Rollschuh Räder

Rollerskaterräder

Das Wechseln von Reifen auf Rollschuhen Rollschuhe sind Gebrauchsgüter und entsprechend verschmutzt und beschädigt. Diese sind nach dem "lnline"-Prinzip konzipiert: Die Räder laufen einspurig. Die Papageien fahren Rollschuhe und Fahrräder. Das Rad ist noch sauber und nicht zerkratzt. Die exklusiven Rollschuhräder COASTER WHEELS von RIO ROLLERS.

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methode zur erfassung von bewegungsmengen und entsprechendes laufrad für rollerskates und skateboards

Es handelt sich dabei um ein für die Website Bestimm?rig entwickeltes Fortbewegungsmittel und ein zugehöriges Laufrad für Rollerskates und -bretter nach dem Gattungsbegriff der Patente 17, 19 oder des Patentanspruches 1. Sportgerät, das an den Füssen befestigt werden kann, wie Inline-Skates, Rollerskates, Trockenskis, Rollerskates, Schlittschuhe oder Schlangenbretter, erfreut sich zunehmender Popularität. Das in dieser Publikation dargestellte Design kann jedoch nicht für Rollerskates und Scateboards im Umfeld der deutlich kleineren Räder verwendet werden, da z.B. das generierte Messsignal mit Hilfe eines sehr komplexen Signalaufnehmerdesigns aufgenommen werden muss.

Bei Rollschuhen und Skateboards, die extremer Stoßbelastung unterliegen, ist der dort beschriebenen Mechanik jedoch nicht gedient. Von der DE-GM 296 06 965 ist bekannt, dass eine Rollschuhwalze mit einem Magnet und einer Induktionsspule zur Versorgung eines lichtemittierenden Elementes ausgestattet ist. Die vorliegende Publikation befasst sich nicht mit der Bewertung von Performance-Parametern des Anwenders.

Die Aufgabenstellung der Entwicklung ist es daher, ein Laufrad für Rollerskates und Skateboards bereitzustellen, mit dem die Leistungsdaten eines Anwenders einfach, robust und kostengünstig auswertbar sind. Demnach ist es nun möglich, Mittel zur Ermittlung der Drehzahl und/oder der aktuellen Bewegungsgeschwindigkeit eines Nutzers im Laufrad von Rollerskates und Skateboards bereitstellen.

Als " im Reifen angeordnetes Mittel " bezeichnet man alle zwischen der Achse und dem Umfang des Rades angeordneten Mittel, d.h. besonders Mittel, die direkt im Reifenkörper vorgesehen sind, sowie z.B. Einlegeteile, die in den Speichenrädern eingesetzt werden können. Bei vorteilhafter Konstruktion hat das Rädchen eine auf seiner Rotationsachse montierte Wicklung und einen die Wicklung zentrisch umschließenden und mit dem Räderkörper verbunden.

Beim Drehen des Rads rotiert der Elektromagnet um die Magnetspule, so dass ein elektrischer Impuls in der Magnetspule eintritt. Die Induktionsströme sind der Drehzahl des Rads entsprechend proportioniert. Das Design mit Magneten und Spulen hat sich als sehr stabil und kompakt erwiesen. Vorteilhaft ist es, einen Akku mit dem generierten Ladestrom zu laden, der eine Gleichstromversorgung der Steuerelektronik und/oder anderer Bauteile sicherstellt.

Andererseits ist es auch möglich, einen auf der Rotationsachse montierten Magnet und eine den Magnet zentrisch umschließende und mit dem Grundkörper verbundenen Wicklung zu haben. Es ist zweckmäßig, dass das Laufrad Mittel zur Ermittlung seines Bodenkontaktes und/oder Mittel zur Ermittlung eines Winkel zwischen einer kurzzeitigen Lagerrichtung des Laufrades und einer wirksamen Bewegungsrichtung des Nutzers des Sportgerätes aufweist.

Zum Beispiel, da Rollschuhe oder Iriline-Skates in der Regel nur einen Rollschuh oder Rollschuh in Kontakt mit dem Boden haben, ist es möglich, den jeweiligen Rollschuh oder Rollschuh in Kontakt mit dem Boden zu ermitteln und auf dieser Grundlage die Rotationsgeschwindigkeit oder die Geschwindigkeit der Fortbewegung zu ermitteln. Darüber hinaus kann durch die Ermittlung des Winkel zwischen der Platzierungsrichtung des Rades und der aktuellen Bewegungsrichtung eine viel präzisere Vermessung der aktuellen Leistung oder Bewegungsparameter eines Anwenders durchgeführt werden.

Mit dieser Messgenauigkeit wird einem langjährigen und dringenden Bedarf vor allem im Leistungssport entsprochen. Vorteilhaft ist der Einsatz von Kraftmessgeräten, vor allem Piezoelementen, zur Vermessung des Bodenkontaktes und/oder zur Ermittlung des Winkel zwischen der aktuellen Kontaktrichtung des Rads und der Wirksinnrichtung. Solche Piezo-Elemente sind sehr kompakt, stabil und können an verschiedenen Orten im Laufrad oder in dessen direkter Nähe angebracht werden.

Es ist ratsam, mindestens ein piezoelektrisches Element im Laufradkörper, besonders in einer Außenlauffläche des Rads, zur Druckkraftmessung und/oder zur Scherkraftmessung zwischen dem Untergrund und dem Laufrad anzubringen. Auf diese Weise ist eine besonders präzise und sichere Vermessung möglich. Abhängig von den geforderten Genauigkeitsanforderungen kann die Zahl der auf der Oberfläche angebrachten Piezo-Elemente variieren.

Dadurch wird sichergestellt, dass ein Massekontakt oder eine Drehrichtungsänderung sofort erkannt werden kann. Sinnvoller ist es, mindestens ein Piezo-Element auf der Rotationsachse bereitzustellen, vor allem im Achsaufhängungsbereich, um eine Druck- und/oder Schubkraft zwischen dem Untergrund und dem Laufrad und/oder eine durch eine Drehrichtungsänderung des Laufrades verursachte Präzisionskraft zu messen.

Der Vorteil von Fierbei liegt darin, dass die Baugröße oder -zahl der Kraftmessgeräte oder Piezo-Elemente gering ist und auf der drehbar gelagerten Welle liegt. In der Achsaufhängung und/oder an den Radlagern kann mindestens ein Piezo-Element zur Erfassung einer Druck- und/oder Schubkraft zwischen dem Untergrund und dem Laufrad und/oder einer durch eine Drehrichtungsänderung erzeugten Präzisionskraft eingesetzt werden.

Die so angeordneten Piezo-Elemente sind zudem gering und durch ihre drehungsfreie Bauweise weniger anfällig für Verschleiß. Die auf der Rotationsachse montierte Sonde hat eine etwas größere Baulänge als der Radius, so dass sie bei Bodenkontakt vom Sensor sicher erfasst werden kann. Für die Bestimmung des Erdkontaktes sind sowohl optisch als auch elektrisch denkbare Geräte vorstellbar.

Vorteilhaft ist, dass der Sensor mindestens einen Kraftsensor besitzt, vor allem ein Piezo-Element zur Bestimmung des Bodenkontakts und/oder eines Winkel zwischen der aktuellen Kontaktrichtung des Rads und der Ist-Fahrtrichtung. Es empfiehlt sich, den Magneten und die Wicklung als Komponenten eines Stromerzeugers modular in den Laufradkörper zu integrieren, so dass die Welle des Stromerzeugers als Rotationsachse genutzt werden kann. Dadurch sind die Signalpfade, zum Beispiel von der Wicklung oder von den eingesetzten Piezo-Elementen, sehr gering, was eine rasche und sichere Übertragung und Weiterverarbeitung der Daten garantiert.

Funkkommunikationsmittel zum Austausch von Informationen mit einem anderen Laufrad, namentlich einem Laufrad eines zweiten Rollschuhes und/oder mit einer Anzeigeeinrichtung, die speziell als Armbanduhr zur Anzeige der festgestellten Informationen ausgebildet ist, sind zweckmäßig vorzusehen. Vorteilhaft ist, dass ein von der Magnetanordnung oder dem Lichtmaschine generierter elektrischer Widerstand für weitere Aufgaben genutzt werden kann, vor allem zur Versorgung einer an das Gerät angeschlossenen Diodenrückleuchte.

Dadurch wird die Fahrsicherheit eines Rollerskates oder Skateboards mit dem entsprechenden Laufrad gesteigert. Entsprechend einer besonders präferierten Auslegung der Idee verfügen die Mittel zur Ermittlung des Bodenkontaktes über eine Vorrichtung zur Aufzeichnung einer Messkurve, die die Drehzahl des Rads beschreibt. Diese Messkurve zeigt Knickpunkte (Diskontinuitäten der Messkurvenableitung ) beim Heben und Senken des Rads vom oder auf den Grund, die z. B. von der im Laufrad eingebauten Elektroniken erfasst werden können, wobei die Bodenkontaktintervalle auf einfache Art und Weise errechnet werden.

Mit dieser Messkurve oder diesen Knickpunkten können auch gewisse Fahrbedingungen des Rads, wie z.B. Beschleunigungen, konstante Verfahrwege oder Bremsungen, erfasst werden. Damit die Ausrüstungskosten eines Rollschuhes oder Rollbrettes mit einer Tachoeinrichtung niedrig bleiben, wird pro Rollschuh oder Rollschuhpaar nur ein erfinderisches Laufrad zur Verfügung gestellt. Entsprechend einer günstigen Gestaltung des erfinderischen Prozesses wird die Bodenabstützung des mindestens einen Rads, auf dem die Drehzahl und/oder der Drehwinkel zwischen seiner Einbaurichtung und der eigentlichen Bewegungsrichtung ermittelt wird.

Dies ermöglicht eine höhere Messgenauigkeit, da nur die Messdaten eines Rads im Erdkontakt aufbereitet werden. So ist es z.B. auch möglich, bei gleichzeitiger Abstützung von zwei mit den Messgeräten versehenen Walzen entsprechend der Erfindung beide Messwerte zu erfassen und daraus einen Durchschnittswert zu formen. Abbildung 1 ist eine grafische Teilansicht einer ersten Konstruktionsform des Erfinderrades, Abbildung 2 ist eine grafische Teilansicht der zweiten Exportform des Erfinderrades, Abbildung 3 ist eine grafische Teilansicht einer dritten Konstruktionsform des Erfinderrades,

Abbildung 4 ist eine grafische Teilansicht einer vierten Bauform des Erfinderrades, Abbildung 6 ist eine in der perspektivischen Darstellung favorisierte Bauform eines Erfinderrades, bei der die Radanordnung auf Rollenschuhen und die Messdatenübertragung an ein mit der Software ausgestattetes Anzeigegerät zur Illustration gezeigt werden. Die Abbildungen 1 bis 4 zeigen Räder oder Rollen 20, die um eine drehfest montierte Welle 9 oder 19 gedreht werden können.

Solche Räder werden zum Beispiel auf Rollerskates oder Inlineskates, aber auch auf Skateboard, Snakeboard oder Trockenski eingesetzt. Im Bild 1 hat das Laufrad 20 einen Laufradkörper 21, der mit einer Aussparung 22 ausgestattet ist, in die eine Wicklung 5, eine Wicklung 5 und eine Steuerelektronik 7 eingesetzt werden können. Die Steuerelektronik 7 und die Wicklung 5 sind gegenüber der rotierend fixierten Welle 9 drehbar gelagert.

Coil 5 ist auf einem Spulenhalter 6 montiert. Mit dem Piezo-Element 2 kann eine Druckkraft gemessen werden, um den Bodenkontakt von Scheibe 20 zu bestimmen und/oder eine Querkraft zwischen Scheibe und Untergrund. Dmck-Kraft entsteht, wenn das Laufrad 20 beladen ist, d.h. wenn das Benutzergewicht auf dem mit dem Laufrad 20 gekoppelten Rollschuh oder Inline-Skate aufliegt.

Wenn die Berührungsrichtung des Rads nicht mit der eigentlichen Bewegungsrichtung des Anwenders übereinstimmt, entsteht eine Abreißkraft. Vor allem bei Roll- und Inline-Skates tritt ein solcher Neigungswinkel zwischen Positionier- und Bewegungsrichtung auf, da der sogen. Man kann mehrere Piezo-Elemente 2 in der Mantelfläche 1 anordnen, wodurch einige Piezo-Elemente 2 die Dmck-Kraft und andere Piezo-Elemente die Querkraft erfassen können.

Beim Drehen des Rads 20 drehen sich die am Grundkörper 21 befestigten Magnete um die an der festen oder festen Welle 9 befestigten Bänder. Da die Rollerskates oder Inline-Skates nicht immer in Fallrichtung (Skating-Schritt) platziert sind, entspricht die vom Fahrrad zurückgelegten Distanz nicht der vom Benutzer oder vom Rollerskater oder Inline-Skater-Fahrer tatsächlich zurückgelegten Distanz.

Zur Ermittlung des tatsächlichen Verfahrweges wird der Abstand zwischen Gleitschuh und Verfahrrichtung mit Hilfe der Piezo-Elemente 2 sowie Informationen über den Fahrbahnkontakt der Räder 20 errechnet. Auch diese werden an die Steuerungselektronik 7 übermittelt, vor allem über einen Gleitkontakt 3. Abbildung 2 zeigt eine andere Form des erfinderischen Rads.

Dieselben Komponenten sind mit den selben Bezugssymbolen wie in Bild 1 versehen: Der Aufbau nach Bild 2 weicht wesentlich von dem nach Bild 1 ab, indem die Kraftmessgeräte oder Piezo-Elemente 2 in der drehbar gelagerten Welle 9 in der Nähe von mindestens einer Achsfederung 13 eingebaut sind. Dabei werden die auf die Walze 20 ausgeübten und z. B. mit Blick auf Bild 1 beschriebenen Belastungen über die 9. auf die in den Achsverlängerungen 13 liegenden Piezo-Elemente weitergeleitet.

Neben der Erfassung einer Dmck- oder Querkraft können so angelegte Piezo-Elemente auch Präzisionskräfte oder Gyro-Kräfte auswerten. Wenn man das Laufrad 20 als Oberteil ansieht, ist eine Drehrichtungsänderung des Rollschuhes oder Inline-Skates, d.h. auch eine Drehrichtungsänderung der Rotationsachse 9, synonym mit einer Kunstpräzession.

In Abhängigkeit vom Richtungswechsel können mehr oder weniger große Kräfte beobachtet werden. Dementsprechend sind die auftretenden Kräfte von der Last auf das Rad 20 und dem Anstellwinkel zwischen Kontaktrichtung und aktueller Bewegungsrichtung abhängt. Dabei ist es z. B. möglich, die Datenaufbereitung durch den Hersteller zu vereinfachen, unterschiedliche Winkelpositionen und/oder unterschiedliche Winkelveränderungen des Rads zu erfassen und in die Steuerelektronik zu programmieren.

Durch die drehungsfreie Lagerung der Piezo-Elemente 2, speziell im Achsaufhängungsbereich, ist es möglich, die Baugröße oder -zahl der Piezo-Elemente sehr gering zu halten. Außerdem werden dadurch die mechanischen Belastungen und der Verschleiss der Piezo-Elemente reduziert. Abbildung 3 zeigt eine weitere Bauform des Rads entsprechend dem Original.

Hier werden ebenfalls identische Komponenten mit gleichem Referenzzeichen über den Walzenkörper 21 und die 9. Welle über einen Sensor 11 an die Piezo-Elemente 2 übertragen. Der Sensor ist etwas länger als der Radius des Rads, so dass immer ein Massekontakt des Rads 20 über den Sensor 11 erkannt werden kann.

Druck- und Querkräfte können über den Sensor 11 gemäß den bereits dargestellten Sensorformen auf die entsprechenden Piezo-Elemente übertragen werden, so dass die erforderliche Datenaufbereitung im Prinzip der bereits dargestellten entsprechen. Vorzugsweise wird die Vermessung von Bodenberührung und Anstellwinkel mittels zwei Piezoelementen durchgeführt Bild 4 stellt eine weitere Bauform des Rads vor.

Dabei sind die zur Strom- und Spannungsgenerierung eingesetzten Bauelemente Dauermagnet und Magnetspule modular in einen Lichtmaschine 14 integriert. Als nichtdrehende Achse des Rads kann die Achse des Aggregates 14 genutzt werden. Wenn man den Lichtmaschine 14 in eine entsprechende Aussparung im Trommelkörper 21 steckt, wird entweder die Seite mit der Achse 19 so angeschlossen, dass sie sich nicht drehen kann, je nach Ausführung des Lichtmaschine als externer oder interner Polgenerator.

Der Generator 14 mit dem anderen zur Energieerzeugung benötigten Bauteil, d.h. der Spulen- oder Wimpelmagnet, ist um die Generatorenachse 19 gedreht montiert und kann mit dem Spulenkörper 21 verbunden werden. Das Piezoelement 2 zur Messung der Kraft ist wie in Abbildung 3 in der Rundachse 19 in axialer Aufhängungshöhe ausgelegt.

Die nach der Erfindung gewonnene Elektrizität zur Erfassung der Leistungsparameter eines Anwenders ist für weitere Applikationen noch ausreichend. Besonders die Möglichkeit, mit dem elektrischen Anschluss ein an den Schienen befestigtes Diodenrücklicht zu betätigen, steigert die Verkehrssicherheit. Anhand von Abbildung 5 wird nun eine bevorzugte Methode zur Ermittlung der Bewegungsgeschwindigkeit eines Rollschuhläufers erörtert.

Die gemessene Drehzahl pro Sekunden eines Rads wird gegen die Zeit aufgedruckt. In den Intervallen II und 14 erhöht sich die Drehzahl des Rads. Die Messkurve hat manchmal tl und t4 Knickstellen, gefolgt von den Intervallen 12 und 15 mit sinkender Drehzahl. Nur in den Zeiten t2 und t5, die sich durch ein Knick- und damit schnell ansteigendes Drehzahlverhalten auszeichnen, schlägt das Laufrad wieder auf den Untergrund auf und beschleunigt.

Den starken Anfahrphasen ( "Intervalle 13 und 16") durch den Aufprall des Rads folgen die oben genannten Zeitintervalle II und 14. Das Zeitintervall 17 ist eine Abrollphase, in der die Drehzahl des Rads (ohne Knicken) langsam abfällt. Sinnvoll ist in diesem Kontext die Einbindung bzw. Programmierung einzelner Parameter eines Rollschuhläufers in die Steuerungselektronik.

Zum Beispiel sollte die Schrittweite oder der übliche Positionierungswinkel eines Rollschuhläufers angegeben werden. Abbildung 6 zeigt eine weitere Form eines Rädchens für Rollerskates und Skateboards in der Perspektive. Ein mögliches Positionieren eines erfinderischen Messrades auf einem Rollschuh 100 ist in Abbildung 6 zusätzlich skizziert. Diese Komponente 30 enthält die oben beschriebene Elektronik zur Drehzahlmessung am Steuer.

Als Beispiel sind eine Wicklung 5, Widerstand oder ein Messverstärker 7b und ein Baustein 7b der Steuerelektronik 7 skizziert. Bevorzugt werden diese Komponenten in der Komponente 30, die vor allem aus Kunststoff gefertigt ist, gegossen oder abgedichtet. Die Komponente 30 hat eine mittlere Aussparung 30a, die beim Einsetzen der Komponente 30 in die Aussparung 22 des Rads 20 mit einer dort gebildeten mittleren Aussparung 20a ausgerichtet ist.

Wenn das Rad abgewickelt wird, bleiben die Achsen 9 und 30 gegenüber dem drehenden Rad 20 rotierend fixiert. Mit dem Chip 7b können aufgezeichnete Messwerte per Funkgerät an ein annbandulirartiges Anzeigegerät 50 übertragen werden, wie in Abbildung 6 skizziert.

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