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Als Trainings- und Sportgerät dienende Roller
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Bisherige Rollgeräte, die das Trainieren des Ski- insbesondere Langlaufes
im Sommer erlauben, konnten bis heute keinen Eingang in die Praxis auf breiter Basis
finden. Dies mag vor allem auf die ungünstigen fahrtechnischen Eigenschaften der
bisher vorgeschlagenen Roller zurückzuführen sein, und gilt sowohl für die Zweirad-
als auch Vierradroller.
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Die Zweirad- oder Einspurroller sind, abgesehen vom Lenkproblem, auch
radlastig ungünstig. Die Gesamtlast verteilt sich nur auf ein schmales Vorder- und
ein breites Hinterrad, die in der gleichen Spur laufen. Das schmale Vorderrad drückt
eine Fahrspur in den Grund, die vom nachfolgenden breiteren Hinterrad erweitert
wird. Rollwiderstandsmässig ist dies sehr ungünstig, denn der breitere Hinterradreifen
kommt an seiner Peripherie gar nicht zum Tragen, er wird vorwiegend seitlich beansprucht,
da er die vom Vorderrad erzeugte Spurrinne lediglich verbreitert.
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Die Roller mit vier gleichen Rädern, in zweispuriger Anordnung sind
ebenfalls ungünstig. Abgesehen von der aufwendigen Konstruktion, laufen die Hinterräder
(Lasträder) in der Fahrspur der Vorderräder und vertiefen diese, was bei weichem
Fahrgrund den Rollwiderstand erheblich vergrössert. Für einen möglichst geringen
Rollwiderstand müsste also die
Bedingung erfüllt werden, dass kein
Rad in der Fahrspur eines vorangehenden Rades laufen darf.
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Ein vierräderiger Roller mit vier Spuren wäre rollwiderstandsmässig
günstig, jedoch infolge zu grosser Ausmasse nicht realisierbar.
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Die voranliegende Erfindung betrifft nun einen Roller, welcher die
bestehenden Probleme bezüglich Rollwiderstand, Lastverteilung, Gewicht und Aussenabmessungen
auf einfachste Weise zu lösen vermag, und im Hinblick auf Einfachheit der Konstruktion
und leichte Handhabung besondere Vorteile bietet.
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Gemäss der Erfindung wird dies dadurch ermöglicht, dass die als Trainings-
und Sportgerät dienenden Roller je drei Räder aufweisen, die durch unsymmetrische
Anordnung je eine eigene Fahrspur erzeugen, wobei zwei Vorderräder und ein Hinterrad
nach einem irregulären Dreieck so angeordnet sind, dass die Fahrspur des Hinterrades
zwischen den Fahrspuren der beiden Vorderräder erzeugt wird, dass ferner das den
Fuss des Fahrers aufnehmende Traggestell hinten eine Lagergabel mit Hinterrad, vorn
einen Lenkkopf mit in einem Winkel von annähernd 40 Grad nach vorwärts-aufwärts
geneigter Lenkachse und ein um diese schwenkbares Achskreuz trägt, in welchem die
Radachse der Vorderräder fest gelegt ist derart, dass durch Querneigung der Füsse
des Fahrers eine entsprechende Verschwenkung der Lenkachse und Verschwenkung der
Radachse parallel zur Fahrbahn nach Art einer Kardanlenkung bewirkt wird.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dargestellt und zwar zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht der Roller für beide Füsse, Fig.
2 einen Seitenriss des rechten Rollers gemäss den Pfeilen II-II in Fig. 1, Fig.
3 den Vorderteil des Rollers nach Fig. 2 in grösserem Masstab, Fig. 4 eine Draufsicht
zu Fig. 3, ohne Backenplatte, Fig. 5 einen Querschnitt gemäss Linie V-V in Fig.
3, bei der Geradeausfahrt, Fig. 6 einen Querschnitt gemäss Fig. 5 bei nach links
geneigter Querlage der Backenplatte, Fig. 7 einen Querschnitt gemäss Fig. 5 bei
nach rechts geneigter Querlage der Backenplatte, Fig. 8 einen Aufriss des Hinterteiles
des Rollers gemäss Fig. 2, in grösserem Masstab, Fig. 9 einen Querschnitt des Rollers
gemäss Schnittlinie X-X in Fig. 8 und Fig. 10 ein Detail zu Fig. 9 in grösserem
Masstab.
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Der dargestellte Roller weist ein Zentralrohr 1 auf, das mit einer
auf diesem durch Schrauben 2 befestigten Backenplatte 3 mit nicht gezeichneter Befestigungsvorrichtung
nach Art einer Skibindung für einen Sportschuh, einer Lagergabel 4 mit dem Hinterrad
5 und einem Vorderradpaar 6, 7 dessen Achse 8 durch kardanartige Uebertragungsmittel
die durch ein Achskreuz 9, eine Lenkachse 10 mit einem am Vorderende des Zentralrohres
1 befestigten Lenkkopf 11 verbunden, gebildet ist. Auf zwei Säulen 13, 13' ist ein
nach vorn ausladendes Spannjoch 15 befestigt, mit welchem zwei Spanndorne 14, 14'
durch verschrauben verbunden sind. Ueber die beiden Spanndorne 14, 14' ist eine
Gummiringfeder 12 gespannt. Zwischen die Längs seiten der oval gespannten Gummiringfeder
12 ragt ein Greifer 9' des Achskreuzes 9, welcher in Arbeitsverbindung mit der Gummiringfeder
12 steht.
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Wie aus den Fig. 3 und 5 bis 7 erkennbar ist wird durch eine mit den
Beinen des Rollerfahrers bewirkte Querneigung der Backenplatte 3 bzw. Fahrgestelles
1, 3, 11 eine Verschwenkung der Lenkachse 10 nach links, Fig. 6, oder nach rechts,
Fig. 7 bewirkt. Beim Geradeausfahren befindet sich die Backenplatte 3 in der Mittellage
gemäss Fig. 5, in welcher Lage die Lenkachse 10 in einem Winkel # von 40° zur Rollbahnebene
geneigt ist. Die Lenkfunktion mittels Querneigung ergibt sich durch die Neigung
der Lenkachse 10 nach vorwärts-aufwärts, wobei ein Winkel von 400 (Fig. 2 und 3)
als günstig befunden wurde. Die Lenkachse 10 (Fig. 3)
bildet zusammen
mit der Achse 8 der beiden Vorderräder 6 und 7 und dem Achskreuz 8 ein Kardangelenk,
so dass man die Lenkfunktion als Kardanlenkung bezeichnen kann.
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Wichtig ist bei der Lenkung eine Gegenkraft, die bei den Lenkausschlägen
mindestens proportional dem Auslenkwinkel ansteigt, denn nur so ist ein sicheres
Fahren und Lenken möglich. Bei der Geradeausfahrt, also beim Lenkausschlag null,
kann diese Richtkraft entweder null sein, oder es kann eine bestimmte Vorspannung
eingehalten werden. Hauptmerkmal dieser Querausschlagfederung ist, dass die Rückstellkräfte
in beiden Ausschlagsrichtungen vom gleichen Federkörper erzeugt werden, d.h. von
einem gemeinsamen Federorgan. Diese Lösung ergibt die einfachste Ausführung und
zugleich die grösste Sicherheit. Sollte die Querfederung infolge eines Bruches plötzlich
ausfallen, bleiben die Federkräfte nach beiden Ausschlagrichtungen aus, während
bei Anordnung je eines besonderen Federkörpers für die linken und rechten Auslenkungen
beim Bruch eines Federkörpers, der andere eine Störkraft erzeugen würde; das Lenken
wäre in diesem Fall nicht mehr möglich, es gäbe ein Ausbrechen des betroffenen Rollers
aus der gegebenen Fahrrichtung. Sofern nur ein Federkörper zur Abfederung der Querneigungen
nach links und rechts vorgesehen ist, erfolgt beim Bruch desselben keinerlei Störung
der Lenkung, denn beide Rückstellkräfte entfallen gleichzeitig, der Rollerfahrer
behält seine Fahrrichtung bei und kann ohne Querfederung lenken. Den Bruch
des
Federkörpers kann er während der Fahrt festellen, denn er sieht die Querfederungseinrichtungen
vor sich als obersten Teil der Lenkeinrichtung. Nicht gezeichnete Endanschläge verhindern
ein Umschlagen derselben bei Bruch des Federorgans. Die Federn der Querfederung
bestehen je aus einem Naturgummiring 12 von rundem Querschnitt, der von zwei Spannkernen
14, 14' zu einer flach-oval Form ausgespannt wird. 15 ist ein auf dem Achskreuz
9 fest angeordneter Greifer, der zwischen den Längsseiten des Gummiringes 12 liegt
und mit diesen in Arbeitsverbindung steht. Beim Ausschlag der Achsen 8 der Radpaare
6, 7 nach links (Fig. 6) spreizt der Greifer 15 die rechts liegenden Langseiten
der ovalen Gummiringfedern 12, während beim Ausschlag der Achsen 8 nach links (Fig.
7) der Greifer 15 die links liegenden Langseiten der ovalen Gummiringfedern 12 spreizt.
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Die in Fig. 1 ersichtliche Radanordnung der Roller ist das Wesentlichste
der Rollerkonstruktion. Durch Verbindung der Lastpunkte A, B, C der Räder 5, 6,
7 auf den Radachsen 4', 8 mittels der Linien d ist eine Delta-Formation erkennbar,
welche das wesentlichste Merkmal der Konstruktion bildet.
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Diese Radanordnung wurde durch viele Versuche als bestmögliche Lösung
gefunden.
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Eine Ausführung als Einspur Fahrzeug, d.h. zwei Räder in einer Linie
angeordnet, zeigte sich als zu wenig lenkstabil.
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Eine Dreiradausführung mit symmetrischer Vorderachse erwies sich als
nicht kippsicher. Eine Vierradkonstruktion, mit beiden Achsen als Lenkachsen, zeigte
ein zu hohs; Gewicht und zwar sehr schwierig zu führen.
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Nachdem bei einer Dreirad-Ausführung die Abstützung des Fahrgestelles
auf der Vorderradachse 8 stark unsymmetrisch gewählt wurde, konnte allen sich aus
dem Fahren ergebenden Forderungen entsprochen werden. Die Delta-Anordnung der drei
Räder 5, 6, 7 (Fig. 1) ist auch fahrtechnisch günstig: die beiden Einzel-Hinterräder
5 ergeben eine geringe Spurbreite der Roller an der Hinterachse (Lastachse). Dadurch
wird ein Zusammenschlagen oder Aneinander streifen der Lastachsen 4' bzw. Radgabeln
4 ausgeschlossen, was für die Fahrsicherheit ausschlaggebend ist. Zudem ergibt die
Anordnung nur eines Hinterrades auch eine einfache Ausführung der Bremsvorrichtung
und erlaubt die Verwendung breiter Reifen, die nur weich gepumpt werden müssen,
um die Hauptlast zu tragen, d.h. Weichreifen, die auch das Befahren rauher Wege
gestatten. Die Abrollfläche der weich gepumpten Reifen ist so gross, dass grobe
Steine ohne merklichen Widerstand "geschluckt" werden und bei lehmigem Grund sich
nur geringe Einsinktiefen der Räder zeigen.
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Infolge der stark unsymmetrischen Abstützung des Fahrgestelles 1,
9, 10 auf den Vorderradachsen 8 stehen die inneren Räder näher an den Lenkachsen
10 als die äusseren, d.h. der Abstand der Füsse des Fahrers vom inneren Vorderrad
6 (Fig. 1) wird dadurch kleiner gehalten, was für die Fahrsicherheit vorteilhaft
ist. Nach aussen ist beliebig Raum vorhanden, weshalb die äusseren Räder 7 in grösserem
Abstand von den Lenkachsen 10 angebracht werden können.
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Dank dieser Anordnung kann beim Fahren auf ebener Fahrbahn auch ein
Seitwärts-Abstossen erfolgen, wie dies beim Rollschuh- oder Schlittschuhlaufen möglich
ist. Beim Bergwärtsgehen
kommt dagegen nur das Parallele Schreiten
in Frage, also der Langlaufschritt. An den Hinterrädern 5 (Lasträder) sind die Ausleger
oder Radgabeln 4 ebenfalls unsymmetrisch angeordnet, da die Bremsen aussenseitig
Platz bedingen. Die Hauptmasse der in Delta-Formation gebauten Roller sind folgende:
Reifen der Vorderräder 882 " j 2" (Aussendurchmesser 220, Breite 52) Hinterreifen
260 / 85 (Aussendurchmesser 250, Breite 78) Achsabstand 625 Lastschwerpunktabstand
von der Hinterachse 210 Spurweite der Lenkräder 185 Abstand der inneren Vorderräder
von der Lenkachse 75 Bei Auflage von 100% Last im Lastschwerpunkt S werden die Räder
wie folgt belastet: Hinterrad (Lastrad) 66,40% Vorderachse 33,60* Inneres Vorderrad
20,00% Aeusseres Vorderrad 13,60%
Daraus folgt, dass die inneren
Vorderräder stärker gepumpt werden sollen als die äusseren, etwa im Verhältnis der
Belastungen, hier also wie 1,4 : 1. Die Reif endrücke haben sich nach der Belastung
und der Fahrbahn zu richten.
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Auch beim Fahren auf asphaltierten Strassen sollen die Reifen nicht
zu stark gepumpt werden, was besonders für die Hinterräder gilt.
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Die Bremsen der Roller wirken auf die Hinterräder 5. Dies ist durch
fahrtechnische Gegebenheiten bedingt, wonach das Bremsen mit den die Hauptlast tragenden
Hinterrädern 5 erfolgen soll, denn dadurch wird die grösstmögliche Bremskraft vom
Rad auf die Fahrbahn übertragen. Ausserdem zeigen die Hinterräder 5 infolge ihrer
grösseren Reifenbreite die grössere Rollfläche, was für die Bremskraft-Uebertragung
günstig ist. Ein Bremsen mit den Vorderrädern wäre nicht nur wenig wirksam, sondern
auch gefährlich für den Fahrer; er könnte bei brüsker Bremsbetätigung nach vorn
gekippt werden und stürzen. Bei Gefällefahrten neigt sich der Fahrer zwangsläufig
gegen die Hinterräder, er "lehnt" zurück.
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Dadurch werden die Hinterräder mehr belastet als bei Fahrt in der
Ebene, und dies ist richtig und notwendig. Beim Bremsen mit den Hinterrädern besteht
für den Fahrer keine Gefahr des Vornüberkippens, denn der Drehpunkt der Kippung
ist der Berührungspunkt zwischen Hinterrad und Fahrbahn.
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Die beiden Bremsen werden mittels je eines Seilzuges 16' betätigt,
nach Wahl einzeln oder zusammen. Ein Bremsen auf andere Weise, z.B. durch Hochneigen
der Fussplatte oder Backenplatte 3, erwies sich als praktisch nicht ausführbar.
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Die einzig mögliche Lösung hier ist: Lenken mit den Füssen - Bremsen
mit den Seilen. Die Füsse können nur eine Funktion ausführen. Das Bremsseil 16 gibt
dem Fahrer einen zusätzlichen Halt auf den Rollern:, bei steiler Gefällefahrt kann
man sich "ins Seil legen".
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Sobald die Roller frei zu rollen beginnen, hat der Fahrer das Seil
zu ergreifen, um jederzeit bremsbereit zu sein. Beim Schreiten in ebenem Gelände
und in Steigungen kann das Bremsseil 16 losgelassen werden. Es hängt immer an einer
Halsschlaufe. Die Mitte des in einem Bogen von einem Roller zum andern Roller führenden
Bremsseiles wird von der Halsschlaufe getragen, deren Länge einstellbar ist.
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Da das Lenken der Roller durch Querneigung der Fuss- oder Backenplatte
und damit des Fahrgestelles erfolgt, wird auch das Hinterrad 5 (Lastrad) jedes Rollers
relativ zur Fahrbahn schräg gestellt. Dies ist erwünscht und funktionsmässig richtig,
denn die Hinterradebene muss mit der Resultierenden aus Fahrgewicht und Zentralkraft
in gleicher Linie liegen, wie beim Fahrrad, das eine Kurve befährt.
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Die Vorderradachsen 8 bleiben beim Querneigen der Roller stets parallel
zur Fahrbahnebene, sie erfahren eine Schwenkung bezüglich der Längsachsen der Roller.
Die Fahrbahn bildet den Horizont für das Lenken. Deshalb ist ein Lenken nur bei
Anwendung zweier Lenkräder 6, 7 (Vorderräder) möglich.
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Die Roller haben bei Belastung das Bestreben in die Nullage (Horizontallage),
Fig. 5, zu gehen. Dies ist ebenfalls richtig und erwünscht. Bei jeder Querneigung
um höchstens einen Winkel (Fig. 6 und 7) entsteht ein rückführendes, gegen die Nullage
gerichtetes Moment, da die Last unterhalb der Vorder- und Hinterradachsen 4', 8
getragen wird. Die stabilste Lage ist deshalb die Nulllage, d.h. die Horizontallage
der Radachsen 4' und 8. Das Zurückführen in die Nullage geschieht, wie erwähnt,
auch durch die Querfederung mittels der Gummiringfeder 12.
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Die Bremsen der Roller sind besonders wichtig und müssen für Dauerbetätigung
ausgelegt sein, denn bei jeder Gefällefahrt sind sie dauernd in Funktion. Ihr Wärmeableitvermögen
muss deshalb so gross sein, dass sie mindestens 30 Minuten ohne Unterbruch im Eingriff
bleiben können. Dabei müssen sie möglichst wenige Teile aufweisen, geringes Gewicht
haben und leicht zu betätigen sein. Als einzig brauchbare Bremse erwies sich eine
Bandbremse, genauer gesagt die Aussenbandbremse, wie sie unter anderem in Hebezeugen
als Sicherheitsbremse, angewandt wird. Eine derartige Bremse besteht aus nur drei
Teilen: der am Hinterrad (Lastrad) angeordneten Bremsscheibe 17, dem mit dem Reibbelag
18 bestückten Bremsband 19 und der Betätigungsvorrichtung, die im vorliegenden Fall
aus einem kleinen Seilspill 20 besteht. Die mit dem Rad 5 umlaufende Bremsscheibe
17 ist eine Flachriemenscheibe, um die das feststehende Bremsband 19 gespannt ist.
Vom Seilspill 20 führt das Drahtseil 16' über eine Umlenkrolle 21 nach oben und
ist mittels einer Drahtseilkausche 22 mit dem
Bremsseil 16 verbunden.
Die Umlenkrolle 21 ist auf der Aussenseite des Zentralrohres 1 auf einem Achszapfen
23 des letzteren gelagert und durch eine Lasche 24 auf dem Achszapfen 23 gesichert.
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Die Kraft 5 in Fig. 8 ist bei diesen Rollern nicht identisch mit der
Betätigungskraft Kh am Bremsseil 16', 16.
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Diese ist kleiner als S denn das Seilspill 20 mit ver-1 schieden grossen
Radien r und r2 dient zur Verringerung der Handkraft Kh am Bremsseil 16', 16:
Durch geeignete Wahl des Radienverhältnisses r1 : r2 des Seilspills 20 lässt sich
die Handkraft Kh am Bremsseil 16, 16' beliebig verringern und nach den Wünschen
der Fahrer bestimmen. Da der Reibwert der gleitenden Reibung stark von der Gleitgeschwindigkeit
abhängig ist und mit steigender Geschwindigkeit abnimst,çwird die Handkraft Kh am
Bremsseil 16, 16' bei grosser Rollgeschwindigkeit grösser werden. Das Seilspill
20 ist ein einfaches Drehteil, das auf einem Anker 21 der Ausleger 4 umläuft und
daher die Konstruktion nicht verteuert. Die Fig. 10 zeigt das Seilspill 20 der Bremsbetätigungsvorrichtung
im Seitenriss.
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Das Seilspill 20 dient durch seine Länge zugleich auch zur Erzeugung
der Seitenversetzung desselben inbezug auf die Bremsscheibe 17. Letztere befindet
sich in grösserem Abstand vom Zentralrohr 1 als die Umlenkrolle 21 des Drahtseiles
16'.
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Die Umlenkrolle 21 soll möglichst nahe am Zentralrohr 1 der Roller
angeordnet sein, damit durch die Handkraft Kh am Bremsseil 16 kein störendes Quermoment
erzeugt wird.
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Das Drahtseil 16' läuft um das Seilspill 20 herum, muss daher nicht
besonders befestigt werden, was für die Sicherheit der Drahtseilführung günstig
ist. Nur infolge der notwendigen Seitenversetzung im Drahtseil kann mittels des
Seilspills 20 gleichzeitig eine Kraftuntersetzung erzeugt werden. Die Bremsscheiben
17 sind aussenseitig der Hinterräder 5 angeordnet, da hiefür der nötige Platz geboten
ist. Diese Lage begünstigt auch die Wärmeableitung von den Bremsen.
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Wie aus dem Grundriss der Roller in Fig. 1 zu entnehmen ist, weisen
die inneren Vorderräder bei einer Beinspreizung des Fahrers von 250 mm einen freien
Abstand von rund 46 mm auf; sie würden sich erst bei 204 mm Beinspreizung berühren.
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Eine Beinspreizung von 250 mm muss beim Fahren aus statischen Gründen
mindestens eingehalten werden. Sollten die Vorderräder sich beim Gefällefahren berühren,
wäre dies nicht unbedingt gefährlich, denn es ragen keine Teile über die Aussenebene
der Räder 6 hinaus, und zudem drehen sich die Räder im gleichen Drehsinn und mit
gleicher Winkelgeschwindigkeit. In Fig. 1 sind die Fahrspuren der sechs Räder 5,
6, 7 mit a, b, c bezeichnet, welche bei 250 mm Beinspreizung in gehörigem Abstand
von der nächsten Spur liegen.
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Die Verbindungslinien d der Berührungspunkte A,B,C von Rad und Fahrbahn
(Fig. 1) bilden im Grundriss ein irreguläres Dreieck, in diesem Fall eine Delta-Figur.
Darin ist S der
Schwerpunkt der Masse des Fahrers. Er liegt hier
etwa 210 mm vor der Hinterradachse 4'. Bei 625 mm Achsabstand entfallen von der
Gesamtlast je die Hälfte auf einen Roller, davon etwa 66,4% auf die Hinter- und
33,6% auf die Vorderradachse. Infolge der unsymmetrischen Anordnung der Vorderräder,
mit 75 und 110 mm Abstand von der Längsachse 1, tragen die inneren Vorderräder 20%
und die äusseren Vorderräder 13,6% der Gesamtlast. Bei 75 kg Fahrergewicht und gleichmässiger
Gewichtsverteilung auf beide Roller trägt jedes Hinterrad 24,90 kg, jedes innere
Vorderrad 7,50 kg, jedes äussere Vorderrad 5,10 kg. Dies sind relativ niedrige Lastwerte,
es genügen daher auch sehr kleine Reifendrücke, man kann mit weich gepumpten Reifen
rollen. Beim Rollen auf einem Roller erhöhen sich die Belastungen der Räder auf
etwas mehr als auf das Doppelte der vorstehenden Werte, da der Fahrer in diesem
Fall den tragenden Roller mit dem Gewicht des abgehobenen Rollers zusätzlich belastet.
Doch sind in diesem Fall 52 kg für das belastete Hinterrad, 17 kg für ein inneres
und 12 kg für ein äusseres Vorderrad immer noch bescheidene Lastzahlen.
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