DE4426337A1 - Radaufhängung für Rollbrett - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein vierrädriges, durch Gewichtsverlagerung lenkbares Rollbrett nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche nicht motorangetriebenen Straßen- oder Geländefahrzeuge für Sport- und Spielzwecke sind u. a. als Skateboards, Snakeboards oder Speedsegel-Fahrzeuge bekannt. Ihre Radaufhängung besteht meist aus 2 unabhängig voneinander aufgehängten, beweglich mit dem Aufbau (Chassis) verbundenen Starrachsen, die über Gewichtsverlagerung und/oder Fußsteuerung gelenkt werden können.

Bei den Skateboards, den Rollbrettern im ursprünglichen Sinne, sind die Radachsen am Aufbau (meist ein einfaches Holzbrett) über jeweils ein Drehgelenk befestigt, deren Drehachsen aus der Verti­ kalen um einen bestimmten Winkel nach vorne bzw. hinten geneigt sind. Infolge dieser Neigungswinkel werden bei einer Kippbewegung des Aufbaus um seine horizontale Längsachse beide Radachsen derart zueinander verdreht, daß das Fahrzeug eine Kreisbahn zur abgekipp­ ten Seite hin einschlägt. Je größer dieser Winkel gewählt ist und je stärker das Gewicht nach kurveninnen verlagert bzw. der Aufbau gekippt wird, desto enger fällt der Radius der Kreisbahn aus.

Die Rückstellung in die Normallage erfolgt üblicherweise durch elastische Elemente, die parallel zum Drehgelenk angeordnet und daher nur bei Lenkbewegungen der Achsen wirksam sind. Sie federn also keine Fahrbahnstöße (z. B. infolge Steinen oder Schlaglöcher) ab. Die Wirkungsweise einer solchen Rollbrett-Radaufhängung geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 27 46 270 A1 hervor, deren Besonderheit eine in der Mitte nach oben gekröpfte Starr­ achse ist (Verbesserung der Bodenfreiheit; kein Einfluß auf die Kinematik der Radaufhängung).

Aufgrund ihrer relativ kleinen Raddurchmesser, der geringen Spur­ weite und des geringen Radstandes sind die Skateboards zwar sehr wendig, jedoch i.a. nur für glatte und befestigte Fahrbahnen ge­ eignet.

Die Speedsegel-Fahrzeuge (Rollbretter mit Segelantrieb) haben eine ähnlich funktionierende Radaufhängung wie die Skateboards, sind aber wegen ihrer größeren (meist gummibereiften) Räder sowie ihres längeren Radstandes darüberhinaus bedingt geländetauglich; ihr Einsatzgebiet sind vor allem von der Flut freigegebene, feuchte und relativ feste Sandstrände. Aufgrund des langen Radstandes ist der durch Gewichtsverlagerung erzielbare Lenkeffekt jedoch nur wenig wirksam. Zudem ist der Untergrund oft nicht fest genug, um allein durch Gewichtsverlagerung eine ausreichend präzise Steuer­ ung zu erlauben (bei zu starker einseitiger Belastung könnten sich die jeweiligen Räder im Sand eingraben), daher erfolgt die Steuer­ ung des Fahrzeugs - ähnlich wie beim Windsurfen - zusätzlich über die Lateralkraftverschiebung des hierbei verwendeten Windsurf- Segels: Bei Neigung des Riggs in Fahrtrichtung nach hinten wandert der Segeldruckpunkt (Lateralpunkt) hinter die Seitenkraft-Resul­ tierende der Räder, wodurch das Fahrzeug in die dem Wind zuge­ wandte Richtung dreht; bei nach vorne geneigtem Rigg dreht es in die andere Richtung.

Während bei den Speedsegel-Rollbrettern das Segel sowohl für den Vortrieb als auch für die Steuerung unerläßlich ist, werden auch bei den normalerweise durch Fußkraft fortbewegten Skateboards ge­ legentlich Segel eingesetzt; dort allerdings weniger zu Steuer­ ungszwecken, sondern für einen bequemeren Antrieb.

Im Gegensatz zu den Skateboards und Speedsegel-Fahrzeugen hat das Snakeboard kein festes, sondern ein aus 3 Segmenten bestehendes Chassis, die durch 2 Drehgelenke miteinander verbunden sind. Der Fahrer steht meist in Fußschlaufen mit dem vorderen Fuß auf dem vorderen Segment und mit dem hinteren Fuß auf dem hinteren, und kann somit durch Drehen der Füße zu- oder gegeneinander die Achsen direkt verdrehen und dadurch das Fahrzeug lenken. Eine Gewichts­ verlagerung nach kurveninnen ist daher nicht mehr für die Steuer­ ung erforderlich, sondern nur, um das Gleichgewicht zu halten. Das Snakeboard fällt damit streng genommen nicht in die Fahrzeug­ gattung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Nachteilig bei allen bisher genannten Fahrzeugen ist vor allem die Verwendung von Starrachsen zur Führung der Räder. Diese sind zwar einfach aufgebaut und ermöglichen mit einfachen kinematischen Mitteln die Umsetzung der vom Fahrer eingeleiteten Kippbewegung des Aufbaus in eine Lenkbewegung der Räder, doch durch die kinema­ tisch starre Verbindung der beiden Räder einer Achse wird das Sturz- und Vorspurverhalten eines Rades von der Position des be­ nachbarten Rades bestimmt. Was bei Geradeausfahrt auf ebener Fahr­ bahn - insbesondere unter Verwendung breiter Skateboardrollen - ein beachtlicher Vorteil ist (stets konstante Sturzwinkel und Spurweiten), führt bei Kurvenfahrt und/oder unebenen Fahrbahnen zu folgenden Nachteilen:

• - Kurvenfahrt:
  Der Sturzwinkel relativ zur Fahrbahn bleibt auch hier konstant. Diese Eigenschaft bietet zwar vor allem bei Kraftfahrzeugen mit niedrigem Schwerpunkt, deren Aufbau sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft nur wenig nach außen neigt, einige Vorteile (u. a. ermöglicht sie die Nutzung der vollen Radaufstandsfläche bei der Verwendung breiter, luftgefederter Reifen), nicht jedoch bei einem Rollbrett, wo sich der Fahrer mit diesem - ahnlich wie mit einem Motorrad - in die Kurve legen muß, um die auftretende Zentrifugalkraft über Reibschluß auf die Fahrbahn übertragen zu können. Hier ist es zur Übertragung hoher Querbeschleunigungen i.a. günstiger, wenn die Räder zusammen mit dem Fahrer und dem Rollbrett mit in die Kurve gelegt werden (die Begründung erfolgt später bei der Beschreibung von Fig. 1); dies setzt allerdings die Verwendung gummibereifter Räder voraus, deren Lauffläche sich dem momentanen Radsturz anpaßt.
  Dieser kinematische Nachteil der Starrachse verstärkt sich noch, wenn - wie insbesondere bei Speedsegelfahrzeugen üblich - ein starrer Radsatz verwendet wird, bei dem wegen der starren Kop­ plung der Radnaben untereinander beide Räder sich mit derselben Drehzahl drehen. Dies führt vor allem in engen Kurven, wo die inneren Räder auf einem wesentlich geringeren Kurvenradius ab­ rollen als die äußeren (und sich gemäß der Rollbedingung ω = v/r beim freien Rollen entsprechend langsamer als die äußeren Räder drehen würden), zu einem unvermeidlichen Schlupf zwischen Rad und Fahrbahn, welcher den Kraftschluß beeinträchtigt und damit das Seitenführungsvermögen der Achse reduziert. (Bei Kraftfahr­ zeugen erfolgt der notwendige Drehzahlausgleich üblicherweise durch ein Differential im Antriebsstrang).
  Zwar wird dieser Nachteil (zumindest bei den Skateboards) meist dadurch vermieden, daß die Räder jedes für sich einzeln drehbar an der Achse befestigt werden, doch auch dann tritt - insbeson­ dere bei Verwendung sehr breiter Rollen - ein ähnlicher Effekt auf: Da die kurveninnere Seite der Rolle entsprechend der Roll­ bedingung langsamer abrollen möchte als die kurvenäußere, werden die seitlichen Abschnitte der Rolle zu einer mittleren Rollge­ schwindigkeit gezwungen und verursachen damit Schlupfverluste. (Dieser Effekt läßt sich nur mit kegelförmigen Rollen verhin­ dern; bzw. mit unter Sturz laufenden Gummireifen, deren Lauf­ fläche sich kegelförmig der Fahrbahn anpaßt).
• - Unebene Fahrbahnen:
  Wird ein Rad einer Achse einseitig angehoben oder abgesenkt (infolge Steinen oder Schlaglöcher), erfolgt sowohl eine den Reibschluß zur Fahrbahn mindernde kurzzeitige Radlaständerung als auch eine Sturzänderung, die den Reibschluß i.a. ebenfalls beeinträchtigt. Infolge der kinematisch starren Anbindung der Räder untereinander werden die Radlast- und Sturzänderungen auch auf das benachbarte Rad übertragen, worauf auch dort der Kraft­ schluß verringert wird. Dies wirkt sich besonders in der Kurve unangenehm aus, weil hierdurch die Seitenführungsreserven aufge­ zehrt werden. Da zusätzlich das Rad beim Überfahren eines Hin­ dernisses einen Stoß nicht nur in vertikaler, sondern auch in horizontaler Richtung erhält (jene Komponente ist umso stärker, je höher das Hindernis oder je kleiner der Raddurchmesser ist), wird zusätzlich das Rad kurzzeitig nach hinten ausgelenkt und verreißt damit die Starrachse (deren einzige Ausweichmöglich­ keit ja die Drehung um die Gelenkachse ist), wobei das Rollbrett durch die ungewollte Lenkbewegung außer Kontrolle geraten kann.

Ein weiterer Nachteil der Starrachsen-Rollbretter resultiert da­ raus, daß die Räder in vertikaler Richtung gegenüber dem Aufbau ungefedert aufgehängt sind nicht die Möglichkeit haben, durch eine Relativbewegung gegenüber dem Chassis ein Verreißen der Achse zu verhindern und die den Kraftschluß mindernde Radlaständerung abzu­ bauen. Dadurch wird die volle Stoßenergie unmittelbar auf den Aufbau übertragen, beeinträchtigt den Fahrkomfort und ggf. auch das Gleichgewicht des Fahrers.

Letzterer Nachteil wurde erkannt und mit der Offenlegungsschrift DE 28 45 942 A1 eine Einzelradaufhängung vorgeschlagen, die eine individuelle Einfederung aller 4 Räder zum Ausgleich kleinerer Fahrbahnunebenheiten ermöglicht. Die Räder sind jeweils über relativ kurze Längslenker (Bezeichnung aus dem Automobilbau für Lenkerarme, die das Rad in einer in Fahrzeuglängsrichtung liegen­ den Kreisbahn führen) federnd mit den beiden starren Achskörpern verbunden, die ihrerseits mit herkömmlichen Skateboarddrehgelenken am Chassis befestigt sind. Jedes Rad hat damit 2 Freiheitsgrade gegenüber dem Aufbau: Die im wesentlichen vertikale Einfederung mit dem Längslenker (Drehung um die horizontale Längslenkerdreh­ achse) sowie die im wesentlichen um eine vertikale Drehachse er­ folgende Lenkbewegung mit dem starren Achskörper. Während bei der Geradeausfahrt i.a. nur vertikale Federbewegungen stattfinden, überlagern sich in der Kurve beide Bewegungsformen. Neben der skateboardtypischen, durch die Gewichtsverlagerung erzeugten Drehbewegung um die Lenkachsen federn die nun stärker belasteten kurveninneren Räder zusätzlich ein und die entlasteten äußeren Räder aus, was sich auf die Radaufhängungskinematik wie folgt auswirkt:

• - Im Gegensatz zu den Starrachsen sind die starren Achskörper nun nicht mehr parallel zur Fahrbahn, sondern mitsamt den Rädern etwas nach innen geneigt. Offensichtlich um deren Neigungswinkel relativ zur Fahrbahn (Sturzwinkel) bei der Verwendung breiter Skateboardrollen gering zu halten, sind bei o.g. Offenlegungs­ schrift die Längslenker verhältnismäßig kurz ausgeführt.
• - Um denjenigen Betrag, um den die Achskörper nach innen geneigt sind, muß der Aufbau stärker gekippt werden, damit derselbe Lenkeinschlag erzielt wird. Oder die Achskörper-Drehachse wird zur Kompensation dieses Effektes von vorneherein stärker geneigt ausgelegt.

Die betragsmäßige Aufteilung der beiden Radbewegungsformen unter­ einander (Drehbewegung um die Längslenkerdrehachse einerseits und um die Achskörperdrehachse andererseits) und damit auch das Fahr­ verhalten hängen neben den geometrischen Daten (Lenkerlänge und Spurweite) auch vom Verhältnis der Federraten ab, da nicht nur die Räder an den Achskörpern federnd aufgehängt sind, sondern auch die Achskörper federnd am Aufbau. Durch Abstimmung der Federraten aufeinander läßt sich in weiten Bereichen sicherlich ein erwünsch­ tes und definiertes Fahrverhalten erzielen; massive Probleme sind allerdings im hochdynamischen Schwingbereich zu erwarten, wenn z. B. durch hochfrequente Fahrbahnanregungen die Achskörper (die ja sowohl mit den Rädern als auch mit dem Aufbau federnd verbun­ den und damit schwingfähig sind) zu Eigenbewegungen angeregt werden und ein unkontrollierbares Fahrverhalten bewirken können.

Aus der Offenlegungsschrift DT 27 27 561 A1 ist eine weitere Ein­ zelradaufhängung für Rollbretter bekannt, die weniger den Feder­ ungskomfort, sondern das Sturzverhalten der Radaufhängung verbes­ sern soll. Hierzu ist jedes Rad an einem Radträger befestigt, der über Doppelquerlenker mit dem Aufbau verbunden ist und dadurch in der Ebene quer zur Fahrtrichtung in einer (abhängig von den Len­ kerlängen) etwa ovalen Bahn geführt wird, wobei das Rad seinen Sturzwinkel relativ zum Aufbau ungefähr beibehält. Wird dieses nach kurveninnen gekippt, neigen sich die Räder mit und ändern dementsprechend ihren Sturz gegenüber der Fahrbahn.

Damit die Räder hierbei nicht geradeaus weiter fahren, sind die Radträger zusätzlich um ihre Hochachse drehbar aufgehängt und vom Aufbau über ein Lenkgestänge gesteuert. Jedes Rad erhält somit zunächst einen 2. Freiheitsgrad (neben der Vertikalbewegung also auch eine Drehung), der allerdings durch die Zwangsteuerung über das Lenkgestänge gleich wieder aufgehoben wird (im Gegensatz zur vorgenannten Offenlegungsschrift, wo die Räder wegen der nur elas­ tischen Fesselung des Achskörpers auch undefinierte Positionen einnehmen können).

Diese Radaufhängung schafft vermutlich gute Voraussetzungen für eine optimale Kurvenfahr-Kinematik, doch ist der Aufwand an Teilen beinahe so hoch wie bei einer Kraftfahrzeug-Vorderachse. Offen­ sichtlich um diesen Aufwand nicht noch höher zu treiben, wird auf eine Vertikalfederung der Räder verzichtet. Die unteren Querlenker einer Achse sind nämlich als durchgehende Streben ausgeführt, die drehbar am Aufbau aufgehängt sind und daher keine ein- oder beid­ seitigen Einfederungen zulassen, wie sie zum Ausgleich von Fahr­ bahnunebenheiten erforderlich wären. Allerdings wird durch diese Fesselung der unteren Querlenker auch eine unangenehme Eigenschaft der Doppelquerlenkerachsen bei Geradeausfahrt vermieden: Die Spur­ weitenänderung beim gegenseitigen Einfedern, die zu einem vorüber­ gehenden Verlust des Kraftschlusses mit der Fahrbahn führen kann.

Ziel der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung eines Rollbretts für Straßen- und Geländeeinsatz, das die genannten Nachteile nicht oder nur in gemäßigter Form aufweist und das be­ züglich seiner Steuerungs- und Fahreigenschaften den Gleitsport­ arten Snowboarden, Surfen und Windsurfen möglichst nahe kommt.

Dieses Ziel wird durch die Hauptmerkmale der Patentansprüche er­ füllt: Die Räder sind durch eine Einzelradaufhängung mit dem Auf­ bau verbunden und über Federelemente an diesem abgestützt. Mit Hilfe der kennzeichnenden kinematischen und/oder elastokinemati­ schen Mittel erfüllt die Radführung folgende Anforderungen:

• - Bei Geradeausfahrt, wo das Standbrett in waagerechter Position gehalten wird, werden die Räder auch beim Überfahren von ein- oder beidseitigen Fahrbahnunebenheiten im wesentlichen sturz- und spurkonstant geführt; d. h. die Sturzwinkel (i.a. gleich Null), die Vorspurwinkel (Radwinkel zur Fahrzeuglängsachse, bei größeren Beträgen meist mit Lenkwinkel bezeichnet) und auch die Spurweite ändern sich nicht oder nur unwesentlich.
• - Bei Kurvenfahrt, die durch Gewichtsverlagerung und Neigung des Standbretts nach kurveninnen ausgelöst wird, erzeugen die am Radaufstandspunkt angreifenden Kräfte an den Rädern einen Lenk­ winkel, der in einem gewünschten Verhältnis zum Neigungswinkel des Bretts steht. Im Gegensatz zu den Starrachsaufhängungen bleibt hierbei der Sturzwinkel relativ zum Aufbau weitgehend konstant, so daß sich die Räder zusammen mit dem Aufbau in die Kurve legen.

Während sich also der Sturzwinkel bezogen auf den Aufbau im we­ sentlichen nicht ändert, unterscheidet sich das Vorspurverhalten in der Kurve entscheidend von der Geradeausfahrt. Dies muß auch so sein, da die Rollbretter - im Gegensatz zu anderen lenkbaren Fahrzeugen - keinen zusätzlichen Freiheitsgrad für eine separate Lenkeinrichtung aufweisen und i.a. nur durch kinematische Mittel gesteuert werden, welche den Neigungswinkel des Standbretts in eine Lenkbewegung der Räder umsetzen. In der vorliegenden Erfin­ dung werden neben den kinematischen auch elastokinematische Mittel vorgeschlagen:

• - Kinematische Mittel:
  Die Radführung erfolgt durch eine Verbundlenkerachse, wie sie im Automobilbau mit ähnlichen Merkmalen, jedoch mit z. T. konträrer Zielsetzung bekannt ist. Ihre Kinematik basiert auf dem Längs­ lenker, dessen Lenk- bzw. Vorspurverhalten zusätzlich durch einen kinematischen Querverbund von der augenblicklichen Posi­ tion des benachbarten Rades mitbestimmt wird. Bei der Geradeaus­ fahrt und beim Überfahren von Bodenwellen (gleichsinniges Ein- und Ausfedern beider Räder) bleibt der Vorspurwinkel der Räder stets konstant (Längslenkerverhalten). Beim gegensinnigen Ein- bzw. Ausfedern, das wegen der Aufbauneigung ein Merkmal der Kur­ venfahrt ist, verursacht die Federwegdifferenz zwischen rechten und linken Rad dagegen über o.g. Querverbund an beiden Rädern jeweils einen Lenkwinkel nach kurveninnen; in der Beschreibung von Fig. 1 ist dieser Effekt näher erläutert.
• - Elastokinematische Mittel:
  (Mit Elastokinematik wird im Automobilbau die gezielte Beein­ flussung der Kinematik durch elastische Glieder oder Verbin­ dungselemente unter der Einwirkung äußerer Kräfte bezeichnet). Basis ist auch hier der Längslenker. Allerdings wird hier nicht die Position des benachbarten Rades als Indiz für eine gerade stattfindende Kurvenfahrt herangezogen, sondern die hierbei ent­ stehenden Rad-Seitenkräfte. Diese werden dazu benutzt, einen ge­ zielt teilelastischen Längslenker (oder auch dessen Lagerung) derart zu verformen, daß die Räder den gewünschten Lenkwinkel einnehmen.
  Durch den Verzicht auf den kinematischen Verbund ist die Achse zwar sehr einfach aufgebaut, doch dafür erfordert das Einleiten einer Kurvenfahrt vom Fahrer neben der Gewichtsverlagerung einen zusätzlichen Körpereinsatz: Durch einen seitlichen Fersen- oder Knieschub müssen die Seitenkräfte erst einmal aktiv aufgebaut werden, bevor sich ein Lenkeinschlag ergibt. Gegenüber den kine­ matischen Effekten sind also Ursache und Wirkung vertauscht (dort erzeugt die Gewichtsverlagerung über die Federwege einen Lenkwinkel und dieser über die Zentrifugalkraft schließlich die Radseitenkräfte).

Die vorgeschlagenen kinematischen und elastokinematischen Mittel sind weitgehend aus dem Automobilbau bekannt, unterscheiden sich jedoch aufgrund teilweise konträrer Funktionsanforderungen in we­ sentlichen Merkmalen. Wie bereits erwähnt, trifft dies auch für die Verbundlenkerachse zu: Bei der Geradeausfahrt ist dort zwar ebenfalls die längslenkertypische Sturz- und Spurkonstanz zum Schlucken von Fahrbahnunebenheiten erwünscht, doch sind in der Kurve die Anforderungen an den Querverbund gerade umgekehrt. Anstelle des Vorspur- soll dort das Sturzverhalten beeinflußt werden, dafür sind die Vorspurwinkel weitgehend konstant zu halten. Dies wird bei der Beschreibung von Fig. 1 noch anhand von Beispielen erläu­ tert.

Die unterschiedlichen Funktionsanforderungen resultieren sowohl aus der erwähnten andersartigen Steuerungstechnik als auch daraus, daß das Rollbrett zwar ebenfalls ein Zweispurfahrzeug ist, jedoch ähnlich wie ein Einspurfahrzeug gefahren wird. Aufgrund des un­ gleich höheren Schwerpunkts des Gesamtsystems Fahrer/Rollbrett können die bei Kurvenfahrt auftretenden Zentrifugalkräfte nur durch eine Gewichtsverlagerung nach kurveninnen auf der Fahrbahn abgestützt bzw. ein Kippen des Bretts verhindert werden. Beim Kraftfahrzeug neigt sich der Aufbau unter Einfluß der Zentrifugal­ kraft dagegen nach kurvenaußen, weshalb einerseites zur Minimie­ rung des Wankwinkels der Schwerpunkt so niedrig wie möglich gelegt und andererseits die Kinematik derart ausgelegt wird, daß sich dieser Wankwinkel möglichst wenig auf die Radgeometrie in Bezug auf die Fahrbahn auswirkt (vor allem sollte vermieden werden, daß sich die Räder mit dem Aufbau nach außen neigen). Insbesondere bei leistungsschwächeren und nicht für den fahrdynamischen Grenzbe­ reich konzipierten Automobilen werden diese Anforderungen - weil hier selten hohe Wankwinkel zu erwarten sind - auch mit einfachen Drehgelenk-Einzelradaufhängungen (z. B. reine Längs- oder Schräg­ lenker, ohne kinematischen Querverbund) mehr oder weniger gut erfüllt. Die Kinematik beruht dann meist auf einem Kompromiß aus Geradeaus- und Kurvenfahrt.

Im Gegensatz hierzu sind für diese Fahrzustände beim Rollbrett die kinematischen Anforderungen so unterschiedlich, daß mit einfachen Lenkern ohne kinematische oder elastokinematische Vorspureffekte zu große Funktionseinbußen in Kauf genommen werden müßten.

Aus diesen Gründen sind die Automobil-Achskonstruktionen in kei­ nerlei Weise hinderlich für die vorliegende Erfindung (zumal sie auch einer anderen Fahrzeuggattung angehören).

Bezugszeichenliste

1, 21, 41, 61 Aufbau (Chassis)
2, 22, 42, 62 Standbrett
3, 23, Lagerhalter
4, 24, 44, 64 Federabstützung
5, 45, Lagerschelle
6, 46, 66 Gummilager
7, 27, 47, 67 Federelement
8, 28, 48, Federteller
9 Befestigungselement
10, 30, 50, 70 Rad
11, 31, 51, Achskörper
12, 32, 52, 72 Radlagerzapfen
13, 33, 53, 73 Lenker
14, 34, 54, Achslagerwelle
15, 35, 55, Hebel (ende)
16, 36, 56 Verbindungsstück
17, 57, 77 Fußschlaufe
18 Brettverlängerung
19 Bremsbelag
20, 80 Mastspur
37 Ausgleichsfeder
78 Distanzhülse
81 Aufbau
82 Rad
83 Lenker
84 Radnabe
85 Spreizkörper
86 Außenring
87 Rolle
88 Aufbau
89 Lenker
90 Zuganschlagfeder
91 Kette
92 Rad
93 Kettenrad
94 Antriebsrad
95 Übertragungsrad
96 Übertragungsrad
97 Übertragungsrad
98 Spannrolle
99 Spannrolle
100 Federelement
101 Vorderachse
102 Rad
103 Teleskopgabel
104 Drehgelenk
105 Lenkstange
106 Motor/Getriebe-Einheit
107 Abtriebswelle
108 Übertragungsrad
109 Kette
110 Kettenrad
111 Rad
112 Lenkerlager
113 Lenker
114 Hebel
115 Lagerhalter
116 Aufbau
117 Fußplatte
118 Sitz
119 Federelement
120 Batterie

Beschreibung der Beispiele

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen eine hinsichtlich der Fahreigen­ schaften bevorzugte Ausführungsform, teilweise geschnitten, in verschiedenen Ansichten. (In Fig. 4 folgt dann noch eine Gesamt­ ansicht in verkleinertem Maßstab). Vorder- und Hinterachse sind symmetrisch aufgebaut, jedoch in unterschiedlichen Fahrsituationen gezeichnet:

• - Vorderachse: Beidseitig voll eingefedert, wie beim Überfahren einer Bodenwelle (strichliert gezeichnet: voll ausgefedert);
• - Hinterachse: Gegensinnig ein- bzw. ausgefedert, wie beim Durch­ fahren einer engen Kurve.

Der Aufbau 1 besteht aus dem Standbrett 2 und zwei Lagerhaltern 3, die über die Federabstützung 4 miteinander verbunden sind. An den Lagerhaltern 3 sind die Lagerschellen 5 verschraubt, welche die Gummilager 6 aufnehmen. Wie aus der Draufsicht (Fig. 1) ersicht­ lich, weisen diese auf ihrem Umfang Aussparungen für die Schellen auf und sind somit gegen ein axiales Herausrutschen gesichert. Zwei Federelemente 7 (für die Hinterachse) und 7′ (für die Vorder­ achse) sind von jeweils zwei Federtellern 8 am Aufbau und über das Befestigungselement 9 am Achskörper 11 abgestützt. Als Befesti­ gungselement ist in diesem Beispiel eine Federstahlklammer ge­ wählt, die auf das Verbindungsstück 16 aufgeschoben und dort durch eine leichte Kröpfung (aus Fig. 3 ersichtlich) gegen seitliches Verrutschen fixiert wird. Statt der Klammer, die zwar einen sehr schnellen Wechsel der Federelemente erlaubt, dafür aber keine Zug­ kräfte überträgt, können selbstverständlich auch andere Verbin­ dungselemente (z. B. Verschraubungen) eingesetzt werden.

Der aus einem Federstab gebogene Achskörper 11 ist an den Enden zu Gewindezapfen 12 abgedreht und trägt dort mittels nicht näher dar­ gestellter Radlager (Wälz- oder Gleitlager) die schematisiert ge­ zeichneten Räder 10. Nach einem geraden Abschnitt 13, der die Funktion eines Lenkers innehat, ist der Achskörper auf beiden Seiten zuerst nach innen und dann nach oben gekröpft. In den kur­ zen geraden Abschnitten 14 dazwischen wird er von den geschlitz­ ten Gummilagern 6 umschlossen (erfüllt dort somit die Funktion von Lagerwellen) und durch seine Kröpfungsradien axial in diesen zent­ triert. Die Gummilager 6, wie sie z. B. aus dem Automobilbau als Stabilisatorlager bekannt sind, ermöglichen aufgrund ihrer Elasti­ zität einerseits die Drehbewegung des Lenkers gegenüber dem Aufbau und andererseits auch eine begrenzte kardanische Auslenkung der Lagerwelle, wie aus der Draufsicht der Hinterachse zu ersehen ist. Im weiteren Verlauf bildet der Achskörper beidseits einen biege­ steifen Hebel (ist hierzu etwas flach gewalzt) und geht an den He­ belenden 15 in das ebenfalls abgeflachte Verbindungsstück 16 über. Dieses verbindet die beiden Achshälften biegesteif, aber torsions­ elastisch und übt daher bei der Kurvenfahrt zwei Funktionen aus:

• - Kinematischer Querverbund:
  Beim rechten (kurveninneren, eingefederten) Hinterrad bewegt sich das obere Ende 15 des Hebels in einem Kreisbogen nach vorne und beim linken, ausgefederten Rad das Ende 15′′ nach hinten, wo­ durch das Verbindungsstück 16 in der Draufsicht um den Winkel ϕ verdreht wird. Über die Hebel werden beide Lenker 13 samt den Rädern mitgedreht und lenken das Fahrzeug in die Kurve. Der Lenkwinkel ist umso größer, je mehr sich die Federwege rechts zu links voneinander unterscheiden, je stärker also der Aufbau nach innen geneigt ist.
• - Elastischer Querverbund:
  Aus der Seitenansicht ist zu erkennen, daß die Hebel 15 und 15′′ den Winkel ψ miteinander einschließen. Um diesen Winkel wird das Verbindungsstück 16 tordiert und übt damit die Funktion eines (Quer-) Stabilisators aus, der bei Federwegdifferenzen zwischen den linken und rechten Rädern eine Rückstellkraft erzeugt; die Torsionsfederrate kann über das Höhe/Breite-Verhältnis des flachgewalzten Verbindungsstücks variiert werden.

Bei der Geradeausfahrt (Vorderachsdarstellung) bewegen sich beide Hebelenden in die gleiche Richtung, wodurch das Verbindungsstück 16′ ohne zu tordieren und auch ohne Verdrehung ϕ in der Draufsicht mitgenommen wird und dadurch weder Lenkwinkel noch Stabilisator­ kräfte erzeugt. Vorspur-, Sturzwinkel sowie Spurweite bleiben kon­ stant und gewährleisten somit einen ungestörten Geradeauslauf.

Während hier also eine reine Längslenkerkinematik vorliegt (die Räder federn jeweils in einer Ebene längs zur Fahrzeugachse ein), bewegen sich die Räder bei der Kurvenfahrt in einer hierzu schräg­ gestellten Ebene (Schräglenkerkinematik). Der Unterschied zwischen Längs- und Schräglenkerkinematik wird in der Ansicht von hinten in Fig. 3 veranschaulicht:

• - Bei der Geradeausfahrt dreht sich jeder Lenker um die horizonta­ le Achse X, die durch die Lagerpunkte 14 hindurchgeht (Längslen­ kerfunktion).
• - Bei der Kurvenfahrt mit symmetrischem Ein- und Ausfedern der Räder stützt sich z. B. der Lenker 13 des rechten, eingefederten Hinterrades neben seinem ersten Lagerpunkt 14 am Hebelende 15′′ des benachbarten Lenkers ab, das damit als zweiter Lagerpunkt des Lenkers 13 angesehen werden kann. Die durch diese beiden Lager verlaufende Lenkerdrehachse Y ist damit schräggestellt, womit eine Schräglenkerkinematik vorliegt. (Anmerkung: Die Achse Y liegt schräg zur Fahrzeugquerrichtung in einer etwa vertikalen Ebene; im Automobilbau ist die Bezeichnung "Schräglenker" aller­ dings nur für Lenker gebräuchlich, deren Drehachse in einer horizontalen Ebene schräg verläuft).
• - Bei überlagerten einseitigen Bodenunebenheiten sowohl in der Geradeaus- als auch Kurvenfahrt nehmen die Räder Zwischenposi­ tionen innerhalb der in Fig. 3 dargestellten Extremlagen (vorne ohne Federwegdifferenz, hinten mit maximaler Federwegdifferenz) ein, wodurch auch die Lenkerdrehachsen jeweils Zwischenposi­ tionen zwischen den Achsen X und Y beziehen.

Gegenüber dem reinen Längslenker, der sich stets nur um eine hori­ zontale Achse X dreht, haben hier die Räder (ähnlich den zitierten bekannten Rollbrett-Einzelradaufhängungen) zunächst einen 2. Frei­ heitsgrad durch die Bewegungsmöglichkeit des zweiten Lagerpunktes auf einer Kreisbahn. Allerdings ist dieser Freiheitsgrad dadurch aufgehoben, daß sich dieser Punkt nicht frei auf der Bahn bewegen kann, sondern durch die Position des benachbarten Rades fixiert ist. Im Gegensatz zu DE 28 45 942 A1 sind damit die Radstellungen aller Räder jederzeit definiert festgelegt und die Voraussetzungen für ein kontrolliertes Fahrverhalten geschaffen. Und im Gegensatz zu DE 27 46 270 A1 ist zur Erzielung dieses definierten Verhaltens kein zusätzliches aufwendiges Lenkgestänge erforderlich, der ge­ wünschte Lenkeinschlag wird allein durch durch geschickte Ausle­ gung der Kinematik erzielt.

Wie erwähnt, unterscheidet sich die hier beschriebene Verbundlen­ kerachse von den aus dem Automobilbau bekannten Beispielen vor allem durch die gegensätzlichen kinematischen Anforderungen und dementsprechend auch in der konstruktiven Ausführung. Bei den­ jenigen Automobil-Verbundlenkerachsen, wo der Querverbund eben­ falls, ähnlich Fig. 1, über ein torsionselastisches Verbindungs­ stück erfolgt (wie z. B. in der Offenlegungsschrift DT 25 15 843 A1 dargestellt), liegt dieses notwendigerweise in einer durch die beiden Lenker aufgespannten horizontalen Ebene; in Fig. 1 und 2 verläuft dagegen das Verbindungsstück in einer hauptsächlich ver­ tikalen Ebene.

Ein weiteres Beispiel aus dem Automobilbau ist in der Offen­ legungsschrift P 16 30 134.1 beschrieben. Es zeigt eine wesentlich aufwendigere Konstruktion, gibt jedoch die Verbundlenkerkinematik sauberer wieder: Anstelle über ein gemeinsames Verbindungsstück ist jeder Lenker jeweils über eine schräge Strebe mit dem Hebelarm des gegenüberliegenden Lenkers verbunden. Die Hebelenden schwen­ ken auch hier auf einem Kreisbogen gleichsinnig bei Geradeaus- und gegensinnig bei Kurvenfahrt, doch liegen die Hebel ungefähr waage­ recht, weshalb sich die Lagerstellen an den Hebelenden in etwa vertikal (so auch dort im Hauptanspruch beschrieben) und nicht horizontal bewegen, wie es beim erfindungsgemäßen Rollbrett zur Erzeugung großer Lenkwinkel bei weitgehend konstanten Sturzwinkel erforderlich ist.

Aus Fig. 3 ist gut ersichtlich, daß der Sturzwinkel der Räder relativ zum Aufbau stets konstant bleibt und relativ zur Fahrbahn dem Neigungswinkel des Aufbaus entspricht. Die Lauffläche des Reifens (nicht explizit dargestellt) paßt sich dabei ähnlich einem Motorradreifen kegelförmig der Fahrbahn an. Dieses Sturzverhalten ist eine wesentliche Voraussetzung für die Übertragbarkeit maxi­ maler Seitenführungskräfte: Während ein ohne Seitenneigung frei rollendes Rad stets geradeaus läuft (weswegen auch die durch Starrachsen verbundenen Räder immer nur geradeaus laufen wollen), rollt ein unter einem Sturzwinkel geneigtes Rad wie ein Kegel in einer Kreisbahn, deren Mittelpunkt der Durchstoßpunkt der Radachse mit der Fahrbahn ist. Wenn also wie in Fig. 3 die Räder bei Kur­ venfahrt mit dem Aufbau mitgeneigt werden, rollen sie ungefähr in diejenige Richtung, in die sie auch frei rollend laufen würden; deshalb gehen auch keine Seitenführungskräfte dadurch verloren, daß die Räder entgegen ihrer bevorzugten Laufrichtung in einen anderen Kurvenradius gezwungen werden (keine Schlupfverluste in axialer Radrichtung).

Durch die Einzelradaufhängung ist zudem gewährleistet, daß jedes Rad für sich gemäß der Rollbedingung mit der optimalen Drehzahl abrollt, so daß die Räder auch keine Schlupfverluste in tangentia­ ler Richtung erleiden.

Auch über die Lenk- bzw. Vorspurwinkel kann das Rollverhalten der Räder beeinflußt werden. Bei vierrädrigen Fahrzeugen wird ein ide­ ales Abrollen dann erreicht, wenn sich die nach kurveninnen ver­ längerten Radachsen alle in einem Punkt (dem Kurvenmittelpunkt N) treffen. Zur Realisierung dieser sog. "Ackermann"-Lenkgeometrie stehen sowohl kinematische als auch elastokinematische Mittel zur Verfügung. Ein kinematischer Vorspureffekt wird später in Fig. 5 näher beschrieben, und ein elastokinematischer ist hier in Fig. 1 angedeutet: Da die Achskörper aus Federstahl bestehen und ihre geraden Abschnitte (z. B. Lenker 13) ohnehin nicht völlig biege­ steif gestaltet werden können, ist die Biegeelastizität der Lenker 13 um ihre Hochachse vorteilhafterweise derart ausgelegt, daß sich bei der Kurvenfahrt die Radachsen möglichst in einem Punkt (M) treffen. Zur Erzielung eines solchen Effektes wird die Tatsache ausgenutzt, daß die stärker belasteten kurveninneren Räder eine größere Seitenkraft S aufbauen als die äußeren und daher - wegen der stärkeren elastischen Verformung - auch größere Vorspurwinkel einnehmen.

Dieser elastokinematische Vorspureffekt ist dem kinematischen Lenkverhalten überlagert, welches in der Auslegung gemäß Fig. 1 und 2 innen und außen gleiche Lenkwinkel erzeugt. (In der Normal­ lage liegt das Verbindungsstück 16 nämlich genau über der den Lenkerdrehachsen, daher legen die Hebelenden 15 in der Draufsicht beim gegenseitigen Einfedern denselben Weg zurück und verursachen dieselben Lenkwinkel).

Die Wirkungsweise der Federung geht aus der Seitenansicht (Fig. 2) hervor. Die Kraftübertragung von der Radaufstandskraft R an das jeweilige Federelement geschieht über die Lenker 13 und die Hebel 15, wo eine Umlenkung um 90° erfolgt, durch die der platzsparende Einbau liegender Federelemente ermöglicht wird. In der vorliegen­ den Ausführungsform greift die Federkraft jedoch nicht direkt an den Hebelenden 15 an, sondern in der Mitte des Verbindungsstücks 16, womit nur eine Feder pro Achse erforderlich ist. Die Feder arbeitet dann als reine Hubfeder, wie aus dem Vergleich der Vor­ derachsfeder 7′ mit der Hinterachsfeder 7 ersichtlich ist: Bei gegenseitiger symmetrischer Ein- bzw. Ausfederung ändert die Mitte des Verbindungsstücks 16 ihre Position nicht und beansprucht daher auch nicht die Feder 7. Bei allen anderen Fahrzuständen arbeiten die Federn dagegen; am extremsten natürlich beim beidseitigen vollen Ein- und Ausfedern, wie aus dem Beispiel der Vorderachse hervorgeht.

Voraussetzung für eine solche Federanordnung mit reinen Hubfedern (die nur die Hub- und nicht die Wankbewegungen des Aufbaus abfe­ dern) ist allerdings das Vorhandensein von Stabilisatoren, welche für die notwendige Wankabstützung bei Kurvenfahrt sorgen. Die Auf­ teilung der Hub- und Wankfederung auf unterschiedliche Funktions­ elemente hat den Vorteil, daß die Hubfedern nicht die Wankfeder­ rate beeinflussen (und umgekehrt), so daß eine problemlose Feder- und Stabilisatorabstimmung sowie eine schnelle Anpassung an unter­ schiedliche Einsatzbedingungen möglich ist.

Bei der Federabstimmung ist zu berücksichtigen, daß bei zunehmen­ der Querbeschleunigung die Radseitenkräfte S und dadurch (wie aus Fig. 3 ersichtlich) auch die resultierenden Radaufstandskräfte R ansteigen. Letztere bewirken ein beidseitiges Einfedern und somit eine Beanspruchung der Hubfederung zusätzlich zur Stabilisatorar­ beit. Dieses generelle Einfedern des Aufbaus bei hohen Querbesch­ leunigungen hat den Vorteil, daß auch bei extremen Schräglagen die kurvenäußeren Räder nicht von der Fahrbahn abheben können und daß dem Fahrer ein zusätzliches Signal zum Erfühlen der Beschleunigung vermittelt wird (welches nicht nur die Risikoeinschätzung verbes­ sert, sondern auch den Fahrspaß steigert).

Als Federelemente sind in Fig. 1 zwei Zylinder aus kompressiblem Material (z. B. Schaum-Polyurethan) eingesetzt, das im Automobilbau häufig für Druckanschlagfedern verwendet wird. Vorteilhaft gegen­ über Stahlfedern sind die progressive Federrate (Verhärtung bei zunehmender Einfederung, was die Durchschlagsicherheit erhöht), die Eigendämpfung (was den Einsatz spezieller Schwingungsdämpfer erübrigt) und die nachträgliche Bearbeitungsmöglichkeit mit ein­ fachsten Mitteln (zur Feinabstimmung).

Für die Federabstimmung steht mit dem Federübersetzung noch eine weitere Variationsmöglichkeit zur Verfügung, die aus Fig. 2 und 3 hervorgeht. Das Verbindungsstück 16 ist in der Mitte etwas nach oben gekröpft, um diesen Betrag ist der Hebelarm des Federabgriffs gegenüber Hebel 15 verlängert und damit das Feder-Übersetzungsver­ hältnis verändert.

In Fig. 4 ist das in den Fig. 1, 2 und 3 beschriebene Rollbrett noch einmal in der Draufsicht dargestellt und zeigt die Einzelhei­ ten des Standbretts, die aus den vorangegangenen Ansichten nicht eindeutig zu erkennen sind.

Das Standbrett 2 ist vorzugsweise mit vier Fußschlaufen 17 aus­ gestattet, um ähnlich wie bei Windsurfbrettern dem Fahrer einen sicheren Halt und einen dosierten Krafteinsatz zu ermöglichen. Anstelle der Schlaufen kann das Brett auch mit einer Snowboard- oder Skibindung versehen werden.

In strichpunktierter Form sind noch 2 Erweiterungsmöglichkeiten für das Standbrett wiedergegeben:

• - Die heckseitige Verlängerung 18 dient dazu, mit einem größeren Hebelarm das Brett möglichst weit hinten belasten zu können, um durch eine extreme Gewichtsverlagerung auf die Hinterachse die Räder 10 zum Anstreifen an der Standbrettunterseite zu bringen. Damit kann das Rollbrett auch aus hohen Geschwindigkeiten we­ sentlich besser dosiert abgebremst werden als bei den bekannten Skateboardstoppelementen (an den Brettüberhängen von unten ange­ schraubte Gummipuffer, über die das Rollbrett für Notbremsungen direkt mit der Fahrbahn in Kontakt gebracht wird). Im Gegensatz zu diesen liegt beim Abbremsen über den Reifen stets ein defi­ nierter Reibwert vor und es stören keine Fahrbahnunebenheiten. Zur Verbesserung der Bremswirkung kann im Einfederungsbereich der Räder die Brettunterseite - wie in Fig. 2 gezeichnet - mit austauschbaren Bremsbelägen 19 versehen werden, deren Material­ beschaffenheit mit dem Reibwert der Reifen abgestimmt ist.
• - Die vordere Verlängerung 18′ dient als Aufnahme für eine Mast­ spur 20 (Nut o. ä.), in die handelsübliche Verbindungselemente für Windsurf-Riggs oder andere Segelarten eingeschraubt werden können. Damit läßt sich das Rollbrett wie die Speedsegelfahr­ zeuge mit Hilfe der Windkraft fortbewegen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen ebenfalls eine Verbundlenker-Aufhängung mit ähnlicher Kinematik wie Fig. 1, jedoch in einer anderen, "pro­ totypengemäßeren" konstruktiven Ausführung des Achskörpers 31 (d. h. weitgehende Verwendung von Normteilen und -profilen; nur me­ chanische Bearbeitung; Verstellmöglichkeiten zur Optimierung der Kinematik und der Federraten). Der Achskörper 31 ist zusammenge­ setzt aus zwei sehr biege- und torsionssteifen Vierkantrohren (Lenker 33), an derem einen Ende die Radlagerzapfen 32 und am anderen Ende je zwei hochelastische Federstahlblätter 35 und 36 verschraubt sind. Der obere Federstahl 36 verbindet die beiden Vierkantrohre miteinander und stellt wie das Verbindungsstück 16 einen kinematischen und elastischen Querverbund her; die unteren Federstahlblätter 35 und 35′′ dienen zur Aufhängung des Achskörpers an der Achslagerwelle 34 und üben daneben wieder eine Hebel­ funktion aus. Im Gegensatz zu Fig. 1 sind die Lenker 33 also direkt mit dem Verbindungsstück 36 biegesteif verbunden und nicht über die Hebel 35, daher können letztere hier als torsionssweiche Federstahlblätter ausgeführt werden, welche in der Kurvenfahrt die Lenkbewegung der Lenker bzw. Räder zulassen. Aus diesem Grund müssen die Achslager nicht kardanisch weich ausgelegt werden und sind deshalb als einfache, nicht mit Gummi hinterfütterte Gleit­ lager ausgeführt. Sie sitzen auf einer gemeinsamen Welle 34, die mit den Lagerhaltern 23 verschraubt ist.

Zur Beeinflussung des Sturz- und Vorspurverhaltens kann das Ver­ bindungsstück 36 - wie angedeutet - auf den Vierkantrohren in ver­ schiedenen Positionen verschraubt werden, ebenso die Hebel 35. Diese sind auch in ihrer Länge verstellbar, zur Verstärkung oder Abschwächung des Lenkeffekts (Verhältnis von Kurvenradius zur Schräglage des Aufbaus). In der in den Fig. 5 und 6 gezeich­ neten Ausführung liegen z. B. die Verbindungsstücke 36 im Vergleich zu Fig. 1 in der Normallage nicht genau senkrecht über den Achsla­ gern bzw. der Welle 34, sondern sind etwas zur Fahrzeugmitte hin verschoben (siehe Darstellung der Vorderachse, die in diesem Bei­ spiel in Normallage gezeichnet ist). Daher legt beim gegenseitigen symmetrischen Einfedern in der Draufsicht (Fig. 6; dargestellt an der Hinterachse) das kurveninnere Ende des Verbindungsstücks 36 in der Projektion einen etwas geringeren Weg zurück als das äußere Ende, wodurch der kurvenäußere Lenker 33′′ auch etwas weniger aus­ gelenkt wird als der innere 33. Durch dieses Verschieben des Ver­ bindungsstückes 36 wird also ein kinematischer Vorspureffekt er­ zeugt, mit dem sich die Ackermann-Lenkfunktion realisieren läßt (ähnlich wie in Fig. 1; dort allerdings mit Hilfe elastokinema­ tischer Mittel).

Abweichend zu Fig. 1 sind hier pro Achse je zwei Federn (27) ver­ baut, die sich über die Federteller 28 jeweils direkt am Ende der Vierkantrohre abstützen. Da nun die Federn bei jeder Radbewegung ausgelenkt werden, sind sie keine reine Hubfedern mehr, sondern dienen auch der Wankabstützung. Ihre anteilige Wankfederrate muß zu den Torsionsfederraten des Verbindungsstücks 36 und auch der Hebel 35 und 35′′ hinzugezählt werden, welche sich allerdings über Breite und Dicke der Federstahlblätter leicht variieren lassen.

Falls dieser Abstimmspielraum nicht ausreicht, können - wie in Fig. 6 dargestellt - auch Ausgleichsfedern 37 eingesetzt werden, welche die Verbindungsstücke 36 und 36′ von Vorder- und Hinter­ achse direkt miteinander verbinden und daher nur wirksam werden, wenn sich die Verbindungsstücke aufeinander zu- oder wegbewegen, wie es z. B. beim Durchfedern auf Bodenwellen der Fall ist. Da sie beim gegenseitigen Ein- und Ausfedern dagegen nicht beansprucht werden, haben sie die entgegengesetzte Wirkung von Stabilisatoren. Wird eine Druckfeder als Ausgleichsfeder eingesetzt, erhöht sie die Hubfederrate ohne Einfluß auf die Wankfederrate (und damit auch das Verhältnis Hub- zu Wankfederrate, was eine Verringerung der Stabilisatorwirkung bedeutet). Bei Verwendung einer Zugfeder, wie sie in Fig. 6 gezeichnet ist, wird umgekehrt die Hubfederrate abgesenkt und damit indirekt die Stabilisatorwirkung erhöht.

In verhältnismäßig langen und schmalen Einbauräumen wie in Fig. 5 bzw. 6 haben Zugfedern Funktionsvorteile gegenüber Druckfedern, da bei ihnen unter Belastung nicht die Gefahr des Ausknickens be­ steht. Sie können auch dann eingesetzt werden, wenn die Stabili­ satorwirkung nicht erhöht, sondern verringert werden soll. Diese Möglichkeit ist in Fig. 6 strichpunktiert angedeutet: Die Hebel 35 werden hierzu über ihre Drehachsen 34 hinaus nach unten verlängert und mit Aufnahmebohrungen für die Zugfedern 37′ (je eine für jede Fahrzeugseite) versehen. Die durch die Ausgleichsfedern in die Hebel eingeleiteten Zugkräfte erzeugen dann ein gleichgerichtetes Moment wie die Hubfedern 27 und erhöhen damit die Hubfederrate.

Die bisher behandelten und in Bild 1 bis 6 beschriebenen Ausfüh­ rungsformen der Verbundlenkerachse sind für Rollbretter ausgelegt, die einen ähnlichen Aufbau wie die bekannten Skateboards aufweisen (mit relativ kleinen, unter dem Rollbrett liegenden Rädern). Bei geländegängigeren Rollbrettern, wie den mit Windkraft angetrie­ benen Speedsegel-Fahrzeugen, sind dagegen Räder mit größerem Durchmesser und Gummibereifung sowie ein wesentlich längerer Rad­ stand üblich, wobei das Standbrett - damit der Fahrer nicht zu hoch steht - zwischen den Rädern angeordnet ist.

Für solche Anwendungsfälle eignet sich sehr gut die in den Fig. 7, 8 und 9 dargestellte "umgedrehte" Ausführungsform der Verbund­ lenkerachse, bei der im Gegensatz zu den vorangegangenen Beispie­ len die Lenker der Vorderachse gezogen und die hinteren geschoben sind; dementsprechend liegen auch die Verbindungsstücke 56 und 56′ nicht über, sondern unter der Lenkerdrehachse. Wegen der Anordnung der vorderen Radaufhängungs- und Federungselemente noch vor den Vorderrädern und der hinteren Elemente hinter den Hinterrädern (dadurch also nicht störend im Trittbereich des Fahrers) sowie der umgedrehten Lage der Verbindungsstücke kann das Standbrett 42 über die gesamte Fahrzeuglänge hinweg in eine sehr tiefe Position ge­ bracht werden. Im Gegensatz zu den Starrachs-Rollbrettern, wo das Brett zwangsweise über den Achsen liegt und i.a. noch zusätzlicher Freiraum für die dazwischen angeordneten Drehgelenke eingeräumt werden muß, kann bei der Einzelradaufhängung auf Längslenker-Basis das Standbrett - wie in Fig. 7 dargestellt - sogar noch tiefer als die Radmitten plaziert werden. Aus der Ansicht von hinten (Fig. 9) ist ersichtlich, daß der Spielraum nach unten im wesentlichen nur durch die erforderliche Rest-Bodenfreiheit des Standbretts und der Verbindungsstücke 56 bei großen Schräglagen begrenzt ist.

In den Fig. 7 und 8 sind beispielhaft zwei unterschiedliche Achskonstruktionen - allerdings mit gleicher Kinematik - in einem Fahrzeug miteinander kombiniert: Die Vorderachse weist einen zu­ sammengesetzten Achskörper 51′ wie in Fig. 5 und die Hinterachse einen gebogenen Achskörper 51 ähnlich Fig. 1 auf. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist dieser Achskörper allerdings nicht aus einem Stück ge­ fertigt, sondern aus zwei Teilen zusammengesetzt, die in der Mitte konzentrisch ineinandergreifen und dort somit ein Drehgelenk bil­ den. Infolge seiner großen Länge ist dieses Gelenk sehr biegesteif und erfüllt daher kinematisch dieselbe Funktion wie die Verbin­ dungsstücke bei den vorangegangenen Anwendungsbeispielen. Da es im Gegensatz zu diesen jedoch keine Torsionskräfte überträgt, übt es auch keine Stabilisatorfunktion aus. Falls dennoch eine Stabili­ satorwirkung gewünscht wird, kann die innere Welle als Drehstab ausgeführt und mit dem Hebel des gegenüberliegenden Lenkers ver­ schraubt werden. Ebenso könnte die innere Welle (wie die äußere) als Hohlwelle ausgeführt werden und in ihrem Hohlraum einen zu­ sätzlichen Drehstab aufnehmen, der beide Lenker miteinander ver­ bindet (aus dem Automobilbau vorbekannt). Solche Anordnungen sind dann von Vorteil, wenn ein Verbindungsstück mit relativ niedriger Drehfederrate bei dennoch hoher Biegesteifigkeit erforderlich ist.

Die Federung übernehmen an der Hinterachse zwei Hubfedern 47, 47′′ und an der Vorderachse zwei Drehstabfedern 47′, 47′′′. Letztere sind jeweils an einem Ende mit dem Aufbau 41, am anderen Ende mit den Lenkern 53′ und 53′′′ drehsteif verbunden und werden bei jeder Ein- und Ausfederbewegung der Räder auf Torsion beansprucht (im Gegensatz zu den Verbindungsstücken 56 und 56′, die nur bei Dif­ ferenzfederwegen tordiert werden und daher wieder eine Stabili­ satorfunktion ausüben). Da die Drehstabfedern in Fahrzeuglängs- und -vertikalrichtung fast keinen Raum beanspruchen, beeinträch­ tigen sie nicht die Bodenfreiheit. Wenn sie sich allerdings über die ganze Fahrzeugbreite erstrecken, sind sie sich gegenseitig im Wege und müssen entweder (wie in Fig. 8 dargestellt) versetzt oder etwas schräg eingebaut werden.

Die Vorderachskonstruktion von Fig. 7 mit ihren torsionselasti­ schen Hebelelementen 55′ und 55′′′ und der festen Lagerachse (ohne kardanische Auslenkung) ist darüberhinaus für den Einsatz von Drehstabfedern besonders prädestiniert, da diese hierbei nicht (wie z. B. später in Fig. 10) zusätzlich auf Biegung beansprucht werden. Sie bietet daher insbesondere für die spezielle Anwendung bei Speedsegel-Rollbrettern einen hervorragenden Kompromiß aus Raumökonomie und Funktionalität.

Die tiefe Position des Standbretts ermöglicht in Verbindung mit der kurvenfreudigeren und kraftschlüssigeren Achskinematik ein Fahrverhalten ähnlich dem moderner, schnellgleitender Windsurf­ bretter. Während die bekannten Speedsegel-Rollbretter noch wie die allerersten Windsurfer (spätgleitende Verdrängerbretter) haupt­ sächlich über die Rigg-Steuerung gelenkt werden und dadurch auch deren träge Kurvenfahreigenschaften aufweisen, erlaubt die erfin­ dungsgemäße Radaufhängung den zusätzlichen Einsatz einer effi­ zienten Fußsteuerung. Dementsprechend ist das Standbrett 42 in der Draufsicht zwischen Vorder- und Hinterachse mit einer verbreiter­ ten Trittfläche und einer surfbrettgemäßeren Anordnung der Fuß­ schlaufen 57 versehen; einer Maßnahme, die bei herkömmlichen Speedsegel-Fahrzeugen (üblicherweise mit schmalen Standbrettern ausgestattet) mangels kinematischer Voraussetzungen ohnehin keinen Sinn macht.

Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen eine Längslenker-Radaufhängung, deren Vorspurverhalten auf der Nutzung elastokinematischer Effekte beruht. Im Vergleich zu den bisher behandelten kinematischen Aus­ führungsformen ist sie aufgrund des Verzichts auf den Querverbund einfacher aufgebaut, leichter und ermöglicht eine gegenüber Fig. 7 noch etwas tiefere Standbrettposition; dafür hat sie, wie anfangs erwähnt, den Nachteil einer schwierigeren Brettbeherrschung sowie einer weniger präzisen Radführung.

Die Längslenker 73 bestehen aus jeweils zwei biegeweichen blattfe­ derartigen Teilstücken, welche die Räder in der Art einer Radgabel von beiden Seiten umspannen und somit gegenseitig verhindern, daß die als Einzelelement auch torsionsweichen Blattfedern unter Wir­ kung der Radaufstandskraft R auf Torsion beansprucht werden. Die Lenker 73 sind auch hier über platzsparende Drehstabfedern 67 am Aufbau 61 abgestützt und ermöglichen eine extrem tiefgelegtes Standbrett 62.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise ist in Fig. 10 und 11 wieder vorne die Geradeaus- und hinten die Kurvenstellung dargestellt. In der Geradeausfahrt (ohne Seitenkrafteinfluß) und auch beim Überfahren von Bodenunebenheiten bleiben die Räder sturz- und spurkonstant. In der Kurve dagegen werden durch die Seitenkräfte S über die biegeelastischen Lenker Vorspurwinkel aufgebaut, welche - wie bereits bei der Beschreibung von Fig. 1 erläutert - kurven­ innen etwas stärker ausfallen als außen und somit ein optimales Abrollverhalten der Räder ermöglichen (Ackermann-Lenkkinematik).

Dieses elastokinematische Lenkverhalten kann durch zusätzliche Effekte noch verstärkt werden, die ebenfalls in Fig. 10 und 11 gezeigt werden:

• - Elastokinematische Achslager 66 mit gezielter Beeinflussung der Federraten: In Vertikal- und Querrichtung hart, in Längsrichtung dagegen sehr weich (z. B. infolge nierenförmiger Aussparungen, wie aus Fig. 10 ersichtlich). Durch die Seitenkräfte S wird im jedem Lenker ein Moment eingeleitet, das an den Lenkerlagern ab­ gestützt wird. Neben den elastischen Lagern 66 dienen die Ab­ stützpunkte 64 der Drehstabfedern am Aufbau jeweils als zweites Lenkerlager. Da diese aufbaufest sind, verbiegen sich die Lenker soweit um diese Punkte in der Draufsicht (Fig. 11), bis die je­ weilige Seitenkraft mit der Gummilagerrückstellkraft im Gleichgewicht steht.
• - Kinematisch optimierte Gestaltung der elastischen Lenkerteil­ stücke (nur an der Hinterachse dargestellt): Die Teilstücke sind nicht wie an der Vorderachse direkt aneinander mit der Drehstab­ feder verschraubt, sondern über eine Distanzhülse 78 und bilden dadurch mit der Hülse 78 und der Radlagerwelle 72 ein kinema­ tisches Gebilde ähnlich eine sog. Viergelenkkette. Unter der Seitenkraft S beschreibt dabei die Lagerwelle 72 eine Bahnkurve, die von Lage und Länge der übrigen Gelenkglieder abhängt. Damit nun die beabsichtigte Verstärkung des Vorspureffekts eintritt, d. h. die Bahnkurve der Lagerwelle 72 noch stärker gekrümmt wird, müssen die Teilstücke der Lenker über Kreuz geführt werden.

Eine weitere Besonderheit in Fig. 11, die sich nur mit einer Ein­ zelradaufhängung verwirklichen läßt, ist die asymmetrische, in Fahrzeuglängsrichtung versetzte Anordnung der Radpaare, die ähn­ lich wie bei den asymmetrischen Snowboards der schrägen Fußstellung Rechnung trägt. Insbesondere bei hohen Querbeschleunigungen, wo aufgrund der wesentlich höheren Radlasten R der kurveninneren Räder gegenüber den äußeren die Lage der Seitenkraftresultierenden hauptsächlich von den inneren Rädern bestimmt wird (in der ge­ zeichneten Anordnung wandert also in der Draufsicht die Resul­ tierende bei Rechtskurven nach vorne und bei Linkskurven nach hinten), stimmt damit der Druckpunkt der Fußkräfte, der rechts (Zehenseite) weiter vorne liegt als links (Fersenseite), gut mit dem Angriffspunkt der Seitenkräfte S überein. Damit ergibt sich analog zu den asymmetrischen Snowboards eine bzgl. Muskeleinsatz symmetrische Krafteinleitung (der Körperschwerpunkt muß nicht zum Ausgleich unterschiedlicher Druckpunkte links/rechts nach vorne oder hinten verlagert werden) und ermöglicht somit eine entspann­ tere Fahrweise; allerdings mit dem Nachteil, daß das Brett nur noch in einer Fußstellung gefahren werden kann (hier mit dem linken Fuß stets in der vorderen Position; weshalb auch nur ein Fußschlaufenpaar 77 auf dem Standbrett 62 vorgesehen ist). Dort, wo z. B. durch lockere Untergründe keine starke einseitige Gewichtsverlagerung möglich ist, kann aber das Fahrzeug bei waage­ recht gehaltenem Standbrett auch allein durch Riggsteuerung ge­ lenkt werden.

Neben den ausführlich beschriebenen kinematischen und elastokine­ matischen Radführungselementen ist die Federung ein kennzeichnen­ des Merkmal der Erfindung. Über ihre ursprüngliche Aufgabe hinaus (Schlucken von Fahrbahnunebenheiten und Ermöglichung einer feder­ wegabhängigen Radkinematik) lassen sich mit ihrer Hilfe auch wich­ tige Zusatzfunktionen realisieren. Ein Beispiel hierfür wurde be­ reits bei der Beschreibung von Fig. 4 erläutert: Das Abbremsen des Rollbretts durch derart starkes Einfedern der Hinterachse, daß die Reifen an der Standbrettunterseite streifen.

Eine weitere Anwendung, bei der zusätzlich noch eine Längslenker­ spezifische Eigenschaft (die Radstandsverkürzung beim Einfedern) in vorteilhafter Weise genutzt wird, zeigt Fig. 13. Hier ist in stark abstrahierter Form der Aufbau 81 eines Rollbretts darge­ stellt, an dem die Räder 82 über eine beliebige erfindungsgemäße Einzelradaufhängung 83 (z. B. Längslenker) federnd angebracht sind.

Bei wechselseitigem, rhytmischen Ein- und Ausfedern von Vorder- und Hinterachse verkürzt und vergrößert sich abwechselnd der Ab­ stand zwischen den Vorder- und Hinterrädern (Radstandsänderung). Werden die Radlager mit einem Freilauf ausgerüstet, der ähnlich einer Fahrradrücktrittbremse in einer Laufrichtung (rückwärts) eine Raddrehung verhindert und in der anderen freigibt, kann das Rollbrett nach der in Einzelfig. 13a bis d gezeigten Art fort­ bewegt werden. Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Freilaufs ist dieser in den einzelnen Bildern stark vergrößert gezeichnet: Auf der Radnabe 84 ist drehfest ein Spreizkörper 85 aufgepreßt, der in der einen Laufrichtung die vier Rollen 86 gegen die Innenfläche des Außenrings 87 drückt und dadurch den Außenring mit der Radnabe verspreizt. In der anderen Richtung lösen sich dagegen die Rollen und lassen Drehbewegungen zu. Wird nun der Radstand, durch starkes Belasten z. B. der Vorderachse (die Fußkraft F steigt um den Betrag ΔF), gegenüber der Ausgangslage 13a verkürzt (13b), werden wegen Blockierens der Vorderräder die freilaufenden Hinterräder in Rich­ tung Vorderachse herangezogen. Bei anschließender Entlastung ver­ größert sich der Radstand wieder (15c), dadurch blockieren die Hinterräder, und die Vorderräder werden nach vorne geschoben usw. Zum besseren Verständnis sind die einzelnen Schritte dieses Fort­ bewegens derart dargestellt, als ob jede Raddrehbewegung nur durch die Radstandsänderung allein bewirkt wird, wie es z. B. auf losem Untergrund oder am Berg der Fall wäre. Auf ebener, glatter Fahr­ bahn erhält das Rollbrett dagegen schon beim ersten Anstoß einen Impuls nach vorne und bleibt infolge der Masseträgheit des Systems Fahrer/Rollbrett in Freilaufrichtung im Rollen.

Eine hohe Geschwindigkeit läßt sich mit dieser Methode allerdings nicht erzielen, da die relativ geringen Radstandsänderungen nur geringe Drehzahldifferenzen zwischen den Rädern und den Radnaben erzeugen. Effektiver ist es, die wesentlich größeren Federwegän­ derungen, die ja die Radstandsänderungen auslösen, direkt für den Radantrieb einzusetzen. Hierzu sind jedoch zusätzliche Übertra­ gungsmittel erforderlich, welche die Auf- und Abbewegung des Auf­ baus in eine Raddrehung umwandeln: Entweder über Zahnstangen, die Druck- und Zugkräfte übertragen können, oder wie in Fig. 14 über Ketten, die zwar nur Zugkräfte aufnehmen, dafür aber flexibler und platzsparender sind. Die Wirkungsweise des Kettenantriebs wird an­ hand Fig. 14 erläutert, wo wieder schematisch ein Rollbrett mit einer beliebigen erfindungsgemäßen Radaufhängung dargestellt ist. Die Räder 92 werden auf jeder Fahrzeugseite über relativ kleine Kettenräder 93 angetrieben, die entweder drehfest mit den Rädern verbunden sind (dann läuft die Kette ständig mit, auch wenn das Rollbrett nicht angetrieben werden soll) oder über einen Freilauf analog zu Fig. 13. Die Antriebskraft wird auch hier durch wechsel­ seitiges rhytmisches Ein- und Ausfedern der des Standbrett 88 er­ zeugt, an dessen Unterseite über einen Freilauf das Antriebsrad 94 angebracht ist. In Bild 14 ist der Fall dargestellt, wie die Hin­ terachse am Ende eines Arbeitshubs noch voll eingefedert ist (der Lenker 89 liegt noch an der Druckanschlagfeder 90 an) und gerade die Fußkraft F+AF auf die Vorderachse gewechselt hat, um diese einfedern zu lassen. Das gleichzeitig ausfedernde Hinterrad übt dabei über die Kette 91 eine Zugkraft auf das Antriebsrad 94 aus, sperrt dessen Freilauf in der gezeichneten Weise und wird wegen des blockierenden Antriebsrads beim Ausfedern selbst in Pfeil­ richtung in Drehung versetzt. Über das untere Kettensegment, das über die Umlenkrollen 95, 96, 95′ und 96′ sowie über die Spann­ rolle 99 läuft, wird auch das einfedernde Vorderrad mitgedreht. Wenn die Hinterachse dann voll aus- und die Vorderachse voll ein­ gefedert ist und der Fahrer wieder die Hinterachse belastet, ver­ liert die Kette zwischen dem Kettenrad 93 und dem Antriebsrad 94 ihre Spannung und entsperrt dessen Freilauf, wodurch nun auch das obere Kettensegment mit den Kettenrädern mitgezogen werden kann. Die Kette läuft so lange über den Freilauf, wie die Hinterachse noch am Ein- und die Vorderachse am Ausfedern ist. Nach der neuer­ lichen Umkehr treten wieder die in der Abbildung gezeichneten Kräfteverhältnisse, die Kette wird wieder gespannt und sperrt den Freilauf; allerdings nur so lange, wie die Trittbewegung schneller erfolgt, als die Kette umläuft. Hat dagegen die Kette bzw. das Rollbrett eine höhere Geschwindigkeit erreicht, oder der Fahrer stellt die Trittbewegung ein, läuft die Kette weiter über den Freilauf.

Die Zugfeder 100 hält über die Spannrollen 98 und 99 die Kette 91 ständig unter Vorspannung und sorgt darüberhinaus für eine gewisse Kettenlängenreserve. Während nämlich bei der Trittbewegung mit wechselseitigem Ein- und Ausfedern der Mehrbedarf an Kettenlänge für die ausfedernde Achse durch den Minderbedarf der einfedernden Achse in etwa kompensiert wird, muß bei beidachsigen gleichsinni­ gen Federbewegungen (z. B. bei Bodenwellen oder schräggestelltem Brett in der Kurve) Kettenlänge zu- und abgeführt werden.

Die in den Fig. 1 bis 14 vorgestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radaufhängung befaßten sich ausschließlich mit vierrädrigen, zweiachsigen und zweispurigen Rollbrettern, die mit beiden Füßen gesteuert werden. Eines der Hauptmerkmale der Erfin­ dung - die mit dem Aufbau mitgeneigten Räder bei Kurvenfahrt (Kur­ venlegerkinematik) - legen es jedoch nahe, eine solche Achskon­ struktion auch mit bekannten Achsen einspuriger Kurvenleger-Fahr­ zeuge (Motorräder, Fahrräder) zu verknüpfen.

Die Fig. 15 und 16 zeigen ein entsprechendes Beispiel. Hier wird eine erfindungsgemäße Verbundlenkerachse, ähnlich zu Fig. 1, gleich mit drei motorradspezifischen Elementen kombiniert (die allerdings auch einzeln für sich allein mit dieser Achse gepaart werden könnten):

• - Eine (einspurige) Vorderachse 101; hier ausgeführt als Teleskop­ gabelachse, bei der das Vorderrad 102 durch zwei Teleskopfeder­ beine 103, 103′ geführt und abgefedert wird.
• - Ein Drehgelenk 104 zur Verbindung der Vorderachse mit dem Auf­ bau; einschließlich einer Lenkstange 105 zum Lenken der Vorder­ achse (die Hinterachse wird über Gewichtsverlagerung gelenkt).
• - Eine Motor/Getriebe-Einheit 106, welche über die Abtriebswellen 107, die Ketten 109 und die Kettenräder 110 die Hinterräder 111 antreibt.

Die Verbundlenker-Hinterachsgeometrie ist gegenüber Fig. 1 etwas modifiziert, um den Kettentrieb optimal anordnen zu können: Damit auch beim Ein- und Ausfedern eine stets gleichbleibende Ketten­ spannung gewährleistet ist, müssen die Abtriebswellen 107 bzw. die Drehachsen der Übertragungsräder 108 mit der (horizontalen) Len­ kerdrehachse bei Geradeausfahrt zusammenfallen. Die Abtriebswellen gehen daher durch die elastischen Lenkerlager 112 hindurch, die entsprechend groß dimensioniert sind. An ihrer Außenhülse sind die Lenker 113 und die Hebel 114 angeschweißt, die jeweils an ih­ rem Ende durch ein Verbindungsstück (das, hier nicht sichtbar, über den Abtriebswellen verläuft) torsionselastisch miteinander verbunden sind. Die Lenkerlager 112 hängen über die Lagerhalter 115 am Aufbau 116, der die Motor/Getriebe-Einheit, ggf. auch eine Batterie 120 (im Falle eines Elektroantriebs), und den Sitz 118 aufnimmt. Über die Fußstütze 117 und das Drehgelenk 104 wird er mit der Vorderachse 101 verbunden. Als Federelemente für die Hin­ terachse sind in diesem Beispiel zwei Schraubenfedern 119 vorgese­ hen, welche die Lenker unmittelbar am Aufbau abstützen.

Ein weiteres Beispiel der erfindungsgemäßen Radaufhängung für eine nicht Brettsport-typische Fortbewegungsmethode ist in Fig. 17 dar­ gestellt: Hier ist ein Rollbrett, ausgeführt beispielsweise nach Fig. 1 bzw. 4, nahezu auf Schuhgröße verkleinert und mit einer einzigen Fußschlaufe (oder Snowboardbindung) ausgestattet. Wenn beide Fuße mit solch einem minitiaturisierten Brett versehen wer­ den, kann sich der Fahrer wie mit Rollschuhen fortbewegen, profi­ tiert jedoch von den ungleich besseren Kurvenfahreigenschaften der erfindungsgemäßen Radaufhängung im Vergleich zu herkömmlichen Rollschuhen und auch zu deren einspuriger Variante, den sogen. In-Line-Rollern. Der Fahrer kann sich nämlich wie mit den In-Line- Rollern mitsamt Brett und Rädern in die Kurve legen und erzielt damit wesentlich höhere Querbeschleunigungen wie mit herkömmlichen Rollschuhen (die ja jeder für sich ein kleines, nicht durch Fuß­ steuerung lenkbares Starrachs-Rollbrett darstellen); und gegenüber den ebenfalls nicht lenkbaren In-Line-Rollern hat er darüberhinaus den Vorteil, allein durch Gewichtsverlagerung in die Kurve lenken zu können. Bis auf die wohldosierbare Kantenbelastung, die eine zur Fahrtrichtung schräge Fußposition erfordert, gelten ansonsten dieselben erfindungsgemäßen Vorteile der übrigen Ausführungen.

Vorteile der Erfindung

Als ein Hauptziel der Erfindung war die Realisierung eines Roll­ bretts genannt worden, mit dem sich die Fahreigenschaften der Brett-Gleitsportarten wie Snowboarden, Surfen und Windsurfen - bei denen die Brettsteuerung überwiegend durch Gewichtsverlagerung und Fußsteuerung erfolgt - auch auf nicht gleitfähigen, jedoch tragfä­ higen Untergründen (Straßen, Gelände usw.) nachbilden lassen. Die bisher bekannten Rollbrettvarianten Skateboard, Snakeboard oder Speedsegel-Rollbrett vermögen dies nur in unvollkommener Weise; daher beschränkt sich die vorliegende Erfindung auch nicht (wie z. B. die eingangs zitierten Offenlegungsschriften) nur auf Detail­ verbesserungen vorhandener Konstruktionen, sondern hat die Reali­ sierung einer Radaufhängung als Ziel, die von vorneherein die Nachteile der bekannten Rollbretter vermeidet.

Welche fahrtechnischen Eigenschaften sollen also nachgebildet werden?

Bei Snowboards im weichen Tiefschnee sowie bei Surfbrettern und kleinen, wendigen Windsurfbrettern im Wasser wird das Brett je­ weils durch Gewichtsverlagerung über die Füße gesteuert (die zur Fahrtrichtung schräge Fußstellung ermöglicht dabei einen feinfüh­ lig dosierbaren Kanteneinsatz über Zehen und Fersen), wobei das Brett gekippt wird und die dynamische Auftriebskraft des Wassers bzw. Schnees eine der Schrägstellung bzw. der Querbeschleunigung proportionale Rückstellkraft erzeugt. Auf harten (Schnee-) Pisten, wo kein Auftrieb zur Verfügung steht, nutzen pistentaugliche Snow­ boards (das sind i.a. relativ stark taillierte und leicht nach oben gewölbte Bretter mit steifem, aber hochelastischem Brett­ aufbau) die Eigenelastizität des Bretts zur Erzeugung eines ähnlichen Rückstelleffekts: Insbesondere bei "geschnittenen" Schwüngen (Kurvenfahren in der Kantenspur ohne seitliches Weg­ driften) federt das schräggestellte Brett als Folge der Zentri­ fugalkraft derart nach unten durch, daß die Brettkante einen definierten Kurvenradius beschreibt, der u. a. durch Brettgeo­ metrie, Brettelastizität, Fußkraft und Fahrgeschwindigkeit vor­ gegeben ist. Durch das durchgefederte Brett entsteht damit auch hier eine der Querbeschleunigung proportionale Rückstellkraft.

Eine wesentliche Eigenschaft besonders sportlicher Bretter (sowohl auf der Piste als auch im Wasser oder Tiefschnee) ist einerseits das Erreichen möglichst hoher Querbeschleunigungen und anderer­ seits eine gute Kontrollierbarkeit des Brett gerade bei diesen hohen Beschleunigungen. Hierzu ist es unbedingt erforderlich, eventuelle äußere Störungen - wie Kabbelwasser, gepreßte Stellen im Tiefschnee oder Querrippen auf der Piste - bereits im Ansatz über die Füße zu erfühlen, um sofort darauf reagieren zu können: Entweder, um Kantendruck wegzunehmen, oder zusätzlich "Druck zu geben", um den Grenzbereich weiter hinauszuschieben und den Fahr­ spaß zu erhöhen. Außerdem dürfen solche Störungen nicht einen so­ fortigen Verlust an Seitenführungsvermögen zur Folge haben, um dem Fahrer eine Chance zur Korrektur zu belassen.

An ein Rollbrett, das diese Fahreigenschaften und dieses Fahrge­ fühl vermitteln soll, sind daher folgende Anforderungen zu stel­ len:

• 1. Zur Einleitung von Kurven und zur Abstützung der Kurven-Zentri­ fugalkräfte muß das Brett um die Längsachse zur Seite geneigt werden können (ca. 30° im Minimum).
• 2. Lenkwinkel stets proportional zum Neigungswinkel des Bretts (bzw. zur Radlastdifferenz kurveninnen zu -außen) und damit in etwa auch proportional zur Querbeschleunigung.
• 3. Maximales Seitenführungsvermögen der Räder, um möglichst hohe Querbeschleunigungen erzielen zu können.
• 4. Fein dosierbares Steuerungsverhalten vor allem in Kurven. Hier­ zu gehört eine mit zunehmender Querbeschleunigung anwachsende Radlastlastverlagerung nach kurveninnen (zur Erfühlung des "Kantendrucks" mit den Zehen oder Fersen) sowie eine gute Rückmeldung der Rückstellkraft.
• 5. Individuelle Federungsmöglichkeiten für alle Räder zum Ausgleich von Fahrbahnunebenheiten; mit möglichst geringer Rückwirkung auf Fahrverhalten und -komfort, aber dennoch guter Rückmeldung an den Fahrer.
• 6. Jederzeit definiertes und kontrollierbares Fahrverhalten mit eindeutigen Fahrwerksreaktionen.

Die vorbekannten Rollbretter erfüllen diese Anforderungen nur zum Teil:

• - Ihr Kurvenfahrverhalten ist bezüglich Fahrtechnik i.a. sehr gut. Die Standbretter lassen sich durch Gewichtsverlagerung schräg stellen (Forderung 1 erfüllt), und die Drehgelenke zwischen Auf­ bau und Starrachsen sind i.a. derart ausgelegt, daß die sich einstellenden Lenkwinkel in etwa proportional zur Brettneigung sind (Forderung 2 ebenfalls erfüllt).
• - Abstriche gibt es dagegen bei den Anforderungen 3 und 4: Durch die Starrachsführung der Räder wird - wie eingangs erwähnt - auf ein erhebliches Seitenführungspotential verzichtet, wodurch nur relativ geringe Querbeschleunigungen erreicht werden können (Ausnahme: DT 27 27 561 A1). Die Starrachse ist auch der Grund dafür, daß in der Kurve nicht (gemäß Forderung 4) die inneren, sondern die äußeren Räder stärker belastet werden: Die auf den Fahrer einwirkende Zentrifugalkraft wird zusammen mit dessen Gewichtskraft über die Drehgelenke in die Starrachse eingeleitet und erzeugt dort ein Moment, das die äußeren Räder be- und die inneren entlastet. Nur beim Einleiten der Kurve, wo noch keine Zentrifugal vorhanden ist, werden über die einleitende Gewichts­ verlagerung zunächst die inneren Räder belastet.
• - Die Forderung 5 wird - abgesehen von DE 28 45 942 A1 - von den bekannten Rollbrettern überhaupt nicht erfüllt. Wegen fehlender Einfederungsmöglichkeiten wird z. B. beim Überfahren eines klei­ nen Steines die Starrachse einseitig angehoben (wodurch einer­ seits die Radlast abrupt ansteigt und andererseits die Sturzwin­ kel beider Räder verändert werden) und gleichzeitig etwas nach hinten geschoben (wodurch ein ungewollter Lenkeffekt entsteht).
  Nur in der DE 28 45 942 A1 sind für jedes Rad individuelle Fede­ rungsmöglichkeiten vorgesehen.
• - Umgekehrt wird die Forderung 6 nach einem jederzeit definierten Fahrverhalten von den vorbekannten Rollbrettern i.a. erfüllt, nicht jedoch von der DE 28 45 942 A1, da die Räder dort einen zweiten Freiheitsgrad aufweisen, der in bestimmten Situationen zu einem unkontrollierbaren Eigenleben der Räder führen kann.

Im Gegensatz hierzu erfüllt die erfindungsgemäße Rollbrett-Radauf­ hängung sämtliche o.g. Funktionsanforderungen; am besten durch die beiden in den Fig. 1 bis 6 beschriebenen bevorzugten Ausfüh­ rungsformen:

• - Die Einzelradaufhängung erlaubt sowohl den einzelnen Rädern eine im wesentlichen vertikale Einfederung relativ zu Aufbau, als auch dem Aufbau eine Relativbewegung zur Fahrbahn; dieser kann also mit dem Fahrer in die Kurve gelegt werden (Forderung 1 erfüllt). Hierbei federn die kurveninneren Räder ein und erhöhen somit ihre Radlast, die äußeren federn aus und verringern sie (Forderung 4 erfüllt). Die Radlastdifferenz ist stets in etwa proportional zur Federwegdifferenz bzw. zur Brettneigung.
• - Die Verbundlenkerkinematik - Längslenkerverhalten bei Geradeaus­ fahrt sowie beim Überfahren von Unebenheiten, und Schräglenker­ verhalten bei Kurvenfahrt - ermöglicht einerseits das Schlucken von Bodenwellen, Schlaglöchern und Steinen ohne Rückwirkungen auf Sturz, Vorspur und Spurweite (damit ohne Rückwirkungen auf das Fahrverhalten) sowie ein optimales Sturzverhalten bei Kur­ venfahrt (maximales Seitenführungsvermögen durch "Kurvenlegen" mit dem Aufbau), und andererseits einen definierten, dem Nei­ gungswinkel des Aufbaus proportionalen Lenkwinkel der Räder. Damit sind auch die Forderungen 2, 3 sowie 5 erfüllt und somit gute Voraussetzungen für ein stets definiertes Fahrverhalten ge­ schaffen (Forderung 6).
• - Die relativ weiche Federung mit großen Federwegen sorgt dafür, daß bei Fahrbahnunebenheiten die unvermeidlichen Radlastän­ derungen so gering wie möglich ausfallen, so daß das Seitenfüh­ rungsvermögen der Räder, das Gleichgewicht des Fahrers und auch der Fahrkomfort so wenig wie möglich beeinträchtigt werden; dies ist neben dem optimalen kinematischen (Längslenker-) Ver­ halten eine weitere Voraussetzung zur Erfüllung von Forderung 5.
• - Die direkte Übertragung der Federkraft in den Aufbau (also nicht wie in DE 28 45 942 A1 über den Umweg über den massebehafteten und dadurch dämpfenden und verzögernden Achskörper) gewährleis­ tet dennoch eine unmittelbare Rückmeldung an den Fahrer und einen guten Fahrbahnkontakt, was wesentlich zu einem kontrol­ lierbaren Fahrverhalten beiträgt.

Neben diesen Vorteilen, die sich aus dem direkten Vergleich mit den vorbekannten Rollbrettern ergeben, weist die erfindungsgemäße Rollbrettaufhängung noch weitere Vorzüge auf, die aus der Einzel­ radaufhängung in Verbindung mit ihren großen Federwegen resul­ tieren:

• - Wesentlich kontrollierbareres Abbremsverhalten im Vergleich zu den üblichen Skateboard-Stoppelementen, vor allem aus höheren Geschwindigkeiten (durch gezieltes Anstreifen der Räder an auf­ baufesten Bremsklötzen).
• - Einfache Fortbewegungsmöglichkeit ohne Fremdantrieb und ohne hierzu (zum Anstoßen des Brettes) mit einem Fuß das Brett bzw. die Fußschlaufe verlassen zu müssen. Die Mittel hierzu sind ein einfacher Freilauf, oder - wesentlich wirkungsvoller - ein zu­ sätzlicher Kettenantrieb in Verbindung mit einem Freilauf. Im Gegensatz zu den Skateboards läßt sich das Snakeboard zwar auch, ohne Verlassen der Fußschlaufen, durch Beinarbeit fortbewegen, doch müssen hierzu das vordere und hintere Chassis-Segment durch ein unnatürliches und ungesundes Verdrehen der Beine zueinander rhythmisch angestoßen werden. Im Vergleich dazu bietet das rhyth­ mische Auf- und Abtreten des Aufbaus bei der erfindungsgemäßen Radaufhängung einen wesentlich harmonischeren Bewegungsablauf.
• - Die vielfältigen Einflußmöglichkeiten zur Variierung der Kinema­ tik und der Federungseigenschaften eröffnen zahlreiche Abstimm- Möglichkeiten zur individuellen - auch nachträglichen - Beein­ flussung des Fahrverhaltens (z. B. Aufbautieferlegung; Sportfe­ derungen für stärkeres "Druck geben" und unmittelbarerem Fahr­ bahnkontakt; oder Komfortfederungen für besseres Schlucken von Unebenheiten; kurvenfreudigeres Lenkverhalten durch Verstärkung der Vorspureffekte über Variierung der Lenkergeometrie).

Ein Teil der genannten Vorteile kommt auch dann noch zum Tragen, wenn eine Achskonstruktion mit den erfindungsgemäßen Merkmalen bei andersartigen Fahrzeugen eingesetzt wird, die mit den Brettsport­ arten wenig gemein haben. Neben dem in Fig. 17 dargestellten Rollschuh-Brett (auf dessen Vorteile bereits hingewiesen wurde) gehört hier vor allem die Kombination mit einer Einspur-Vorder­ achse gemäß Fig. 15.

Ein Fahrzeug dieser Gattung ist vorbekannt, bei dem eine breitbe­ räderte starre Hinterachse mit einer Motorradvorderachse gepaart ist, und das bei Geradeausfahrt gute Traktionseigenschaften auch im Gelände bietet. Aufgrund der Starrachskonstruktion sowie der fehlenden Möglichkeit des Fahrers, sich mitsamt dem Aufbau in die Kurve zu legen, sind die Kurvenfahreigenschaften dagegen denkbar schlecht. Neben den Hinterrädern ist auch das Vorderrad gezwungen, nahezu aufrecht durch die Kurve zu fahren (lediglich aufgrund des Vorderachs-Nachlaufwinkels, siehe Fig. 15, erhält das einge­ schlagene Rad einen geringen Sturzwinkel relativ zur Fahrbahn), wodurch ein erhebliches Seitenführungspotential verloren geht.

In Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Hinterachskonstruktion kann sich der Fahrer dagegen voll in die Kurve legen, wobei die mit nach innen geneigten Räder ein optimales Seitenführungsver­ mögen gewährleisten. Infolge des schräggestellten Aufbaus lenken zudem die Hinterräder mit in die Kurve, dementsprechend muß das Vorderrad weniger eingeschlagen werden, und es stellt sich ein motorradgemäßeres Lenk- und Fahrverhalten ein. Hinzu kommen noch die übrigen Vorteile der Erfindung, wie Federungskomfort und stets guter Bodenkontakt.

Claims (29)

1. Durch Gewichtsverlagerung lenkbares Rollbrett mit einzeln an Lenkern aufgehängten Rädern, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Räder bzw. Lenker mit Hilfe von Federelementen elastisch am Aufbau abgestützt und ggf. die Lenker auch untereinander durch Ausgleichfedern und/oder Stabilisatoren abgefedert werden, und
• - daß die Räder mit Hilfe kinematischer und/oder elastokine­ matischer Mittel derart geführt werden, daß beim Ein- und Ausfedern einerseits ihr Sturzwinkel relativ zum Aufbau in etwa konstant bleibt und sie andererseits einen Lenkwinkel nach derjenigen Seite einschlagen, wohin der Schwerpunkt verlagert ist.

2. Rollbrett nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als kinematische und/oder elastokinematische Mittel Lenker einge­ setzt werden, deren Drehachsen in Geradeausfahrt in etwa hori­ zontal quer zur Fahrtrichtung liegen und bei Kurvenfahrt der­ art aus der Querrichtung auswandern, daß sie in der Draufsicht einen Winkel einschließen, mit Schnittpunkt auf derjenigen Seite, wohin der Schwerpunkt verlagert ist.

3. Rollbrett nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine Lenkeranbindungsstelle jeweils aufbaufest ist und die andere derart am jeweiligen Lenker der gegenüberliegenden Fahrzeug­ seite mitgeführt wird, daß diese sich bei Kurvenfahrt auf einem Kreisbogen mit in etwa horizontaler Drehachse (quer zur Fahrtrichtung) bewegt.

4. Rollbrett nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß sich die bewegliche Lenkeranbindungsstelle bei Kurvenfahrt im wesentli­ chen auf dem horizontalen Kreissegment bewegt.

5. Rollbrett nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lenker einer Achse zwischen ihren beweglichen Anbin­ dungsstellen über ein oder mehrere gemeinsame Verbindungs­ stücke drehbar miteinander verbunden sind.

6. Rollbrett nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß mindes­ tens eines der Verbindungsstücke rohrförmig ausgeführt ist und das Verbindungsstück des anderen Lenkers konzentrisch umfaßt.

7. Rollbrett nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß konzent­ risch in dem(n) Verbindungsstück(en) ein Drehstab aufgenommen ist, der beide Lenker torsionselastisch miteinander verbindet und damit die Funktion eines Stabilisators ausübt.

8. Rollbrett nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die gemeinsame(n) Verbindungsstück(e) fest mit den Len­ kern oder deren Hebelarme verbunden sind, aus torsionselasti­ schem Material bestehen und damit die Funktion eines Stabili­ sators ausüben.

9. Rollbrett nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß elasto­ kinematische Mittel eingesetzt werden, durch die bei Einwirken von Seitenkräften die Räder einen Lenkwinkel hin zu der Seite einschlagen, woher die Seitenkraft kommt.

10. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß als kinematische und elastokinematische Mittel Lenker einge­ setzt werden, deren Drehachse in etwa horizontal quer zur Fahrtrichtung liegt und die derart biegeelastisch ausgeführt sind, daß die Räder unter Einwirken von Seitenkräften einen Lenkwinkel hin zu der Seite einschlagen, woher die Seitenkraft kommt.

11. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die biegeelastischen Lenker jeweils aus zwei Teilstücken be­ stehen, welche die Radnaben zwischen sich aufnehmen.

12. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß daß sich die biegeelastischen Teilstücke jeweils überkreuzen.

13. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß als elastokinematische Mittel, ggf. als zusätzliche Maßnahme, Lenkerlager eingesetzt werden, die in Fahrzeug-Längsrichtung wesentlich nachgiebiger als in Quer- und Hochrichtung sind.

14. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen horizontal quer zur Fahrtrichtung liegen­ den Drehachsen der Lenker in Fahrzeuglängsrichtung gegeneinan­ der versetzt sind.

15. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß an den Lenkern, Hebelarmen oder Verbindungsstücken ein oder mehrere Federelemente angreifen und diese am Aufbau abstützen.

16. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß an den Lenkern, Hebelarmen oder Verbindungsstücken ein oder mehrere Federelemente angreifen und diese untereinander abfe­ dern (Ausgleichsfederfunktion).

17. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente aus beliebigen elastischen Materialien, wie Stahl, Gummi oder Polyurethan-Schaum bestehen.

18. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß daß eine oder mehrere Radnaben mit einem Freilauf ausgerüstet sind, welcher in einer Drehrichtung die Raddrehung verhindert und in der anderen Richtung selbsttätig freigibt.

19. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß daß die Räder über eine oder mehrere Ketten angetrieben wer­ den, die über ein oder mehrere Antriebsräder laufen, welche mit dem Aufbau verbunden und mit einem Freilauf ausgerüstet sind.

20. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 19 dadurch gekennzeichnet, daß die Kette durch eine Spannvorrichtung, bestehend u. a. aus Spannrollen und Federelementen, stets unter Vorspannung gehal­ ten wird.

21. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 20 dadurch gekennzeichnet, daß das Rollbrett mit einer Einrichtung versehen ist, mit der sich Windsurf-Segel oder ähnliche Vortriebsmittel am Aufbau befes­ tigen lassen.

22. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 21 dadurch gekennzeichnet, daß das Rollbrett über einen Motorantrieb verfügt, dessen Drehmo­ ment über Ketten oder ähnliche Übertragungsmittel auf die Rä­ der übertragen wird.

23. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 22 dadurch gekennzeichnet, daß das Rollbrett an der Standbrettunterseite mit Bremsbelägen ausgerüstet ist, an denen die Räder durch starke Gewichtsver­ lagerung zum Anstreifen gebracht werden können.

24. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 23 dadurch gekennzeichnet, daß eine erfindungsgemäße Achse mit einer an sich bekannten Achs­ konstruktion gepaart wird.

25. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 24 dadurch gekennzeichnet, daß eine solch bekannte Achse eine Einspur-Radführung ist.

26. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 25 dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau bzw. die Standfläche in zwei Segmente aufgeteilt ist, die über ein Drehgelenk mit in etwa vertikaler Drehachse miteinander verbunden sind.

27. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 26 dadurch gekennzeichnet, daß eines der Segmente mit einer an sich bekannten Einspur-Radfüh­ rung (z. B. Motorrad- oder Fahrrad-Vorderachse) ausgestattet ist.

28. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 27 dadurch gekennzeichnet, daß das Standbrett mit einer oder mehreren Fußschlaufen ausgestat­ tet ist.

29. Rollbrett nach Anspruch 1 bis 28 dadurch gekennzeichnet, daß das Standbrett mit einer oder mehreren Snowboard- oder Skibin­ dungen ausgestattet ist.