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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Rad. Genauer gesagt bezieht sich
die Erfindung auf ein Rad, welches sich problemlos Treppen hinauf
und herunter bewegen kann.
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Die
japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung
Nr. 301459/N1 (1989) offenbart ein Rad, welches im Stande ist, sich
Treppen hinauf und herunter zu bewegen (im Folgenden als „Stand
der Technik 1" bezeichnet).
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10 ist eine schematische
Darstellung eines Rades 100 des Standes der Technik 1.
Das Bezugszeichen 110 ist ein Wagen. Eine Achse 111 ist horizontal
an einem unteren Teil des Wagens 110 befestigt. Ein Rad 100 ist
drehbar an jedem Endteil der Achse 111 gelagert, um frei
drehbar zu sein.
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Das
Rad 100 besitzt einen kreuzförmigen Drehkörper bzw.
Rotator 104, welcher frei drehbar, drehbar an der Achse 111 gelagert
ist. Der Drehkörper 104 besitzt
vier Rollen 108A, 108B, 108C und 108D,
wobei jede Rolle an einer der vier Spitzen des Drehkörpers 104 drehbar
gelagert ist, um frei drehbar zu sein.
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Demgemäß drehen
sich die Rollen 108A bis 108D um die Achse 111,
wenn sich der Drehkörper 104 des
Rades 100 auf der Achse 111 dreht.
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Bezugnehmend
auf 10 wird die Bewegung
des Rades 100, und zwar die Treppen hinauflaufend, als
nächstes
beschrieben.
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Der
Buchstabe „A" bezeichnet den Setzstufe bzw.
Stufenfrontfläche
der ersten Stufe einer Treppe; „B" den Auftritt bzw. die Trittfläche; „C" die obere Ecke bzw.
Kante.
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Wie
in 10(I) gezeigt, rollen
die Rollen 108A und 108B auf einer Straßenoberfläche, wenn sich
der Wagen 110 auf der Oberfläche einer Straße bewegt,
und die Rollen 108D und 108C sind über den Rollen 108A bzw. 108B positioniert.
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Wie
in 10(I) gezeigt, kommt
die vordere, untere Rolle 108B in Kontakt mit der Setzstufe „A" der ersten Stufe,
wenn der Wagen 110 eine Treppe erreicht.
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Wie
in 10(II) gezeigt, dreht
sich, wenn der Wagen 110 nach oben vorwärts gezogen wird, das Rad 100 vorwärts um die
Rolle 108B, welche gegen die Setzstufe „A" der ersten Treppe gedrückt bleibt,
da das Drehstück 104 auf
der Achse 111 drehbar ist. Demgemäß bewegt sich die vordere,
obere Rolle 108C auf die Trittfläche „B" der ersten Stufe über die obere Kante „C" hinaus.
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Wie
in 10(III) gezeigt,
rollt die Rolle 108C vorwärts auf der Trittfläche „B", wenn der Wagen 110 weiter
vorwärts
nach oben gezogen wird, und die Rolle 108B rollt auf der
Setzstufe „A" nach oben.
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Auf
diese Weise kann der Drehkörper 104 auf
der Achse 111 gedreht und vorwärts nach oben gezogen werden,
und somit können
das Rad 100 und der Wagen 110 vorwärts nach
oben gezogen werden.
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Wie
in 10(IV) gezeigt, läuft die
Rolle 108B über
die obere Kante „C" hinaus, und gelangt auf
die Trittfläche „B", wenn der Wagen 110 weiter vorwärts nach
oben gezogen wird. Auf diese Weise gelangen das ganze Rad 100 und
somit der Wagen 110 auf die Trittfläche „B" der ersten Stufe.
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Wie
oben beschrieben, kann das Rad 100 des Standes der Technik
1 eine Treppe herauf laufen, indem es den Drehkörper 104 auf der Achse 111 dreht
und die vordere, untere Rolle und die vordere, obere Rolle auf der
Setzstufe „A" bzw. der Trittfläche „B" jeder Stufe rollt.
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Die
japanische ungeprüfte
Gebrauchsmusterveröffentlichung
No. 191669/S57 (1982) offenbart ein weiteres Rad, welches im Stande
ist, Treppen hinauf und herunter zu laufen (im Folgenden als „Stand der
Technik 2" bezeichnet).
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11 ist eine schematische
Darstellung eines Rades 120 des Standes der Technik 2.
Das Rad 120 weist einen rechteckigen Drehteller bzw. eine rechteckige
Drehplatte 124 und vier Rollen 128A, 128B, 128C und 128D auf,
welche durch Bügel
an den vier Ecken der Drehplatte 124 getragen werden. Jede
der vier Seiten 125 der Drehplatte 124 ist in
einer bogenähnlichen
Form konkav.
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Auf
gleiche Art wie das Rad 100 des Standes der Technik 1,
gelangt das Rad 120 auf eine Stufe durch Setzen der vorderen,
oberen Rolle 128C auf die Trittfläche „B" der Stufe und durch Vorwärtsrollen derselben
auf der Trittfläche „B" und durch gleichzeitiges
Rollen der vorderen, unteren Rolle 128B die Setzstufe „A" der Stufe herauf.
Obwohl sich die Drehplatte 124 von dem Drehkörper 104 des
Rades 100 in der Form unterscheidet, ist das Prinzip des
Rades 120 und das des Rades 100 das Gleiche.
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Die
Räder 100 und 120 des
Standes der Technik 1 und 2 haben die folgenden Mängel (1)
bis (4):
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- (1) Wenn sich der Drehkörper 104 im Fall des
Rades 100 des Standes der Technik 1, um die Rolle 108B dreht,
kommt die Rolle 108C mit einer relativ hohen Geschwindigkeit
in Kontakt mit der Trittfläche „B", wie in 10(I) und 10(II) gezeigt. Wenn die Rolle 108C gegen
die Trittfläche „B" stößt, verursacht
sie demgemäß einen
großen Schlag
bzw. Stoß.
Auf diese Weise ist der Wagen 110 großen Stößen und Vibration ausgesetzt, wenn
er die Treppe heraufgezogen wird. Die Güter in dem Wagen 110 können beschädigt werden. Zusätzlich sind
die Hände,
die den Wagen 110 ziehen, unerfreulicher Vibration des
Wagens 110 ausgesetzt.
- (2) Das Rad 100 des Standes der Technik 1 kann nicht
ohne die Setzstufen „A" eine Treppe heraufgezogen
werden, da es nicht um die Rolle 108B herum gedreht werden
kann, um die Rolle 108C auf die Trittfläche „B" zu setzen. Selbst wenn die Rolle 108C auf
die Trittfläche „B" gesetzt werden kann,
kann die Rolle 108B nicht auf die Trittfläche „B" zu heraufgehen,
da es für
die Rolle 108B keine Setzstufe „A" gibt, um darauf zu rollen.
- (3) Da im Fall des Rades 120 des Standes der Technik 2 jede
der vier Seiten seiner Drehplatte 124 in einer bogenähnlichen
Form konkav ist, kann die Rolle 128B durch Anlehnen der
Seite 125 an die obere Kante „C" einer Stufe und Vorwärtsdrehen
der Drehplatte 124 um die obere Kante „C" angehoben werden, selbst wenn die Treppe
keine Setzstufe „A" besitzt, wie in 11(II) gezeigt. Um die Rolle 128B auf
die Trittfläche „B" heraufzuziehen,
muss das Rad 120 jedoch durch Gleiten der Seite 125 auf
der oberen Kante „C" bewegt werden. Da
die Seite 125 keine Führungsfunktion
hat, tritt großer
Widerstand zwischen dem Rad 120 und der Treppe auf. Demgemäß erfordert
es, obwohl das Rad 120 den Treppenaufgang ohne Setzstufe „A" heraufgezogen werden
kann, große
Kraft, um den Wagen die Treppe heraufzuziehen.
- (4) Falls das Rad 120 des Standes der Technik 2 eine
Treppe mit Setzstufen „A" heraufgezogen wird,
lässt man
eine Seite 125 auf der oberen Kante „C" jeder Stufe gleiten und die vordere,
untere Rolle 128B kommt in Kontakt mit der oberen Kante „C" dieser Stufe. Zu
diesem Zeitpunkt, wenn die Mitte der vorderen, unteren Rolle 128B niedriger
als die Trittfläche „B" dieser Stufe ist,
bewegt sich die vordere, untere Rolle 128B fast horizontal
in die Setzstufe „A" dieser Stufe und
ihre horizontale Bewegung hört
auf. Wenn sich die vordere, untere Rolle 128B in die Setzstufe „A" dieser Stufe bewegt,
verursacht sie demgemäß einen
großen
Stoß.
Die Güter
in dem Wagen können
durch den Stoß und
die Vibration beschädigt werden.
Zusätzlich
sind die Hände,
die den Wagen ziehen, der Vibration des Wagens ausgesetzt.
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Außerdem wird
die horizontale Komponente der Zugkraft verschwendet und nur verwendet,
um die vordere, untere Rolle 128B gegen die Setzstufe „A" zu stoßen. Nur
die vertikale Aufwärtskomponente der
Zugkraft wird genutzt, um die Mitte der vorderen, unteren Rolle 128B über die
Trittfläche „B" dieser Stufe anzuheben.
Daher bedarf es großer
Kraft, den Wagen die Treppe heraufzuziehen.
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Gemäß dem obigen
ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Rad vorzusehen,
welches es uns ermöglicht,
einen mit zwei Einheiten des Rades ausgestatteten, beweglichen Körper, leicht
eine Treppe herauftragen zu können,
selbst ohne Setzstufen, und zwar mit geringer Zugkraft, die geringe
Stöße und Vibration
verursacht.
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US 3,920,255A offenbart
eine Lasttrageeinrichtung zum Transportieren von Lasten über schroffes
Terrain. Die Lasttrageeinrichtung weist eine Kombination aus Rad
und Achse auf. Eines der in diesem Patent offenbarten Ausführungsbeispiele
sieht drei Räder,
die an einer Hauptachse befestigt sind, vor. Ein Steg mit drei Schenkelgliedern
und einer zentralen Lageröffnung
wird vorgesehen zur Drehung um die Hauptachse der Lasttrageeinrichtung.
Das Stegglied verbindet benachbarte Räder durch einen bogenförmigen Abschnitt,
vorzugsweise mit Stoßdämpfermitteln
konstruiert aus Hartgummi, Kunststoff oder Ähnlichem, um etwas Stoß zu absorbieren,
wenn der bogenförmige
Teil des Steges ein Hindernis trifft, wie etwa einen Teppich.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Kombination aus Rad und Achse vorgesehen, wie
sie in Anspruch 1 dargelegt ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden in den abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird ein Rad vorgesehen, welches Folgendes
aufweist: (i) eine Achse, die an einem beweglichen Körper befestigt
ist; (ii) einen Drehkörper,
der drehbar an der Achse gelagert ist, um frei drehbar zu sein,
und der mindestens drei Scheitelpunkte besitzt, die drehsymmetrisch
um die Achse herum angeordnet sind; und (iii) Rollen, wobei jede
Rolle an einem der Scheitelpunkte des Drehkörpers angebracht ist, um frei
drehbar zu sein. Jede Seite zwischen den Scheitelpunkten des Drehkörpers ist
mit einer Führungsoberfläche versehen,
die einen geringen Reibungswiderstand besitz und gleitbar ist, wobei
(iv) der Schnittpunkt jeder Führungsoberfläche sowie der
Umfang einer der beiden Rollen, die die Führungsoberfläche definieren,
außerhalb
der geraden Linie positioniert ist, die sich vom Mittelpunkt der
Rolle erstreckt, um eine Tangente zu bilden am Umfang der anderen
Rolle an der Außenseite
des Rades.
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Gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird das Rad des ersten Ausführungsbeispiels
vorgesehen, wobei jede Führungsoberfläche in einer
bogenähnlichen
Form konkav ist.
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Gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird das Rad des ersten oder zweiten Aspekts
vorgesehen, wobei der Winkel zwischen jedem Endteil jeder Führungsoberfläche und
der geraden Linie, und zwar am Schnittpunkt des Endteils der Führungsoberfläche und
des Umfangs der dem Endteil zugeordneten Rolle, die eine Tangente
am Umfang der Rolle bildet, klein ist.
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Die
Vorteile, die durch den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
geboten werden, sind die Folgenden. Während der bewegliche Körper, ausgestattet
mit zwei Radeinheiten der Erfindung, auf der Oberfläche einer
Straße
bewegt wird, rollen zwei Rollen eines jeden Rades auf der Straßenoberfläche. Demgemäß kann der
bewegliche Körper
glatt auf der Straßenoberfläche bewegt
werden. Der Drehkörper des
Rades kann, wenn er zu einer Treppe kommt, auf der oberen Kante
dieser Stufe gleiten und heraufbewegt werden, indem die nach vorne
gerichtete Führungsoberfläche des
Drehkörpers
jeden Rades in Kontakt mit der oberen Kante jeder Stufe gebracht und
der bewegliche Körpers
vorwärts
nach oben gezogen wird, da diese Führungsoberfläche gleitbar
ist und einen geringen Reibungswiderstand besitzt. Daher kann, selbst
wenn die Treppe von einer setzstufenfreien Bauart ist, durch In-Kontakt-Bringen
der nach vorne gerichteten Führungsoberfläche des Drehkörpers von
jedem Rad mit der oberen Kante jeder Stufe, der bewegliche Körper mit
relativ geringer Kraft die Treppe hinaufgezogen werden. Ferner dreht sich,
jedes Mal wenn der bewegliche Körper
eine Stufe steigt, der Drehkörper
jedes Rades um den zentralen Winkel zwischen den Rollen, um seine nächste Führungsoberfläche vorwärts zu richten,
so dass diese in Kontakt mit der oberen Kan te der nächsten Stufe
gebracht werden kann. Auf diese Weise kann der bewegliche Körper sukzessive
Stufe um Stufe die Treppe hinaufgezogen werden.
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Die
Vorteile, die durch den zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
geboten werden, sind die Folgenden. Da jede Führungsoberfläche jedes
Rades in einer bogenähnlichen
Form konkav ist, ist der Winkel zwischen der Tangente zu dem Punkt
dieser Führungsoberfläche, wo
sie in Kontakt mit der oberen Kante einer Stufe ist, und der Trittfläche dieser
Stufe, klein. Daher ist die Komponente der Zugkraft, die den Drehkörper vorwärts nach
oben zieht, groß.
Demgemäß kann der
bewegliche Körper
die Treppe mit relativ geringer Zugkraft hinaufgetragen werden.
Zusätzlich
wird, da der Drehkörper
jedes Rades sich über die
obere Kante jeder Stufe dreht, der Abstand zwischen der vorderen,
oberen Rolle des Rades und der oberen Kante der Stufe klein und
folglich wird die Drehgeschwindigkeit der vorderen, oberen Rolle
dieses Rades klein. Demgemäß kann der
Stoß,
der durch das Aufsetzen der vorderen, oberen Rolle jedes Rades auf
die Trittfläche
jeder Stufe verursacht wird, verringert werden. Ferner kann, da
der Kontaktpunkt zwischen der oberen Kante jeder Stufe und einer
Führungsoberfläche des
Drehkörpers
jedes Rades sich auf dieser Führungsoberfläche zurück bewegt,
während
besagter Drehkörper
sich kontinuierlich über
die obere Kante der Stufe dreht, die vordere, obere Rolle des Drehkörpers auf
die Trittfläche
der Stufe gesetzt werden, ohne einen großen Stoß zu verursachen. Auf diese
Weise kann der bewegliche Körper
die Treppe Stufe um Stufe glatt und sukzessive heraufgezogen werden,
wobei relativ geringe Stöße und Vibration
verursacht werden.
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Die
Vorteile, die durch den dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung
geboten werden, sind die Folgenden. Während die vordere, obere Rolle
jedes Rades vorwärts
auf die Trittfläche
der nächsten
Stufe heraufgezogen wird und indem sie auf der Trittfläche vorwärts rollt,
wird die vordere, untere Rolle des Rades heraufgezogen und der Schnittpunkt
der Führungsoberfläche zwischen
den vorderen, oberen und unteren Rollen und dem Umfang der vorderen,
unteren Rolle wird zur oberen Kante der nächsten Stufe gezogen. Wenn
der Schnittpunkt des Rades in Kontakt mit der oberen Kante der nächsten Stufe
kommt, ist die Mitte der vorderen, unteren Rolle des Rades höher positioniert
als die obere Kante der nächsten Stufe.
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Die
auf den beweglichen Körper
angelegte horizontale Komponente der Zugkraftbewirkt demgemäß, dass
die vordere untere Rolle des Rades aufwärts und um die obere Kante
der nächsten
Stufe gedreht wird. Verglichen mit der Kraft die andernfalls notwendig
wäre, um
die vordere, untere Rolle jedes Rades auf die nächste Stufe heraufzuziehen,
kann sie auf diese Weise mit weniger Kraft heraufgezogen werden.
Außerdem
kann, da sich die vordere, untere Rolle jedes Rades vorwärts dreht,
wenn sie mit der oberen Kante der nächsten Stufe in Kontakt kommt, der
Stoß verringert
werden. Zusätzlich
verbindet sich jede Führungsoberfläche jedes
Rades glatt mit den Umfängen
der Rolle, die die Führungsoberfläche definieren.
Folglich können
der Stoß und
die Vibration, die durch die vordere, untere Rolle verursacht werden
, und zwar beim In-Kontakt-Kommen mit der oberen Kante der nächsten Stufe,
verringert werden und die vordere, untere Rolle kann glatt von der
Setzstufe zur Trittfläche
der nächsten
Stufe bewegt werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die
folgende Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen
deutlicher klar, wobei 1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Rads 10 der vorliegenden
Erfindung im Betrieb ist;
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2 eine Seitenansicht des
Rads 10 der 1 ist;
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3(I) eine Frontansicht des
Rads 10 der 1 ist
und
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3(II) eine Schnittansicht
entlang der Pfeillinie II–II
der 3(I) ist;
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4 und 5 Darstellungen sind, um die Bewegung
des Rads 10 der 1 beim
Heraufgehen einer Treppe zu zeigen;
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6 eine vergrößerte Ansicht
des Rads 10 der 5(IV) ist;
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7 aus Darstellungen besteht,
um die Bewegung des Rads 10 der 1 beim Heraufgehen einer Treppe ohne
Setzstufen zu zeigen;
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8 die Führungsoberfläche 12s des
Rads 10 der 1 in
einer anderen Form zeigt;
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9 die Führungsoberfläche 12s des
Rads 10 der 9 in
noch einer weiteren Form zeigt;
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10 aus Darstellungen des
Rads 100 des Standes der Technik 1 besteht; und
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11 aus Darstellungen des
Rads 120 des Standes der Technik 2 besteht.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Bezugnehmend
auf die Zeichnungen wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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In 1 zeigt das Bezugszeichen 1 einen beweglichen
Körper
an. Der bewegliche Körper 1 ist ausgestattet
mit einem Paar von Rädern 10.
Verschiedene Artikel wie z.B. Koffer, Kinderwägen, Wägen, einschließlich der
Wägen für alte Leute,
Roboter, Kindertaschen usw. können
mit Rädern 10 ausgestattet
sein.
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Der
bewegliche Körper 1 ist
nicht auf die obigen Artikel beschränkt.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, weist das Rad 10 Folgendes
auf: eine Achse 11, einen Drehkörper 12 und Rollen 13A, 13B, 13C und 13D.
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Die
Achse wird zuerst beschrieben.
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Die
Achse ist ein stangenähnliches
Achsenglied und ist an einem geeigneten Teil, zum Beispiel einem
Bodenteil, des beweglichen Körpers 1 befestigt.
Ein Paar von Drehkörpern 12 ist
an den beiden Enden der Achse 11 drehbar gelagert, um frei
drehbar zu sein.
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Alternativ
kann die Achse 11 frei drehbar in dem beweglichen Körper 1 drehbar
gelagert sein und das Paar von Drehkörpern 12 kann an der
Achse 11 befestigt sein.
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Weiterhin
alternativ kann ein Paar von rechten und linken Achsen an den rechten
und linken Seiten des Bodenteils des beweglichen Körpers 1 befestigt
sein.
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Jetzt
wird der Drehkörper 12 beschrieben.
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Der
Drehkörper 12 ist
ein plattenähnliches Glied
aus z.B. Kunststoff oder Nylon.
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Irgendwelche
anderen Materialien können für den Drehkörper 12 genutzt
werden, solange sie glatt auf den oberen Kanten „C" der Stufen gleiten und ein geringes
Geräusch
machen, wenn sie mit ihnen in Kontakt kommen.
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Der
Drehkörper 12 besitzt
vier Scheitelpunkte, wie in Richtung der Achse 12 zu sehen
ist. Die vier Scheitelpunkte sind 90° von einander und in gleicher Entfernung
von der Achse 11 angeordnet.
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Der
Drehkörper 12 kann
drei oder mehr Scheitelpunkte, inklusive vier, besitzen, welche
drehsymmetrisch angeordnet sind, d.h. mit gleichen Winkelintervallen
um den Drehkörper 12 und
in gleicher Entfernung von der Achse 11.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt, ist jede der vier
Seiten zwischen den Scheitelpunkten in einer bogenähnlichen
Form konkav, um eine „Führungsoberfläche" 12s zu
erstellen, welche in den Ansprüchen der
vorliegenden Erfindung erwähnt
ist. Jede Führungsoberfläche 12s ist
ebenmäßig und
glatt. Zusätzlich
zu der glatten Form der Führungsoberflächen 12s,
ist der Drehkörper 12 selbst
aus einem der oben genannten Materialien hergestellt. Daher ist
der Reibungswiderstand zwischen der Führungsoberfläche 12s und
der oberen Kante „C" einer Stufe klein, während erstere über letztere
gleitet, wie später
im Detail beschrieben.
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Die
Form der Führungsoberfläche 12s kann andere
Formen besitzen.
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8 zeigt eine Führungsoberfläche 12s in einer
anderen Form. Eine Vielzahl von Vorsprüngen 12t ist auf der
Führungsoberfläche 12s geformt,
wobei erstere sich entlang der Länge
der letzteren erstreckt.
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9 zeigt die Führungsoberfläche 12s in noch
einer anderen Form. Jede der vier Seiten zwischen den Scheitelpunkten
des Drehkörpers 12 ist mit
einem Gleiter 20 ausgestattet, welcher eine Vielzahl von
Vorsprüngen 12t besitzt,
welche sich entlang seiner Länge
erstrecken und die an der Seite durch Schrauben befestigt sind,
so dass der Gleiter 20 eine Führungsoberfläche 12s bildet.
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Jegliche
Materialien können
für den
Gleiter 20 verwendet werden, solange sie glatt auf der
oberen Kanten „C" der Stufen gleiten
und geringes Geräusch
verursachen, wenn sie mit ihnen in Kontakt kommen.
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Außerdem können die
Gleiter 20 gewechselt werden, wenn sie abgenutzt sind.
Demgemäß haben Räder, die
mit Gleitern 20 ausgestattet sind, eine lange Nutzungsdauer.
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Bezugnehmend
auf 2 werden die Rollen 13 unten
beschrieben.
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Wie
in 2 gezeigt, ist jeder
Scheitelpunkt des Drehkörpers 12 mit
einer Rolle 13 ausgestattet, die frei drehbar ist. Jede
Rolle ist ein zylindrisches Glied aus beispielsweise Kunststoff
oder Nylon. Wenn sich das Rad 10 auf einer Oberfläche einer Straße bewegt,
werden die Rollen 13 verwendet.
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Wie
in Richtung der Achse 11 gesehen werden kann, liegt der
Schnittpunkt 13e einer Führungsoberfläche 12s und
des Umfangs von einer der beiden Rollen 13, die die Führungsoberfläche 12s definieren,
außerhalb
der geraden Linie F, die sich von der Mitte 13p der Rolle 13 erstreckt,
um tangential an den äußeren Teil
der anderen Rolle 13 zu sein bzw. zu verlaufen.
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Wie
außerdem
in Richtung der Achse 11 gesehen werden kann, ist jede
Führungsoberfläche 12s so
geformt, dass sie in einem niedrigen Winkel, den Umfang von jeder
der beiden Rollen 13, die die Führungsoberfläche 12s definieren,
kreuzt. Mit anderen Worten, jedes Endteil von jeder Führungsoberfläche 12s ist
ungefähr
parallel zu einer geraden Linie, die an dem Schnittpunkt 13e tangential
an den Umfang der Rolle 13, die dem Endteil der Führungsoberfläche 12s entspricht,
ist.
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Auf
diese Weise verbindet sich jede Führungsoberfläche 12s glatt
mit den Umfängen
der beiden Rollen 13, die sie, wie in Richtung der Achse 11 gesehen
werden kann, definieren.
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Da
das Rad 10 die obige Konfiguration besitzt, drehen sich
die vier Rollen 13 um die Achse 11, während sein
Drehkörper 12 um
die Achse 11 dreht.
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Jetzt
werden die Wirkungsweisen und Effekte des Rads 10 beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, bewegt
sich der bewegliche Körper 1,
der mit einem Paar von Rädern 10 an
seinem Boden ausgestattet ist, (in Richtung von „a"), wenn sein Griff horizontal (in Richtung
von „K") gezogen wird. Während die
unteren Rollen 13A und 13B jedes Rads 10 auf
der Straßenoberfläche „R" rollen, wird der
Widerstand, während
die Räder 10 sich auf
der Straßenoberfläche „R" bewegen, reduziert. Auf
diese Weise können
die Räder 10 glatt
auf der Straßenoberfläche „R" bewegt werden, indem
eine geringe Zugkraft auf den beweglichen Körper angelegt wird. Währenddessen
sind die anderen beiden Rollen 13D und 13C jedes
Rads 10 oberhalb der Rollen 13A bzw. 13B positioniert.
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4 und 5 zeigen die Bewegung des Rads 10 beim
Treppenhinaufgehen. Nur das Rad 10 ist gezeigt, der bewegliche
Körper 1 ist
weggelassen.
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Wie
in 4(I) gezeigt, kommt
die vordere, untere Rolle 13B in Kontakt mit der Setzstufe „A" der ersten Stufe,
wenn der bewegliche Körper 1 (nicht gezeigt)
die Treppe erreicht.
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Wie
in 4(II) gezeigt, dreht
sich, wenn der bewegliche Körper 1 (nicht
gezeigt) im Zustand der 4(I) vorwärts nach
oben gezogen wird, der Drehkörper 12 vorwärts über die
vordere, untere Rolle 13B, da dieser frei drehbar auf der
Achse 11 ist. Während
sich der Drehkörper 12 über die
vordere, untere Rolle 13B dreht, bleibt letztere an die
Setzstufe „A" angedrückt. Demgemäß wird die
Führungsober fläche 12s auf
der Rolle 13B in Kontakt gebracht mit der oberen Kante „C" der ersten Stufe.
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Wie
in 4(III) gezeigt, gleitet
die Führungsoberfläche 12s über die
obere Kante „C" der ersten Stufe,
wenn der bewegliche Körper 1 weiter vorwärts nach
oben gezogen wird. Auf diese Weise kann der bewegliche Körper 1 (nicht
gezeigt) gemeinsam mit dem Rad 10 vorwärts nach oben gezogen werden.
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Der
Drehkörper 12 ist
aus einem Material mit geringem Reibungswiderstand hergestellt.
Zusätzlich,
da die Führungsoberfläche 12s in
einer bogenähnlichen
Form konkav ist, ist der Winkel zwischen der Tangente an den Punkt
der Führungsoberfläche 12s,
wo diese in Kontakt mit der oberen Kante „C" der ersten Stufe und der Trittfläche der
ersten Stufe ist, klein. Daher ist die Komponente der Zugkraft,
die den Drehkörper 12 vorwärts nach
oben zieht, groß.
Demgemäß kann der
bewegliche Körper 1 durch
Anlegen von relativ wenig Kraft an den beweglichen Körper 1 zum
Gleiten der Führungsoberfläche 12s auf
der Kante „C", heraufgezogen werden.
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Da
die Führungsoberfläche 12s des
Drehkörpers 12 in
einer bogenähnlichen
Form konkav ist, dreht sich zusätzlich
der Drehkörper 12 über die
obere Kante „C", während die
Führungsoberfläche 12s auf
der oberen Kante „C
gleitet. Da die Entfernung zwischen der oberen Kante „C" und der Rolle 13C gering
ist, ist die Drehgeschwindigkeit der Rolle 13C gering.
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Zudem,
da der Drehkörper 12 sich
vorwärts bewegt,
bewegt sich sein Kontaktpunkt mit der oberen Kante „C" auf der Führungsoberfläche 12s zurück und der
Drehkörper 12 dreht
sich kontinuierlich über
die obere Kante „C" vorwärts.
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Auf
diese Weise kann die Rolle 13C vorwärts bewegt werden, um sie auf
die Trittfläche „B" zu setzen, wobei
nur ein geringer Stoß verursacht
wird.
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Wie
in 5(IV) gezeigt, rollt,
wenn der bewegliche Körper 1 (nicht
gezeigt) im Zustand der 4(III) weiter
vorwärts
nach oben gezogen wird, rollt die Rolle 13C auf der Trittfläche „B" und der Kontaktpunkt
zwischen der Führungsoberfläche 12s und der
oberen Kante „C" bewegt sich weiter
zurück
auf der Führungsoberfläche 12s bis
der Schnittpunkt der Führungsoberfläche 12s und
der Umfang der Rolle 13B in Kontakt mit der oberen Kante „C" kommt.
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6 ist eine vergrößerte Ansicht
des Rads 10 der 5(IV).
Wie in 6 gezeigt, ist
der Schnittpunkt der Führungsoberfläche 12s und
des Umfangs der Rolle 13B niedriger als die gerade Linie, welche
sich von der Mitte der Rolle 13B erstreckt, um tangential
zu dem Boden der Rolle 13C zu sein.
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Daher
ist der Drehmittelpunkt „CP" der Rolle 13B über der
oberen Kante „C" positioniert, wenn
die Rolle 13B in Kontakt mit der oberen Kante „C" kommt. Demgemäß bewirkt
die horizontale Komponente der Kraft, die den beweglichen Körper 1 vorwärts nach
oben zieht, dass die Rolle 13B sich aufwärts über die
obere Kante „C" dreht. Auf diese
Weise kann die Rolle 13B mit relativ geringer Kraft auf die
Trittfläche „B" heraufgezogen werden.
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Die
Rolle 13B dreht sich vorwärts, wenn sie in Kontakt mit
der oberen Kante „C" kommt. Auf der anderen
Seite verbindet sich die Führungsoberfläche 12s glatt
mit dem Umfang der Rolle 13B.
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Daher
wird der Stoß und
Vibration verringert, wenn die Rolle 13B in Kontakt mit
der oberen Kante „C" kommt und die Rolle 13B bewegt
sich glatt von der Setzstufe „A" zur Trittfläche „B".
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Wenn
sich die Führungsoberfläche 12s glatt mit
dem Umfang der Rolle 13B verbindet, ihr Schnittpunkt aber über der
geraden Linie liegt, die sich von dem Drehmittelpunkt „CP" der Rolle 13B erstreckt, um
tangential zu dem Boden der Rolle 13C zu sein, ist der
Drehmittelpunkt „CP" der Rolle 13B unterhalb der
Trittfläche „B" positioniert, wenn
die Rolle 13B in Kontakt mit der oberen Kante „C" kommt. Auf diese Weise
läuft die
Rolle 13B horizontal in die Setzstufe „A" hinein, was einen großen Stoß verursacht.
Außerdem
kann die horizontale Komponente der Kraft, die den beweglichen Körper 1 vorwärts nach
oben zieht, nicht genutzt werden, um die Rolle 13B aufwärts über die
obere Kante „C" zu drehen.
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Während das
Rad 10 von der Straßenoberfläche auf
die Trittfläche „B" der ersten Stufe
gezogen wird, dreht sich der Drehkörper 12 um 90° oder um den
Mittelwinkel zwischen den Scheitelpunkten des Drehkörpers 12.
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Da
der Drehkörper 12 mit
einer Führungsoberfläche 12s auf
jeder der vier Seiten vorgesehen ist, weist die Führungsoberfläche 12s zwischen
den Rollen 13C und 13D auf der ersten Stufe vorwärts. Auf
diese Weise weist, während
das Rad 10 die Treppe herauf geht, eine der vier Führungsoberflächen 12s auf
jeder Stufe vorwärts.
Demgemäß wiederholt das
Rad 10 die obige Bewegung, indem sie die vorwärts weisende
Führungsoberfläche 12s mit
der oberen Kante „C" der nächsten Stufe
in Kontakt bringt und den beweglichen Körpers 1 vorwärts auf
jede Stufe heraufzieht. Auf diese Weise kann der bewegliche Körper 1 sukzessive
Stufe für
Stufe heraufgezogen werden.
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Wie
oben beschrieben, kann der bewegliche Körper 1 durch Anlegen
einer geringen Zugkraft an den beweglichen Körper 1 und durch Gleiten
der Führungsoberfläche 12s der
Drehkörper 12 der
Räder 10 über die
obere Kante „C" jeder Stufe, auf
die Stufe gemeinsam mit den Räder 10 heraufgezogen werden.
Außerdem
kann der bewegliche Körper 1 glatt
und sukzessive Stufe für
Stufe eine Treppe heraufgezogen werden, wobei nur geringe Stöße und Vibration
erzeugt werden.
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Außerdem kann
der Stoß und
die Vibration, die durch die in Kontakt mit der oberen Kante „C" jeder Stufe kommenden
Rollen der Räder 10 verursacht
werden, reduziert werden und die Rollen können glatt von der Setzstufe „A" zur Trittfläche „B" jeder Stufe bewegt
werden.
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Des
Weiteren kann der bewegliche Körper 1 sukzessive
eine Treppe Stufe für
Stufe heraufgezogen werden.
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Jetzt
wird die Bewegung des Rads 10, welches eine Treppe ohne
Setzstufen hinaufläuft,
beschrieben.
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7 ist eine Darstellung um
zu zeigen, wie das Rad 10 eine Treppe ohne Setzstufen hinaufläuft. Wie
in 7 gezeigt, kann das
Rad 10, vor einer Stufe ohne eine Setzstufe „A", nicht vorwärts über die vordere,
untere Rolle 13B gedreht werden.
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Wenn
jedoch die Stufe niedriger als die vordere, obere Rolle 13C ist,
kann die Führungsoberfläche 12s zwischen
den Rollen 13B und 13C in Kontakt gebracht werden
mit der oberen Kante „C" der Stufe.
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In
diesem Fall kann, durch in Kontakt bringen der Führungsoberfläche 12s zwischen
den Rollen 13B und 13C mit der oberen Kante „C" der Stufe und durch
vorwärtiges
Heraufziehen des beweglichen Körpers 1 (nicht
gezeigt), das Rad 10 aufwärts auf der oberen Kante „C" gleiten gelassen
werden. Danach kann durch Gleiten der Führungsoberfläche 12s auf
der oberen Kante „C" und Drehen des Drehkörpers 12 über die
obere Kante „C", das Rad 10 hoch
auf die Trittfläche „B" der Stufe gezogen
werden, wie dies im Fall einer Stufe mit einer Setzstufe ist.
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Wie
oben beschrieben, kann der bewegliche Körper 1 eine Treppe
ohne Setzstufen „A" gemeinsam mit den
Rädern 10 durch
Gleiten der Führungsoberfläche 12s der
Räder 10 auf
der oberen Kante „C" jeder Stufe, heraufgezogen
werden. Außerdem kann
die Kraft, die notwendig ist, um den beweglichen Körper 1 heraufzuziehen,
verringert werden und der Stoß und
die Vibration bei jeder Stufe können reduziert
werden.