DE10100072B4

DE10100072B4 - Durch Gewichtsverlagerung lenkbarer Roller

Info

Publication number: DE10100072B4
Application number: DE10100072A
Authority: DE
Inventors: Michael Prinz
Original assignee: Prinz Michael Dr
Current assignee: Prinz Michael Dr
Priority date: 2000-09-16
Filing date: 2001-01-04
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2021-01-05
Also published as: DE10100072A1

Abstract

Roller, beinhaltend ein vorderes Rad (5) und ein hinteres Rad (4), welche einspurig in Fahrtrichtung hintereinander etwa in einer Ebene angeordnet sind, wobei mindestens eines der Räder (4, 5) mittels einer Lenkmechanik lenkbar ausgebildet ist, und beinhaltend einen, diese Räder (4, 5) verbindenden Rahmen (2) mit Standfläche (1), wobei mittels der Lenkmechanik der Lenkkopfwinkel (φ) der Lenkkopfachse (14) zur Vertikalen bzw. Normalen des Untergrundes (19) abhängig vom Winkel (α) des Lenkeinschlages des lenkbaren Rades (4, 5) innerhalb eines vordefinierten Winkelbereichs variiert wird, und wobei die Lenkmechanik zum einen eine Lenkeinrichtung (10, 11; 28, 54) zur Veränderung des Winkels (α) des Lenkeinschlages des lenkbaren Rades (4, 5) aufweist und zum anderen eine Schwenkeinrichtung (8, 9; 29–32), welche die Bewegung des gelenkten Rades (4, 5) in Längsrichtung des Rollers um eine Schwenkachse eines Schwenklagers (8, 29) gestattet und somit den Lenkkopfwinkel (φ) der Lenkkopfachse (14) zur Vertikalen bzw. Normalen des Untergrundes...

Description

Die Erfindung betrifft einen durch Gewichtsverlagerung lenkbaren Roller nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Rollerartige Fahrzeuge sind seit langem bekannt und erfreuen sich in letzter Zeit einer immer größeren Beliebtheit. Kennzeichnend von einspurigen Konstruktionen (d.h. ein Rad vorn und eines hinten) ist immer eine Lenkstange, die mit den Händen bedient werden muß und ohne welche Lenkstange das Gefährt nicht zu steuern ist.

Allein durch Aufkanten der Füße können bisher nur zweispurige Roller (vorne und/oder hinten zwei Räder nebeneinander), z.B. Skateboards, gesteuert werden.

Es gibt Bemühungen, dieses Skateboardprinzip geländetauglich zu machen. Dabei entstehen relativ schwere und unhandliche Konstruktionen. Wegen seiner Zweispurigkeit kann ein solches Gerät nicht das Fahrgefühl eines carvenden Snowboards vermitteln und ist z.B. für Schrägfahrten im steilen Gelände nur bedingt geeignet.

Die DE 195 48 721 A1 offenbart ein motorbetriebenes Zweirad (Motorrad) mit herkömmlicher Lenkstange, wobei vorgesehen ist, dass im Fahrbetrieb der Vorderradnachlauf bzw. der Lenkkopfwinkel φ in Abhängigkeit des Lenkeinschlagwinkels α und in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit des Motorrades elektronisch überwacht und geregelt wird. Der Lenkkopfwinkel φ wird durch eine kontinuierliche Kurvenneigungswinkelmessung verändert, mit Neigungswinkelmessung des Motorrades und Abstandsmessung des Fußraster des Motorrades. Diese Messergebnisse werden einem elektronischen Steuergerät übermittelt, das seine ausgegebene Stellgröße durch ein gespeichertes Kennfeld ermittelt und auf hydraulische Stellelemente ausgibt. Diese hydraulischen Stellelemente sind zum einen ein zweiseitig angesteuerter Schwenkkopf-Schwenkzylinder zur Veränderung des Lenkkopfwinkels φ und zum anderen zwei Teleskopgabel-Variierzylinder, wodurch die Längen der Vorderradgabelzylinder variiert werden, in Abhängigkeit des jeweiligen Lenkkopfwinkels φ. Bei Gradeausfahrt mit hoher Geschwindigkeit und Lenkeinschlagwinkel α = 0 ist der Lenkkopfwinkel φ dann maximal, so dass ein stabiles, schwingungsfreies Gradeausfahren gewährleistet wird. Bei Kurvenfahrt mit Lenkeinschlagwinkel α ≠ 0 wird der Lenkkopfwinkel φ dann reduziert. Nachteil ist, dass das elektronisch-pneumatische Regelsystem des Lenkkopfwinkels φ der DE 195 48 721 A1 sehr kostenintensiv in Herstellung, Wartung und Reparatur ist.

Die DE 24 13 675 A1 offenbart einen zweirädrigen Roller ohne Motorantrieb, der jedoch nur Lenken kann, also den Lenkeinschlagwinkel α durch Gewichtsverlagerung verändern kann, nicht aber den Lenkkopfwinkel φ verändern kann, insbesondere nicht während der Fahrt. Es sind zwei ineinander geschachtelte Gabeln (siehe 5 und 6) gezeigt, wobei die äußere Gabel 1 rahmenfest ist und die innere Gabel 11 über eine Zylinderlagerung mit der äußeren Gabel gelenkig verbunden ist. Die innere Gabel hält und lenkt das gelenkte Rad und stellt die um den Lenkeinschlagwinkel α lenkbare Lenkvorrichtung dar. Durch die zwei ineinander geschachtelten Gabeln kann der Roller ähnlich einem Skifahrer gebremst werden, wobei das Rad durch seitliches Ausschwenken der inneren Gabel 11 mit seiner seitlichen Fläche an der äußeren Rahmengabel 1 zur Anlage kommt und durch Reibung gebremst wird. Es fehlt jedoch eine Schwenkvorrichtung, z.B. eine dritte Gabel, zur Verschwenkung in oder entgegen der Fahrtrichtung zur Variierung des Lenkkopfwinkels φ, wodurch erst ein sicheres Lenken über Gewichtsverlagerung des Benutzers ohne herkömmliche Lenkstange auch bei großem Lenkeinschlagwinkel α möglich wäre. Eine Anpassung des Lenkkopfwinkels φ ist also nicht vorgesehen, weder im Stillstand noch während der Fahrt. Auch ist kein Kreuzgelenk beschrieben.

Die US 4,991,861 zeigt ebenfalls einen durch Gewichtsverlagerung eines Nutzers lenkbaren Roller ohne konventionelle Lenkstange, wobei das Vorder- und das Hinterrad gleichzeitig gelenkt werden, deren Lenkvorgänge gemäß 5 über ein sich kreuzendes Gestänge miteinander synchronisiert sind. Es ist nur eine Gabel pro Rad vorgesehen, nämlich eine Lenkgabel mit zwei Armen 3, die mit ihrem einen Ende über Bolzen 2 am Rahmen gelenkig horizontal schwenkbar angebracht sind und mit ihrem anderen Ende mit je einem Stift 4 verbunden sind, welche Stifte 4 an Enden 5 der Achse 6 des Rades 7 über Schrauben festlegbar sind. Gemäß 3 gestattet die Konstruktion der Verbindung zwischen den Stiften 4 und den Enden 5 der Achse 6 beim Lenken eine Bewegung auf einer Kreisbahn. Eine Verschwenkung des Rades 7 durch eine Anpassung des Lenkkopfwinkels φ ist aber nicht vorgesehen, weder im Stillstand noch während der Fahrt. Ein Kreuzgelenk ist auch nicht beschrieben.

Die WO 94/19072 A1 zeigt eine Lenkanordung für Transportmittel mit drei Rädern, wovon zwei Räder hinten und ein Rad vorne angeordnet ist. Über der Achse der hinteren zwei Räder ist eine erste Standplatte angeordnet, in Fahrtrichtung hinter dem vorderen Rad ist eine zweite Standplatte angeordnet, die gleichzeitig Lenkplatte zur Lenkung des Vorderrades ist. Diese Lenkung des Vorderrades wird erzielt durch das Verkippen des Fußes eines Nutzers auf der vorderen Stand-/Lenkplatte, die über Seilzüge mit dem Steuerkopf bzw. der Lenkachse der einen einzigen Lenkgabel verbunden ist, wodurch das Vorderrad gelenkt wird. Eine Anpassung des Lenkkopfwinkels φ ist nicht vorgesehen, nicht im Stillstand und auch nicht während der Fahrt. Ein Kreuzgelenk ist nicht beschrieben.

Die DE 197 24 360 A1 zeigt einen Roller mit Vorder- und Hinterradlenkung, wobei der Roller über eine herkömmliche Lenkstange über Arm-/Handkraft des Nutzers gelenkt wird. Die Vorder- und Hinterradlenkung ist dabei über Seilzüge untereinander synchronisiert. Eine Anpassung des Lenkkopfwinkels φ ist nicht vorgesehen, nicht im Stillstand und auch nicht während der Fahrt. Ein Kreuzgelenk ist nicht beschrieben.

Die US 4,700,963 zeigt ein motorbetriebenes Zweirad (Motorrad), jedoch wird der Lenkkopfwinkel φ nicht während der Fahrt automatisch verändert, sondern kann nur im Stillstand manuell per Hand verändert werden. Eine kontinuierliche Anpassung des Lenkkopfwinkel φ in Abhängigkeit vom Lenkeinschlagwinkel α während der Fahrt ist also nicht offenbart. Ein Kreuzgelenk ist ebenfalls nicht beschrieben.

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines einspurigen, rollerähnlichen Gefährts, welches im Prinzip ohne Lenkstange auskommt. Vorne ein Rad, hinten ein Rad, in der Mitte eine Standfläche, evtl. mit Fußschlaufen. Gelenkt wird dieser Roller durch Aufkanten der Füße und Gewichtsverlagerung.

Kernpunkt der Erfindung ist eine Lenkmechanik, die diesen Anforderungen gerecht wird. Einen Teil der Lösung kennt jeder, der schon einmal freihändig Fahrrad gefahren ist:
da der Lenkkopf etwas nach vorn geneigt ist, trifft die gedachte Verlängerung der Achse des Lenkkopfs bei Geradeausfahrt den Boden etwas vor dem Auflagepunkt des Rades. Legt man das Fahrrad in die Kurve, entsteht dadurch ein Drehmoment, welches das Rad zum Lenkeinschlag zwingt. Die Kurvenfahrt bleibt stabil, wenn die Zentrifugalkraft dieses Drehmoment aufhebt. Will man wieder in die Geradeausfahrt, erhöht man durch kurzes Aufkanten den Lenkeinschlag und verkleinert somit für einen Moment den gefahrenen Radius. Die konstantgebliebene Schräglage des Körpers erfährt über die kurz erhöhte Zentrifugalkraft ein Aufrichtmoment, so daß der Körperschwerpunkt wieder über die Fahrradmitte kommt, das Fahrrad wird wieder senkrecht gestellt und man fährt wieder geradeaus. Leider funktioniert dieses Prinzip nur bei geringen Lenkausschlägen, weil bei größeren Lenkausschlägen und Schräglagen sich der Auflagepunkt des Rades auf der Straße immer weiter nach vorn bewegt und schließlich vor die gedachte Verlängerung der Lenkkopfachse kommt. Das bedeutet, daß ein stärkeres Aufkanten den Fahrer dann nicht mehr aus der Kurvenfahrt herausholen kann, sondern unweigerlich zum Sturz führt.

Unter Schutz gestellt werden soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Lenkmechanik, deren Eigenschaft es ist, auch bei stärkeren Radeinschlägen und Schräglagen die gedachte Verlängerung der Lenkkopfachse immer etwas vor dem Auflagepunkt des Rades auf dem Boden zu halten. Eine Lösung ist ein variabler Lenkkopfwinkel. Eine andere Lösung ist ein fester, relativ flacher Lenkkopfwinkel, dessen Fahreigenschaften nicht sehr komfortabel sind.

Um ein leichtes Anfahren zu ermöglichen, sollte der Lenkkopfwinkel ziemlich senkrecht stehen. Um eine Kurvenfahrt zu ermöglichen, muß der Lenkkopfwinkel flacher werden, je stärker das Rad einschlägt. Eben diese Idee soll besonders geschützt werden. Die Fahreigenschaften können noch zusätzlich beeinflußt werden, indem die Schwenkachse nicht im Radnabenzentrum, sondern leicht versetzt positioniert wird.

Wird die Schwenkachse z.B. etwas vor das Radnabenzentrum positioniert, entsteht bei Neutralstellung ein Drehmoment auf die Schwenkachse nach vorn, wodurch das Rad in Geradeausstellung gezwungen wird. Dies erleichtert das Anfahren deutlich. Die Schwenkachse darf dabei nur wenig versetzt werden, da sonst die Wendigkeit des erfindungsgemäßen Inlineboards leidet.

Die Lenkmechanik, welche die obige Eigenschaft erlaubt (Veränderung des Lenkkopfwinkels in Abhängigkeit vom Radeinschlag), kann ins Zentrum des Rades konstruiert werden. Dabei kann das Radlager zur Seite versetzt werden oder mit großem Durchmesser um die Lenkmechanik herum seinen Platz finden. Auch diese Idee soll geschützt werden.

Die Lenkmechanik funktioniert auch aus einem anderen Aspekt heraus; gerade diese Idee soll besonders geschützt werden. Die eine Sache ist die, daß die Lenkachse ein Drehmoment erfährt durch die Differenz zwischen Bodenberührpunkt des Rades und Bedachter Verlängerung der Lenkachse. Dies wirkt vor allem bei Geradeauslauf und leichten Kurven mit geringen Aufkantwinkeln. Der neue Aspekt ist folgender: liegt der Bodenberührpunkt des Rades unterhalb der Schwenkachse, kommt zunächst kein Drehmoment auf die Schwenkachse zustande. Bei einem Aufkanten des Rollers und einem Radeinschlag wandert der Bodenberührpunkt des Rades nach vorn. Dadurch entsteht ein Drehmoment auf die Schwenkachse nach hinten. Da Schwenk- und Lenkachse über eine Art Getriebe (siehe verschiedene Ausführungen) miteinander verbunden sind, führt dies zu einem stärkeren Radeinschlag. Mit Hilfe eines dosierten Aufkantens kann also sehr gut das Drehmoment, das auf die Schwenkgabel wirkt, definiert werden; und damit eben auch der Radeinschlag und Kurvenradius. Dieses Prinzip wirkt erst, wenn das Board aufgekantet und das Rad eingeschlagen ist. Also vorwiegend bei engeren Kurvenradien; dabei löst es den ersten Aspekt in seiner Wirksamkeit ab.

Das bedeutet, daß bei stabiler Kurvenfahrt die Zentrifugalkraft ein ähnlich großes Drehmoment in entgegengesetzter Richtung auf die Lenkachse des Rades ausübt wie das Drehmoment, das durch das Aufkanten/Radeinschlag-Schwenkachse-Lenkgetriebe-Lenkachse entsteht. Das bedeutet, daß das Lenkgetriebe, welches das Drehmoment der Schwenkachse auf die Lenkachse überträgt, eine sehr wichtige Rolle spielt. Als mögliche Ausführungen kommen z.B. in Frage:

1. Lösung über Kugelkopfgetriebe.
2. Zahnscheibe (oder angepreßte Gummischeibe), die mit halben Zahnrädern (Schwenkarme) verzahnt ist.
3. Frästeile, die die Bewegung des Dornkopfes definieren. Hierbei kann das Getriebeverhältnis sich je nach Radeinschlag ändern; auch können für Rechts- und Linkskurven (Könner- und Nichtkönner) unterschiedliche Einsätze verwendet werden.

Hier ist noch zu erwähnen, daß durch Anbringen von Federn, welche auf Lenk- oder Schwenkachse wirken, die Fahreigenschaften beeinflußt werden können. Noch interessanter ist eine Lenkmechanik, die während des Lenkvorganges die Schwenkachse relativ zum Nabenzentrum bewegt.

Um die Wendigkeit zu erhöhen, kann auch das Hinterrad lenkbar gestaltet werden. Um den Roller wie einen gewöhnlichen Roller zu verwenden, d.h. ein Fuß auf dem Trittbrett, der andere Fuß schiebt an, kann ein Haltegriff mit dem Roller verbunden werden. Das Festhalten mit einer Hand erleichtert das Rollern in der Ebene. Der Haltegriff sollte sehr leicht entfernt oder abgeklappt und am Inlineboard verstaut werden können. Auch diese Idee soll geschützt werden. Damit das Board nach einem Sturz nicht weiterrollt, kann dieses mit einer Art Fangriemen, der Fahrer mit Brett verbindet, oder einer Bremse, die bei Nichtbelastung des Trittbretts blockiert, ausgerüstet werden.

Gedacht ist dieses Inlineboard als Sportgerät, das bei Verwendung etwas größerer Räder auch auf ungeteertem Gelände gefahren werden kann. Denkbar ist so eine Art Snowboard für den Sommer. Gerade in den niedrig gelegenen Skigebieten, die unter den immer wärmeren Wintern in unserer Region leiden, könnte das Inlineboard von wirtschaftlicher Bedeutung werden. Hat man kein Gefälle als Antrieb zur Verfügung, ist auch im Flachen eine Anwendung möglich, indem man ein Surfrigg oder einen Kite (Lenkdrachen) zur Fortbewegung nutzt. Hier stellt das Inlineboard eine Alternative zum Kitebuggying oder Strandsurfen dar. Möglich wären auch Anwendungen als Trockenübungsgerät für Kitesurfer, Wasserskifahren u.v.m.

Für die Konstruktion eines solchen Rollers gibt es mehrere Möglichkeiten. Die übersichtlichste enthält eine Lenkmechanik mit drei ineinandergeschachtelten Gabeln. Die innerste hält das Rad und lenkt; die mittlere hält das Lenkkopflager und schwenkt, stellt also den Lenkkopfwinkel ein; die äußere Gabel ist fester Rahmenbestandteil.

Eine Abflachung des Lenkkopfwinkels beim Radeinschlag kann z.B. mit Hilfe einer Verbindung der Lenkgabel über zwei Kugelkopfgelenke mit dem Rahmen bewerkstelligt werden, auch hier gibt es etliche konstruktive Variationsmöglichkeiten. Eleganter sind konstruktive Lösungen, die die Lenkmechanik ins Radnabenzentrum verlegen.

Der Platz dafür wird erreicht, indem das Radlager durch eine asymmetrische Felge zur Seite genommen wird oder ein sehr durchmessergroßes Radlager verwendet wird, wodurch im Zentrum noch Platz für die Lenkmechanik verbleibt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, welche mehrere Ausführungswege darstellen. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

1: Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rollers;

2: Seitenansicht nach 1;

3: perspektivische Ansicht des Rollers nach 1;

4: Draufsicht auf den Roller nach 1;

5: schematisiert die Einwirkung der Kräfte auf das Vorderrad in Geradeausfahrt;

6: die Kraftverhältnisse auf das Vorderrad in Kurvenfahrt, nach dem Stand der Technik;

7: die gleichen Kraftverhältnisse wie 6 bei Einwirkung der erfindungsgemäßen Schwenkmechanik des Lenkkopfes;

8: weitere Einzelheiten der Einwirkung von Kraftverhältnissen am Vorderrad;

9: eine gegenüber 8 abgewandelte Darstellung;

10: die Seitenansicht einer Ausführung ähnlich der 2;

11: eine gegenüber 1 bis 4 abgewandelte Ausführungsform mit einer in die Nabe eingebauten Lenkgeometrie;

12: schematisiert die Draufsicht auf den Roller mit einer Anordnung nach 11;

13: perspektivische Ansicht einer Ausführung des Vorderrades der Ausführung nach 11 und 12;

14: eine gegenüber 13 abgewandelte Ausführungsform, in Vorderansicht;

15: die Draufsicht auf 14;

16: eine gegenüber 14 abgewandelte Ausführungsform;

17: eine weitere Modifikation gegenüber der 16;

18: eine gegenüber 15 abgewandelte Ausführungsform;

In den 1 bis 4 ist als erstes Ausführungsbeispiel ein Roller nach der Erfindung mit einer außerhalb der Nabe liegenden Lenkgeometrie dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus drei ineinandergreifenden Gabeln.

Der Roller insgesamt weist ein Trittbrett 1 auf, welches auf einem Rahmen 2 aufgesetzt ist.

Der Hinterbau ist relativ konventionell ausgebildet und weist an geteilten Rahmenrohren 2 ein Hinterrad 4 auf, welches ggf. noch mit einer Bremse 6 ausgerüstet sein kann.

Der vordere Teil des Rahmens 2 mündet in einen gabelförmigen Rahmenkopf 3, der in Winkelstellung zur Horizontalen nach oben schräg geneigt ist und der durch eine horizontale Querstrebe 3a fest miteinander verbunden ist.

Nachdem der Aufbau der Lenkgeometrie genau symmetrisch zur Längsmittenachse des gesamten Rollers ist, reicht es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus, nur eine Seite der Lenkgeometrie zu beschreiben, nachdem die andere Seite genau gleich ausgebildet ist.

Zur weiteren Erläuterung dieser Lenkgeometrie wird auch auf die 10 Bezug genommen, die eine gegenüber 2 schematisierte Ausführungsform darstellt.

Vom Rahmenkopf 3 nach vorne schräg ausgehend sind zwei zueinander parallele Holme 7 vorgesehen, die an ihren unteren freien Enden jeweils ein Schwenklager 8 aufnehmen.

Das Schwenklager 8 besteht hierbei aus einem drehfest mit der U-förmig profilierten Schwenkgabel 9 verbundenen Bolzen, der drehbar in dem jeweiligen Holm 7 aufgenommen ist.

Die Schwenkgabel 9 ist wiederum – wie gesagt – als U-förmiger Körper ausgebildet, wobei die Längsachse der Schwenkgabel 9 zur Vertikalen in einem bestimmten Winkel nach hinten geneigt ist. Im oberen Mittenschenkel der Schwenkgabel 9 ist hierbei das Lenklager 10 ausgebildet, welches wiederum aus einem drehbaren Bolzen besteht, der an einem Teil fest und an dem anderen Teil drehbar gelagert ist.

Das Lenklager 10 stellt die schwenkbare Verbindung zu der darunter angeordneten Lenkgabel 11 her, die wiederum als U-förmiger Körper ausgebildet ist und ebenfalls im gleichen Winkel wie die Schwenkgabel 9 zur Vertikalen nach hinten geneigt ist.

Die vorderen freien Enden der Lenkgabel 11 werden durch die Radachse 12 durchsetzt, die in ihrem Mittenbereich die Nabe für das Rad (Vorderrad 5) aufnimmt.

Gemäß 1 erfolgt eine gelenkige Anbindung der gesamten Lenkgeometrie, bestehend aus Schwenkgabel 9 und drehbar hierzu gelagerter Lenkgabel 11 über eine Gelenkverbindung 23 gemäß 1.

Diese besteht im wesentlichen aus einem fest mit der Lenkgabel 11 verbundenen Stab 24, der in ein Kugelgelenk 25 mündet, welches seinerseits gelenkig über einen weiteren Stab 27 mit einem Kugelgelenk 26 verbunden ist und hierüber mit dem Rahmenkopf 3 verbunden ist.

Die Fahrmechanik des so dargestellten Rades 5, welches quasi kardanisch aufgehängt ist und schräg nach hinten zur Fahrtrichtung geneigt ist, wird anhand der 5 bis 9 näher beschrieben.

Allerdings wird darauf hingewiesen, daß die Neigung der Längsachse von Lenkgabel 11 und Schwenkgabel 9 nicht lösungsnotwendig ist. Die gesamte Anordnung funktioniert auch, wenn die genannten Teile vertikal ausgerichtet oder sogar leicht in Fahrtrichtung nach vorne geneigt sind.

Gemäß den 5 bis 7 kann durch das Radlager 13 des Vorderrades 5 eine gedachte Lenkkopfachse 14 gezeichnet werden, die in dem Schnittpunkt 15 den Boden 19 schneidet.

Von dem Radlager 13 erstreckt sich eine Vertikale 16 nach unten, die ebenfalls im Schnittpunkt mit dem Boden 19 einen Auflagepunkt 17 ergibt.

Der Punkt B (Schnittpunkt 18) ist der Schnitt der Strecke 17–18, d.h. eine Gerade, die einerseits durch den Auflagepunkt 17 sich erstreckt und senkrecht zu der Lenkkopfachse 14 ist.

Der Abstand 17–18 bestimmt das beim Aufkanten des Rollers entstehende Drehmoment, welches über die erfindungsgemäße Lenkung als Lenkeinschlag verwendet wird.

Diese Verhältnisse sind in den 6 und 7 dargestellt.

Während die 6 die Drehmomentverhältnisse bei fest eingestelltem Lenkkopfwinkel zeigt, wobei also die Lenkung nichtlenkbar im Sinne der Erfindung ausgebildet ist, zeigt die 7 eine gegenüber 6 verbesserte Ausführungsform der Ausbildung der Lenkgeometrie, so wie es die Erfindung vorschlägt.

Die 6 zeigt also im wesentlichen die Verhältnisse eines Rades – beispielsweise eines Vorderrades an einem Fahrrad – beim Freihändigfahren, während die 7 die wahren erfindungsgemäßen Verhältnisse der Lenkgeometrie des erfindungsgemäßen Rollers zeigt.

Der Unterschied zwischen 6 und 7 liegt nun darin, daß bei stärkeren Lenkausschlägen und bei Schräglagen der Auflagepunkt 17 vor den Schnittpunkt 15 wandert, wodurch das Rad instabil wird und es zum Sturz führen kann.

Dies vermeidet die Lenkgeometrie nach der Erfindung gemäß 7, weil dort die gedachte Lenkkopfachse beim Lenkeinschlag von der Stellung 14 in Pfeilrichtung 20 in die Stellung 14' verschwenkt wird, wodurch ein Überholen des Punktes 17 gegenüber dem Punkt 15 auf jeden Fall vermieden wird, weil ja die Lenkkopfachse 14 in Stellung 14' verschwenkt wird.

Bei Aufkanten des Rollers wandert der Auflagepunkt 17 des Rades 5 in Fahrtrichtung nach vorne. Deshalb kommt ein Drehmoment auf die Schwenkgabel 9. Durch die Kopplung über die Gelenkverbindung 23 entsteht ein Drehmoment auf die Lenkgabel 11, und deswegen kann bei gesteuertem Aufkanten des Rollers auch ein hierzu gehörendes konstantes Drehmoment erzeugt werden, das sich die Waage hält mit der Zentrifugalkraft des Vorderrades, so daß es zu einem stabilen, nicht veränderbaren Lenkeinschlag kommt.

Dies macht die stabile Fahrteigenschaft des Rollers aus, denn zu einem bestimmten Neigungswinkel des Rollers gehört ein bestimmter Lenkeinschlag, der stabil während dieser Kurvenfahrt beibehalten wird und nicht verlorengeht.

Die 8 und 9 zeigen nochmals, daß die Lenkkopfachse 14 in einer relativ steilen Lage gehalten werden kann, und dies führt dazu, daß der Roller beim Anfahren stabiler ist, während 9 zeigt, daß – je stärker die Lenkkopfachse 14' verändert wird – dementsprechend die Kurvenfahrt besser gelingt. Dies ergibt sich durch den Abstand zwischen den Punkten 15 und 17.

Die 11 bis 18 zeigen sogenannte Einbau-Lösungen, die sich von dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 4 dadurch unterscheiden, daß die genannten drei ineinandergreifenden Gabeln 7, 9, 11 entfallen und durch äquivalente Lösungen ersetzt werden.

Hierbei zeigt die 11 eine Felge 21 des Vorderrades 5, die mit einem entsprechenden Reifen belegt ist.

Das Radlager 13 wird hierbei in der Nabe 22 aufgenommen.

Das Radlager ist hierbei drehfest mit dem drehbaren Teil eines etwa hülsenförmig ausgebildeten Lenklagers 28 verbunden, welches seinerseits drehbar auf einem Lagerstift 54 verbunden ist, so daß die beiden Teile 28, 54 in den Pfeilrichtungen 34 zueinander verdrehbar sind.

Auf dem Lenklager 28 ist noch das Nabenzentrum 55 angedeutet. Der Lagerstift 54 ist fest über einen Verbindungsbügel 30, 56 verbunden, der drehbar in dem Schwenklager 29 aufgenommen ist, so daß sich die beiden Teile 29, 56 in den Pfeilrichtungen 33 zueinander verdrehen.

An dem Schwenklager 29 ist fest der Rahmen 2 angebracht, der gemäß 12 als einseitig ansetzender Bügel ausgebildet ist.

Das Schwenklager 29 ist an seinem Außenumfang fest mit zwei gegeneinandergerichteten Stäben 32 verbunden, die fest über senkrecht hierzu ansetzende Ansätze 31 mit dem Außenumfang des Lenklagers 28 verbunden sind.

Auf diese Weise werden zwei senkrecht zueinander verdrehbare Lager geschaffen, die auch als Kreuzlager oder kardanische Lager bezeichnet werden können.

Ein Ausführungsbeispiel eines, in 11 lediglich schematisiert dargestellten, Lagers ist in 13 ausgeführt.

Hierbei ist erkennbar, daß der Rahmen 2 mit einer Aufnahme 35 verbunden ist, die ihrerseits das Schwenklager 29 aufnimmt.

Die Aufnahme 35 ist über den Mantel 36 drehfest mit einer Bremsplatte 37 verbunden, wobei diese Bremsplatte im wesentlichen aus einer scheibenförmigen Platte mit einem Gummibelag besteht.

Über diesen außenliegenden Gummibelag wird ein Reibschluß zu dem senkrecht hierzu verdrehbaren Lenklager 28 hergestellt.

Hierzu wird diese Bremsplatte 37 federbelastet in Längsrichtung des Lagerstiftes 56 gegen die zugeordneten Mitnehmeroberflächen der Mitnehmerarme 38 des Lenklagers 28 gepreßt.

Mit einer Verbindungsplatte 39 sind die bogenförmig ausgebildeten Mitnehmerarme 38 verbunden, die deshalb die Schwenkbewegung des gesamten Lagers in Pfeilrichtung 34 um den Lagerstift 54 mitmachen.

Bei einem Aufkanten des Vorderrades 5 wird nun das entsprechende Lenklager 28 in Pfeilrichtung 34 verdreht, wobei die Mitnehmerarme 38 über ihren Reibschluß die Bremsplatte 37 in Pfeilrichtung 33 mitnehmen und hierdurch das gesamte Vorderrad den Lenkkopfwinkel von seiner Stellung 14 in die Stellung 14' gemäß 1 verändert.

Um das Übersetzungsverhältnis des Reibschlusses zu verändern, können die Mitnehmerarme 38 in ihrem gegenseitigen Abstand zueinander verändert werden.

Hierzu sind in der Verbindungsplatte 39 eine Reihe von übereinander angeordneten Bohrungen 40 vorhanden, und jeder Mitnehmerarm 38 kann mit seinem zugeordneten Ansatz 41 in die Bohrung jeweils abgesteckt werden, so daß unterschiedliche Abstände der Ansätze von oberem und unterem Mitnehmerarm 38 erreicht werden können.

Während die 13 eine reibungsschlüssige Kupplung zwischen dem Lenklager 28 und dem Schwenklager 29 darstellt, sind im Rahmen der Erfindung auch formschlüssige Kupplungen möglich.

Statt des Reibungsschlusses über eine gummibelegte Bremsplatte 37 und reibschlüssig daran anliegenden oberen und unteren Mitnehmerarmen 38 können auch formschlüssige Verbindungen verwendet werden, insbesondere Zahnradritzelkupplungen und andere Formschlußverbindungen.

In den 14 bis 17 sind anstatt reibschlüssiger Kupplungen feste Stab-Gelenkkupplungen vorgesehen, die nachfolgend beschrieben werden.

14 zeigt beispielsweise in einer Seitenansicht, daß, ausgehend von dem Rahmen 2, einseitig ein Verbindungsstab 42 mit einem ersten Kugelkopf 43 verbunden ist, der seinerseits gelenkig über einen Verbindungsstab 45 mit einem zweiten Kugelkopf 44 verbunden ist, der seinerseits gelenkig über einen Verbindungsstab 46 mit der Lenkachse 48 fest verbunden ist.

Die Lenkachse 48 durchgreift hierbei in der vorher beschriebenen Weise das Lenklager 28 und ist in diesem drehbar gelagert.

In ebenfalls vorher beschriebener Weise wird das Schwenklager 29 durch den Lagerstift 56 durchgriffen, der drehbar im Schwenklager 29 gehalten ist.

Die Länge der Verbindungsstäbe 42, 45, 46 definiert die Kopplung zwischen Lenklager 28 und Schwenklager 29 und damit das Kurvenverhalten beim Aufkanten des Rollers.

Die 15 zeigt die Draufsicht auf die 14, wo weitere Einzelheiten erkennbar sind.

Die 16 und 17 zeigen, daß statt eines innenliegenden Radlagers auch ein außenliegendes Radlager, bestehend aus einem relativ umfangreichen Radkranz mit einem darauf laufenden Kugellager möglich ist. Sonst gelten für die gleichen Teile die gleichen Erläuterungen.

Der Vergleich von 16 und 17 zeigt, daß das Schwenklager 29 (16) auch in Fahrtrichtung nach vorne versetzt werden kann, so daß beim Anfahren ein Drehmoment auf das Schwenklager 29' (17) ausgeübt wird, was über die vorher beschriebene Gelenkverbindung 23 dazu führt, daß das Rad beim Anfahren zunächst in eine Geradeausstellung gestellt wird.

Diese geometrischen Eigenschaften haben jedoch nichts mit der Art und Anordnung des Radlagers 47 zu tun.

Das heißt, der in Fahrtrichtung nach vornehingerichtete Versatz des Schwenklagers in die Stellung 29' (17) kann auch bei den übrigen vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen angewendet werden.

Die 18 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine andere Kopplung, wobei auf eine Kopplung über die vorher beschriebenen Verbindungsstäbe 42, 45, 46 verzichtet wird und statt dessen eine Führung über eine Führungsnut 51, 51' erfolgt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind an den freien Enden eines Verbindungsstabes 46, der fest mit dem Radlager 13 verbunden ist, jeweils Führungsköpfe als Gleitköpfe 52 ausgebildet, die in den Pfeilrichtungen 53 verschwenkbar in zugeordneten Führungsnuten 51, 51' eines Führungsteils 50 angeordnet sind.

Die Führungsnuten 51, 51' sind sphärisch ausgebildet, wobei das gesamte Führungsteil 50 mit dem Rahmen 2 verbunden ist und der Rahmen durch das Schwenklager 29 durchsetzt ist, welches demgemäß in den Pfeilrichtungen 33 schwenkbar im Rahmen 2 gehalten ist.

Vorteil des beschriebenen Rollers sind also seine stabile Fahreigenschaft, seine leichte Anwendbarkeit und seine Geländetauglichkeit. Man kann nun mit der erfindungsgemäßen Lenkung große Räder verwenden, die im Gelände auch große Hindernisse überwinden können, ohne daß es zum Sturz kommt.

1: Trittbrett
2: Rahmen
3: Rahmenkopf
3a: Querstrebe
4: Hinterrad
5: Vorderrad
6: Bremse
7: Holm
8: Schwenklager
9: Schwenkgabel
10: Lenklager
11: Lenkgabel
12: Radachse
13: Radlager
14: Lenkkopfachse 14'
15: Schnittpunkt
16: Vertikale
17: Auflagepunkt
18: Schnittpunkt
19: Boden
20: Pfeilrichtung
21: Felge
22: Nabe
23: Gelenkverbindung
24: Stab
25: Kugelgelenk
26: Kugelgelenk
27: Stab
28: Lenklager
29: Schwenklager 29'
30: Verbindungsbügel
31: Ansatz
32: Stab
33: Pfeilrichtung
34: Pfeilrichtung
35: Aufnahme
36: Mantel
37: Bremsplatte
38: Mitnehmerarm
39: Verbindungsplatte
40: Bohrung
41: Ansatz
42: Verbindungsstab
43: Kugelkopf
44: Kugelkopf
45: Verbindungsstab
46: Verbindungsstab
47: Radlager
48: Lenkachse
49: Radkranz
50: Führungsteil
51: Führungsnut 51'
52: Gleitkopf
53: Pfeilrichtung
54: Lagerstift
55: Nabenzentrum
56: Lagerstift
φ: Lenkkopfwinkel
a: Lenkeinschlagwinkel

Claims

Roller, beinhaltend ein vorderes Rad (5) und ein hinteres Rad (4), welche einspurig in Fahrtrichtung hintereinander etwa in einer Ebene angeordnet sind, wobei mindestens eines der Räder (4, 5) mittels einer Lenkmechanik lenkbar ausgebildet ist, und beinhaltend einen, diese Räder (4, 5) verbindenden Rahmen (2) mit Standfläche (1), wobei mittels der Lenkmechanik der Lenkkopfwinkel (φ) der Lenkkopfachse (14) zur Vertikalen bzw. Normalen des Untergrundes (19) abhängig vom Winkel (α) des Lenkeinschlages des lenkbaren Rades (4, 5) innerhalb eines vordefinierten Winkelbereichs variiert wird, und wobei die Lenkmechanik zum einen eine Lenkeinrichtung (10, 11; 28, 54) zur Veränderung des Winkels (α) des Lenkeinschlages des lenkbaren Rades (4, 5) aufweist und zum anderen eine Schwenkeinrichtung (8, 9; 29–32), welche die Bewegung des gelenkten Rades (4, 5) in Längsrichtung des Rollers um eine Schwenkachse eines Schwenklagers (8, 29) gestattet und somit den Lenkkopfwinkel (φ) der Lenkkopfachse (14) zur Vertikalen bzw. Normalen des Untergrundes (19) verändert, dadurch gekennzeichnet, daß der Roller durch Gewichtsverlagerung des Fahrers lenkbar ist und daß entweder die Lenkeinrichtung (28, 54) zusammen mit der Schwenkeinrichtung (29–32) ein zweiachsiges Kreuzgelenk (28, 54; 29–32) bildet, das um die Lenkkopfachse (14) drehbar ausgebildet ist und etwa in Querrichtung zur Rollrichtung des gelenkten Rades (4, 5) um die Schwenkachse des Schwenklagers (29) drehbar ausgebildet ist oder daß die Lenkeinrichtung (10, 11) zusammen mit der Schwenkeinrichtung (8, 9) drei ineinandergeschachtelte Gabeln (3, 7; 9; 11) beinhaltet und die innerste Lenkgabel (11) das gelenkte Rad (4, 5) hält und lenkt, die mittlere Schwenkgabel (9) das Lenkkopflager (10) hält und schwenkt und so den Lenkkopfwinkel (14) einstellt und die äußere Gabel (3, 7) fester Rahmenbestandteil ist.
Roller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahren des Rollers der Lenkkopfwinkel (φ) des jeweiligen gelenkten Rades (4, 5) etwa bei 0° liegt und sich während der Fahrt in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und vom Winkel (α) des Lenkeinschlages des jeweiligen gelenkten Rades (4, 5) innerhalb des vordefinierten Bereiches des Lenkkopfwinkels (φ) verändert.
Roller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkkopfwinkel (φ) der Lenkkopfachse (14) zur Vertikalen bzw. Normalen des Untergrundes (19) mit größer werdendem Winkel (α) des Lenkeinschlages ebenfalls größer wird.
Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer lenkbaren Ausbildung des vorderen Rades (5) der Lenkkopfwinkel (φ) so gewählt wird, daß der Schnittpunkt (15) der Lenkkopfachse (14) mit dem Untergrund (19) in Fahrtrichtung zu jeder Zeit vor dem Auflagepunkt (17) des vorderen Rades (5) auf dem Untergrund (19) liegt, was einem Nachlauf entspricht.
Roller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkkopfwinkel (φ) des vorderen Rades (5) etwa im Bereich zwischen größer 0° und plus 20° liegt.
Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer lenkbaren Ausbildung des hinteren Rades (4) der Lenkkopfwinkel (φ) so gewählt wird, daß der Schnittpunkt (15) der Lenkkopfachse (14) mit dem Untergrund (19) in Fahrtrichtung zu jeder Zeit hinter dem Auflagepunkt (17) des hinteren Rades (4) auf dem Untergrund (19) liegt, was einem Vorlauf entspricht.
Roller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkkopfwinkel (φ) des hinteren Rades (4) etwa im Bereich zwischen kleiner 0° und minus 20° liegt.
Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das gelenkte Rad (4, 5) eine auf einem Radlager (13) drehbar gelagerte Nabe (22) beinhaltet, welche mit einer in radialer Richtung sich erstreckenden Felge (21) verbunden ist, welche Felge (21) einen ringförmigen, ringsumlaufenden Reifen zur Auflage des Rad (4, 5) auf der Fahrbahn (19) trägt.
Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkgabel (9) und/oder Lenkgabel (11) an dem Rahmen (2, 3) über eine Gelenkverbindung (23) angelenkt ist.
Roller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zum Rahmen (2, 3) über den Rahmenkopf (3) erfolgt.
Roller nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung (23) mindestens ein Kugelgelenk (25, 26) und mindestens einen Stab (24, 27) beinhaltet.
Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkkopfachse (14) und/oder die Schwenkachse durch das Radnabenzentrum (55) verläuft/verlaufen.
Roller nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (21) mindestens des gelenkten Rades (4, 5) asymmetrisch und mit normalem Radlager (13) ausgebildet ist.
Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkkopfachse (14) und/oder die Schwenkachse nicht durch das Radnabenzentrum (55) verläuft/verlaufen.
Roller nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer lenkbaren Ausbildung des vorderen Rades (5) dessen Schwenkachse in Fahrtrichtung vor dem Radnabenzentrum (55) liegt.
Roller nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer lenkbaren Ausbildung des hinteren Rades (4) dessen Schwenkachse in Fahrtrichtung hinter dem Radnabenzentrum (55) liegt.
Roller nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (21) mindestens des gelenkten Rades (4, 5) symmetrisch und mit übergroßem Radlager (47) ausgebildet ist.
Roller nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß an einem im Lenklager (28) befindlichen Verbindungsstab (46), der fest mit dem Radlager (13) des lenkbaren Rades (4, 5) verbunden ist, jeweils Gleitköpfe (52) ausgebildet sind, die verschwenkbar in sphärisch ausgebildeten zugeordneten Führungsnuten (51, 51') eines Führungsteils (50) angeordnet sind, wobei das gesamte Führungsteil (50) mit dem Rahmen (2) verbunden ist und der Rahmen (2) durch das Schwenklager (29) durchsetzt ist, welches schwenkbar im Rahmen (2) gehalten ist.