DE102015102381A1

DE102015102381A1 - Vorspannlenkvorrichtung und Rollstuhlgespann

Info

Publication number: DE102015102381A1
Application number: DE102015102381.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Birmanns
Original assignee: Alber GmbH
Current assignee: Alber GmbH
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2016-08-25
Anticipated expiration: 2035-02-20
Also published as: EP3058922A1; EP3058922B1; ES2663081T3; DE102015102381B4

Abstract

Eine Vorspannlenkvorrichtung (10) für einen Rollstuhl (100) mit mindestens einem elektrischen Antriebsmittel (106L, 106R) umfasst einen Vorspannrahmen (13), der dazu ausgelegt ist, an den Rollstuhl (100) angekoppelt zu werden, und ein mittels einer Lenkeinrichtung (60) lenkbares Rad (14), das über eine Handkurbelanordnung (60) antreibbar ist, sowie eine Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung (30), die dazu ausgelegt ist, das an dem Rollstuhl angebrachte elektrische Antriebsmittel (106L, 106R) entsprechend einer in die Handkurbelanordnung (60) eingeleiteten Kraft anzusteuern. Es wird zudem ein Rollstuhlgespann (1), umfassend einen Rollstuhl (100) mit einem elektrischen Antriebsmittel (106L, 106R) und eine derartige Vorspannlenkvorrichtung (10), bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorspannlenkvorrichtung für einen Rollstuhl mit einem elektrischen Antriebsmittel und ein Rollstuhlgespann mit einer derartigen Vorspannlenkvorrichtung.
Rollstühle für Menschen mit Behinderung verfügen üblicherweise über zwei große, in Vorwärtsfahrtrichtung hinten angeordnete Antriebsräder und zwei kleine, frei schwenkbare und in Vorwärtsfahrtrichtung vorne angeordnete Laufräder, die auch Castoren genannt werden. Die Antriebsräder können elektrisch antreibbare beziehungsweise angetriebene Antriebsräder sein und sind dann elektrische Antriebsmittel des Rollstuhls im Sinne dieser Erfindung. Zudem sind, beispielsweise aus der DE 198 57 786 A1 , Antriebsräder bekannt, die als Hilfsantriebsvorrichtung konzipiert sind, sowohl einen elektrischen Antriebsmotor als auch einen Greifring für manuellen Antrieb aufweisen und zusätzlich einen Sensor, der eine manuell in den Greifring eingeleitete Antriebskraft erfasst, sowie eine Steuereinrichtung, die den elektrischen Antriebsmotor in Abhängigkeit von Größe und Richtung der manuell in den Greifring eingeleiteten Antriebskraft und einem einstellbaren Unterstützungsgrad zur Abgabe eines entsprechenden Drehmoments ansteuert. Auch derartige Hilfsantriebsvorrichtungen sind elektrische Antriebsmittel des Rollstuhls im Sinne dieser Erfindung, wobei jedoch auch andere Antriebsmittel von diesem Begriff umfasst sind.
Die frei schwenkbaren Castoren gewährleisten eine hohe Manövrierfähigkeit, die insbesondere bei sogenanntem Indoor-Betrieb, das heißt bei einer Verwendung des Rollstuhls in geschlossenen Räumen, unabdingbar ist. Bei Outdoor-Betrieb, das heißt bei Betrieb außerhalb geschlossener Räume und insbesondere auf unebenen Wegen, sind die kleinen Castoren hingegen nachteilig und machen schon bei relativ geringen Unebenheiten einen Betrieb des Rollstuhls unmöglich. Beispielsweise würden kleine Vorderräder in Vertiefungen eintauchen, aus denen sie wegen ihrer durch den kleinen Durchmesser deutlich eingeschränkten Fähigkeit zum Überwinden eines Hindernisses nicht herauskommen könnten, was dann ein Weiterfahren unmöglich macht.
Für den sogenannten Outdoor-Betrieb sind daher spezielle Kleinfahrzeuge mit elektrischem Antrieb und größeren, meist nicht frei schwenkbaren, sondern gelenkten Vorderrädern entwickelt worden. Derartige Kleinfahrzeuge werden auch als Scooter bezeichnet, sind jedoch, insbesondere wegen ihrer unzureichenden Wendigkeit für Indoor-Betrieb ungeeignet und kommen daher für Menschen mit Behinderung, die auf einen Rollstuhl angewiesen sind, nur als Zweitrollstuhl, das heißt zusätzlich zu einem für Indoor-Betrieb geeigneten Rollstuhl, in Betracht.
Vor diesem Hintergrund sind seit langem Versuche unternommen worden, einen herkömmlichen, für den Indoor-Betrieb geeigneten Rollstuhl mit einer abnehmbaren Zusatzeinrichtung zu versehen, die es ermöglicht, den für den Indoor-Betrieb ausgelegten Rollstuhl funktional so zu ergänzen und zu verändern, dass er für den Outdoor-Betrieb geeignet ist.
Bereits 1974 schlug die DE 24 46 573 eine Zug- und Leitvorrichtung vor, die an einen Rollstuhl so ankoppelbar ist, dass in angekoppeltem Zustand die vorderen, als frei schwenkbare Castoren ausgebildeten kleinen Räder des Rollstuhls angehoben sind. Diese bekannte Zug- und Leitvorrichtung weist ein motorisch angetriebenes Rad auf, das über eine Lenkstange lenkbar ist. Das aus einer derartigen angekoppelten Leitvorrichtung und dem Rollstuhl gebildete Gefährt wird Rollstuhlgespann genannt.
Das vorstehend skizzierte technische Konzept wird in der Praxis seit mehr als vier Jahrzehnten genutzt und bis heute weiterentwickelt. Vergleichbare Zugmittel für Rollstühle und dementsprechende Einrad-Rollstuhlgespanne sind beispielsweise aus der GB 2 124 985 A aus dem Jahre 1982, der DE 200 07 793 U1 aus dem Jahre 2000 und der DE 10 2007 015 851 A1 aus dem Jahre 2007 bekannt.
Nachteilig bei diesem technischen Konzept ist, dass die Radlast und damit der Anpressdruck des Antriebsrades des Zugmittels im Vergleich zur Betriebsgesamtmasse des Einrad-Rollstuhlgespanns nur gering sind, da der Hauptanteil dieser Betriebsgesamtmasse durch die im Rollstuhl sitzende Person eingebracht wird, deren Schwerpunkt im Betrieb wesentlich näher an den hinteren großen Laufrädern liegt als an dem angetriebenen vorderen Zugrad. Dies hat zur Folge, dass über das Zugrad nur ein geringes Antriebsmoment übertragen werden kann und das Zugrad schon bei mäßigen Steigungen und moderater Beschleunigung durchdreht.
Dieses Problem besteht auch bei solchen Zugmitteln, bei denen das lenkbare Rad mittels einer Handkurbelanordnung antreibbar ist. Ein derartiges Zugmittel für einen Rollstuhl ist beispielsweise aus der DE 93 03 981.6 U1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorspannlenkvorrichtung für einen Rollstuhl und ein Rollstuhlgespann mit einer derartigen Vorspannlenkvorrichtung bereitzustellen, um insbesondere das vorstehend dargelegte technische Problem zu lösen.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die Vorspannlenkvorrichtung für einen Rollstuhl gemäß Patentanspruch 1 und ein Rollstuhlgespann mit einer derartigen Vorspannlenkvorrichtung bereitgestellt.
Die erfindungsgemäße Vorspannlenkvorrichtung ist so ausgelegt, dass der Antrieb des erfindungsgemäßen Rollstuhlgespanns, gebildet aus der erfindungsgemäßen Vorspannlenkvorrichtung und einem daran angekoppelten handelsüblichen Rollstuhl mit mindestens einem, vorzugsweise zwei elektrisch antreibbaren Antriebsrädern, nicht nur über das per Handkurbelanordnung von Hand antreibbare beziehungsweise angetriebene lenkbare Rad der Vorspannlenkvorrichtung erfolgt, sondern zusätzlich auch über die elektrisch antreibbaren beziehungsweise angetriebenen Antriebsräder des Rollstuhls, die üblicherweise die großen Hinterräder des Rollstuhls sind. Die erfindungsgemäße Vorspannlenkvorrichtung weist hierzu eine Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, eine an dem Rollstuhl angebrachte elektrische Antriebseinrichtung, das heißt ein elektrisches Antriebsmittel, beispielsweise elektrisch antreibbare beziehungsweise angetriebene Hinterräder des Rollstuhls, entsprechend einer in die Handkurbelanordnung eingeleiteten Kraft anzusteuern.
Es werden somit die elektrischen Antriebsräder des Rollstuhls, das heißt, wenn die erfindungsgemäße Vorspannlenkvorrichtung an einen Rollstuhl angekoppelt ist, des aus der Vorspannlenkvorrichtung und dem angekoppelten Rollstuhl gebildeten Rollstuhlgespanns, in Abhängigkeit von Betrag und Richtung der in die Handkurbelanordnung eingeleiteten mechanischen Kraft angesteuert und zusätzlich wird durch die Drehung der Handkurbelanordnung das lenkbare Rad der Vorspannlenkvorrichtung angetrieben. Ein aus der Vorspannlenkvorrichtung und einem Rollstuhl mit zwei elektrisch angetriebenen Rädern gebildetes Rollstuhlgespann weist damit dann drei Antriebsräder auf. Der Anteil, mit dem die beiden angetriebenen Räder des Rollstuhls am Gesamtvortrieb des Rollstuhlgespanns teilhaben, das heißt der Unterstützungsgrad des elektrischen Antriebs, kann variabel und durch die im Rollstuhl sitzende Person einstellbar sein.
Die erfindungsgemäße Vorspannlenkvorrichtung weist eine Handkurbelanordnung auf, die vorzugsweise auch die Funktion einer Lenkeinrichtung erfüllt, wie dies aus der DE 93 03 981.6 U1 bekannt ist, und verwendet eine in diese Handkurbelanordnung eingeleitete menschliche Kraft im Zusammenhang mit der Ansteuerung der elektrischen Antriebseinrichtung des Rollstuhls. Die in die Handkurbelanordnung eingeleitete menschliche Kraft führt zu einer bestimmten Drehzahl der Handkurbelanordnung. Diese Drehzahl und die Drehrichtung der Handkurbelanordnung, aber auch ein Drehmoment oder eine für das Drehmoment charakteristische Größe, beispielsweise die Verformung eines Bauteils, können Steuergrößen bei der Ansteuerung der elektrischen Antriebseinrichtung des Rollstuhls sein beziehungsweise zur Bildung von Steuergrößen dienen und/oder dazu beitragen.
Erfindungsgemäß kann somit ein Rollstuhlgespann aus einem handelsüblichen Indoor-Rollstuhl und der erfindungsgemäßen Vorspannlenkvorrichtung gebildet werden, das hervorragende Fahreigenschaften hat. Dieses Rollstuhlgespann verleiht dem Indoor-Rollstuhl Outdoor-Eigenschaften, macht die Anschaffung eines separaten Outdoor-Rollstuhls überflüssig, bietet gegenüber dem Stand der Technik eine erheblich bessere Traktion der Antriebsräder und ermöglicht dadurch deutlich bessere Fahreigenschaften auch auf unbefestigten Wegen. Das lenkbare und über die Handkurbelanordnung antreibbare Rad kann so groß ausgeführt werden, dass es die gewünschte Geländegängigkeit sicherstellt, nicht bereits in kleinere Vertiefungen so einsinkt, dass aus diesen nicht mehr herausgefahren werden kann, und auch größere Unebenheiten wie grobes Geröll oder Bordsteine überwunden werden können. Zudem gewährleistet der Betrieb, da nur relativ große Räder, insbesondere nicht die kleinen Castoren, Bodenkontakt haben, einen guten Fahrkomfort. Gleichzeitig gewährleistet der Antrieb durch die elektrisch angetriebenen Räder des Rollstuhls, insbesondere dann, wenn die elektrisch angetriebenen Räder die Hinterräder sind, eine ausgezeichnete Traktion, da der auf den Hinterrädern lastende Anteil der Gesamtbetriebsmasse des Rollstuhlgespanns, bestehend aus dem Rollstuhl, der Vorspannlenkvorrichtung und der in dem Rollstuhl sitzenden Person, erheblich größer ist als derjenige Anteil der Gesamtbetriebsmasse des Rollstuhlgespanns, der auf dem lenkbaren und über die Handkurbelanordnung antreibbaren Rad der Vorspannlenkvorrichtung lastet.
Durch die Handkurbelanordnung wird die Möglichkeit gegeben, den wertvollen Aspekt des körperlichen Trainings bei der Fahrt mit dem Rollstuhlgespann durch die Betätigung der Handkurbelanordnung beizubehalten. Der Vortrieb des erfindungsgemäßen Rollstuhlgespanns, bestehend aus einem handelsüblichen Rollstuhl und der erfindungsgemäßen Vorspannlenkvorrichtung, wird jedoch ergänzt durch den zusätzlichen Beitrag der elektrisch angetriebenen Hinterräder des Rollstuhls.
Wie bereits ausgeführt, kann dieser Beitrag variabel sein, wobei die Unterstützung des Vortriebs eines erfindungsgemäßen Rollstuhlgespanns, bestehend aus einem handelsüblichen Rollstuhl und der erfindungsgemäßen Vorspannlenkvorrichtung, durch den elektrischen Antrieb des Rollstuhls, insbesondere durch die elektrisch angetriebenen Hinterräder des Rollstuhls, einstellbar sein kann. Wahlweise kann die Unterstützung auch in der Art einer Hilfsantriebsvorrichtung erfolgen, wie diese beispielsweise in der DE 198 57 786 A1 beschrieben ist. Während bei der Hilfsantriebsvorrichtungen gemäß der DE 198 57 786 A1 die menschliche Kraft der in dem Rollstuhl sitzenden Person von Hand in Greifringe der hinteren Antriebsräder des Rollstuhls eingeleitet und die Nabenmotoren der Antriebsräder in Abhängigkeit von dieser Kraft, detektiert durch entsprechende Sensoren, durch eine Steuereinrichtung so angesteuert werden, dass ein die manuell eingeleitete Drehrichtung unterstützendes Drehmoment erzeugt wird, wird die menschliche Kraft bei einer derartigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der in dem Rollstuhlgespann sitzenden Person in die Handkurbelanordnung eingeleitet. Dort, das heißt im Bereich der Handkurbelanordnung, im Bereich einer Kraftübertragungseinrichtung, mit der die Drehung der Handkurbelanordnung auf das lenkbare Rad übertragen werden kann, oder im Bereich des lenkbaren Rades werden entsprechende Kenngrößen durch geeignete Sensoren ermittelt. All diese Sensoren, die erforderlich sind, um die in die Handkurbelanordnung eingeleitete menschliche Kraft zu erfassen, werden hier zusammenfassend als Handkurbelanordnungsensoren bezeichnet, unabhängig davon, wo exakt sie bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet sind. Die Signale der Handkurbelanordnungsensoren werden der Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung zugeleitet, dort verarbeitet und entsprechende Steuersignale werden an die elektrische Antriebseinrichtung des Rollstuhls, beispielsweise elektrisch antreibbare beziehungsweise angetriebene Hinterräder des Rollstuhls, abgegeben.
Die elektrische Antriebseinrichtung des Rollstuhls kann einen oder mehrere elektrische Antriebsmotoren aufweisen, wobei im Falle mehrerer Antriebsmotoren auch mehrere Motor-Steuereinrichtungen an dem Rollstuhl vorgesehen sein können. Es versteht sich zudem, dass die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung eine Ansteuerung der an dem Rollstuhl angebrachten elektrischen Antriebseinrichtung beziehungsweise Antriebseinrichtungen je nach Ausführungsform sowohl direkt und eigenständig als auch im Zusammenwirken mit entsprechenden Motor-Steuereinrichtungen des Rollstuhls bewirken kann.
Die elektrische Antriebseinrichtung des Rollstuhls kann auf vielfältige Weise bereitgestellt sein. Ein Rollstuhl, der mit der erfindungsgemäßen Vorspannlenkvorrichtung zur Bereitstellung des erfindungsgemäßen Rollstuhlgespanns verbunden werden kann, kann beispielsweise sowohl ein bereits von der Konzeption her als Elektrorollstuhl ausgelegter Rollstuhl sein als auch ein prinzipiell manueller, das heißt nicht elektromotorisch angetriebener Rollstuhl, der erst durch Austausch der rein manuell antreibbaren Laufräder mit solchen Laufrädern, die mit einem elektrischen Nabenmotor versehen sind, zu einem elektromotorisch angetriebenen Rollstuhl wird. Ein derartiges elektromotorisch angetriebenes Antriebsrad mit einem Nabenmotor, das nicht nur an einem starr ausgeführten, sondern auch an einem faltbaren Rollstuhl angebracht werden kann, ist beispielsweise in der DE 41 27 257 A1 offenbart. Ein anderes derartiges elektromotorisch angetriebenes Antriebsrad mit einem Nabenmotor ist beispielsweise in der DE 199 49 405 C1 offenbart. Alle derartigen Antriebsräder mit Nabenmotor einschließlich solcher wie die in der vorstehend genannten DE 198 57 786 A1 beschriebenen Hilfsantriebsvorrichtung sind Antriebsräder, die einen Rollstuhl zu einem elektromotorisch angetriebenen Rollstuhl im Sinne der vorliegenden Erfindung machen, das heißt zu einem Rollstuhl mit einer elektrischen Antriebseinrichtung, der durch Ankopplung der erfindungsgemäßen Vorspannlenkvorrichtung zu einem erfindungsgemäßen Rollstuhlgespann gemacht werden kann.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die vorstehend beispielhaft aufgezählten Antriebsarten keine abschließende Aufzählung darstellen und dass die erfindungsgemäße Vorspannlenkvorrichtung mit Rollstühlen verwendet und an diese zur Bildung eines erfindungsgemäßen Rollstuhlgespanns angekoppelt werden kann, die andere Arten eines elektrischen Antriebs aufweisen.
Bei elektrisch angetriebenen Rollstühlen werden häufig Antriebsräder mit Nabenmotoren verwendet, beispielsweise solche, wie sie in den vorstehend angegebenen Druckschriften offenbart sind. Eine elektronische Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der Nabenmotoren muss daher bei zwei Antriebsrädern und somit zwei Nabenmotoren eine Ansteuerung beider Motoren bewirken. Die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorspannlenkvorrichtung kommuniziert in einem solchen Fall mit zwei Motor-Steuereinrichtungen, nämlich je einer Motor-Steuereinrichtung für einen Nabenmotor.
Hinsichtlich der Ansteuerung beziehungsweise Steuerung derartiger elektrischer Antriebsräder eines Rollstuhls sind insbesondere zwei Steuerungsarten bekannt, nämlich eine sogenannte Drehmomentsteuerung und eine sogenannte Drehzahlsteuerung.
Bei der üblichen Konstellation mit zwei jeweils über Nabenmotoren angetriebenen Hinterrädern eines Rollstuhls bewirkt eine Drehmomentsteuerung, dass beide Motoren das gleiche Antriebsmoment abgeben. Eine derartige Drehmomentsteuerung ist insbesondere bei sogenannten Bürstenmotoren weit verbreitet. Sie hat zur Folge, dass beide Antriebsräder, nämlich ein linkes und ein rechtes Antriebsrad, das gleiche Drehmoment aufbauen. Tritt allerdings bei einer solchen Drehmomentsteuerung eine einseitige Störgröße auf, insbesondere in Form eines einseitigen Hindernisses, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn eines der Antriebsräder über einen Stein fährt oder wenn auf einem Quergefälle gefahren wird, dann führt das gleiche Drehmoment auf beiden Seiten aufgrund der einseitigen Störgröße zu einer unterschiedlichen Drehzahl. Der Rollstuhl würde somit nicht geradeaus, sondern auf einer Kurve fahren. Eine diesbezügliche Korrektur muss durch einen veränderten Fahrbefehl erfolgen.
Eine Drehzahlsteuerung gibt demgegenüber eine bestimmte Solldrehzahl vor, der die Raddrehfrequenz folgt. Störgrößen der vorstehend erläuterten Art werden somit bereits im Wege dieser Steuerung kompensiert. Ein entsprechender Regler erhöht bei Auftreten eines einseitigen Hindernisses das Drehmoment des betroffenen Motors so, dass die Solldrehzahl beibehalten wird.
Bei der erfindungsgemäßen Vorspannlenkvorrichtung kann der Art der Steuerung der Elektromotoren des Rollstuhls, mit dem die Vorspannlenkvorrichtung zur Bereitstellung des erfindungsgemäßen Rollstuhlgespanns verbunden werden kann, Rechnung getragen werden.
Eine Drehzahlsteuerung hat dann, wenn die Vorspannlenkvorrichtung angekoppelt wird, zur Folge, dass das Rollstuhlgespann die Tendenz hat, unabhängig von dem Lenkvorgang geradeaus fahren zu wollen, da die Antriebsräder auf beiden Seiten mit der gleichen Raddrehfrequenz drehen, während bei einer Kurvenfahrt das kurvenäußere Rad gegenüber dem kurveninneren Rad eine größere Raddrehfrequenz haben muss, wenn Schlupf vermieden werden soll. Einer derartigen Tendenz zum Untersteuern des Rollstuhlgespanns kann dadurch begegnet werden, dass beim Ankoppeln der Vorspannlenkvorrichtung an einen Rollstuhl und dem hierbei stattfindenden Anschluss der Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung der Vorspannlenkvorrichtung an eine Motor-Steuereinrichtung des Rollstuhls der Betriebsmodus der Motor-Steuereinrichtung des Rollstuhls geändert wird von einem Drehzahlsteuerungsmodus in einen Drehmomentsteuerungsmodus, die Ansteuerung der Antriebsräder des Rollstuhls somit nicht mehr als Drehzahlsteuerung erfolgt, sondern als Drehmomentsteuerung. Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass die Motor-Steuereinrichtung des Rollstuhls bei dem Anschluss der Vorspannlenkvorrichtung diese als neuen Teilnehmer des Systems erkennt, beispielsweise über einen RS-485 Bus, und in den Drehmomentsteuerungsmodus umschaltet. Die Drehmomentsteuerung wirkt dann wie ein elektrisches Differenzial und ermöglicht ohne Schlupf die bei Kurvenfahrt zwischen kurveninnerem und kurvenäußerem Rad entstehenden Drehzahlunterschiede.
Verfügt der Rollstuhl demgegenüber über eine Drehmomentsteuerung, so kann diese Steuerung grundsätzlich beibehalten werden.
Bei bestimmten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorspannlenkvorrichtung und des erfindungsgemäßen Rollstuhlgespanns kann jedoch im angekoppelten Zustand der Vorspannlenkvorrichtung an dem Rollstuhl für die Steuerung der Antriebsräder des Rollstuhls eine Drehzahlsteuerung vorgesehen sein. Ein derartiger Drehzahlmodus der Steuerung kann beispielsweise dann gewählt werden, wenn die Vorspannlenkvorrichtung mit einem Lenkwinkelsensor versehen ist, der einen Lenkwinkel erfasst und entsprechende Signale an die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung übermittelt, so dass, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit einer oder mehreren entsprechenden Motor-Steuereinrichtungen des Rollstuhls, bei Kurvenfahrt das kurvenäußere Antriebsrad so angesteuert wird, dass es mit einer gezielt höheren Drehgeschwindigkeit dreht als das kurveninnere Antriebsrad. Hierdurch kann eine besonders gute Fahrstabilität erreicht werden.
Bei allen Ausführungsformen kann, gegebenenfalls neben einer oder mehrerer von außen auf die Räder wirkender Bremsen, eine aktive Motorbremse vorgesehen sein.
Es kann zudem eine Bedieneinrichtung mit einem oder mehreren zusätzlichen Bedienelementen vorgesehen sein, die an der Vorspannlenkvorrichtung selbst oder beispielsweise seitlich am Rollstuhl angebracht sein kann. Die Bedieneinrichtung kann eine Anzeigeeinrichtung aufweisen, die Informationen über Geschwindigkeit, Betriebsmodus, Ladezustand der Batterien und dergleichen anzeigt, und sie kann Schalter und Bedienelemente aufweisen, beispielsweise EIN/AUS-Schalter, Betriebsmodus-Schalter, einen stufenlosen oder mit Stufen versehenen Schalter zum Einstellen eines Unterstützungsgrades und dergleichen. Hierbei können variable oder fest vorprogrammierte Unterstützungsgrade vorgesehen sein.
Die Variabilität des Unterstützungsgrades kann beispielsweise so genutzt werden, dass zu Beginn einer Fahrt, wenn die in dem Rollstuhlgespann sitzende Person noch frisch und ausgeruht ist, und/oder dann, wenn die grundsätzlich geringe Traktion des lenkbaren und durch die Handkurbelanordnung antreibbaren Rades der Vorspannlenkvorrichtung unproblematisch ist, ein nur geringer, gegebenenfalls bis auf Null reduzierter Unterstüzungsgrad durch die elektrischen Antriebsräder des Rollstuhls gewählt wird. Die Kapazität der Batterie kann hierdurch geschont werden. Wenn nach einer gewissen Fahrtdauer und Fahrtstrecke die Kräfte der im Rollstuhl sitzenden Person nachlassen, oder wenn eine gute Traktion der Antriebsräder mehr Bedeutung erlangt, kann der Unterstützungsgrad erhöht werden. Dies ermöglicht eine Weiterfahrt auch bei Ermüdung.
Es besteht zudem die Möglichkeit, dass auch das lenkbare Rad der Vorspannlenkvorrichtung, das über die Handkurbelanordnung mechanisch antreibbar ist, einen elektrischen Antriebsmotor aufweist, der, vorzugsweise als Nabenmotor, als Hilfsantriebsvorrichtung entsprechend dem aus der DE 198 57 786 A1 bekannten Prinzip konfiguriert ist. Dieser elektrische Antriebsmotor des lenkbaren Rades der Vorspannlenkvorrichtung kann dann ebenfalls, mit gegebenenfalls variablem Unterstützungsgrad, in Abhängigkeit von der in die Handkurbelanordnung eingeleiteten Kraft der im Rollstuhl sitzenden Person angesteuert werden. Es wird hierdurch ein durch eine Handkurbelanordnung bedienbares Rollstuhlgespann bereitgestellt, das drei elektrisch antreibbare Räder aufweist, wobei eines der Räder, nämlich das lenkbare Rad der Vorspannlenkvorrichtung, als groß ausgelegtes Rad gute Outdoor-Eigenschaften sicherstellt, und die beiden anderen Antriebsräder relativ nahe am Schwerpunkt der Gesamtbetriebsmasse des Rollstuhlgespanns angeordnet sind und entsprechend gute Traktion aufweisen, und das aufgrund bekannter Schnellkoppelvorrichtungen durch Entkoppeln der Vorspannlenkvorrichtung zudem leicht wieder in einen für den Indoor-Gebrauch geeigneten Rollstuhl zurückverwandelt werden kann.
Die elektrische Verbindung zwischen der Vorspannlenkvorrichtung und deren Komponenten einerseits und dem Rollstuhl und dessen Komponenten, insbesondere dem elektromotorischen Antrieb und der diesbezüglichen Motor-Steuereinrichtungen des Rollstuhls, andererseits kann je nach Ausführungsform drahtlos, beispielsweise über Bluetooth, oder über Kabel, beispielsweise mit Magnetsteckern oder anderen Steckerbauarten, erfolgen.
Mechanisch erfolgt die Ankoppelung zwischen einem Vorspannrahmen der Vorspannlenkvorrichtung und dem Rollstuhl vorzugsweise über eine Schnellkupplung.
Die Erfindung wird nachfolgend weiter erläutert anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen.
In den Zeichnungen ist
1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rollstuhlgespanns, zusammengestellt durch einen Rollstuhl mit elektrisch angetriebenen Hinterrädern und eine angekoppelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorspannlenkvorrichtung mit einer Handkurbelanordnung,
2 eine vergrößerte Teilansicht der Ausführungsform der Vorspannlenkvorrichtung mit Handkurbelanordnung gemäß 1 von vorne,
3 eine vergrößerte Teilansicht der Ausführungsform der Vorspannlenkvorrichtung mit Handkurbelanordnung gemäß 1 von der Seite und
4 ein schematisches Funktionsschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rollstuhlgespanns.
Das in 1 dargestellte Rollstuhlgespann 1 ist zusammengestellt durch Ankopplung einer Vorspannlenkvorrichtung 10 an einen Rollstuhl 100. Der Rollstuhl 100 weist eine Sitzfläche 101, eine Rückenlehne 102, einen Rollstuhlrahmen 103, zwei große, in Vorwärtsfahrtrichtung hinten angeordnete Antriebsräder 104 und zwei kleine, frei schwenkbare und in Vorwärtsfahrtrichtung vorne angeordnete Laufräder 105, die auch Castoren genannt werden, auf. Die Antriebsräder 104 sind jeweils mit einer als Nabenmotor ausgeführten elektromotorischen Antriebseinrichtung 106L, 106R versehen. Die Antriebsräder 104 sind über Steckachsen und Drehmomentabstützungen (nicht gezeigt) lösbar an dem Rollstuhlrahmen befestigt. In Vorwärtsfahrtrichtung gesehen verfügt der Rollstuhl 100 somit über eine linke Antriebseinrichtung 106L und eine rechte Antriebseinrichtung 106R. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verfügen die linke Antriebseinrichtung 106L und die rechte Antriebseinrichtung 106R jeweils über einen Elektromotor (nicht gezeigt), eine Akkumulatoreinrichtung (nicht gezeigt) und eine Motor-Steuereinrichtung 120L, 120R, wobei diese Komponenten in den jeweiligen Nabeneinheiten zusammengefasst sind.
Es versteht sich, dass der Fachmann zahlreiche andere Motorkonfigurationen und Motoranordnungen wählen kann.
Wenn der Rollstuhl 100 alleine, das heißt ohne eine angekoppelte Vorspannlenkvorrichtung betrieben wird, kann er dadurch gelenkt werden, dass der Elektromotor der linken Antriebseinrichtung 106L und der Elektromotor der rechten Antriebseinrichtung 106R so angesteuert werden, dass die jeweiligen Antriebsräder 104 mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen. Die in diesem Betriebszustand den Boden berührenden Castoren 105 folgen der Fahrt infolge ihrer freien Schwenkbarkeit. Entsprechende Fahrbefehle kann die im Rollstuhl sitzende Person über ein Rollstuhl-Bedienelement 140 geben. Das Rollstuhl-Bedienelement 140 kann, fakultativ, einen Joystick 141 aufweisen, dessen Verschwenkung aus einer mittigen Nulllage heraus durch die jeweilige Richtung und das Ausmaß der Verschwenkung eine Fahrt des Rollstuhls mit entsprechender Richtung und Geschwindigkeit zur Folge hat, sowie verschiedene weitere Schalter und Tasten für weitere denkbare Funktionen wie Betriebsmodi und dergleichen. Informationen bezüglich Betriebsmodi und Betriebsdaten wie beispielsweise Fahrgeschwindigkeit, Ladezustand der Akkumulatoreinrichtungen und dergleichen können über ein Rollstuhl-Anzeigeelement 150 angezeigt werden.
Die Vorspannlenkvorrichtung 10 weist einen Vorspannrahmen 13, ein in einer Gabel geführtes Rad 14, das um eine Lenkachse lenkbar ist, eine Handkurbelanordnung 60 und eine Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung 30 auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung 30 in der Handkurbelanordnung 60 angeordnet. Es versteht sich, dass diese bauliche Einheit nicht zwingend ist und dass die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung 30 alternativ separat und an anderer Stelle angeordnet sein kann.
Die Handkurbelanordnung 60 weist Handgriffe 61, Kurbelarme 62 und eine Riemenscheibe 63 auf, die vergrößert in den 2 und 3 dargestellt ist und über die mittels eines Riemens 64 eine Drehung des lenkbaren Rades 14 bewirkt werden kann. Die Riemenscheibe 63 und der Riemen 64 sind Bestandteile einer Kraftübertragungseinrichtung, mit der die Drehung der Handkurbelanordnung 60 auf das lenkbare Rad 14 übertragen werden kann. Es versteht sich, dass der Fachmann hierfür auch andere Kraftübertragungseinrichtungen wählen kann.
Die Funktionen des Rollstuhl-Anzeigeelements 150 und des Rollstuhl-Bedienelements 140 können wahlweise ganz oder auch teilweise, ersatzweise oder zusätzlich, durch ein Vorspannlenkvorrichtung-Anzeige-/Bedienelement 25 (in 1 nicht gezeigt) übernommen werden.
Je nach Ausführungsform der Vorspannlenkvorrichtung 10 kann zudem ein Lenkwinkelsensor 40 vorgesehen sein. Der Lenkwinkelsensor 40 erfasst einen Lenkwinkel, beispielsweise im Bereich der Lenkachse, und ist mit der Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung 30 verbunden.
Die Drehgeschwindigkeit und/oder die Drehrichtung der Handkurbelanordnung 60 und/oder der Kraftübertragungsanordnung, insbesondere der Riemenscheibe 63, und/oder des lenkbaren Rades 14 und/oder das in die Handkurbelanordnung 60 und/oder die Kraftübertragungsanordnung, insbesondere die Riemenscheibe 63, und/oder das lenkbare Rad 14 eingeleitete Drehmoment werden durch einen oder mehrere Handkurbelanordnungsensoren 69 (in 1 nicht gezeigt) erfasst und diesbezügliche Signale an die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung 30 geleitet, die in Abhängigkeit dieser Signale die Motor-Steuereinrichtungen 120L, 120R der linken Antriebseinrichtung 106L und der rechten Antriebseinrichtung 106R der Hinterräder 104 ansteuert.
Die Handkurbelanordnung 60 weist somit die Funktionalität einer Bedieneinrichtung auf, da durch Drehen eine Ansteuerung und damit Bedienung der elektrischen Antriebseinrichtung 106L, 106R bewirkt werden kann, und gleichzeitig die Funktionalität einer Lenkeinrichtung, da das lenkbare Rad 14 gelenkt werden kann, während eine in dem Rollstuhlgespann 1 sitzende Person mit ihren Händen an den Handgriffen 61 die Riemenscheibe 63 über die Kurbelarme 62 dreht.
Der Vortrieb des Rollstuhlgespanns 1 kann gemäß einer, hier nicht dargestellten Ausführungsform bewirkt werden zum einen durch die Drehung des lenkbaren Rades 14 infolge der mechanischen Kraftübertragung von der Riemenscheibe 63 über den Riemen 64 und, infolge der Ansteuerung durch die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung 30, zum anderen durch Drehung der Hinterräder 104 infolge der Unterstützung durch die linke Antriebseinrichtung 106L und die rechte Antriebseinrichtung 106R in Abhängigkeit von der Drehung des lenkbaren Rades 14 beziehungsweise der in die Handkurbelanordnung 60 eingeleiteten Kraft.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist das lenkbare Rad 14 zusätzlich einen elektrischen Antriebsmotor 70 auf, der in dieser Ausführungsform als Nabenmotor 70 ausgeführt und als Hilfsantriebsvorrichtung konzipiert ist, wie sie grundsätzlich aus der DE 198 57 786 A1 bekannt ist. Bei dieser Ausführungsform wird der Vortrieb des Rollstuhlgespanns 1 bewirkt durch die Drehung des lenkbaren Rades 14 sowohl infolge der mechanischen Kraftübertragung von der Riemenscheibe 63 über den Riemen 64 als auch infolge der zusätzlichen Unterstützung durch den als Hilfsantriebsvorrichtung konzipierten Nabenmotor 70 und durch Drehung der Hinterräder 104 infolge der Unterstützung durch die linke Antriebseinrichtung 106L und die rechte Antriebseinrichtung 106R in Abhängigkeit von der Drehung des lenkbaren Rades 14 beziehungsweise der in die Handkurbelanordnung 60 eingeleiteten Kraft.
Die Vorspannlenkvorrichtung 10 ist an dem Rollstuhl 100 angekoppelt. Hierzu sind an dem Vorspannrahmen 13 und an dem Rollstuhlrahmen 103 entsprechende kompatible Elemente einer Ankoppeleinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen.
Wenn, wie in 1 gezeigt, die Vorspannlenkvorrichtung 10 an dem Rollstuhl 100 angekoppelt ist, sind die ursprünglich den Boden berührenden Castoren 105 vom Boden abgehoben. Das Rollstuhlgespann 1 ruht und fährt somit nur auf den Antriebsrädern 104 des Rollstuhls 100 und dem Rad 14 der Vorspannlenkvorrichtung 10. Ein Lenken des Rollstuhlgespanns 1 ist damit über das Rad 14 möglich.
In diesem Zustand ist, wie in 4 gezeigt, die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung 30 mit den Motor-Steuereinrichtungen 120L, 120R verbunden. Die Verbindung kann über ein Kabel oder auch drahtlos, beispielsweise per Bluetooth, realisiert werden.
Eine Anzeige der Betriebsdaten kann erfolgen über ein Vorspannlenkvorrichtung-Anzeige-/Bedienelement 25 (in 1 nicht gezeigt) und/oder über beide Anzeigeelemente, das heißt das Rollstuhl-Anzeigeelement 150 und das Vorspannlenkvorrichtung-Anzeige-/Bedienelement 25. Zudem können Bedienbefehle über das Vorspannlenkvorrichtung-Anzeige-/Bedienelement 25 und/oder das Rollstuhl-Bedienelement 140 eingegeben werden.
Wenn die Vorspannlenkvorrichtung 10 an dem Rollstuhl 100 angekoppelt ist, erfolgt die Ansteuerung der Antriebseinrichtungen 106L und 106R über die beziehungsweise in Verbindung mit der Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung 30. Hierbei sind verschiedene Konfigurationen und Auslegungen möglich. Insbesondere kann die Ansteuerung mit einem variablen Unterstützungsgrad erfolgen.
Da das Rad 14 im angekoppelten Zustand über die Handkurbelanordnung 60 gelenkt wird, werden die Antriebseinrichtungen 106L, 106R vorzugsweise im Drehmomentmodus, das heißt dem Betriebsmodus der Drehmomentsteuerung, betrieben, da dieser wie ein Differential wirkt und eine durch das Rad 14 vorgegebene Kurvenfahrt ohne Schlupf ermöglicht. Waren die Motor-Steuereinrichtungen 120L, 120R vor der Ankopplung der Vorspannlenkvorrichtung 10 so eingestellt, dass die Antriebseinrichtungen 106L, 106R im Drehzahlmodus, das heißt dem Betriebsmodus der Drehzahlsteuerung, operieren, so erkennt die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung 30 dies beim Ankoppeln und bewirkt, dass auf den Drehmomentmodus umgeschaltet wird.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Drehzahlmodus beibehalten wird. In einem solchen Fall kann mittels des Lenkwinkelsensors 40 der Lenkwinkel des Rades 14 erfasst werden und, basierend hierauf, die Ansteuerung der Antriebseinrichtungen 106L, 106R so vorgenommen werden, dass bei Kurvenfahrt dem Drehzahlunterschied zwischen dem kurveninneren und dem kurvenäußeren Rad Rechnung getragen wird.
Die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung 30 besteht typischerweise aus einer integrierten Halbleiterschaltung, die zum Beispiel eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), ein ROM, das ein Programm oder mehrere Programme speichert, und ein RAM, das als Arbeitsfläche dient, aufweist. Als funktionales Element ist sie Bestandteil der Vorspannlenkvorrichtung 10. Bestimmte Programme oder auch physikalische Element können allerdings bereits am Rollstuhl 100 vorgesehen sein, werden jedoch erst dann aktiviert, wenn die Vorspannlenkvorrichtung 10 an den Rollstuhl 100 zur Bildung des Rollstuhlgespanns 1 angekoppelt wird.
Es versteht sich, dass dem Fachmann geeignete Übertragungsmittel zur Übertragung von Leistungsstrom und von Steuersignalen zur Verfügung stehen, insbesondere drahtlos, beispielsweise per Bluetooth, oder über Kabel und geeignete Steckerverbindungen.
Es versteht sich zudem, dass Art und Anzahl des elektrischen Antriebsmittels des Rollstuhls, insbesondere die Anzahl der angetriebenen Räder des Rollstuhls und damit des Rollstuhlgespanns ebenso wie die Anzahl der gelenkten Räder der Vorspannlenkvorrichtung nicht auf das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19857786 A1 [0002, 0017, 0017, 0019, 0032, 0051]
DE 2446573 [0006]
GB 2124985 A [0007]
DE 20007793 U1 [0007]
DE 102007015851 A1 [0007]
DE 9303981 U1 [0009, 0014]
DE 4127257 A1 [0019]
DE 19949405 C1 [0019]

Claims

Vorspannlenkvorrichtung (10) für einen Rollstuhl (100), der mindestens ein elektrisches Antriebsmittel (106L, 106R) aufweist, umfassend: einen Vorspannrahmen (13), der dazu ausgelegt ist, an den Rollstuhl (100) angekoppelt zu werden, ein mittels einer Lenkeinrichtung (60) lenkbares Rad (14) und eine Handkurbelanordnung (60), mittels derer das lenkbare Rad (14) über eine Kraftübertragungseinrichtung (63, 64) antreibbar ist, gekennzeichnet durch eine Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung (30), die dazu ausgelegt ist, ein an dem Rollstuhl angebrachtes elektrisches Antriebsmittel (106L, 106R) entsprechend einer in die Handkurbelanordnung (60) eingeleiteten Kraft anzusteuern.
Vorspannlenkvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen Handkurbelanordnungsensor (69) zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit und/oder der Drehrichtung der Handkurbelanordnung (60) und/oder der Kraftübertragungseinrichtung (63, 64) und/oder des lenkbaren Rades (14) und/oder des in die Handkurbelanordnung (60) und/oder die Kraftübertragungseinrichtung (63, 64) und/oder das lenkbare Rad (14) eingeleiteten Drehmoments und zur Ausgabe von Signalen bezüglich der in die Handkurbelanordnung (60) eingeleiteten Kraft an die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung (30).
Vorspannlenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Handkurbelanordnung (60) Teil der Lenkeinrichtung (60) ist.
Vorspannlenkvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Lenkwinkelsensor (40) aufweist, der einen Lenkwinkel des lenkbaren Rades (14) erfasst.
Vorspannlenkvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handkurbelanordnung (60) ein Vorspannlenkvorrichtung-Anzeige-/Bedienelement (25) aufweist.
Vorspannlenkvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lenkbare Rad (14) einen elektrischen Antriebsmotor (70) aufweist.
Vorspannlenkvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung (30) den Betriebsmodus des elektrischen Antriebsmittels (106L, 106R) des Rollstuhls (100) festlegt.
Rollstuhlgespann (1), umfassend einen Rollstuhl (100) mit einem elektrischen Antriebsmittel (106L, 106R) und eine Vorspannlenkvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Rollstuhlgespann (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch antreibbare Antriebsmittel (106L, 106R) eine elektrische Antriebseinrichtung (106L, 106R) für ein Antriebsrad (104) ist und dass der Rollstuhl (100) zwei elektrisch angetriebene Antriebsräder (104) aufweist.
Rollstuhlgespann (1) nach Anspruch 9, soweit dieser auf Anspruch 4 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkelsensor (40) dem Lenkwinkel des lenkbaren Rades (14) entsprechende Signale an die Vorspannlenkvorrichtung-Steuerungseinrichtung (30) übermittelt, so dass bei Kurvenfahrt die elektrische Antriebseinrichtung (106L, 106R) so angesteuert wird, dass ein kurvenäußeres Antriebsrad (104) des Rollstuhls (100) mit einer gezielt höheren Drehgeschwindigkeit dreht als ein kurveninneres Antriebsrad (104) des Rollstuhls (100).
Rollstuhlgespann (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Rollstuhl-Bedienelement (140) und/oder ein Rollstuhl-Anzeigeelement (150) und/oder ein Vorspannlenkvorrichtung-Anzeige-/Bedienelement (25) aufweist.