KIPPWINKEL-GELENKTES ROLLGERäT MIT VERSETZTEN

ROLLEN

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf Rollgeräte wie beispielsweise Rollschuhe, InIi- neskates, Rollbretter, Lenkroller und RollDski. Insbesondere geht es hier um lenkbare Rollgeräte, die seitlich gekippt werden können und bei denen sich die Rollen mitneigen. Zugrundeliegender Stand der Technik

Kippwinkelabhängige Lenksysteme haben gegenüber den freien Lenksystemen den Vorteil, dass sie echtes Carving ermöglichen. Es ergibt sich aufgrund der kurvenradiu- sabhängigen aufrichtenden Zentrifugalkraft eine inhärente Laufstabilität. Rollgeräte, die das leisten, sind überwiegend solche, bei denen je zwei Rollen nebeneinander angeordnet sind. Deren Schräglagewinkel ist eng begrenzt (z.B. Skateboard, Quad- Rollschuh), wodurch der Laufkomfort einschränkt ist. Inlineskates haben im praktischen Betrieb keine störende Begrenzung des Kippwinkels. Außerdem kommen sie mit den konventionellen, preisgünstigen, leichtlaufenden und bewährten Inlineska- terollen aus und sind kostengünstig herzustellen, besitzen jedoch keine Lenkfunktion.

Kippwinkel-gelenkte Rollgeräte mit nebeneinander angeordneten mitneigenden Rollen sind beispielsweise aus DEl 9803412 und EPl 213043 bekannt. Der technische Aufwand ist jedoch vergleichsweise groß.

Aus DEl 0256680 sind Rollenaufhängungen bekannt, bei denen entweder die Rollenträger einzeln jeweils um eine vertikale oder nach schräg oben- vorn (bzw. nach schräg oben-hinten) geneigte Achse frei schwenkbar sind. Nachteilig ist, dass der Lenkwinkel konstruktionsbedingt vom Kippwinkel unabhängig ist.

Aus DE20305190U1 bzw. US6098997 sind zwei Träger bekannt, die hintereinander an einem Chassis schwenkbar gelagert sind, wobei die Schwenkachsen senkrecht stehen. Bei Verwendung von Rollen mit wechselweise schlanker und breiter Profilform wird eine kippwinkelabhängige Lenkung erreicht. Nachteilig ist hier die Verwendung verschieden profilierter Rollen.

WO2005/039710A1 beschreibt ein Inlineskate, in welchem zwei Rollenträger, die jeweils zwei hintereinander angeordnete Rollen enthalten, mit schräg vorwärts- aufwärts bzw. rückwärts-aufwärts gerichteter Achse an der Schiene schwenkbar angeordnet sind. Nachteilig ist die weit übertriebene Lenkwirkung dieses Konzepts.

U.S. Patent 3963252 beschreibt eine Anordnung von einzeln gefederten zylindrisch profilierten Rollen, die hintereinander an einem Chassis angeordnet sind. Aufgrund zu

vieler kinematischer Freiheitsgrade ist eine koordinierte Lenkfunktion nicht gegeben.

[8] DE29619755U1 beschreibt einen Rollschuh mit hintereinander angeordneten Rollen, bei denen jede Rolle mittels eines eigenen Rollenträgers um eine horizontale Achse schwenkbar am Chassis angeordnet ist und bei denen vorgespannte horizontale Spiralfedern eine niveaugeregelte Einzelradfederung bewirken. Eine Lenkfunktion war nicht beabsichtigt und wird auch nicht erreicht.

[9] WO2005/097273 beschreibt eine Anordnung, in der die vier Rollen hintereinander an einem biegsamen Flachstab drehbar befestigt sind. Der Flachstab ist mittig am Schuh befestigt und erlaubt eine Biegung nach innen-oben bzw. außen-unten. Der kurvenäußere Skate ist entsprechend der Biegung des rollentragenden Flachstabs gelenkt, während der kurveninnere Skate nur mit den beiden inneren Rollen den Boden berührt. Bei diesem Skate besitzen die inneren Rollen eine breitere Profilierung als die äußeren Rollen oder sind seitlich versetzt. Nachteilig sind die Verwendung unterschiedlich profilierter Rollen, die ungleiche Belastung der Rollen sowie der weitgehende Verlust der Spurführungseigenschaft des kurveninneren Skate.

[10] Eine Wippenkonstruktion mit quer angeordneten horizontalen Schwenkachsen ist in WO97/18017 beschrieben. Ebenfalls eine Wippenkonstruktion mit schwenkbarer horizontaler Lagerung unter Verwendung elastischer schwingungsdämpfender Elemente ist in DE19715706 beschrieben; ferner beschreibt die genannte Erfindung eine schwenkbare Einzelradaufhängung, bei denen Rollen unterschiedlicher Breite zu verbessertem Kurvenfahrverhalten beitragen sollen. Eine echte Lenkung ist hier allerdings nicht gegeben, da die Rollenachsen in ihrer parallelen Stellung zueinander fixiert sind. Offenbarung der Erfindung Technisches Problem

[11] Aufgabe der Erfindung war es deshalb, in einem lenkbaren Rollgerät mit vorwiegend hintereinander angeordneten Rollen die Lenkung zwangsweise an die seitliche Neigung so zu koppeln, dass ein großer Schräglagewinkels möglich ist, dass die sich ergebenden Kurvenradien angenehm zu fahren sind, ferner, dass konventionelle InIi- neskaterollen verwendet werden können. Technische Lösung

[12] Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem kippwinkel-gelenkten Rollgerät, das ein optionales Applikationsteil, beispielsweise Schuh, Rollskibindung oder Stehbrett, ein Chassis und mindestens eine Lenkgruppe enthält, wobei die Lenkgruppe aus zwei Lenkeinheiten besteht, die körperlich vereinigt sein können, wobei die Lenkeinheit aus mindestens einer Rolle und einem Rollenträger besteht, an dem die mindestens eine Rolle drehbar gelagert ist und wobei der Rollenträger mit dem Chassis schwenkbar verbunden ist, dadurch gelöst, dass die Schwenkachse (4) mit der auf das Chassis (1)

bezogenen Waagerechten (5) einen spitzen Winkel α bildet und dass die Spur (6) der mindestens einen Rolle (2) der Lenkeinheit gegenüber der Kippachse (7) des Rollgeräts seitlich versetzt ist. Vorteilhafte Wirkungen

[13] Durch die Kombination von seitlichem Versatz zwischen der Spur (6) der Rolle (2) gegenüber der Kippachse (7) des Rollgeräts und der schräg angeordneten Lagerung der Schwenkachse (4) wird ein Lenkwinkel erzeugt, der annähernd proportional zum Kipp winkel ist. Es können die bekannten Inlineskate-Rollen verwendet werden. Hierdurch wird echtes Carven ermöglicht samt den vorteilhaften Auswirkungen, die sich aus der kippwinkel-proportionalen Lenkung ergeben. Beschreibung der Zeichnungen

[ 14J Fign. Ia-Ic zeigen einen Ausschnitt des Chassis (1), einen Rollenträger (3) und eine Rolle (2), sowie die um den Winkel α schräg gestellte Schwenkachse (4) des Rollenträgers (3), die Schwenkachswelle (8), die Kippachse (7) und die Spurlinie (6) der Rolle am Boden, in perspektivischer Sicht (Fig. Ia), mit Blick von hinten (Fig. Ib) und mit Blick von unten (Fig. Ic). f 15Q Fign. 2a-2c zeigen einen Ausschnitt des Chassis (1), zwei Rollenträger (3, 3') samt Rollen (2) und Schwenkachswellen (8), die Bewegungskopplung (11) zwischen den beiden Trägern (3, 3') und den Versatz (9) der zwei Spuren der beiden Rollen (2) gegeneinander. Fig. 2b zeigt die Anordnung in seitlicher Ansicht, wobei das Chassis weggelassen ist. Fig. 2c zeigt diese Anordnung in Längsrichtung, einschließlich der Schwenkachsen (4, 4') der beiden Träger (3) und (3 ¹ )-

[16] Fign. 3a. 3b zeigen ein Beispiel einer kompletten Konstruktion eines Rollgeräts ohne Applikationsteil (z.B. Schuh), bestehend aus Chassis (1), zwei Lenkgruppen, die jeweils aus zwei Rollenträgern (3, 3') samt Rollen (2) bestehen, gegenüber dem Boden (10) in gekippter Position, in Fig. 3a von der Seite gesehen. Fig. 3b lässt mit Blick von unten den jeweiligen Lenkeinschlag der Rollen erkennen.

[17] Fign. 4a. 4b zeigen anhand eines alternativen Beispiels einen Rollenträger (3") mit zwei Rollen (2), in Fig. 4a perspektivisch gesehen, sowie den Spurversatz (9) der beiden Rollen 2 gegeneinander, die Schwenkachswelle (8) sowie den Winkel α ihrer Achse (4) gegenüber der Horizontalen (5), in Fig. 4b von hinten gesehen.

[18] Fign. 5a. 5b zeigen eine komplette Konstruktion (ohne Schuh), bestehend aus

Chassis (I) und zwei Doppelrollenlenkeinheiten mit Rollenträgern (3") und Rollen (2), in perspektivischer Ansicht, Fig. 5a, und von hinten gesehen, Fig. 5b. In Fig. 5b sind die Achsrichtungen (4, 4'), die Horizontale (5) und die Winkel α, α' gezeigt.

[19] Fig. 5c zeigt perspektivisch ein fortgeschrittenes Ausführungsbeispiel einschließlich Chassis (1), zwei Rollenträger (3") mit insgesamt vier Rollen (2).

[20] Fign. 6a-6c zeigen drei Ausführungsbeispiele für die um die Schwenkachse (4) schwenkbare Lagerung des Rollenträgers (3, 3', 3") am Chassis (1):

[21] - Fig. 6a: mittels schräg gestellter Wellenbohrung und Welle

[22] - Fig. 6b: mittels zweier versetzter Wellen (13) und zweier Gelenklager (10)

[23] - Fig. 6c: mittels zweier versetzter Wellen (13) und zweier eingepasster Formteile (11) aus elastischem Kunststoff oder Gummi, optional in Verbindung mit zwei Bundbuchsen (12).

[24] Fig. 7 zeigt Ausschnitte von zwei Doppelrollenlenkgruppen im Nahbereich, sowie beispielhaft eine Spiralfeder (14), welche die Rückführung der Lenkgruppen in die Neutralstellung bewirkt. Bester Weg

[25] Die in Fign. Ia-Ic gezeigte Lenkeinheit enthält alle Merkmale, welche zur Lenkung der Rolle notwendig sind. Mit zunehmendem seitlichen Kippwinkel bewegt sich die versetzt angeordnete Rolle relativ zum Chassis aufwärts (bzw. abwärts, je nach Kipprichtung). Dieser Auf/Ab-Bewegung entspricht ein vorwärts bzw. rückwärtsgerichteter Neigewinkel des Rollenträgers (3, 3', 3"). Aufgrund der schrägen Orientierung der Schwenkachse (4) ist dieser Neigewinkel zwangsweise mit einem Lenkwinkel verbunden. Der Lenkwinkel ist proportional zum Produkt aus dem Spurversatz (9), dem Winkel α, mit dem die Schwenkachse (4) seitlich angestellt ist und dem Kipp winkel. Weg zur Ausführung der Erfindung

[26] Die Erfindung beansprucht, dass die Rollen auf Spuren (6) abrollen, die gegenüber der Kippachse (7) seitlich versetzt sind. Die Spur (6) ist die Linie, längs derer die Rolle den Boden berührt. Die Kippachse (7) ist definiert als die Achse, um welche das Skate bei seitlicher Neigung kippt. Sie entspricht etwa der Schnittlinie zwischen der longi- tudinalen vertikalen Mittenebene des Chassis (1) und dem Boden. Der seitliche Versatz zwischen der Spur (6) und der Kippachse (7) kann technisch auf verschiedene Arten erreicht werden. Dazu gehört die Verwendung asymmetrisch bereifter Rollen, deren Reifen so geschnitten sind, dass der größte Durchmesser der Reifen außerhalb der Mittelebene der Rolle liegt. Eine andere technische Lösung besteht darin, dass die beiden Rollen, die zu einer Lenkgruppe gehören, so gelagert sind, dass sie einen gegensätzlich zueinander orientierten Sturzwinkel aufweisen. Von vorne gesehen sind die beiden Rollen sozusagen in Form eines 'X' angeordnet. Diese beiden technischen Möglichkeiten sind nahe liegend und wurden deshalb nicht zeichnerisch dargestellt. Auch Kombinationen der hier genannten drei Lösungen sind technisch möglich. Die hier dargestellte, bevorzugte dritte technische Lösung beruht darauf, die Rollen mit seitlichem Versatz zu positionieren. Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Lenkeigenschaft

durch Variation des seitlichen Versatzes zwischen Spur (6) und Kippachse (7) mittels geeignet dimensionierter Abstandshülsen bei der Montage der Rolle auf der Rollenachse nach Bedarf variiert werden kann.

[27] Der Rollenträger benötigt ein Gegenlager, so dass das bei Belastung auftretende

Moment aufgefangen wird. Dies kann gemäß dem Stand der Technik durch elastische Puffer oder Federn gewährleistet werden, die den Rollenträger gegenüber dem Chassis abstützen. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass man, wie in Fign. 2(a-c) gezeigt, gemäß Anspruch 2 zwei komplementäre Rollenträger vorsieht, die jeweils eigens am Chassis mit Schwenklagern gelagert sind, die darüber hinaus aber so miteinander verbunden sind, dass die Schwenkbewegung des einen Rollenträgers mittels dieser Verbindung eine gleichsinnige Schwenkbewegung des anderen Rollenträgers verursacht, und umgekehrt.

[281 Wie aus Fign. 2(a-c) anschaulich zu erkennen ist, verteilt sich das Gewicht, das auf dem Chassis lastet, auf beide Rollen. Es ist ferner gezeigt, dass die beiden Rollen vorzugsweise auf gegeneinander versetzten Spuren ablaufen. Die Kippachse verläuft zu diesen Spuren etwa mittig.

[291 Idealerweise sollte jede Rolle einen eigenen Lenkwinkel haben, so dass die Rollen auf einem gemeinsamen Kreis am Boden abrollen. Dies kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass die Winkel α der Schwenkachsen etwa proportional zum Abstand der jeweiligen Rollenachse von der Mitte des Chassis gewählt werden.

[30] Fig. 3 zeigt gemäß Anspruch 3 die Anordnung von zwei der vorstehend beschriebenen Lenkgruppen hintereinander. Die Winkel α der Schwenkachsen sind hier so gewählt, dass die vordere Lenkgruppe einwärts, die hintere Lenkgruppe auswärts lenkt.

[31 ] Die hier beschriebene Lenkgruppe lenkt inhärent asymmetrisch bezüglich der

Kippung links oder rechts, indem die Lenkung nach der einen Seite stärker ist als nach der anderen Seite. Diese Asymmetrie kann dadurch korrigiert werden dass zwei Lenkgruppen hintereinander angeordnet werden, und dass, wie in Anspruch 6 spezifiziert wird, die beiden vorderen Rollen der jeweiligen Lenkgruppen ihre Spuren auf einer Seite der Kippachse haben, während die beiden hinteren Rollen ihre Spuren auf der anderen Seite der Kippachse haben und dass die Winkel α, α ^* der Schwenkachsen (4, 4') der beiden vorderen Rollenträger (3, 3') das entgegen gesetzte Vorzeichen haben von den Winkeln α, α' der Schwenkachsen (4, 4') der beiden hinteren Rollenträger. Diese Merkmale sind in Fig. 3 beispielhaft dargestellt. Bei dieser Anordnung ist in beiden Kipprichtungen jeweils eine schwache mit einer starken Lenkung kombiniert, so dass deren Summe jeweils gleich ist, was die Unsymmetrie ausgleicht.

[32J Wie in Anspruch 4 beansprucht und in Fign. 4a, 4b gezeigt ist, wird das Rollgerät dadurch vereinfacht, dass die Lenkgruppe aus nur einem Rollenträger (3") und zwei

Rollen (2) besteht, wobei die beiden Rollen (2) auf Spuren ablaufen, die gegeneinander seitlich versetzt sind. Statt der zwei Schwenkachsen (4, 4'), die bei zwei getrennten Rollenträgern nötig wären, ist bei diesem wippenartigen Rollenträger (3") nur noch eine einzige schräg angeordnete Schwenkachse erforderlich. Diese Vereinfachung wird allerdings mit dem Nachteil erkauft, dass die beiden Rollen (2) nicht mehr individuell gelenkt werden können sondern denselben Lenkwinkel haben. Dies ist mit einem Reibungsverlust bei der Kurvenfahrt verbunden, der allerdings bei großen Kurvenradien sehr gering ist und in Hinblick auf Vereinfachung und Gewichtsersparnis in Kauf genommen werden kann.

[331 Gemäß Anspruch 5 besteht eine bevorzugte Ausgestaltung darin, zwei solche Lenkgruppen hintereinander am Chassis anzuordnen.

[34] Die auch in dieser Anordnung vorhandene Asymmetrie der Lenkung kann gemäß

Anspruch 7 dadurch korrigiert werden, dass die beiden vorderen Rollen der jeweiligen Lenkgruppen ihre Spuren auf einer Seite der Kippachse haben, während die beiden hinteren Rollen ihre Spuren auf der anderen Seite der Kippachse haben und dass der Winkel α der Schwenkachse des vorderen Rollenträgers (3") das entgegen gesetzte Vorzeichen hat vom Winkel α der Schwenkachse des hinteren Rollenträgers (3").

[35] Bei der beidbeinigen parallelen Kurvenfahrt kann es sogar erwünscht sein, dass die Lenkung asymmetrisch ist, so dass die von den beiden Beinen beschriebenen Kreisbögen denselben Mittelpunkt besitzen und dass deren Radien sich um den Beinabstand unterscheiden. Dadurch wird ein störendes überkreuzen der Beine vermieden. Dies kann gemäß Anspruch 8 dadurch erreicht werden, dass die jeweils zwei Rollen der beiden Lenkgruppen unterschiedlich weit voneinander versetzte Spuren haben und/oder dass die beiden Winkel α, α' der Schwenkachsen der beiden Rollenträger ungleichen Betrag haben. Dadurch wird erreicht, dass die zuvor beschriebene inhärente Lenkungsasymmetrie nur unvollständig kompensiert wird. In Analogie dazu kann die asymmetrische Lenkung bei einer Ausgestaltung mit bspw. vier Einzelrollenträgern (gemäß Anspruch 3) dadurch erhalten werden, dass die Spurabstände der einzelnen Lenkgruppen verschieden sind und/oder die Winkel α der Schwenkachsen, die sich jeweils entsprechen, dem Betrag nach unterschiedlich sind, wie in Fig. 3 gezeigt.

[36] Um das Rollgerät nach dem Beschleunigungsschritt mit allen Rollen gleichzeitig auf dem Boden aufsetzen zu können, ist es wünschenswert, dass die Lenkgruppen im unbelasteten Zustand in die geradeaus lenkende Neutralstellung zurückfedern. Dies kann beispielsweise mit Formteilen aus gummiartigen Kunststoffen, mit vorgeformten Stahlfederelementen oder mit einer Spiralfeder (14) bewirkt werden, wie in Fig. 7 gezeigt.

[37] Fig. 5 zeigt ein bezüglich gefälliger Formgebung weiter entwickeltes Ausführungs-

beispiel der Erfindung.

[381 Fig. 6 zeigt drei Detaillösungen für die schräge Lagerung des Rollenträgers im Chassis (1). Die Ausführung 6a) hat den Vorteil der einfachen Achskonstruktion, verlangt jedoch nach höherem Aufwand beim Formenbau und nach konstruktiver Berücksichtigung der Axialkraftkomponente. Die Ausführung 6b) hat den Vorteil der Vermeidung einer nennenswerten Axialkraftkomponente, verursacht jedoch Kosten für Gelenklager. Das Ausführungsbeispiel 6c) hat die Vorteile wie 6b), besitzt darüber hinaus schalldämpfende Eigenschaft und ist kostengünstig herzustellen.

[39] Bei fußgebundenen Rollgeräten, z.B. Skates liegt es nahe, das linke Rollgerät spiegelbildlich zum rechten Rollgerät zu gestalten. Eines davon, meistens das rechte, sollte mit einer Bremseinrichtung ausgestattet sein. Hierzu könnte man die bekannten Bremsträger mit auswechselbaren Bremsblöcken aus Gummi auf nahe liegende Weise am Chassis (1) befestigen.

[401 Bisher wurden Rollgeräte mit vorzugsweise vier Rollen ausführlich beschrieben.

5-Roller sind ebenfalls denkbar, beispielsweise durch Verwendung einer fünften Rolle in Form einer Bockrolle, die in der Mitte des Chassis angebracht ist. Ein 3-Roller könnte eine Bockrolle an einem Ende des Chassis besitzen und eine Lenkgruppe am anderen Ende. Die in diesem Fall recht deutliche Lenkasymmetrie könnte interessant sein für Anwendungen, bei denen es auf scherendes Carven ankommt, z.B. Slalom, Freeskate, Funskate. Gewerbliche Anwendbarkeit

[411 Skates sind Sportartikel, die in großen Stückzahlen verkauft werden. In diesem bestehenden Markt lassen sich die innovativen Skates, die über die vorteilhafte Carvin- geigenschaft verfügen, gewinnbringend verkaufen.