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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug, beispielsweise einen Rollstuhl,
der bei Bedarf Stufen bzw. Treppen autark überwinden kann.
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Zur Überwindung
von Treppen und Stufen sind diverse technische Vorrichtungen bekannt,
die es ermöglichen sollen, Stufenhindernisse wie beispielsweise
Treppen oder Bordsteinkanten selbständig oder mit Hilfe
Dritter zu überwinden.
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Viele
Lösungen wie z. B. die Druckschrift
GB 2126540 A oder
US 4790548 A1 offenbaren
ein Fahrzeug zum autarken Überwinden von Stufen mit auf zwei
Achsen angebrachten drehbaren Lagerelementen, wobei die Lagerelemente
jeweils drei oder vier Schenkel aufweisen, an denen jeweils ein
Rad angeordnet ist.
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In
vielen Lösungen ist der Stern fest mit der Achse verbunden
und wird dabei so gedreht, dass ein Sternarm die Stufe berührt.
Anschließend wird die Achse weitergedreht, so dass mit
Hilfe des Sternarmes, das Drehmoment der Achse übertragen
und so das Fahrzeug nach oben gehoben wird.
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Die
Nachteile solcher derart beschriebenen Vorrichtungen liegen, je
nach Winkel und Bauart, unter anderem in der stetigen Verkürzung
bzw. Verlängerung vom Auflagepunkt des Rades zum Stufenende
der ersten Stufe zu weiteren Stufen. Diese Verkürzung bzw.
Verlängerung ist je nach Winkel und Bauart zwischen der
3 und 6 Stufe erreicht, so dass eine Blockierung bzw. ein Abrutschen
eintreten würde. Siehe dazu 1.
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Um
die Formschlüssigkeit mit den Stufen zu gewährleisten,
müssen die Sternräder jedoch antreibbar konstruiert
sein. Durch den Antrieb der Räder kann die Verkürzung
bzw. Verlängerung kompensiert werden. Die Konstruktion
muss zudem gewährleisten, dass die Räder beim
Drehen des Sterns zwar blockieren, die Drehbewegung des Sterns jedoch nicht
behindern.
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Dieses
Prinzip weist folgende Nachteile auf:
- I. Eine
solche Konstruktion erfordert eine aufwändige Mechanik
und die ist naturgemäß auch anfälliger
auf Störungen. Zudem erhöht eine solche Mechanik
das Gewicht erheblich.
- II. durch die Radform ruht die ganze Auflagekraft, bei der Drehung
und Anhebung des Fahrzeuges auf einer sehr geringen Fläche
(nämlich auf der der Radrundung). Das vermindert die Adhäsion erheblich
und erhöht die Gefahr des Abrutschens.
- III. Der Sternarm hat naturgemäß einen vorgegebenen
Auftreffwinkel zur Stufe und kann sich daher nicht optimal im Bezug
auf den Auflagewinkel anpassen. Durch diese fehlende Anpassung kann kein
optimaler Kraft-Auflagewinkel entstehen.
- IV. Beim Transport in Ruhestellung nimmt eine solche Konstruktion
mit drei oder vier Schenkeln zwangsläufig mehr Platz weg,
als zwei aufeinander gelegte Schenkel. Dieser Platzbedarf schränkt
wiederum die Alltagstauglichkeit erheblich ein.
- V. Konstruktionsbedingt, sind bisherige Lösungen zwar
theoretisch in der Lage, Stufen zu überwinden. Die aufwändig
mechanische Konstruktion erhöht jedoch die Außenmaße,
sowie das Gewicht, welches meist so hoch ist, dass solche Konstruktionen
wenig geeignet sind, eine Alltagstauglichkeit zu gewährleisten.
- VI. Diese Art der Lösung ist nicht in der Lage, unterschiedliche
Stufenhöhen zu überwinden, sondern lediglich Stufen
bis zu einer relativ niedrigen Höhe.
- VII. Während des Steigevorgangs befindet sich stets
min. ein Schenkel in der Luft ohne dass dieser eine Funktion aufweist.
Dieser überflüssige Schenkel erhöht das
Gewicht unnötig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsartiges Fahrzeug
zu schaffen, mit dem
- 1.1 stets mindestens ein
Schenkel in einem optimalen Kraftauflagewinkel Kontakt zur Stufenfläche
hat, um mit dem geringstmöglichen Kraftaufwand das Gefährt
z. B. den Rollstuhl sicher nach oben zu schieben oder zu ziehen
bzw. nach unten zu ziehen bzw. zu schieben,
- 1.2 eine autarke Überwindung von Stufen von in möglichst
weiten Grenzen beliebiger Stufenhöhen möglich
ist,
- 1.3 in der Ruhestellung einen deutlich geringeren Raum einnimmt
als eine starre Sternkonstruktion,
- 1.4 ein optimaler Formschluss zur Treppenstufe mit größtmöglicher
Reibungskraft gewährleistet werden kann,
- 1.5 aufgrund seiner Konstruktion ein deutlich geringeres Gewicht
erreicht wird als bisherige Treppensteigegeräte und dadurch
z. B. für einen Rollstuhlfahrer eine spürbar höhere
Alltagstauglichkeit erzielt werden kann,
- 1.6 die Schiebegriffe für Drittpersonen, entsprechend
verstellbar sind, damit die schiebende Person, die Griffe auf Ihre
individuelle Höhe einstellen kann,
- 1.7 der Sitz vor einer Treppenüberwindung unter bzw.
an den Schwerpunkt gesenkt werden kann, um damit die Kippgefahr
während eines Treppenaufsteige- bzw. absteigevorgangs deutlich
zu mindern.
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Lösung und Ausführungsbeispiele
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Zu 1.1. und 1.5
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Die
Lösung basiert auf einem drehbaren Zweischenkelprinzip,
wobei je zwei dieser Schenkel an jeder Seite des Rollstuhls vorzugsweise
vorne und ggf. unterhalb des Rades bzw. an der Radachse angebracht
sind. Beide Schenkel befinden sind auf einer drehbaren Achse, wobei
jeder Schenkel sich autark um den jeweiligen Achspunkt drehen kann.
Siehe 4. Die Drehung der Schenkel erfolgt beispielsweise über
eine Kettenübertragung, wobei jeder einzelne Schenkel auf
360 Grad in beide Richtungen frei beweglich ist. Bei diesem drehbaren
Zweischenkelprinzip ist stets ein Schenkel in einer Ruheposition
während ein Schenkel aktiv ist und sich solange um den
eigenen Achspunkt dreht, bis er den jeweils optimalen Auflagewinkel
zur nächsten Stufe erreicht hat. Hat der aktive Schenkel
seinen Auflagewinkel erreicht, muss er mit der Achse temporär
fest verbunden werden, um das Drehmoment der Achse zu übertragen.
Durch die Verbindung und Weiterdrehung der Achse, dreht sich auch
der Schenkel weiter und hebt bzw. schiebt dabei den Rollstuhl eine
Stufe nach oben bzw. zieht ihn eine Stufe nach unten.
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Alternativ
können auch drei Schenkel angebracht werden, um beispielsweise
zwei Schenkelfüße gleichzeitig auf einer Stufenfläche
zu platzieren. Siehe 2 und 3
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Die
temporäre Verbindung der Achse mit dem jeweils aktiven
Schenkel muss mit einer geeigneten Vorrichtung erfolgen, so z. B.
mit einer Kupplung.
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In
der 5 ist die Erfindung in der Frontansicht abgebildet.
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Darüber
hinaus zeigt 5 ein Ausführungsbeispiel
einer solchen Kupplung. Dabei ist eine runde Scheibe (siehe 5 Nr. 10)
mit der Achse fest verbunden (z. B. durch eine Verstiftung). Auf
dieser Scheibe sind in regelmäßiger Form, Stifte
möglichst eng angeordnet und so befestigt, dass diese beidseitig
durch die Kupplungsscheibe ragen (siehe 5 Nr. 11).
Die Stifte werden durch eine Druckfeder in Position gehalten (siehe 5 Nr. 13).
Soll der Schenkel nun mit der Achse verbunden werden, schiebt ein
Mechanismus die Scheibe zum Schenkelende hin. Die Stifte, die die
Schenkelfläche berühren, werden dabei eingedrückt
(siehe 5 Nr. 12), die anderen Stifte umschließen
den Schenkel (siehe 5 Nr. 11). Die umschließenden
Stifte können nun die Achskraft übertragen. Soll
der Schenkel wieder um gedreht werden, um bei der nächsten
Stufe erneut den optimalen Auflagewinkel zu erreichen, löst sich
die Kupplung wieder (siehe 5 – Kupplung
offen).
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Zu 1.2
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Jeder
Schenkel ist individuell stufenlos ausfahrbar (z. B. durch ein Zahnstangengetriebe
oder ein Schraubengewinde- siehe 6 und 2 Nr. 1/5/6 und 7),
so dass sich jeder Schenkel den unterschiedlichen Stufenhöhen
jederzeit problemlos anpassen kann.
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Zu 1.3 und 1.5
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Die
Schenkel können in der Ruheposition parallel übereinander
gelegt werden. Siehe 7.1, somit nimmt die Konstruktion
weniger Raum in der Ruhestellung ein.
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Gehalten
werden die beiden Schenkel z. B. im vorderen Bereich, durch einen
sog Kraftübertragungsarm (siehe 8), der
ebenfalls stufenlos verstellbar ist z. B. mittels eines Hydraulikzylinders
(siehe 8 Nr. 1). Dies hat den Vorteil,
- 1. dass eine evtl. Verkürzung zum
jeweiligen Stufenende, bedingt durch die Stempelgröße,
problemlos kompensiert werden kann, indem der Kraftübertragungsarm
eine fehlerhafte Position einfach durch Verlängerung oder
Verkleinerung korrigiert (Siehe 8 Nr. 2)
und
- 2. dass beim Prozess des Treppenabsteigens die Schenkel auf
die richtige Position gefahren werden können, ohne dass
die sog. Lenkräder über die Stufenkante herausragen,
was zu einem sofortigen Absturz führen würde (siehe 9)
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Damit
dieser Kraftübertragungsarm während des normalen
Rollstuhlbetriebes nicht behindernd im Weg ist, kann dieser über
eine Nut, schienenförmig und platzsparend nach hinten gezogen
werden (siehe 10 und 8 Nr. 4 und 5).
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Zu 1.4
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Am
Ende eines Schenkels befindet sich anstelle eines Rades, eine Vorrichtung,
- 1. die eine möglichst hohe Auflagefläche
bietet
- 2. und damit eine erhöhte Adhäsion und
- 3. somit eine höhere Abrutschsicherheit gegenüber
einem Rad bietet.
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2 Nr. 3 und 3 Nr. 2 sowie 7 stellen
eine solche Vorrichtung beispielhaft dar. Es handelt sich hierbei
um sog. Stempelfüße, die über eine Achse
mit je einem Schenkel verbunden ist (siehe 2 Nr. 2).
Die Achse ist vorzugsweise kugelgelagert (siehe 7).
Die Stempelfüße zeigen durch die Schwerkraft stets
nach unten.
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Die
Stempelsohlen bestehen vorzugsweise aus einem rutschfesten Material
z. B. aus Gummi (siehe 2 Nr. 4 und 7).
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Ein
Teil der Treppensteigekonstruktion ist vorzugsweise vorne angebracht,
da dies den psychologischen Vorteil aufweist, dass z. B. beim Prozess des
Treppenabsteigens der Fahrer sieht, was die Mechanik macht, da sich
der Fahrer vorwärts zur Treppe befindet. Siehe dazu 11.
Die Fixierung des Kraftübertragungsarmes und damit der
Anstellwinkel, muss den jeweiligen Fahrzeuggegebenheiten angepasst
werden.
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Zu 1.7
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Der
Sitz ist während des Normalbetriebes aufrecht und in waagerechter
Position (siehe 10) und wird vor dem Treppenaufsteigen
bzw. Treppenabsteigen mit einer dafür geeigneten Vorrichtung
unter bzw. an den Schwerpunkt gesenkt. 12.1 Nr. 1 zeigt
eine mögliche Vorrichtung in Form eines Scherenhebers.
Dies hat den Vorteil, dass der Fahrer psychologisch näher
an der Treppe sitzt und somit weniger Angst vor einer Kippgefahr
haben muss und andererseits die Kippgefahr tatsächlich
gebannt ist, weil er unter bzw. an dem Schwerpunkt sitzt. Zudem
sitzt der Fahrer nicht waagerecht, sondern leicht nach hinten gekippt,
was darüber hinaus die Gefahr des Herausfallens stark mindert
(siehe 12).
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Zu 1.6
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Die
Schiebegriffe bei dem Fahrzeug (z. B. bei einem Rollstuhl) sind
verstellbar, so dass sich die schiebende Person, die Griffe auf
Ihre individuelle Höhe einstellen kann (siehe 13).
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14–16 zeigen
weitere Anbringungsorte und Konstruktionsmöglichkeiten
der Erfindung.
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Beschreibung der 2 (Ausführungsbeispiel
mit zwei Schenkeln)
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- 1 zeigt den verschiebbaren Teil eines Schenkels
auf dem beispielsweise eine Zahnstange befestigt ist.
- 2 zeigt die Achse, an der der Stempelfuß angebracht ist
von der Seite.
- 3 zeigt den Stempelfuß
- 4 zeigt den Fußbelag des Stempels, vorzugsweise aus
einem Reibungsstarken Material wie z. B. Gummi
- 5 zeigt den festen Teil des Schenkels mit einer Ausfräsung
für die Zahnstange
- 6 zeigt ein Schneckenzahnrad, welches durch Drehung
die Zahnstange vor und zurückschieben kann
- 7 zeigt den Motor, der das Schneckenzahnrad antreibt
- 8 zeigt die Zahnstange
- 9 zeigt die Antriebskette
- 10 zeigt das Antriebsritzel 1, mit dem der
vordere Schenkel gedreht wird. Das hintere Antriebsritzel, welches
den zweiten Schenkel antreibt, ist nicht sichtbar.
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Beschreibung der 3 (Ausführungsbeispiel
mit drei Schenkeln)
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- 1 zeigt den verschiebbaren Teil des ersten Schenkels,
auf dem beispielsweise eine ein Außengewinde gedreht ist,
das in einem festen Teil mit einem Innengewinde geschraubt ist.
- 2 zeigt den Stempelfuß
- 3 zeigt den Fußbelag des Stempels, vorzugsweise aus
einem Reibungsstarken Material wie z. B. Gummi
- 4 zeigt ein Schneckenzahnrad, welches durch Drehung
die äußere Hülse über ein Schraubengewinde nach
vorne und zurück schieben kann
- 5 zeigt das Innengewinde
- 6 zeigt die Antriebsachse, welche die Kraft des Motors
auf das Schneckenzahnrad überträgt
- 7 zeigt den Motor, der teilweise durch das Schenkelantriebsritzel
verdeckt wird
- 8 zeigt das Antriebsritzel, welches die Kraft eines
Motors auf den Schenkel überträgt, so dass dieser
sich dreht
- 9 zeigt die Antriebskette, welche die Kraft des Motors auf
das Ritzel überträgt
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Beschreibung der 5 (Ausführungsbeispiel
der Kupplung zur Übertragung einer Achskraft auf jeweils einen
Schenkel)
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- 1 zeigt den in 2 beschriebene
verschiebbare Schenkel in der Frontalsicht.
- 2 zeigt die Kugellager, auf dem die Achse der Stempelfüße
gleitet
- 3 zeigt die Stempelfüße
- 4 zeigt die Drehachse, an dem die Stempelfüße
gelagert sind
- 5 zeigt den Fußbelag des Stempels, vorzugsweise aus
einem Reibungsstarken Material wie z. B. Gummi
- 6 zeigt das Schenkenzahnrad, welches durch Drehung
die Zahnstange vor und zurückschieben kann
- 7 zeigt die auf dem beweglichen Teil des Schenkels befestigte
Zahnstange
- 8 zeigt den festen Teil des Schenkels, welche eine Ausfräsung
für die Zahnstange aufweist
- 9 zeigt das Kugellager des Kraftübertragungsarmes
- 10 zeigt die Kupplungsscheibe, bei der Stifte in regelmäßiger
Form angeordnet befestigt sind
- 11 zeigt einen solchen Stift, der durch die Kupplungsscheibe
beidseitig ragt und durch einen Kopf begrenzt wird
- 12 zeigt einen eingedrückten Stift, der die
seitliche Fläche des Schenkels berührt
- 13 zeigt die Druckfeder, die den Stift in seiner Position
hält
- 14 zeigt den Querschnitt des Schenkels
- 15 zeigt den Motor, der die Kupplungsscheibe bei Bedarf
auf den Schenkel drückt bzw. sie von dem Schenkel wegzieht
- 16 zeigt den Kraftübertragungsarm im Querschnitt
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Beschreibung der 8 (Ausführungsbeispiel
eines Kraftübertragungsarmes)
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- 1 zeigt einen ölgetriebenen Hydraulikzylinder,
der den beweglichen Teil des Kraftübertragungsarmes vor
und zurückschieben kann
- 2 zeigt den beweglichen Teil des Kraftübertragungsarmes
- 3 zeigt die beiden Schenkel
- 4 zeigt die Nut, die an der Achse 5 entlang
gleiten kann und so platzsparend nach hinten gezogen werden kann
siehe 10
- 5 zeigt die Achse im Querschnitt, an der der Kraftübertragungsarm
befestigt ist
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Beschreibung der 12.1 (Ausführungsbeispiel
eines verstellbaren Sitzes)
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- 1 zeigt einen Scherenheber, bei dem je vier Schenkel durch
drehen einer Schraube auseinander gedrückt bzw. zusammen
gezogen werden. dadurch erhebt sich der Sitz bzw. senkt sich entsprechend
ab
- 2 zeigt einen der beiden Greifreifen
- 3 zeigt einen Schenkel (siehe 2) im treppensteigenden
Zustand in der Frontalsicht.
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Beschreibung der 13 (Ausführungsbeispiel
eines verstellbaren Schiebgriffs)
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- 1 zeigt den Schiebegriff
- 2 zeigt die innere Hülse, die in der äußeren
Hülse (3) steckt und gleitet und so beliebig verstellt
werden kann
- 3 zeigt die äußere Hülse,
die die innere aufnimmt. Durch beide Hülsen sind Löcher
gebohrt, so dass man, wenn zwei Löcher übereinstimmen,
einen Stift durch stecken kann um damit den Schiebgriff in einer Position
zu fixieren
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - GB 2126540
A [0003]
- - US 4790548 A1 [0003]