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Die Erfindung betrifft ein Zugmittel mit einem Gestell, das mit einer Kupplungseinrichtung an einem Rollstuhl bei auf dem Boden stehenden Hinterrädern und bei bodenfrei gehaltenen Vorderrädern ankuppelbar ist, und in dem an einem Steuerkopf ein Rahmen drehbar gelagert ist, an dem wiederum ein Zugrad gelagert ist, das nabenseitig antriebsmäßig mit einem von einem Rollstuhlfahrer bedienbaren Tretkurbelantrieb verbunden ist, und an dem obenendig eine winkelverstellbare Lenkerstange mit einem Lenker und untenendig der Tretkurbelantrieb angebracht sind.
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Elektrofahrräder, auch Pedelec genannt, sind seit einigen Jahren zunehmend bekannt. Dabei unterstützt das Pedelec den Fahrer mit Hilfe eines Elektromotors und einer elektronischen Regelung beim Fahren. Durch eine Steuerungselektronik ergeben sich verschiedene Vorteile für die Nutzung eines Pedelecs. Beispielsweise ist die Durchschnittsgeschwindigkeit höher als bei konventionellen Fahrrädern, die Fahrt ist weniger ermüdend und es können weiter entfernte Ziele erschlossen werden. Darüber hinaus wird auch die Umwelt weniger durch Emissionen belastet, als dies durch die Fahrt mit anderen, insbesondere mit Verbrennungsmotor betriebenen, Verkehrsmitteln der Fall ist.
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Die Patentschrift
DE 101 02 855 C1 des Anmelders beschreibt ein Zugmittel für einen Rollstuhl, das mit einem vom Rollstuhlfahrer bedienbaren Fußkurbelantrieb und gegebenenfalls einem weiteren handbetätigten Kurbelantrieb angetrieben wird. Dazu ist in dem Lenkerrohr eine Lenkerstange gelagert, an der obenendig ein Handkurbelantrieb oder Lenker und untenendig der Fußkurbelantrieb angebracht sind. Ein Problem ist, wenn der Rollstuhlfahrer durch Rückgang der Muskulatur nur noch über wenig bis sehr wenig Beinkraft und/oder Armkraft verfügt oder eine Anfahrhilfe benötigt. Nachteilig sieht diese Konstruktion keine Möglichkeit vor, die Bewegung, die die Beine bzw. Arme nicht mehr schaffen, mit einer Motorkraft zu unterstützen.
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Die Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2005 006 894 U1 des Anmelders beschreibt eine drehmomentabhängige Steuerung für Fahrräder und Rollstuhlzuggeräte mit Hilfsmotor, die aus vier Bauteilen besteht und am Rahmen des Fahrrades oder Rollstuhlzuggerätes befestigt wird. Beim Treten der Tretkurbel spannt sich die Kette, wodurch ein Sensor betätigt wird und ein Signal an den Hilfsmotor abgibt. Über eine Rückstellfeder wird der Sensor in die Ausgangsstellung gebracht. Somit wird zur Muskelkraft in etwa proportional eine Motorunterstützung hinzugefügt. Nachteilig ist diese Konstruktion aufgrund der seitlichen Verschiebung der Kette während des Schaltvorgangs nur für Kettenschaltungen mit einem großen Achsabstand zwischen Tretlager und Antriebsrad geeignet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das vorbekannte Zugmittel derart zu verbessern, dass der Rollstuhlfahrer beim Fahren mit Hilfe einer Motorkraft und einer Regelung unterstützt ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass gegenüber dem vorbekannten Zugmittel ein zusätzlicher Elektromotor, ein Akkumulator, ein Sensor für die Erkennung der Tretkurbelbewegung sowie eine Steuerelektronik für den Elektromotor angeordnet sind.
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Als Elektromotor kommt ein geregelter Gleichstrommotor zum Einsatz, in Form eines Radnabenmotors. Der Elektromotor weist eine Achse auf, über die das vom Motor erzeugte Drehmoment auf das Zugrad übertragen wird. Hauptvorteil des Radnabenmotors ist die Gestaltung eines platzsparenden Zugmittels das mit einer Kupplungseinrichtung an einen Rollstuhl ankuppelbar ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass es keine Verluste und keinen Verschleiß an mechanischen Übertragungselementen gibt.
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An der Achse des Radnabenmotors ist eine Gangschaltung als eine Mehrfach-Kettenschaltung angebracht, bei der die Kette mittels eines Schaltwerks oder Umwerfers auf die unterschiedlich großen Antriebsritzel der Kettenschaltung gelegt werden kann. Die Kettenschaltung wird durch einen Schalthebel als ein Drehgriffschalter am Lenker über Bowdenzüge betätigt. Das Zugrad ist zusätzlich mit einem Freilauf und/oder Rücktritt und eine Scheibenbremse ausgestattet. Der Freilauf ermöglicht ein rückwärtiges Treten des Tretkurbelantriebs, was vorteilhaft beim Befestigen der Füße auf den Pedalen sowie beim Rangieren ist. Die Betätigung der Scheibenbremse erfolgt durch wenigstens einen Bremshebel, der am Lenker angebracht ist.
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Der Akkumulator speichert beim Aufladen elektrische Energie und versorgt den daran angeschlossenen Elektromotor mit Strom. Verwendet werden meist Blei-Vlies-Akkumulatoren, da diese durch ihr Gewicht die Traktion erhöhen und kostengünstig in der Anschaffung sind. Der Akkumulator ist austauschbar in einer Akkuhalterung fixiert, so dass dieser zum Laden entnommen oder gegen einen neuen Akkumulator ausgetauscht werden kann. Vorteilhaft ist die Akkuhalterung oberhalb der Radnabe des Zugrades angebracht, so dass der Akkumulator während des Tretvorgangs nicht stört, Dabei stützt sich das Gewicht des Akkumulators auf dem Zugrad ab, auf Grund dessen sich die Traktion, also die Umsetzbarkeit der Antriebskraft in Vortrieb, vorteilhaft erhöht.
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Da der Elektromotor nur während des Betätigens des Tretkurbelantriebs aktiv ist, ist die Tretkurbel das erste Glied im System des Zugmittelantriebs. Bewegt der Rollstuhlfahrer das Pedal des Tretkurbelantriebs, dann erzeugt er über die Tretkraft und den Radius der Tretkurbel ein Drehmoment. Das Drehmoment wird über das Tretlager auf das Kettenblatt übertragen. Dort wirkt die Kraft am Radius des Kettenblattes. Die Kraftübertragung des Tretkurbelantriebs erfolgt durch eine Kette nabenseitig auf das Zugrad des Zugmittels. Weil das Antriebsritzel beim Treten zusammen mit der Nabe und dem Zugrad ein starres System bildet, wirkt das Drehmoment auch am Radumfang des Zugrades.
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Die Kette ist dabei über das Kettenblatt, eine Kettenspannrolle, ein Antriebsritzel der Gangschaltung und eine Kettenführung eines Gleitschuhs geführt. Der Gleitschuh ist seitlich beweglich auf einem Bolzen gelagert, so dass er, durch die Kette geführt, dem seitlichen Versatz der Kette beim Schalten folgen kann. Die Messung der vom Rollstuhlfahrer beim Betätigen des Tretkurbelantriebs eingebrachten Kräfte erfolgt kontinuierlich von einem Drehmomentsensor. Diesbezüglich ist der Gleitschuh mit dem Drehmomentsensor verbunden, der ein Signal abhängig von der gegen den Druck einer Rückstellfeder wirkenden Kettenspannung erzeugt. Beim Betätigen der Tretkurbel spannt sich die Kette und der Gleitschuh macht eine Abwärtsbewegung, deren Kraft somit auf den Sensor wirkt. Demgemäß ergibt sich die Kettenspannung aus dem beim Betätigen des Tretkurbelantriebs erzeugten Drehmoment. Wird weniger Kraft beim Betätigen der Tretkurbel aufgebracht, drückt die Rückstellfeder den Gleitschuh zurück und es wird dementsprechend weniger oder sogar keine Motorunterstützung mehr hinzugefügt.
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Die Messung kann elektronisch weiterverarbeitet werden und dient dazu, den Elektromotor ein- und auszuschalten oder anhand einer Steuerfunktion stufenlos zu regeln. Die vom Elektromotor in das System des Zugmittelantriebs eingespeiste Leistung wird aufgrund des Sensorsignals in Abhängigkeit von der gewählten Unterstützungsstufe von der Motorsteuerung ermittelt. Infolgedessen gibt der Elektromotor automatisch eine bestimmte Motorleistung der vom Rollstuhlfahrer erbrachten Leistung hinzu und unterstützt ihn vorteilhaft beim Fahren. Hierbei darf der Motor nur als Tretunterstützung dienen und die Motorleistung nimmt mit steigender Geschwindigkeit progressiv ab. Die Unterstützungsstufe, das heißt, wie stark der Motor die selbst aufgebrachte Fahrerleistung unterstützt, ist an der Rückstellfeder einstellbar.
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Die Erfindung sieht darüber hinaus vor, dass an die Steuerung ein Bedienelement mit einer Anzeige des Akkuladezustandes, einer Betriebsanzeige mit beispielsweise einer Leistungsanzeige oder Fehleranzeige sowie ggf. einer Motorkrafteinstellung angeschlossen ist.
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Für verschiedene Behinderungsgrade des Rollstuhlfahrers können an den Tretkurbeln unterschiedliche Pedale angebracht werden. Anstelle der normalen Fahrradpedale können auch Fußschalen angebracht werden, wobei die Füße mittels Klettbändern fest an den Fußschalen fixiert sind. Dies verhindert ein Abrutschen der Füße und ermöglicht wegen der festen Fixierung nicht nur ein Treten sondern auch ein Ziehen der Tretkurbeln. Zusätzlich kann noch der Unterschenkel an einer Wadenstrebe fixiert werden, die fest mit der Fußschale verbunden ist. Dadurch wird ein Abknicken der Beine nach außen und innen verhindert. Alternativ können auch Schlupfpedale an den Tretkurbeln angebracht sein, bei denen der Fuß mit Riemen am Vorderfuß und einem Spanngurt an der Ferse fixiert ist.
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Ein Kettenkasten umschließt den oberen Teil der Kette und das Kettenblatt, damit einerseits der Rollstuhlfahrer und seine Kleidung vor Kontakt mit der Kette und dadurch bedingten Verletzungen und Verschmutzung geschützt ist und andererseits die Kette vor Schmutz und anderen Umwelteinflüssen abgeschirmt ist.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen beispielhaft erläutert. Dabei zeigt schematisch:
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1 eine bevorzugte Ausführungsform des Zugmittels mit Tretkurbelantrieb und Elektromotorantrieb in Seitenansicht
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2 eine Drehmomenterfassung des Tretkurbelantriebs in schematischer Darstellung
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3 einen Gleitschuh zur Drehmomenterfassung in Detailansicht
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In 1 ist ein mit einem Rollstuhl 2 gekuppeltes Zugmittel 1 in Seitenansicht gezeigt, wobei die Vorderräder 11 des Rollstuhls 2 eine Bodenfreiheit BF aufweisen, so dass das aus dem Rollstuhl 2 und dem Zugmittel 1 gebildete Gesamtfahrzeug als Dreirad auf den Hinterrädern 10 des Rollstuhls 2 und dem Zugrad 12 des Zugmittels 1 fährt.
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Um ein einfaches und schnelles An- und Abkuppeln des Zugmittels 1 an den Rollstuhl 2 zu ermöglichen, weist das Zugmittel 1 eine Kupplungseinrichtung 3 auf, die mittels eines Handhebels 42 betätigbar ist, der im Griffbereich einer im Rollstuhl 2 sitzenden Person angeordnet ist, so dass die Person ohne fremde Hilfe in der Lage ist, das Zugmittel 1 von dem Rollstuhl 2 zu trennen. Zum Abstützen des abgetrennten Zugmittels 1 ist ein Ständer 43 vorgesehen.
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Das Zugmittel 1 besteht aus einem in einem Steuerkopf 24 drehbar gelagerten Rahmen 25, in dem ein Zugrad 12 befestigt ist. Am oberen Ende des Rahmens 25 ist eine Lenkerstange 47 befestigt, die mit dem Lenker 28 verbunden ist, mit dem das Zugrad 12 der gewünschten Fahrrichtung entsprechend gelenkt werden kann.
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Das Zugrad 12 ist über eine Kette 17 antriebsmäßig mit einem Tretkurbelantrieb 19 verbunden, der am unteren Ende des Rahmens 24 befestigt ist, so dass bei Lenkbewegungen der Tretkurbelantrieb 19 gemeinsam mit dem Zugrad 12 gedreht wird. Der Tretkurbelantrieb 19 weist zwei Tretkurbeln 21 auf, an denen die Pedale 20 befestigt sind. Betätigt eine im Rollstuhl sitzende Person die Pedale 20 in einer Kurbelbewegung, erzeugt sie über die Tretkraft und den Kurbelradius ein Drehmoment DM, das über das Tretlager auf das Kettenblatt 22 übertragen wird. Über die Kette 17 wirkt das Drehmoment DM auf ein Antriebsritzel 16 der Kettenschaltung 15, wobei die Kette 17 ferner über eine Kettenspannrolle 18 und eine Steuerung 7 geführt ist.
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Über den nabenseitig angeordneten Elektromotor 5 wird in Abhängigkeit des von der Steuerung 7 gemessenen Drehmoments eine geregelte Motorleistung zusätzlich auf die Achse 14 des Zugrads 12 eingebracht und der Rollstuhlfahrer wird automatisch beim Fahren unterstützt. Der Elektromotor 5 wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um, wobei die elektrische Energie von einen Akkumulator 6 bezogen wird, der austauschbar in einer Akkuhalterung 23 oberhalb der Radnabe 13 angebracht ist.
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Der Lenker 28 ist durch ein Klemmgelenk 40 in der Höhe verstellbar. Neben den Lenkergriffen 29 sind am Lenker 28 außerdem ein Schalthebel 30 für die Einstellung der Kettenschaltung 15 sowie ein Bremshebel 31 für die Betätigung der Scheibenbremse angeordnet. Zusätzlich ist am Lenker 28 ein Bedienelement 36 angebracht, das mit der Steuerung 7 elektrisch verbunden ist. Hierüber erfolgt die Anzeige des Akkuladezustands und Informationen über den Betrieb des Zugmittels 1 sowie ggf. eine Einstellung der Motorleistung.
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2 zeigt das Prinzip der Drehmomenterfassung des Tretkurbelantriebs in schematischer Darstellung.
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Die Kraftübertragung des Tretkurbelantriebs 19 erfolgt auf das Zugrad 12 durch eine umlaufende Kette 17. Dabei ist die Kette 17 über das Kettenblatt 22 des Tretkurbelantriebs 19, eine Kettenspannrolle 18, ein Antriebsritzel 16 der Mehrfach-Kettenschaltung 15 sowie einem Gleitschuh 32 geführt. Ein Drehmomentsensor 35 ist mit dem Gleitschuh 32 so gekoppelt, dass er ein Signal SI erzeugt, wenn er durch die Kettenspannung KS gegen den Druck einer Rückstellfeder 34 bewegt wird.
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Beim Betätigen der Tretkurbeln 21, die an dem Kettenblatt 22 befestigt sind, spannt sich die Kette 17 und der Gleitschuh 32 macht eine Abwärtsbewegung. Dadurch wird der Sensor 35 betätigt, der ein Signal SI entsprechend dem vom Rollstuhlfahrer eingebrachten Drehmoment DM erzeugt. Dieses Signal SI wird an einen Elektromotor 5, der nabenseitig im Zugrad 12 angebracht ist, weitergegeben, der aufgrund des Sensorsignals SI und in Abhängigkeit von der gewählten Unterstützungsstufe US eine geregelte Motorleistung hinzufügt. Infolgedessen erfolgt die Steuerung 7 des Elektromotors 5 durch die Tretkurbelbewegung, wobei zur Muskelkraft in etwa proportional eine Motorunterstützung hinzugefügt wird. Wird weiniger Kraft beim Betätigen der Tretkurbeln 21 aufgebracht, drückt die Rückstellfeder 34 den Gleitschuh 32 zurück und es wird weniger oder keine Motorunterstützung mehr hinzugefügt. Die Steuerung 7 des Elektromotors 5 erfolgt rein über die Kettenspannung KS in Abhängigkeit des durch die Tretkraft des Rollstuhlfahrers erzeugten Drehmoments DM.
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Die Unterstützungsstufe US ist an der Rückstellfeder einstellbar. An die Steuerung 7 ist ein Bedienelement 36 angeschlossen, das eine Akkuladeanzeige 37, eine Betriebsanzeige 38 oder eine Motorkrafteinstellung 39 umfasst.
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In 3 ist der in 2 dargestellte Gleitschuh 32 zur Drehmomenterfassung in Detailansicht gezeigt.
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Der Gleitschuh 32 ist drehbeweglich und seitlich verschiebbar VS auf einem Lagerbolzen 46 gelagert, wobei die seitliche Verschiebbarkeit VS den seitlichen Versatz der Kette beim Schalten der unterschiedlichen Gänge ermöglicht. Die Kette 17 verschiebt den Gleitschuh 32 bei einem Schaltvorgang auf Grund ihres seitlichen Versatzes mit ihren Laschen 44, die in der Kettenführung 33 des Gleitschuhs 32 laufen. Ein Sicherungsbügel 48 verhindert ein Abspringen der Kette 17 vom Gleitschuh 32.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zugmittel
- 2
- Rollstuhl
- 3
- Kupplungseinrichtung
- 4
- Antriebseinheit
- 5
- Elektromotor
- 6
- Akkumulator
- 7
- Steuerung
- 10
- Hinterrad
- 11
- Vorderrad
- 12
- Zugrad
- 13
- Radnabe
- 14
- Achse
- 15
- Gangschaltung
- 16
- Antriebsritzel
- 17
- Kette
- 18
- Kettenspannrolle
- 19
- Tretkurbelantrieb
- 20
- Pedal
- 21
- Tretkurbel
- 22
- Kettenblatt
- 23
- Akkuhalterung
- 24
- Steuerkopf
- 25
- Rahmen
- 26
- Klemmgelenk
- 27
- Gabel
- 28
- Lenker
- 29
- Lenkergriff
- 30
- Schalthebel
- 31
- Bremshebel
- 32
- Gleitschuh
- 33
- Kettenführung
- 34
- Rückstellfeder
- 35
- Drehmomentsensor
- 36
- Bedienelement
- 37
- Akkuladeanzeige
- 38
- Betriebsanzeige
- 39
- Motorkrafteinstellung
- 40
- Klemmgelenk
- 41
- Kettenkasten
- 42
- Handhebel
- 43
- Ständer
- 44
- Lasche
- 45
- Rolle
- 46
- Lagerbolzen
- 47
- Lenkerstange
- 48
- Sicherungsbügel
- BF
- Bodenfreiheit
- DM
- Drehmoment
- KS
- Kettenspannung
- SI
- Signal
- US
- Unterstützungsstufen
- VS
- Verschiebbarkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10102855 C1 [0003]
- DE 202005006894 U1 [0004]
