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Die
Erfindung betrifft ein Antriebsrad für ein Kleinfahrzeug, insbesondere
einen Rollstuhl, mit einem Nabenantriebsmotor. Ein gattungsgemäßes Antriebsrad
ist aus der
EP 0 528
235 A1 bekannt.
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Als
Antriebsmotoren für
derartige Antriebsräder
werden in der Regel Elektromotoren verwendet, welche als Radnabenmotoren
angeordnet sind. Dies bedeutet, dass der Stator des Elektromotors
an einem feststehenden Teil der Radnabe angeordnet ist und der Rotor
des Elektromotors mit dem sich bei Betrieb drehenden Teils des Antriebsrades
verbunden ist. Dies kann direkt oder gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
eines Getriebes erfolgen.
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Die
Befestigung des Antriebsrades an dem Rollstuhl erfolgt üblicherweise über eine
Steckachse. Um dafür
Sorge zu tragen, dass der mit dem Stator verbundene feststehende
Teil der Radnabe sich gegenüber
dem Rollstuhl nicht dreht, ist an dem Rollstuhlgestell ein Stützteil angebracht,
welches als Widerlager für
das Raddrehmoment dient. Bei dem aus der
EP 0 528 235 A1 bekannten
Rollstuhl erfolgt die Stromversorgung des Radnabenantriebs über eine Steckverbindung,
die in dem die Drehmomentabnahme bewirkenden Stützteil angeordnet ist. So wird
neben der mechanischen Adaptierung des Rollstuhls gleichzeitig der
Stromkontakt hergestellt.
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Bei
dem bekannten Rollstuhl werden die Batterien zum Betrieb der Radnabenmotoren
sowie ein Bediengerät
zur Steuerung der Radnabenmotoren ebenfalls an dem Rollstuhl befestigt.
Die Stromversorgungen, d. h. die elektrische Verbindung der Batterien
mit den Radnabenmotoren erfolgt über
die in dem Stützteil
angebrachte Steckverbindung. Die Steuersignale zwischen Bediengerät und den
Nabenmotoren können
entweder über
Steuerleitungen, die in der Steckverbindung angebracht sind, oder über eine
drahtlose Verbindung, auch Luftschnittstelle genannt, erfolgen.
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Die
Befestigung der Antriebsräder
erfolgt über
eine Steckachse, wie sie auch bei motorlosen, faltbaren Rollstühlen bekannt
ist. Dies erlaubt ein einfaches Austauschen der motorlosen, ausschließlich manuell
antreibbaren Räder
mit den gattungsgemäßen Radnabenantriebsrädern. Die
Verriegelung der Steckachse erfolgt über Kugelsperrbolzen. Die Kugelsperrbolzen
sperren Kugeln bzw. geben diese frei und werden über einen Hebelmechanismus
von der Außenseite
der Nabe her betätigt.
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Wird
bei dem aus der
EP
0 528 235 A1 bekannten Rollstuhl der Kugelsperrbolzen des
Antriebsrades nach außen,
d. h. von dem Rollstuhl weggezogen, werden zwei Kugeln freigegeben.
Dies bewirkt, dass die Steckachse aus einer entsprechenden Aufnahme
am Rollstuhlgestell herausgezogen und das Antriebsrad von dem Rollstuhlgestell
gelöst
werden kann.
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Das
aus der
EP 0 528 235
A1 bekannte Radnabenantriebsrad verfügt über zwei Bremsfunktionen, nämlich eine
Betriebsbremse und eine Feststellbremse. Die Betriebsbremse wird
durch den Antriebsmotor bereitgestellt. Diesbezüglich wird die Stromsteuerung
bei Bedarf so geregelt, dass eine Bremswirkung erzielt wird. Die
Feststellbremse erfolgt über
ein mechanisches Bauteil, welches durch Federkraft einen kraftschlüssigen Eingriff
zwischen einem Bremselement, das drehfest mit dem feststehenden
Teil der Radnabe verbunden ist, und dem Rotor bewirkt. Während der
Fahrt wird diese mechanische Bremse elektrisch verschoben bzw. angehoben und
gibt hierdurch den Rotor frei. Bei Stillstand des Motors, bei ausgeschaltetem
Motor und bei Stromabfall befindet sich die Feststellbremse durch
die Federn in Eingriff und bewirkt, dass sich das Rad nicht drehen
kann.
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Wenn
der Rollstuhlinsasse den mit den bekannten Radennabenantriebsrädern versehenden Rollstuhl
manuell antreiben möchte,
beispielsweise über
entsprechende Greifreifen, die an den Antriebsrädern angebracht sind, muss
dafür Sorge
getragen werden, dass trotz der zuvor beschriebenen Bremsfunktion
der Feststellbremse ein Drehen der Räder möglich ist. Bei dem aus der
EP 0 528 235 A1 bekannten
Rollstuhl wird dies dadurch erreicht, dass eine Kupplung vorgesehen
ist, welche einen Freilauf ermöglicht.
Diese Kupplung weist eine Vielzahl von Bauteilen auf, welche mit
hoher Präzision
gefertigt werden müssen
und somit zu erheblichen Produktionskosten führen. Grundsätzlich stellt
eine Vielzahl von Teilen, insbesondere von aufwendig zu fertigenden
Teilen, auch eine erhöhte
Fehlerquelle dar. Zudem erfordert die Kupplung des bekannten Radnabenantriebsrades
eine aufwendige elektrische Überwachung.
Schließlich
verursacht eine derartige Kupplung eine zusätzlich Baubreite, die insbesondere
bei Rollstühlen
nachteilig ist, da zu breite Rollstühle nicht durch schmale Türen passen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Antriebsrad
für ein
Kleinfahrzeug, insbesondere einen Rollstuhl, mit einem Radnabenmotor
so auszuführen,
dass die vorstehend erläuterten
Nachteile ausgeräumt
werden und insbesondere bei hoher Betriebssicherheit die Bedienung einfach
gestaltet und der Bauaufwand sowie die Baubreite reduziert werden.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe wird durch ein Antriebsrad gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
1 bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Antriebsrad wird
das Erfordernis der Bereitstellung einer Kupplung dadurch eliminiert,
dass die Möglichkeit
bereitgestellt wird, die Feststellbremse mechanisch zu lösen. Diese
Lösung
der Feststellbremse kann durch den Rollstuhlinsassen in einfacher
Art und Weise bewirkt werden. Eine bauliche Vereinfachung ergibt sich
insbesondere dadurch, dass das Lösen
der Bremse über
das gleiche Betätigungselement
erfolgt, mittels dessen die Verriegelung bzw. Entriegelung der Steckachsensperrung
erfolgt.
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Das
gemeinsame Betätigungselement
zum Lösen
der Bremse sowie zum Verriegeln und Entriegeln der vorzugsweise
Kugeln umfassenden Sperreinrichtung der Steckachse ist in einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ein Bedienstift, der sowohl mittels Drehung eines
Drehrings als auch durch Drücken
einer Bedienplatte bewegt werden kann. Der Bedienstift kann sich
in einer Mittelstellung oder neutralen Stellung befinden, in der
die Steckachse mittels der Sperreinrichtung fixiert ist und die Feststellbremse
dann, wenn sie nicht mit Strom beaufschlagt ist, ihre Bremsfunktion
ausübt.
Diese Stellung des Bedienstiftes entspricht der Fahrtstellung.
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Wird
von dieser neutralen Stellung heraus gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Drehring in einer ersten Richtung bewegt, wird der Bedienstift
in einer ersten Richtung verschoben. Hierdurch wird die Feststellbremse
mechanisch gelöst,
sodass sie auch in stromlosem Zustand keine Bremsfunktion ausübt und ein
manuelles Antreiben des Rades möglich
ist.
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Wird
der Bedienstift in einer zweiten Richtung bewegt, wird die Sperreinrichtung
der Steckachse freigegeben, sodass die Steckachse aus einer entsprechenden
Aufnahmebuchse eines Rollstuhlgestells herausgezogen und damit das
Antriebsrad von dem Rollstuhl entfernt werden kann. Hierzu muss
je nach entsprechender Ausführungsform
entweder die Bedienplatte gedrückt
oder der Drehring in einer zweiten Richtung gedreht werden. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
kann die Drehung der Bedienplatte in der zweiten Richtung auch dazu
dienen, den Bedienstift in der die Sperreinrichtung der Steckachse
freigebenden Stellung zu arretieren.
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Bezüglich der
grundsätzlichen
Funktionen sowie der Anordnung des erfindungsgemäßen Antriebsrades an einem
Rollstuhl gelten die vorstehend in Verbindung mit dem aus der
EP 0 528 235 A1 bekannten
Rollstuhl dargelegten Merkmale entsprechend, soweit sich Änderungen
nicht durch die spezielle Ausgestaltung der Erfindung ergeben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden weiter erläutert anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
unter Bezug auf die Zeichnung, bei der
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1 einen
Radialschnitt durch eine Radnabe gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung in einer Stellung zeigt, die der Fahrstellung entspricht,
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2 eine
Schnittdarstellung gemäß 1 in
der Stellung zeigt, in der die Feststellbremse gelöst ist,
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3 eine
Schnittdarstellung gemäß 1 zeigt,
bei der die Arretierung der Steckachse gelöst ist,
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4 eine
perspektivische Ansicht der Radnabe gemäß 1 zeigt,
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Drehrings und einer Zugdruckplatte
der in 1 dargestellten Radnabe zeigt,
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6 einen
vergrößerten Teilschnitt
der Ansicht gemäß 1 zeigt,
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7 eine
der Betriebsstellung gemäß 1 entsprechende
Stellung des Drehrings und der Zugdruckplatte zueinander zeigt (neutrale
Stellung bzw. Fahrtstellung),
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8 eine
der Betriebsstellung gemäß 2 entsprechende
Stellung des Drehrings und der Zugdruckplatte zueinander zeigt (Feststellbremse gelöst) und
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9 eine
der Betriebsstellung gemäß 3 entsprechende
Stellung des Drehrings und der Zugdruckplatte zueinander zeigt (Arretierung
der Steckachse gelöst).
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1 zeigt
einen Radialschnitt durch eine Radnabe 1 eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Antriebsrades.
Die Felge und Speichen des Antriebsrades sind in der Darstellung
nicht gezeigt. Es versteht sich für den Fachmann, dass die nicht
dargestellten Speichen an den Ringstegen mittels entsprechender
Bohrungen befestigt werden können.
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Das
dargestellte Ausführungsbeispiel
verfügt über ein
zweistufiges Planetenradgetriebe. Es versteht sich jedoch, dass
die Erfindung auch bei einem getriebelosen Antriebsrad verwendet
werden kann.
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Die
Radnabe 1 verfügt über ein
Statorgehäuse 2 mit
einer Basisplatte 8. Fest verbunden mit der Basisplatte 8 ist
eine Steckachse 13. Die Steckachse 13 dient zur
Befestigung des Antriebsrades an einem Kleinfahrzeug, insbesondere
einem Rollstuhl. In der Zeichnung nicht dargestellt ist eine Vorrichtung
zur Aufnahme des Raddrehmomentes, die dafür Sorge trägt, dass die Basisplatte 8 drehfest
mit dem Rollstuhlgestell (nicht gezeigt) verbunden ist, wenn das Antriebsrad
betriebsbereit an dem Rollstuhlgestell befestigt ist. Die Fixierung
des Antriebsrades erfolgt über
eine in der Steckachse 13 angeordnete Sperreinrichtung
in Form von Kugeln 14, welche je nach Stellung eines Bedienstiftes 17 teilweise
aus entsprechenden Bohrungen in der Steckachse 13 austreten können oder
vollständig
in diese Bohrungen eintreten. Wenn die Kugeln 14 teilweise
aus den Bohrungen der Steckachse 13 ausgetreten sind, bewirken sie
eine axiale Fixierung der Steckachse 13 in einer entsprechenden
Aufnahmebuchse des Rollstuhls (nicht dargestellt). Wenn die Kugeln
vollständig
in die Bohrungen der Steckachse 13 eintreten, kann die Steckachse 13 aus
der Aufnahmebuchse des Rollstuhlgestells herausgezogen werden.
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An
der Basisplatte 8 ist ein Statorgehäuse 2 mit einem aus
einer Wicklung 3 und einem Blechpaket 4 bestehenden
Stator befestigt. Innerhalb des Statorgehäuses 2 ist konzentrisch
zu dem Stator ein Rotor 7 mit Magneten 6 angeordnet,
der mittels eines Rotorlagers 22 axial auf selber Höhe wie das
Blechpaket 4 gelagert ist. Der Rotor 7 ist über ein
Sonnenrad erster Stufe 32 mit einem Planetengetriebe 27 verbunden.
Auf einem Hohlrad 28 ist ein die Radnabe 1 tragendes
Lager 26 angeordnet. Im Fahrbetrieb dreht sich die Radnabe 1 relativ
zu dem Statorgehäuse 2.
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Der
Bedienstift 17 erstreckt sich durch die Steckachse 13,
den Rotor 7 und das Sonnenrad erste Stufe 32 hindurch.
Dieser Bedienstift 17 ist in 1 in seiner
Neutrallage dargestellt, welche der Lage bei Fahrbetrieb entspricht.
In dieser Lage treten die Kugeln 14 teilweise durch entsprechende
Bohrungen der Steckachse 13 hinaus, sodass die Steckachse 13 an
dem Rollstuhlgestell fixiert ist. Wird der Bedienstift in der Darstellung
gemäß 1 nach rechts
gegen die Federkraft einer von einer Anschlagschraube 15 gehalten
Druckfeder 16 bewegt, können
die Kugeln 14 nach innen in die Steckachse 13 eintreten
und geben somit die Fixierung frei. Diese Stellung ist in 3 dargestellt.
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Mit
dem Bezugszeichen 10 ist eine elektromagnetische Bremse
bezeichnet, welche einen Spulenkörper,
einen Anker und Druckfedern (jeweils nicht im Einzelnen gezeigt)
sowie einen Bremsring 9 aufweist. Der Bremsring 9 ist
lose gelagert zwischen der Bremse 10 und der Basisplatte 8. Über Mitnehmerstifte
(nicht gezeigt) ist der Bremsring 9 mit dem Rotor 7 drehfest
verbunden. Wenn die Bremse 10 bestromt wird, hebt sich
der Bremsanker gegen die Kraft der Andruckfedern ab und gibt den
Bremsring 9 frei. Hierdurch kann der bei Betrieb rotierende
Teil der Radnabe gegenüber
dem bei Betrieb feststehenden Teil verdreht werden.
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Unbestromt
fällt der
Bremsanker ab und drückt
den Bremsring 9 gegen die Basisplatte 8. Hierdurch
wird bei stromlosem Zustand ein Feststellen des Rades bewirkt. Ein
Abheben des Bremsrings kann jedoch auch durch entsprechendes Verschieben
des Bedienstiftes 17 manuell bewirkt werden, nämlich dann,
wenn der Bedienstift 17 aus der neutralen, dem Fahrbetrieb
entsprechenden Lage gemäß 1 nach
links verschoben wird in die in 2 dargestellte
Position.
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Der
Bedienstift 17 weist axial in der Mitte ein Langloch auf,
in dem ein Zylinderstift 12 geführt ist. Wenn der Bedienstift 17 in
der Darstellung gemäß 2 nach
links bewegt wird, wird der Zylinderstift 12 ebenfalls
nach links bewegt und übt
Druck auf eine Druckplatte 11 aus. Hierdurch wird der Anker
der Bremse bewegt und gibt diese frei. Es entsteht somit ein Freilauf.
Dieser Zustand ist in 2 dargestellt.
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Die
Betätigung
des Bedienstiftes 17 erfolgt über einen Drehring 24,
welcher an der, bezogen auf die Anbausituation am Rollstuhl, Außenseite
der Radnabe angeordnet ist, sowie über eine Bedienplatte 24A.
Die Bedienplatte 24A kann über einen vorbestimmten Weg
in die Radnabe 1 eingedrückt werden, wodurch auch die
Zugdruckplatte 35 und damit der Bedienstift 17 gedrückt, d.h.
in der Darstellung gemäß 1 nach
rechts bewegt werden. Der Drehring 24 kann in gegenläufigen Richtungen
um einen vorbestimmten Weg gegenüber
der Radnabe 1 verdreht werden. Die Betätigung des Drehrings 24 und
die diesbezügliche
Verknüpfung
mit dem Bedienstift 17 werden im Folgenden erläutert.
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Der
Drehring 24 weist an seiner Außenseite, d. h. an derjenigen
Seite, welche in betriebsbereitem Zustand von der Radnabe 1 abgewandt
ist, Vertiefungen auf, in die die Finger der Bedienperson zur Betätigung des
Drehrings 24 eingelegt werden können (siehe insbesondere 4).
Im zentralen Bereich der Außenseite
des Drehrings 24 sind Zugkulissen 51A und Druckkulissen 52A vorgesehen,
welche mit entsprechenden Zugkulissen 51B und Druckkulissen 52B einer
Zugdruckplatte 35 in Eingriff gelangen können (siehe
insbesondere 5 und 7 bis 9). Die
Zugdruckplatte 35 ist mit dem Bedienstift 17 verbunden,
wobei sie in axialer Richtung mittels Anschlägen mit dem Bedienstift 17 fixiert
ist und der Bedienstift 17 und die Zugdruckplatte 35 in
radialer Richtung verdrehbar zueinander angeordnet sind.
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Die
jeweilige Drehung des Drehrings 24 wird durch Anschläge begrenzt.
In den jeweiligen Anschlagslagen werden die Stellungen gemäß 2, d.
h. die Stellung, in der die Feststellbremse mechanisch deaktiviert
ist, und die Stellung gemäß 3, d.
h. die Stellung, in der die axiale Fixierung der Steckachse 13 dadurch
aufgehoben ist, dass die Kugeln 14 vollständig in
die Steckachse 13 eintreten können, erreicht.
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Die
Stellung gemäß 2,
in der die Feststellbremse mechanisch deaktiviert wird, wird dadurch
erreicht, dass durch entsprechende Verdrehung des Drehrings 24,
bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel von der Außenseite
des Drehrings 24 her gesehen im Uhrzeigersinn, die Zugdruckplatte 35 durch
Eingriff der Zugkulissen 51A, 51B miteinander
gemäß den Darstellungen
in den 1 bis 3, nach links bewegt wird. Hierdurch
wird der Bedienstift 17, gemäß den Darstellungen in den 1 bis 3,
ebenfalls nach links bewegt, d. h. in die Stellung gezogen, die
in 2 gezeigt ist. Entsprechend werden auch der Zylinderstift 12 und
die Druckplatte 11 nach links bewegt, wodurch die Bremsfunktion
aufgehoben wird.
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Bei
einem Eindrücken
der Bedienplatte 24A zur Nabenmitte hin, d. h. gemäß den Darstellungen
in den 1 bis 3 nach rechts, wird die Zugdruckplatte 35 ebenfalls
gedrückt,
d. h. gemäß den Darstellungen
in den 1 bis 3 nach rechts bewegt. In dieser
Stellung kann der Drehring 24 in die andere Richtung, d.
h. von der Außenseite
des Drehrings 24 her gesehen im Gegenuhrzeigersinn, gedreht
werden. Hierdurch wird durch Eingriff der Druckkulissen 52A, 52B miteinander
(siehe auch 9) der Bedienstift 17,
gemäß den Darstellungen in
den 1 bis 3, ebenfalls nach rechts bewegt und
es gelangt eine Nut 17a in dem Bedienstift 17.
in den Bereich der Kugeln 14, sodass die Kugeln 14 vollständig in
die Steckachse 13 eintreten können. Diese Stellung ist in 3 dargestellt.
In dieser Stellung kann die Steckachse aus einer entsprechenden Buchse
des Rollstuhlgestells (nicht dargestellt) herausgezogen und das
Antriebsrad von dem Rollstuhl entnommen werden.
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Um
zu verhindern, dass der Drehring 24 versehentlich in falscher
Richtung verdreht und hierdurch anstatt die Feststellbremse zu lösen, die
Arretierung der Steckachse 13 gelöst wird, kann der Drehring 24 in
der für
die Lösung
der Arretierung der Steckachse 13 erforderlichen Drehrichtung
nur dann bewegt werden, wenn die zentral in dem Drehring 24 angeordnete
Bedienplatte 24A nach innen, d. h. zur Mitte der Radnabe 1 hin
um einen vorbestimmten Weg eingedrückt wird. Ohne dass dieser
Eindrückvorgang
in ausreichendem Maße
durchgeführt
wird, ist ein Verdrehen des Drehrings 24 aus der neutralen Stellung
heraus im Gegenuhrzeigersinn nicht möglich. Dies wird durch entsprechende
Ausgestaltung der Druckkulissen 52A und 52B erreicht
(siehe insbesondere 7).
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Die
Ausführung
der zuvor erläuterten
Bauelemente ist auch so möglich,
dass durch vollständiges
Eindrücken
der Bedienplatte 24A die Stellung erreicht wird, in der
die Arretierung der Steckachse 13 gelöst ist, und dass die Drehung
der Bedienplatte 24 in diesem Zustand nur dazu dient, den
Bedienstift 17 zu arretieren.
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Der
Bedienstift 17 ist in axialer Richtung mit der Zugdruckplatte 35 fixiert,
um die jeweiligen Bewegungen zu übertragen.
Zudem wird in diesem Bereich ein Toleranzausgleich für den Gesamtaufbau des
Nabenantriebs über
ein als Ausgleichselement fungierende Schraubenfeder gewährleistet.
Um die Relativbewegung zwischen dem feststehenden Bedienstift 17 und
der drehbaren Nabe 1 zu gewährleisten, ist der Bedienstift 17 in
der Zugdruckplatte 35 drehbar gelagert.
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- 1
- Radnabe
- 2
- Statorgehäuse
- 3
- Wicklung
- 4
- Blechpaket
- 6
- Magnet
- 7
- Rotor
- 8
- Basisplatte
- 9
- Bremsring
- 10
- Bremse
- 11
- Druckplatte
- 12
- Zylinderstift
- 13
- Steckachse
- 14
- Kugel
- 15
- Anschlagschraube
- 16
- Druckfeder
- 17
- Bedienstift
- 22
- Rotorlager
- 24
- Drehring
- 24A
- Bedienplatte
- 27
- Planetengetriebe
- 28
- Hohlrad
- 32
- Sonnenrad
erster Stufe
- 35
- Zugdruckplatte
- 51A,
51B
- Zugkulissen
- 52A,
52B
- Druckkulissen