DE102007045069B3 - Rollstuhl - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rollstuhl mit mindestens einem lenkbaren Rad (16), mittels dem der Rollstuhl (10) lenkbar ist, und einem Antrieb (34) zum Verändern eines Lenkwinkels (alpha) zwischen einer Laufrichtung (D) des lenkbaren Rads (16) und einer Rollstuhllängsachse (L) des Rollstuhls (10). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das lenkbare Rad (16) über eine Drehmoment begrenzende Koppeleinrichtung (26, 28, 30) mit dem Antrieb (34) verbunden ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Rollstuhl mit mindestens einem lenkbaren Rad, mittels dem der Rollstuhl lenkbar ist, und einem Antrieb zum Verändern eines Lenkwinkels zwischen einer Laufrichtung des lenkbaren Rades und einem Gestell des Rollstuhles.
• Derartige Rollstühle sind beispielsweise aus der DE 37 24 161 C1 bekannt und dienen körperbehinderten Personen dazu, sich fortzubewegen. Aufgrund ihrer Behinderung sind die Personen in der Regel nicht in der Lage, Schäden an ihrem Rollstuhl selbst zu beheben. Unfälle und Funktionsstörungen von Rollstühlen müssen daher möglichst vollständig vermieden werden. Nachteilig an bekannten Rollstühlen ist, dass ihr Lenksystem, mit dem der Rollstuhl gelenkt wird, relativ häufig ausfällt. Im Stand der Technik wird versucht, das Problem dadurch zu umgehen, dass der Antrieb stabiler ausgelegt wird. Nachteilig hieran ist jedoch, dass der Rollstuhl dadurch schwerer wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu überwinden. Die Erfindung löst das Problem durch einen gattungsgemäßen Rollstuhl, bei dem das mindestens eine lenkbare Rad über eine drehmomentbegrenzende Koppeleinrichtung mit dem Antrieb verbunden ist.
• Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass der Antrieb nicht mit beliebig hohen Drehmomenten belastet wird. Dadurch kann er kleiner und leichter ausgelegt werden, was Gewicht spart. Vorteilhaft ist zudem, dass der Rollstuhl dadurch robuster wird, da auch große Drehmomente, die auf das lenkbare Rad wirken, nicht zu einem Schaden am Antrieb führen können. Ausfälle durch Überlastung des Antriebs sind damit weitgehend ausgeschlossen.
• Es ist ein weiterer Vorteil, dass der Antrieb aufgrund der Koppeleinrichtung vom lenkbaren Rad beabstandet angebracht werden kann. Das ist beispielsweise bei so genannten Stehstühlen vorteilhaft. Stehstühle besitzen neben einer Sitzstellung, in der der Patient sitzt, eine Stehstellung, in der der Patient weitgehend aufrecht steht. In dieser Position ist der Schwerpunkt des Gesamtsystems aus Benutzer und Rollstuhl sehr weit bezüglich der Fahrtrichtung nach vorne verlagert. Es ist daher vorteilhaft, schwere Komponenten, wie beispielsweise den Antrieb, möglichst weit nach hinten zu verlagern, um in der Stehstellung ein Kippen des Stehstuhls zu vermeiden.
• Ein weiterer Vorteil ist es, dass für den Antrieb Standardmotoren verwendet werden können, da keine erhöhten Anforderungen an deren Widerstandskraft gegenüber hohen Drehmomenten erforderlich sind.
• Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Rollstuhl insbesondere ein elektrischer Rollstuhl verstanden, einen Elektromotor als Fahrmotor besitzt und bei dem der Antrieb für das lenkbare Rad ebenfalls als Elektroantrieb ausgebildet ist. Es ist jedoch auch möglich, die Erfindung an rein mechanischen Rollstühlen vorzusehen. In diesem Fall verhindert die das Drehmoment begrenzende Koppeleinrichtung, dass impulsartige Kräfte auf das lenkbare Rad nicht auf einen Handgriff durchschlagen, der als Antrieb für das lenkbare Rad dient und daher auch als Steuergriff bezeichnet werden kann.
• Unter einer drehmomentbegrenzenden Koppeleinrichtung wird insbesondere jede Vorrichtung verstanden, die den Antrieb mit dem lenkbaren Rad drehfest koppelt, sofern ein zu übertragendes Drehmoment unterhalb eines vorgegebenen Durchrutsch-Drehmoments liegt, und die die drehfeste Verbindung zwischen dem lenkbaren Rad und dem Antrieb aufhebt, wenn das Durchrutsch-Drehmoment überschritten wird.
• Bevorzugt besitzt die drehmomentbegrenzende Koppeleinrichtung ein Lenk-Riemenrad, das mit dem lenkbaren Rad drehfest verbunden ist, ein Antriebs-Riemenrad, das mit dem Antrieb drehfest verbunden ist, und einen Riemen, der das Lenk-Riemenrad mit dem Antriebs-Riemenrad verbindet. Besonders günstig ist es, wenn das lenkbare Rad und das Lenk-Riemenrad auf einer Achse angeordnet sind. Entsprechend ist es günstig, wenn das Antriebs-Riemenrad auf einer Abtriebsachse des Antriebs montiert ist. Derartige Riemenantriebe haben den Vorteil, besonders einfach aufgebaut zu sein, so dass ein durchschnittlicher Benutzer kleinere Reparaturen selbst durchführen kann. Vorteilhaft ist zudem, dass Riemenantriebe wenig verschleißen und kostengünstig herstellbar sind.
• Besonders bevorzugt ist der Riemen ein Zahnriemen. Kommt es zu einer zu großen Kraft auf das Lenk-Riemenrad, so rutscht der Zahnriemen um einen oder mehrere Zähne durch und greift danach wieder sicher in das Lenk-Riemenrad ein. Es ist möglich, den Zahnriemen nebst Riemenrädern so auszubilden, dass der Zahnriemen bei einem zu großen Drehmoment am Lenk-Riemenrad durchrutscht oder dass er am Antriebs-Riemenrad durchrutscht. So kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Lenk-Riemenrad und/oder das Antriebs-Riemenrad Ausnehmungen aufweist, die zum Eingreifen durch Zähne des Zahnriemens ausgebildet sind. Diese Ausnehmungen können an ihren Flanken so geneigt sein, dass ein Durchrutschen erleichtert wird.
• Bevorzugt umfasst der Antrieb einen Servomotor, insbesondere einen Gleichstrommotor und ein Getriebe. Derartige Gleichstrommotoren können leicht mit dem elektrischen System eines elektrischen Rollstuhls verbunden werden. Es ist möglich, auf das Getriebe zu verzichten, wenn das Antriebs-Riemenrad einen deutlich kleineren Durchmesser aufweist als das Lenk-Riemenrad.
• Der Servomotor besitzt ein Maximallast-Drehmoment, bei dessen Überschreiten der Servomotor mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit von beispielsweise mehr als 10% funktionsuntüchtig wird. Gleichzeitig ist die drehmomentbegrenzende Koppeleinrichtung so ausgebildet, dass Drehmomente unterhalb eines Durchrutsch-Drehmoments übertragbar und Drehmomente oberhalb des Durchrutsch-Drehmoments nicht übertragbar sind. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Durchrutsch-Drehmoment kleiner ist als das Maximallast-Drehmoment. Das Maximallast-Drehmoment wird beispielsweise in Vorversuchen ermittelt, indem auf den Antrieb verschiedene Drehmomente aufgebracht werden und ermittelt wird, wann der Antrieb funktionsuntüchtig wird. Aus derartigen Messreihen wird auf aus dem Stand der Technik bekannte Weise dasjenige Maximallast-Drehmoment ermittelt, bei dem mit der vorgegebenen Wahrscheinlichkeit ein Versagen des Antriebs eintritt. Anschließend wird die Koppeleinrichtung so ausgebildet, dass ihr Durchrutsch-Drehmoment unterhalb des ermittelten Maximallast-Drehmoments liegt.
• Um nach einem Ereignis, bei dem die drehmomentbegrenzende Koppeleinrichtung durchgerutscht ist, ein sicheres Lenken des Rollstuhls zu gewährleisten, ist bevorzugt eine Lenkwinkelerfassungsvorrichtung vorgesehen, die angeordnet ist zum Erfassen des Lenkwinkels zwischen dem Gestell des Rollstuhls und der Laufrichtung des lenkbaren Rades. Diese Lenkwinkelerfassungsvorrichtung umfasst bevorzugt einen Winkelsensor, der ausgebildet ist, um ein magnetisches Feld eines Magneten zu messen, der mit Radachse drehfest gekoppelt ist, an der das lenkbare Rad aufgehängt ist. Diese Radachse verläuft in Betriebsstellung des Rollstuhls im Wesentlichen vertikal. Alternativ ist es möglich, den Lenkwinkel beispielsweise optisch zu erfassen.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
• 1a einen erfindungsgemäßen Rollstuhl in Form eines Stehstuhls in einer Sitzposition,
• 1b den Rollstuhl nach 1a in einer Stehposition,
• 1c eine schematische Darstellung eines lenkbaren Rads, das um einen Lenkwinkel α aus einer Geradeausstellung ausgelenkt ist und
• 2 eine Detailansicht des lenkbaren Rades nebst Antrieb und Koppeleinrichtung eines erfindungsgemäßen Rollstuhls.
• 1a zeigt einen Rollstuhl 10, der von einem Benutzer 12 benutzt wird, in einer Sitzstellung. Der Rollstuhl 10 besitzt zwei Hinterräder 14, von denen nur eines zu sehen ist, sowie zwei lenkbare Räder 16 in Form von Vorderrädern, von denen ebenfalls nur eines zu sehen ist. Die Hinterräder 14 und die lenkbaren Räder 16 sind durch ein Gestell 18 miteinander verbunden. Das Gestell 18 trägt zudem einen Sitz 20 des Rollstuhls 10. 1b zeigt den Rollstuhl 10 in einer Stehposition, in der der Benutzer 12 in eine im Wesentlichen aufrechte Lage gebracht ist.
• Das in 1a sichtbare lenkbare Rad 16 ist um eine Fahrachse F, die im Wesentlichen horizontal verläuft, drehbar. Senkrecht zur Fahrachse F verläuft eine Radachse R, die in Betriebsstellung des Rollstuhls 10 im Wesentlichen vertikal verläuft und um die das lenkbare Rad 16 schwenkbar ist.
• Der Rollstuhl 10 besitzt eine Rollstuhllängsachse L, die in eine Laufrichtung D der lenkbaren Räder 16 zeigt, wenn der Rollstuhl 10 genau geradeaus fährt. Die Laufrichtung D der lenkbaren Räder 16 entspricht einer Fahrtrichtung des Rollstuhls 10.
• 1c zeigt den Fall, dass der Rollstuhl 10 eine Kurve fährt. In diesem Fall weicht die Laufrichtung D des lenkbaren Rads 16 von der Rollstuhllängsachse L um einen Lenkwinkel α ab. In anderen Worten steht die Fahrachse F des lenkbaren Rades 16 genau dann senkrecht zur Rollstuhllängsachse L, wenn der Rollstuhl geradeaus fährt und der Lenkwinkel α gleich null ist. Eine Auslenkung der Fahrachse 16 aus dieser Stellung entspricht dem Lenkwinkel α.
• 2 zeigt das lenkbare Rad 16, das mittels einer Lenkwelle 22 um die Fahrachse F drehbar gelagert ist. Die Lenkwelle 22 ist in zwei Kugellagern 24.1, 24.2 an dem Gestell 18 gelagert und weist an einem dem lenkbaren Rad 16 abgewandten Ende ein Lenk-Riemenrad 26 auf, das drehfest mit der Lenkwelle 22 verbunden ist. In das Lenk-Riemenrad 26 greift ein Zahnriemen 28, der mit einem Antriebs-Riemenrad 30 kämmt. Das Antriebs-Riemenrad 30 ist auf einer Abtriebswelle 32 eines Servomotors 34 in Form eines elektrischen Gleichstrommotors verbunden. Der Servomotor 34 ist ausgebildet, um externen Drehmomente unterhalb eines Maximallast-Drehmoments M_max standzuhalten. Oberhalb des Maximallast-Drehmoments M_max treten mit höherer Wahrscheinlichkeit Schäden am Servomotor 34 auf.
• Die Abtriebswelle 32 stellt dabei gleichzeitig die Abtriebswelle eines Getriebes 36 dar, das Teil des Servomotors 34 ist. Der Servomotor 34 ist starr mit dem Gestell 18 verbunden, beispielsweise verschraubt.
• Benachbart zum Lenk-Riemenrad 26 und dem lenkbaren Rad 16 abgewandt ist an einer Stirnseite 38 der Lenkwelle 22 ein Magnet 40 angebracht, dessen Orientierung relativ zum Gestell 18 durch einen Winkelsensor 42 erfasst wird. Der Winkelsensor 42 steht in Verbindung mit einer nicht eingezeichneten elektrischen Steuerung.
• Beim Betrieb des Rollstuhls 10 erfasst der Winkelsensor 42 ständig die Größe des Lenkwinkels α (vgl. 1c) und vergleicht diesen mit einem vorgegebenen Soll-Lenkwinkel α_soll, der von der elektrischen Steuerung vorgegeben wird. Die elektrische Steuerung wiederum erfasst den Soll-Lenkwinkel α_soll von einer ebenfalls nicht eingezeichneten Eingabevorrichtung, wie beispielsweise einem Joystick, für den Benutzer 12. Weicht der tatsächliche Lenkwinkel α von dem Soll-Lenkwinkel α_soll ab, so sendet die elektrische Steuerung elektrische Signale an den Servomotor 34, der dar aufhin ein Steuer-Drehmoment M_steuer auf die Lenkwelle 22 aufbringt, so dass sich der Lenkwinkel α wie gewünscht ändert.
• Kommt es zu einem Stör-Drehmoment

  

  _Stör auf das lenkbare Rad 16, beispielsweise dadurch, dass der Rollstuhl 10 unter einem Winkel von ungefähr 45° auf eine Bordsteinkante fährt, so pflanzt sich dieses Stör-Drehmoment M →_Stör über das Lenk-Riemenrad 26, den Zahnriemen 28 und das Antriebs-Riemenrad 30 fort, so dass am Servomotor 34 ebenfalls ein Drehmoment anliegt. Überschreitet das Stör-Drehmoment M →_Stör ein Durchrutsch-Drehmoment M →_Rutsch, so hebt sich der Zahnriemen 28 vom Lenk-Riemenrad 26 ab und hebt die ansonsten drehstarre Verbindung zwischen dem Servomotor 34 und der Lenkwelle 22 auf. Das Stör-Drehmoment M →_Stör kann den Servomotor 34 damit nicht beschädigen.
• Durch die Einwirkung des Stör-Drehmoments M →_Stör auf das lenkbare Rad 16 kommt es zu einer Veränderung des Lenkwinkels α, der jedoch von der nicht eingezeichneten elektrischen Steuerung mittels des Servomotors 34 rasch ausgeglichen wird.
• Der in 1a gezeigte Rollstuhl 10 besitzt zwei lenkbare Räder, die beide gleich und wie oben beschrieben aufgebaut sind und unabhängig von der nicht eingereichten elektrischen Steuerung angesteuert werden.

10

Rollstuhl

12

Benutzer

14

Hinterrad

16

lenkbares Rad

18

Gestell

20

Sitz

22

Lenkwelle

24

Kugellager

26

Lenk-Riemenrad

28

Zahnriemen

30

Antriebs-Riemenrad

32

Abtriebswelle

34

Servomotor

36

Getriebe

38

Stirnseite

40

Magnet

42

Winkelsensor

R

Radachse

F

Fahrachse

L

Rollstuhllängsachse

D

Laufrichtung Lenkwinkel

M →_Stör

Stör-Drehmoment

M →_Rutsch

Durchrutsch-Drehmoment

M_max

Maximallast-Drehmoments

Claims (9)

1. Rollstuhl mit (a) mindestens einem lenkbaren Rad (16), mittels dem der Rollstuhl (10) lenkbar ist, und (b) einem Antrieb (34) zum Verändern eines Lenkwinkels (α) zwischen einer Laufrichtung (D) des lenkbaren Rads (16) und einer Rollstuhllängsachse (L) des Rollstuhls (10), dadurch gekennzeichnet, dass (c) das lenkbare Rad (16) über eine Drehmoment begrenzende Koppeleinrichtung (26, 28, 30) mit dem Antrieb (34) verbunden ist.
2. Rollstuhl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment begrenzende Koppeleinrichtung (26, 28, 30) (i) ein Lenk-Riemenrad (26), das mit dem lenkbaren Rad (16) drehfest verbunden ist, (ii) ein Antriebs-Riemenrad (30), das mit dem Antrieb (34) drehfest verbunden ist, und (iii) einen Riemen (28), der das Lenk-Riemenrad (26) mit dem Antriebs-Riemenrad (30) verbindet, umfasst.
3. Rollstuhl nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen ein Zahnriemen (28) ist.
4. Rollstuhl nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein Servomotor (34) ist, der ein Getriebe (36) umfasst.
5. Rollstuhl nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – der Servomotor (34) ein Maximallast-Drehmoment (M_max) besitzt, bei dessen Überschreiten der Servomotor (34) mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit funktionsuntüchtig wird, – wobei die Drehmoment begrenzende Koppeleinrichtung (26, 28, 30) so ausgebildet ist, dass auf das lenkbare Rad (16) wirkende Drehmomente (M →_Stör) unterhalb eines Durchrutsch-Drehmoments (M →_Rutsch) übertragbar und Drehmomente oberhalb des Durchrutsch-Drehmoments (M →_Rutsch) nicht übertragbar sind und – wobei das Durchrutsch-Drehmoment (M →_Rutsch) kleiner ist als das Maximallast-Drehmoment (M_max).
6. Rollstuhl nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Aufrichtrollstuhl (10) ist.
7. Rollstuhl nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei unabhängig voneinander lenkbare Räder (16) umfasst.
8. Rollstuhl nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Lenkwinkelerfassungsvorrichtung (40, 42) umfasst, die angeordnet ist zum Erfassen des Lenkwinkels (α) zwischen dem Gestell (18) des Rollstuhls (10) und der Laufrichtung (D) des lenkbaren Rads (16).
9. Rollstuhl nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – das lenkbare Rad (16) an einer in Betriebsstellung des Rollstuhls (10) vertikal verlaufenden Radachse (F) gelagert ist und – die Lenkwinkelerfassungsvorrichtung (40, 42) einen Winkelsensor (42) umfasst, der ausgebildet ist, um ein magnetisches Feld eines Magneten (40) zu messen, wobei der Magnet (40) mit der Radachse (F) drehfest gekoppelt, insbesondere an der Radachse (F) befestigt, ist.