhalb von Maschinen sei insbesondere auf den Einsatz von gefederten Walzen innerhalb von Fotokopierern hingewiesen. Hier kann z.B. eine fälschlicherweise eingezogene zu große Papiermenge zu einer schlagartigem Belastung der Walzen führen, welche mit der erfindungsgemäßen Federung ohne Schaden für das Gerät abgefedert werden kann. Ähnliche Abfederungsaufgaben für schlagartige Belastungen gibt es in zahlreichen anderen Maschinenteilen.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Radwalze für rollbare Gegenstände und für Sportgeräte wie Skateboards oder einspurige Rollschuhe. Die Radwalze ist dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei auf der Achse der Radwalze angeordnete Räder der oben beschriebenen Art enthält. Das heißt, daß die Radwalze in axialer Richtung gesehen mehrere Räder nebeneinander enthält, wobei jedes Rad einzeln gefedert ist. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß besonders gut spitze Unebenheiten (Erhebungen oder Vertiefungen) auf der Rollfläche der Radwalze ausgeglichen werden können, da diese sich in der Regel nur auf eines oder wenige der Räder auswirken. Die Radwalze insgesamt setzt somit ihre Bewegung im wesentlichen unverändert fort, während die Störung im Untergrund durch Nachgeben einiger Räder aufgefangen wird.

Ein weiterer Vorteil der Radwalze besteht darin, daß sie durch Veränderung der Art und Anzahl der angesetzten Räder sehr flexibel und einfach in ihren Laufeigenschaften individuellen Bedürfnissen angepasst werden kann. Darüber hinaus ist auch eine einfache Reparatur der Walze durch den Austausch defekter Räder möglich.

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Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung enthält die Radwalze Räder, welche unterschiedliche Außendurchmesser haben. Vorzugsweise sind diese Räder auf voneinander unabhängig drehbaren Naben angeordnet und in ihrer Federstärke so eingestellt, daß sie unter üblicher Belastung alle Bodenkontakt haben. Bei einem Abrollen der Radwalze drehen sich die Räder aufgrund ihres unterschiedlichen Durchmessers verschieden schnell, d.h. mit unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeit. Die relative Stellung der Räder zueinander verändert sich also beim Rollen der Radwalze ständig. Dies hat den Vorteil, daß eventuell bestehende Exzentrizitäten der Räder ausgeglichen werden. Gerade bei Speichen aus Kunststoff kann nämlich aufgrund des materialbedingten kalten Fließens des Kunststoffes bei längerem Ruhen des Rades unter Last eine Verschiebung der Nabe aus dem Radmittelpunkt, d.h. eine Exzentrizität, auftreten. Bei einem Rad bzw. bei einer Radwalze aus mehreren gleichen Rädern wirkt diese Exzentrizität sich im folgenden Betrieb als Unwucht in Form einer ungleichförmigen, wippenden Rollbewegung aus. Dieser Effekt wird indes bei Rädern verschiedenen Durchmessers vermieden. Sollten sich hier nämlich durch längeres Stehen unter Belastung Exzentrizitäten der einzelnen Räder einstellen, so würden sich diese bei einer nachfolgenden Rollbewegung gegenseitig ausgleichen und damit nicht mehr störend bemerkbar machen. Aufgrund der verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten der Räder geraten die Räder nämlich in kurzer Zeit außer Phase, so daß im Mittel immer genau so viele Räder mit verkürzten Radien in Bodenkontakt stehen wie mit vergrößerten.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die verschiedenen Räder bezüglich ihres Außendurchmessers alternierend angeordnet sind. Das heißt, daß benachbart angeordnete Räder immer verschiedenen Außendurchmesser haben. Auf diese Weise wird ein möglichst gleichmäßiger Ausgleich der

Exzentrizitäten erzielt. Vorzugsweise sind die Räder ferner bezüglich ihres Außendurchmessers in axialer Richtung symmetrisch bzw. periodisch angeordnet, um die Vergleichmäßigung der Rollbewegung zu unterstützen.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind die Räder in einem zylinderförmigen Mantel angeordnet. Die Radwalze rollt demnach auf dem zylinderförmigen Außenmantel ab, wodurch sie sich von außen gesehen wie ein einziges walzenförmiges Rad verhält. Innerhalb des Mantels hat die Radwalze jedoch den erfindungsgemäßen Aufbau aus mehreren nebeneinander angeordneten Einzelrädern. Vorzugsweise sind die Einzelräder dabei in der oben erläuterten Art mit verschiedenen Außendurchmessern ausgebildet, so daß sie eventuelle Exzentrizitäten ausgleichen können. Diese Wirkung wird auch bei der Anordnung der Räder in einem Mantel erzielt, wobei durch den Mantel der Raum zwischen den Rädern zusätzlich gegen das Eindringen von Fremdkörpern geschützt ist. Der zylinderförmige Mantel besteht vorzugsweise aus einem federnd-elastischen Material und insbesondere aus einem solchen Material, welches eine hohe Eigenstabilität aufweist.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Radwalze sind zwischen zwei gefederten Rädern ein oder mehrere ungefederte Räder auf der Achse der Radwalze angeordnet, wobei der Durchmesser der ungefederten Räder kleiner ist als der Durchmesser der gefederten Räder. Die ungefederten Räder bilden somit gewissermaßen einen Anschlag, über welchen hinaus ein weiteres Zusammendrücken der gefederten Räder nicht mehr möglich ist. Hierdurch wird das Rollverhalten der Walze stabilisiert und ein zu starkes punktuelles oder einseitiges Nachgeben wird verhindert. Vorzugsweise ist der Radius der ungefederten Räder so gewählt, daß er in etwa dem

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Radius eines gefederten Rades an einer maximal zusammengedrückten Stelle entspricht. Maximales Zusammendrücken bedeutet dabei, daß aufgrund konstruktiver Rahmenbedingungen ein weiteres Zusammendrücken nicht möglich oder nicht tolerabel wäre. Typischerweise beträgt der Durchmesser der ungefederten Räder ca. 40-80% des Radius der gefederten Räder. Die axiale Erstreckung der ungefederten Räder ist dagegen vorzugsweise größer als diejenige der gefederten Räder.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden mit Hilfe der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein gefedertes Rad mit acht

Speichen,

Fig. 2A und 2B ein Rad im unbelasteten bzw. belasteten Zustand,

Fig. 3A bis 3C Räder mit vier, sechs und sechzehn Speichen,

Fig. 4 ein Rad für einen Iniineskater,

Fig. 5 ein Rad für einen Kinderwagen,

Fig. 6 ein Rad für einen Rasenmäher,

Fig. 7 ein Rad mit zwölf Speichen und einem Kugellager,

Fig. 8 ein Rad mit drei Speichen für eine Rollerwalze,

Fig. 9 ein Rad mit acht Speichen mit je einem Gelenkpunkt,

Fig. 10 eine Querschnitt durch ein gefedertes Rad mit sechs

Speichen aus jeweils zwei über einen elastischen Gelenkpunkt miteinander verbundenen starren Abschnitten, die wiederum über elastische Gelenkpunkte mit der Felge und der Nabe des Rades verbunden sind, wobei zwischen den beiden starren Abschnitten ein diese miteinander verbindender elastischer Bügel angeordnet ist,

Fig. 11 einen Querschnitt durch ein gefedertes Rad mit sechs

Speichen aus jeweils zwei über einen elastischen Gelenkpunkt miteinander verbundenen starren Abschnitten, die wiederum über elastische Gelenkpunkte mit der Felge und der Nabe des Rades verbunden sind, wobei zwischen den beiden starren Abschnitten und zwischen einem starren Abschnitt und der Nabe je ein diese Teile miteinander verbindender Bügel angeordnet ist, und

Fig. 12 einen Querschnitt durch ein gefedertes Rad mit sechs

Speichen aus jeweils zwei über einen elastischen Gelenkpunkt miteinander verbundenen starren Abschnitten, die wiederum über elastische Gelenkpunkte mit der Felge und der Nabe des Rades verbunden sind, wobei zwischen den beiden starren Abschnitten

und zwischen einem starren Abschnitt und der Felge und zwischen einem starren Abschnitt und der Nabe je ein diese Teile miteinander verbindender Bügel angeordnet ist,

Fig. 13A und 13B einen Querschnitt und einen Schnitt entlang der Achse durch ein gefedertes Rad mit sechs Speichen aus Stahlfedern, die an ihren Enden mit Verdickungen in Ausnehmungen der Nabe bzw. der Felge gelagert sind,

Fig. 14A und 14B einen Querschnitt und eine Seitenansicht einer Radwalze mit sechs Rädern ungleichen Außendurchmessers,

Fig. 15A und 15B einen Querschnitt und eine Seitenansicht einer Radwalze mit sieben Rädern ungleichen Außendurchmessers, die in einem Mantel angeordnet sind, und

Fig. 16A und 16B eine Seitenansicht und einen Querschnitt durch eine Radwalze mit gefederten und ungefederten Rädern.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes gefedertes Rad 100. Die wesentlichen Teile des Rades sind hier und in den übrigen Figuren maßstäblich dargestellt.

Das Rad enthält eine Nabe 17, welche auf einer Achse (nicht dargestellt) drehbar gelagert werden kann. Von der Nabe 17 gehen insgesamt acht

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Speichen 10 aus, welche an ihrem anderen Ende mit der Felge 11 verbunden sind. Die Felge 11 ist hierdurch (im unbelasteten Zustand) konzentrisch um die Nabe 17 gelagert.

Die Speichen 10 sind als Federelemente ausgebildet, so daß die Übertragung von Kräften von der Felge 11 auf die Nabe 17 elastisch gefedert bzw. gedämpft ist. In den Fig. 1 bis 8 ist dabei ein bevorzugter Aufbau der Speichen 10 dargestellt, bei welchem diese aus drei Gelenkpunkten 12, 14,16 mit zwei dazwischen gelegenen und im wesentlichen starren Abschnitten 13, 15 bestehen. Eine Speiche 10 ist jeweils mit einem Gelenkpunkt 16 an der Nabe und einem anderen Gelenkpunkt 12 an der Felge 11 befestigt. Etwa in der Mitte der Speiche liegt ein weiterer Gelenkpunkt 14, an welchem die Speiche 10 einknicken kann. Die Drehachse der Gelenke 12, 14, 16 liegt dabei parallel zur Rotationsachse des Rades (senkrecht zur Zeichenebene), wobei indes nicht ausgeschlossen wird, daß die Gelenkpunkte auch eine Drehung um andere Achsen erlauben. Durch das Einknicken der Speiche 10 am Kniegelenkpunkt 14 verkürzt sich der Abstand der Gelenkpunkte 12 und 16, so daß sich die entsprechenden Punkte der Felge 11 auf die Nabe 17 zu bewegen. Umgekehrt kann natürlich auch das Kniegelenk 14 weiter geöffnet werden, so daß sich die Speiche 10 streckt und sich die Felge 11 von der Nabe 17 entfernt. Bei einer Belastung des Rades 100 treten immer eine Streckung und eine Stauchung von verschiedenen Speichen gemeinsam auf, das heißt, daß Speichen auf einer Seite gestaucht und auf der gegenüberliegenden Seite um ein entsprechendes Maß gestreckt werden.

In Fig. 2A ist ein Querschnitt durch ein Rad 101 im unbelasteten Zustand dargestellt. Dieses Rad entspricht im wesentlichen dem Rad 100 aus Fig. 1, wobei erkennbar ist, daß die Gelenkpunkte der Speichen 10 durch

kreisförmige Ausnehmungen (Bohrungen) im Material einer im übrigen etwa gleichmäßig dicken Speiche erzeugt werden können. Im unbelasteten Zustand in Fig. 2A liegt die Felge konzentrisch um die Nabe herum und alle Speichen haben dieselbe effektive Länge und Form. Wird dagegen in Richtung des in Fig. 2B eingetragenen Pfeiles eine Belastung auf die Nabe bzw. die Achse ausgeübt, so geben die Speichen in Richtung dieser Belastung nach und der Abstand zwischen Felge und Nabe verringert sich auf dieser Seite. Auf der gegenüberliegenden Seite werden die Speichen um ein entsprechendes Maß gestreckt.

Die Anzahl der Speichen 10 eines Rades kann nach dem jeweiligen Bedarf ausgewählt werden, wobei ein Kompromiß zwischen Herstellungsaufwand und Gleichlauf der Federung zu wählen ist. Fig. 3A zeigt beispielhaft ein Rad 102 mit vier Speichen, Fig. 3B ein Rad 103 mit sechs Speichen und Fig. 3C ein Rad 104 mit sechzehn Speichen.

In Fig. 4 ist ein für einen Iniineskater geeignetes Rad 105 in der Seitenansicht (links) und im Querschnitt (rechts) dargestellt. In diesem Falle ist auf der Felge 11 ein Radreifen 18 gelagert, welcher aus einem geeigneten Material wie z.B. Polyurethan hergestellt sein kann. Andere geeignete Aufbauten für Radreifen sind z.B. in der EP 0 864 339 A2 beschrieben. Die Nabe 17 des Rades ist über ein Kugellager 19 mit der Achse 20 drehbar verbunden.

Fig. 5 zeigt in ähnlicher Weise ein Rad 106 für einen Kinderwagen, welcher einen geeigneten Vollgummireifen 18 aufweist.

In Fig. 6 ist ein Rad 107 für einen Rasenmäher dargestellt, welcher einen flachen und verhältnismäßig dünnen Reifen 18 besitzt.

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Fig. 7 zeigt ein gefedertes Rad 108 mit zwölf Speichen, welches über ein Kugellager 19 auf der [Drehachse gelagert ist.

In Fig. 8 ist ein Rad 109 mit nur drei Speichen dargestellt. Dieses Rad kann z.B. als Scheibe auf einem Scheibenroller eingesetzt werden, d.h. einem Gerät zum Bearbeiten von Oberflächen wie z.B. getränkten Glasfasermatten. Bei einem derartigen Scheibenroller sind auf einer Achse eine Mehrzahl von Rädern 109 nebeneinander angeordnet, so daß sie insgesamt eine Walze mit einer rillenförmigen Oberfläche bilden. Die geringe Anzahl von Speichen führt im allgemeinen dazu, daß sich im Drehwinkelbereich zwischen den Speichen ein spürbares Minimum der Federkraft ausbildet. Die Federung des Rades zeigt somit ein welliges Verhalten, welches in vielen Anwendungsfällen durchaus erwünscht sein kann.

In Fig. 9 ist ein Rad 110 dargestellt, welches wie das Rad in Fig. 8 als Scheibe auf einem Scheibenroller verwendet werden kann. Im Unterschied zu den Rädern in den übrigen Figuren besitzen die Speichen 10 nur einen Kniegelenkpunkt 21. Die Federung dieses Rades, welches z.B. aus dem Material Nylon 6 hergestellt sein kann, ist verhältnismäßig hart und daher nur für spezielle Anwendungen geeignet.

Die Speiche kann mit mindestens einer Sollbruchstelle versehen sein, welche vorzugsweise in einem Gelenkpunkt der Speiche angeordnet ist.

Diese Sollbruchstelle dient dazu, bei unerwarteten Extrembelastungen, die zu einer Zerstörung führen, diese Zerstörung an einem definierten, gut zugänglichen und kostengünstig zu reparierenden Punkt stattfinden zu lassen. Dieser Punkt ist die Sollbruchstelle. Die Anordnung der Sollbruchstelle in einem Gelenkpunkt hat den Vorteil, daß der federnde Widerstand

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des Gelenkes eine auftretende Belastung bis zu einem gewissen Maße aufnimmt und daß der Bruch erst eintritt, wenn die Belastung das abfederbare Maß überschreitet.

Fig. 10 zeigt einen Querschnitt durch ein gefedertes Rad 100 mit sechs Speichen 10 aus jeweils zwei über einen elastischen Gelenkpunkt 12 miteinander verbundenen starren Abschnitten 13,15, die wiederum über elastische Gelenkpunkte 14, 16 mit der Felge 11 und der Nabe 17 des Rades verbunden sind, wobei zwischen den beiden starren Abschnitten 13, 15 ein diese miteinander verbindender elastischer Bügel 30 angeordnet ist. Die beiden über den elastischen Gelenkpunkt 12 miteinander verbundenen starren Abschnitte 13, 15 sind somit über diesen elastischen Bügel miteinander verbunden, wobei dieser elastischer Bügel 30 zwischen den einander zugekehrten starren Abschnitten 13, 15 angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der elastische Bügel 30 im Bereich der größten Öffnung 40 der beiden starren Abschnitte 13, 15 angeordnet ist.

Das gefederte Rad 100 nach Fig. 11 weist ebenfalls sechs Speichen 10 auf, von denen jede Speiche von zwei über einen elastischen Gelenkpunkt 14 verbundenen starren Abschnitten 13, 15 gebildet wird. Diese starren Abschnitte 13,15 sind einerseits über einen elastischen Gelenkpunkt 12 mit der Felge 11 des Rades und über einen weiteren elastischen Gelenkpunkt 16 mit der Nabe 17 des Rades verbunden. Zwischen den beiden starren Abschnitten 13,15 und zwischen dem starren Abschnitt 15 und der Nabe 17 ist je ein diese Teile miteinander verbindender Bügel 30, 30' angeordnet.

Eine der Ausführungsform gemäß Fig. 11 entsprechende Ausführungs-

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form eines Rades 100 zeigt Fig. 12. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch noch ein weiterer Bügel 30" zwischen dem starren Abschnitt 13 und der Felge 11 des Rades angeordnet.

Die Zahl der die starren Abschnitte 13, 15 der Speichen 10 miteinander verbindenden Bügel 30 richtet sich jeweils nach der Anzahl der starren Abschnitte, von denen jeweils zwei Abschnitte immer über einen elastischen Gelenkpunkt miteinander verbunden sind.

Die Anordnung der elastischen Bügel 30, 30", 30" erfolgt zwischen zwei einander zugekehrten starren Abschnitten 13, 15 bzw. zwischen einem starren Abschnitt und der Felge des Rades und/oder zwischen einem starren Abschnitt der Speiche 10 mit der Felge des Rades. Dabei ist die Anordnung der elastischen Bügel 30, 30', 30" derart, daß diese jeweils im Bereich der größten Öffnungen 40 zweier starrer Abschnitte 13, 15 und/oder einem starren Abschnitt und der Felge 11 und/oder der Nabe angeordnet sind.

Die Speichen 10 mit ihren starren Abschnitten 13, 15 und den Bügeln 30, 30', 30" bestehen aus dem gleichen elastischem Werkstoff und sind bevorzugterweise einstückig ausgebildet, wobei die elastischen Geienkpunkte 12, 14, 16 durch Materialverdünnung erhalten werden. Die Felge 11 und/oder die Nabe 17 bestehen ebenfalls aus dem Material, aus dem auch die Speichen gefertigt sind. Als Material wird vorzugsweise ein federnd-elastischer Kunststoff eingesetzt, der ein hohes Rückstellvermögen besitzt.

In Figur 13A und 13B ist ein erfindungsgemäßes Rad dargestellt, bei welchem die Speichen durch Stahlfedern 40 gebildet werden. Diese sind

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knieförmig gebogen, wobei der Kniegelenkpunkt 42 elastisch federnd ist. Der Vorteil von Stahlfedern ist im Vergleich zu Kunststoff, daß sie quasi keine bleibende Formveränderung nach einer längeren gleichbleibenden Dauerbelastung zeigen. Letzteres ist bei Kunststoffen in der Regel der Fall, da diese ein sogenanntes kaltes Fließen, also eine plastische Veränderung, zeigen.

An ihren Enden sind die Stahlfedern 40 mit kreisscheibenförmigen Verstärkungen 41 und 43 versehen, welche in entsprechend ausgebildeten Gegenprofilen 44 an der Felge 11 bzw. 45 an der Nabe 17 gelagert sind. Dabei werden die Enden 41 und 43 durch die Federkraft der Stahlfedern 40 in die halbkugelförmigen Ausnehmungen 44 und 45 gedrückt.

In Figur 14 A und 14 B ist eine Radwalze 200 (Scheibenradsatz) dargestellt, welche aus sechs scheibenförmig nebeneinander auf einer Achse angeordneten federnden Rädern 100, 100' besteht. Jedes der Räder hat dabei eine eigene Nabe 17, so daß sich die Räder unabhängig voneinander drehen können. Dies ist notwendig, da ein Teil der Räder 100 einen größeren Außendurchmesser hat als der Rest der Räder 100'. Die Räder verschiedenen Durchmessers sind dabei abwechselnd angeordnet. Solchermaßen verschiedene Außendurchmesser werden vorgesehen, damit die Räder 100 mit den Rädern 100' bei der Rollbewegung außer Phase kommen, da beide Radgruppen sich für das Abrollen derselben Wegstrekke unterschiedlich oft drehen müssen. Sollten die Räder Exzentrizitäten aufweisen, was z.B. nach längerem Stehen unter Belastung bei Kunststoffrädern der Fall sein kann, so rollen diese Exzentrizitäten asynchron und mitteln sich daher in ihrer Wirkung auf die Achse bzw. den Fahrkörper heraus. Der gefahrene Gegenstand, z.B. ein Sportgerät oder ein Werkzeug, rollt daher gleichmäßig und ohne spürbare Unwucht.

Eine Weiterentwicklung der zuletzt erläuterten Anordnung ist in Figur 15 dargestellt. Figur 15B zeigt eine Schnitt entlang der Achse einer Radwalze 201, während Figur 15A eine Schnitt senkrecht hierzu entlang der Linie A-A wiedergibt. Zu erkennen sind sieben Einzelräder 100, 100', 100" der erfindungsgemäßen Bauart, welche auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Aus den oben erläuterten Gründen haben die Räder 100 einen größeren Außendurchmesser als die Räder 100', welche wiederum einen größeren Außendurchmesser als die Räder 100" haben. Die Räder sind dabei mit abnehmendem und anschließend wieder zunehmenden Durchmesser nebeneinander angeordnet. Die Besonderheit der Anordnung nach Figur 15 besteht darin, daß koaxial zu den Rädern 100,100', 100" ein zylinderförmiger drehbarer Mantel 50 angeordnet ist, der den eigentlichen Bodenkontakt herstellt. Nach außen hin tritt die Radwalze 201 also wie ein einziges, breites (walzenförmiges) Rad in Erscheinung. Intern findet jedoch das Abrollen mehrerer Einzelräder unterschiedlichen Durchmessers auf der Innenwand der Mantels 50 statt, was die oben erläuterten positiven Effekte mit sich bringt. Der zylindrische Mantels 50, in dem der Scheibenradsatz angeordnet ist, wippt beim Bewegungsablauf in keiner Weise, d.h. es kommt auch nicht zu irgendwelchen Verformungen. Außerdem werden die Zwischenräume zwischen je zwei Rädern 100, 100' bzw. 100" durch den Mantels 50 gegen Schmutz geschützt.

Eine andere Variante der Radwalze zweigen die Fig. 16A und 16B in der Seitenansicht bzw. im Querschnitt entlang der Walzenachse. In Fig. 16A ist ein gefedertes Rad 100 der oben beschriebenen Art mit vier Speichen aus Federstahl erkennbar. Die Speichen sind an ihrem äußeren Ende an einem Metallring befestigt, so daß insgesamt ein Roller-Werkzeug aus Metallscheiben entsteht.

Eine weitere Besonderheit dieser Ausführungsform geht aus Fig. 16B hervor. Hierin wird sichtbar, daß zwischen je zwei gefederten Rädern 100, 100', 100" ungefederte Räder 52 angeordnet sind. Im dargestellten Beispiel sind je zwei solcher Räder 52 zwischen zwei gefederten Rädern vorgesehen. Der Radius der ungefederten Räder 52 ist kleiner als der der gefederten, so daß sie einen Anschlag für ein maximales Zusammendrükken der gefederten Räder 100, 100', 100" bilden. Ferner wird erkennbar, daß die axiale Ausdehnung (Dicke) der ungefederten Räder 51 um ein Vielfaches, typischerweise das 10 bis 50-fache, größer ist als die der gefederten Räder.

Claims (22)

1. Gefedertes Rad, für rollbare Gegenstände und für Sportgeräte, wie Skateboards oder einspurige Rollschuhe, enthaltend eine Nabe (17) und eine Felge (11), die durch mindestens eine federnde Speiche (10) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiche (10) zwischen mindestens zwei starren Abschnitten (13, 15) mindestens einen elastischen Gelenkpunkt (12, 14, 16) mit einer Drehachse parallel zur Radachse aufweist.

2. Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei über einen elastischen Gelenkpunkt (12, 14, 16) miteinander verbundene starre Abschnitte (13, 15) über einen elastischen Bügel (30; 30'; 30") miteinander verbunden sind.

3. Rad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Bügel (30; 30'; 30") zwischen zwei einander zugekehrten starren Abschnitten (13, 15) angeordnet ist.

4. Rad nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Bügel (30; 30'; 30") im Bereich der größten Öffnung (40) zweier starrer Abschnitte (13, 15) und/oder einem starren Abschnitt und der Felge (11) und/oder der Nabe (17) angeordnet sind.

5. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Bügel (30; 30'; 30") zwischen der Felge (11) und dem über einen elastischen Gelenkpunkt (12) mit der Felge (11) verbundenen starren Abschnitt (13) einer jeden Speiche (10) angeordnet ist.

6. Rad nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Bügel (30; 30'; 30") zwischen der Nabe (17) und dem über einen elastischen Gelenkpunkt (12) mit der Nabe (17) verbundenen starren Abschnitt (16) einer jeden Speiche (10) angeordnet ist.

7. Rad nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Bügel (30; 30'; 30") in den Bereichen der größten Öffnungen (40) zweier starrer über elastische Gelenkpunkte (14) verbundener Abschnitte (13, 15) und zwischen der Felge (11) und dem über einen elastischen Gelenkpunkt (12) mit der Felge (11) verbundenen starren Abschnitte (13) und zwischen der Nabe (17) und dem über einen elastischen Gelenkpunkt (16) mit der Nabe (17) verbundenen starren Abschnitt (15) einer jeden Speiche (10) angeordnet ist.

8. Rad nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen (10) mit ihren starren Abschnitten (13, 15) und den Bügeln (30; 30'; 30") aus dem gleichen elastischen Werkstoff bestehen und einstückig ausgebildet sind, wobei die elastischen Gelenkpunkte (12, 14, 16) durch Materialverdünnung erhalten werden.

9. Rad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (11) und/oder die Nabe (17) aus dem Material der Speichen bestehen.

10. Rad nach einen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt (16) der Speiche (10) mit der Nabe (17) in radialer Richtung mit dem Verbindungspunkt (12) der Speiche (10) mit der Felge (11) fluchtet.

11. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiche (10) mindestens drei Gelenkpunkte (12, 14, 16) aufweist, wobei vorzugsweise zwei der Gelenkpunkte (12, 16) am Verbindungspunkt der Speiche mit der Nabe (17) bzw. der Felge (11) angeordnet sind.

12. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad drei bis sechzehn federnde Speichen (10) hat.

13. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad einen auf der Felge (11) gelagerten Reifen (18) hat.

14. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiche (10) mindestens eine Sollbruchstelle enthält, welche vorzugsweise in einem Gelenkpunkt liegt.

15. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiche (10) aus einem federnd-elastischen Werkstoff besteht.

16. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiche durch eine Stahlfeder (40) gebildet wird.

17. Rad nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Stahlfeder (40) durch runde, vorzugsweise zylinderförmige oder kugelförmige Verdickungen (41, 43) gebildet werden, welche in komplementär geformten Vertiefungen (44, 45) in der Felge (11) bzw. Nabe (17) gelagert sind.

18. Radwalze (200, 201) für rollbare Gegenstände und für Sportgeräte, wie Skateboards oder einspurige Rollschuhe, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei auf der gemeinsamen Achse der Radwalze angeordnete Räder (100, 100', 100") nach einem der Ansprüche 1 bis 17 enthält.

19. Radwalze nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder (100, 100', 100") ungleiche Außendurchmesser haben.

20. Radwalze nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder (100, 100', 100") bezüglich ihres Außendurchmessers alternierend angeordnet sind.

21. Radwalze nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder (100, 100', 100") in einem zylinderförmigen Mantel (50) angeordnet sind.

22. Radwalze nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den gefederten Rädern (100, 100', 100") ungefederte Räder (52) kleineren Durchmessers angeordnet sind.