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Die
Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für ein Rollstuhllrad,
welches ein Laufrad und einen Greifreifen umfasst, wobei die Sensoranordnung
ein Laufradbefestigungsteil und ein Greifreifenbefestigungsteil
sowie zumindest einen eine auf den Greifreifen ausgeübte
Kraft detektierenden Sensor umfasst.
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Eine
derartige Sensoranordnung ist beispielsweise aus der
DE 198 48 530 C1 bekannt.
Insbesondere ist aus dieser Druckschrift eine Ansteuervorrichtung
für Hilfsantriebsvorrichtungen für Selbstfahrerrollstühle
mit einem in einem mit dem Laufrad des Rollstuhls fest verbundenen
Gehäuse begrenzt schwenkbar gelagerten Anker bekannt, dessen
Spitze mit einem Greifring des Laufrads verbunden ist, wobei zwei
seitliche Arme des Ankers jeweils von einem Federelement beaufschlagt
sind, die den Anker nach Beendigung einer Krafteinleitung auf den
Greifring in eine Nullstellung zurückbewegen, und mit einer
Sensoreinrichtung zur Er fassung der Schwenkposition des Ankers,
deren Signale den Unterstützungsgrad der Hilfsantriebsvorrichtung
bestimmen, bekannt.
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Derartige
Ansteuervorrichtungen bzw. Sensoranordnungen dienen dazu, zu erfassen,
wenn ein Benutzer mittels des Greifreifens entweder versucht, den
Rollstuhl anzutreiben oder ihn zu bremsen. Die Betätigung
des Greifreifens durch einen Benutzer wird erfasst und in Abhängigkeit
von der Betätigung wird ein Hilfsantrieb zugeschaltet.
Ein solcher Hilfsantrieb soll dafür sorgen, dass bei Bergauf-
oder Bergabfahrten der Rollstuhlfahrer nicht überlastet wird.
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Bekannte
Sensoranordnungen haben jedoch den Nachteil, dass die Signalerfassung
nur über eine relativ große Auslenkung, d. h.
Relativbewegung, zwischen dem Greifreifen und dem Laufrad erfolgt. Es
kommt zu Auslenkungen von mehreren Zentimetern in beide Richtungen.
Dadurch ergibt sich ein unsicheres Gefühl für
den Rollstuhlfahrer, dem die direkt spürbare Anbindung
Greifreifen – Laufrad fehlt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Sensoranordnung
bereitzustellen, die mit geringeren Auslenkungen bzw. Relativbewegungen
zwischen Greifrad und Laufrad auskommt.
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Gelöst
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine
Sensoranordnung der eingangs genannten Art, wobei das Laufradbefestigungsteil
und das Greifreifenbefestigungsteil über zumindest zwei
parallel angeordnete Biegeplättchen verbunden sind. Durch
die Biegeplättchen, die vorzugsweise aus biegeelastischem
Material ausgebildet sind, wird nur eine geringe Relativbewegung
zwischen Greifreifenbefestigungsteil und Laufradbefestigungsteil
ermöglicht und erlaubt. Insbesondere wird nur eine Parallelbewegung
der beiden Befestigungsteile relativ zueinander zugelassen. Dadurch,
dass die Biegeplättchen vorzugsweise biegeelastisch ausgebildet
sind, erfolgt eine automatische Rückstellung, wenn am Greifreifen
keine Kraft mehr eingeleitet wird. Zusätzliche Federelemente
wie im Stand der Technik sind nicht notwendig.
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Durch
die erfindungsgemäße Sensoranordnung ist eine
weglose bzw. beinahe weglose Signalerfassung im Bereich zwischen
0 und 2 mm möglich. Eine solche Relativbewegung zwischen
Greifreifenbefestigungsteil und Laufradbefestigungsteil ist für einen
Benutzer nicht oder kaum spürbar, und es ergibt sich ein
sichereres Gefühl für einen Benutzer.
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Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn die Biegeplättchen an zumindest
einem der Befestigungsteile, insbesondere materialschlüssig
oder formschlüssig, befestigt sind. Dadurch ergibt sich eine
besonders gute Verbindung zwischen Biegeplättchen und Befestigungsteil.
Eine materialschlüssige Verbindung hat darüber
hinaus den Vorteil, dass kein Spiel auftritt. Dies ist hilfreich
bei der Realisierung einer weglosen oder nahezu weglosen Sensorik.
Außerdem ist es möglich, zumindest ein Befestigungsteil
und die Biegeplättchen in einem Herstellungsgang als ein
Bauteil herzustellen. Grundsätzlich ist es denkbar, dass
beide Befestigungsteile materialschlüssig mit dem Biegeplättchen
verbunden sind.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Biegeplättchen
an einem Sensorkopf, insbesondere materialschlüssig oder
formschlüssig, befestigt sind, der wiederum an einem Befestigungsteil
befestigt ist. Die Biegeplättchen können dadurch
an einem Ende über den Sensorkopf verbunden sein. Der Abstand
der Biegeplättchen kann durch den Sensorkopf konstant gehalten werden.
Wenn die Biegeplättchen materialschlüssig mit
dem Sensorkopf verbunden sind, tritt auch an dieser Stelle kein
Spiel auf. Außerdem kann der Sensorkopf gemeinsam mit den
Biegeplättchen und/oder einem Befestigungsteil, beispielsweise
als Spritzgussteil, hergestellt werden.
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Zur
Befestigung des Sensorkopfs an einem Befestigungsteil können
zusätzliche Befestigungsmittel vorgesehen sein. Insbesondere
kann der Sensorkopf mit einem Befestigungsteil verschraubt sein. Durch
die Verschraubung können Toleranzen, zum Beispiel im Abstand
zwischen Laufrad und Greifreifen, ausgeglichen werden. Es ist denkbar,
dass zwischen Sensorkopf und damit verschraubtem Befestigungsteil
ein Spalt vorhanden ist.
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Weitere
Vorteile ergeben sich, wenn das Laufradbefestigungsteil zumindest
teilweise ein Gehäuse ausbildet und die Biegeplättchen
in dem Gehäuse angeordnet sind. Dadurch können
die Biegeplättchen vor äußeren Einflüssen
geschützt angeordnet werden. Durch das Gehäuse
kann insbesondere sichergestellt werden, dass die Biegeplättchen
nicht umknicken, sodass eine Funktionsstörung der Sensoranordnung
ausgeschlossen wird.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zumindest
eine Sensor als Drucksensor bzw. Kraftsensor ausgebildet ist. Die
Drucksensoren können dabei insbesondere mit dem Sensorkopf
zusammenwirken. Drucksensoren, insbesondere weglose Drucksensoren,
haben den Vorteil, dass Sensorsignale erzeugt werden können, ohne
dass eine Bewegung des Sensorkopfs, der mit dem Biegeplättchen
verbunden ist, notwendig ist bzw. sodass nur eine minimale Bewegung
notwendig ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt demnach
im Wesentlichen keine Wegmessung, sondern im Wesentlichen eine Kraftmessung.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen
sein, dass der zumindest eine Sensor einem Biegeplättchen
oder einer Seite des Sensorkopfs gegenüberliegend angeordnet
ist. Eine Krafteinleitung durch den Greifreifen auf die Biegeplättchen
oder den Sensorkopf kann somit unmittelbar detektiert werden. Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass
zwischen dem zumindest einen Sensor und einem Biegeplättchen
oder einer Seite des Sensorkopfs ein Puffer bzw. Aktuator, insbesondere
spielfrei, angeordnet ist. Durch diese Maßnahme kann die Relativbewegung
zwischen Laufrad und Greifreifen noch weiter reduziert werden. Die
Handhabung für einen Benutzer wird dadurch verbessert.
Der Puffer bzw. Aktuator kann aus einem starren oder elastischen
Material ausgebildet sein. Durch den Puffer bzw. Aktuator wird sichergestellt,
dass die Krafteinleitung auf den Sensor an einer definierten Stelle
erfolgt. Durch den Puffer, der zylindrisch oder scheibenförmig
ausgebildet sein kann, wird vorteilhafterweise der herstellungsbedingte
Raum zwischen Sensorkopf und Sensor überbrückt.
Der Puffer bzw. Aktuator kann an dem Sensor befestigt, insbesondere verklebt,
sein.
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Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn zwei Sensoren vorgesehen sind, die jeweils
einem Biegeplättchen oder einer Seite des Sensorkopfs gegenüberliegend
angeordnet sind. Durch die Verwendung von zwei Sensoren kann besonders
einfach festgestellt werden, ob eine Krafteinleitung über
den Greifreifen in Vorwärts- oder Rückwärtsfahrrichtung erfolgt.
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Weiterhin
kann eine Sensorplatine vorgesehen sein, die mit dem zumindest einen
Sensor verbunden ist. Dabei können die Sensoren, insbesondere
die Drucksensoren, Kontaktpins zur elektrischen Verbindung mit der
Sensorplatine aufweisen. Die Kontaktpins können in die
Sensorplatine eingesteckt und mit dieser verlötet sein.
Die Sensorplatine kann mit einer Antriebssteuerung oder direkt mit
einem Antrieb, insbesondere elektromotorischen Antrieb, elektrisch
leitend verbunden sein.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Sensorplatine innerhalb des Gehäuses
angeordnet ist. Dadurch ist auch die Sensorplatine geschützt
angeordnet. Außerdem kann sie in unmittelbarer Nähe
der Sensoren angeordnet werden, sodass die Sensoren kabellos mit
der Sensorplatine verbunden werden können.
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In
den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Rollstuhlrad
mit einem Laufrad und einem Greifreifen, wobei das Laufrad und der
Greifreifen durch zumindest eine erfindungsgemäße
Sensoranordnung verbunden sind.
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Für
die Steuerung des Antriebs ist es nur notwendig, eine Sensoranordnung
am Rollstuhlrad vorzusehen. Allerdings sollte der Greifreifen noch
an weiteren Stellen mit dem Laufrad verbunden sein. Die Verbindung
sollte jedoch eine ähnliche Mimik aufweisen wie die Sensoranordnung.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann daher
vorgesehen sein, dass das Laufrad und der Greifreifen durch eine oder
mehrere Verbindungsanordnungen verbunden sind, wobei die Verbindungsanordnung
einer Sensoranordnung ohne Sensoren und Sensorplatine entspricht.
Die Verbindungsanordnungen und die Sensoranordnung sind daher im
Wesentlichen identisch aufgebaut, mit dem Unterschied, dass die
Verbindungs anordnungen keine Sensoren und keine Sensorplatine aufweisen.
Auch die Puffer zwischen Sensorkopf und Sensor können entfallen.
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Auch
ein Rollstuhl mit einem erfindungsgemäßen Rollstuhlrad
fällt in den Rahmen der Erfindung.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche
Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort
gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich
zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen
Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können.
Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für
sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten
der Erfindung verwirklicht sein.
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In
der schematischen Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines Rollstuhlrads ohne Speichen;
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2 eine
Schnittdarstellung gemäß der Linie II-II der 1;
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3 eine
Draufsicht auf eine Sensoranordnung;
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4 eine
Schnittdarstellung der Sensoranordnung der 3 gemäß der
Linie IV-IV;
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5 eine
perspektivische Darstellung der Sensoranordnung mit offenem Gehäuse.
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Die 1 zeigt
ein Rollstuhlrad 10 mit einer Felge 11, die Bestandteil
eines Laufrads ist, und einem Greifreifen 12. Die Felge 11 und
der Greifreifen 12 sind konzentrisch zu einer Nabe 13 angeordnet. Der
Greifreifen 12 ist über eine Sensoranordnung 15 und
insgesamt fünf Verbindungsanordnungen 16 bis 20 mit
dem Laufrad, insbesondere der Felge 11, verbunden. Der
Unterschied der Sensoranordnung 15 zu den Verbindungsanordnungen 16 bis 20 liegt
lediglich darin, dass die Verbindungsanordnungen 16 bis 20 keine
Sensorik aufweisen. Über den Greifreifen 12 kann
das Rollstuhlrad 10 manuell durch einen Benutzer angetrieben
werden. Die von einem Benutzer an dem Greifreifen 12 eingebrachte
Kraft kann durch die Sensoranordnung 15 erfasst werden.
Entsprechend der eingebrachten Kraft kann ein hier nicht dargestellter
(Hilfs-)Antrieb angesteuert werden, um einen Benutzer bei der Fortbewegung
des Rollstuhls zu unterstützen.
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Die 2 zeigt
eine Schnittdarstellung gemäß der Linie II-II
der 1. Die Felge 11 weist eine Ausnehmung 21 auf,
in der ein Laufreifen angeordnet werden kann. Der hier nicht dargestellte
Laufreifen und die Felge 11 zusammen mit der Nabe 13 bilden ein
Laufrad, an dem der Greifreifen 12 befestigt ist.
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Die 3 zeigt
eine Ansicht der Sensoranordnung 15. Die Sensoranordnung 15 umfasst
ein Greifreifenbefestigungsteil 25 sowie ein Laufradbefestigungsteil 26.
Das Greifreifenbefestigungsteil 25 weist eine muldenförmige
Ausnehmung 27 auf, in die eine Schraube 28 ragt,
sodass das Greifreifenbefestigungsteil 25 über
die Schraube 28 mit dem Greifreifen 12 verbunden
werden kann. Das Laufradbefestigungsteil 26 weist Schrauben 29 bis 31 auf,
sodass das Laufradbefestigungsteil 26 über die
Schrauben 29 bis 31 mit dem Laufrad, insbesondere
der Felge 11, verbunden werden kann. Das Greifreifenbefestigungsteil 25 und
das Laufradbefestigungsteil 26 sind in geringfügigem
Maß relativ zueinander beweglich. Durch die später
noch näher zu beschreibende Sensorik kann diese Relativbewegung
erfasst werden und können entsprechend der Relativbewegung Sensorsignale
an eine Antriebssteuerung oder direkt ein Antrieb gegeben werden.
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Die 4 zeigt
eine Schnittdarstellung gemäß der Linie IV-IV
der 3. Dieser Schnittdarstellung kann man entnehmen,
dass die Schrauben 29, 31 das Lauf radbefestigungsteil 26 durchragen,
wobei die Schraubenachsen der Schrauben 29, 31 einen Winkel
von etwa 90° zueinander einnehmen. Dadurch kann eine besonders
zuverlässige Befestigung an der Felge 11 erfolgen.
Weiterhin ist die Ausnehmung 27 für den Greifreifen 12 gut
zu erkennen. Die Schraube 28 durchragt das Greifreifenbefestigungsteil 25.
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Das
Greifreifenbefestigungsteil 25 ist mit dem Laufradbefestigungsteil 26 über
eine Schraube 33 verbunden. Die Schraube 33 durchgreift
einen noch näher zu beschreibenden Sensorkopf 34,
der mit dem Laufradbefestigungsteil 26 verbunden ist.
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Der
Darstellung der 4 kann man weiterhin entnehmen,
dass das Laufradbefestigungsteil 26 gehäuseartig
ausgebildet ist. Innerhalb des Gehäuses ist weiterhin eine
Sensorplatine 35 angeordnet, die innerhalb des Gehäuses
verschraubt ist.
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Die 5 zeigt
eine perspektivische Darstellung der Sensoranordnung 15 bei
geöffnetem Gehäuse und fehlender Sensorplatine 35.
Der Sensorkopf 34 ist, wie bereits beschrieben, mit dem
Greifreifenbefestigungsteil 25 über die Schraube 33 verbunden.
Der Sensorkopf 34 ist überdies über zwei
Biegeplättchen 36, 37 mit dem Laufradbefestigungsteil 26 verbunden.
Insbesondere sind die Biegeplättchen 36, 37 materialschlüssig
mit dem Laufradbefestigungsteil 26 und dem Sensorkopf 34 verbunden.
Die Biegeplättchen 36, 37 sind aus biegeelastischem Material
hergestellt.
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Alternativ
können die materialschlüssig verbundenen Biegeplättchen 36, 37 durch
zwei parallel gelagerte Teile ersetzt werden. Die Biegeplättchen 36, 37 führen
eine parallele Bewegung aus.
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Das
Greifreifenbefestigungsteil 25 und das Laufradbefestigungsteil 26 sind
also über die Biegeplättchen 36, 37 miteinander
verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist das Greifreifenbefestigungsteil 25 mittelbar über
den Sensorkopf 34 und die Schraube 33 mit den
Biegeplättchen 36, 37 verbunden bzw.
daran befestigt. Eine unmittelbare Befestigung des Greifreifenbefestigungsteils 25 an
den Biegeplättchen 36, 37 ist jedoch
denkbar.
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Konstruktionsbedingt
kann der Sensorkopf 34 und damit das damit verbundene Greifreifenbefestigungsteil 25 nur
parallel zur Wandung 26.1 bewegt werden. Diese Bewegung
ist jedoch äußerst minimal und für einen
Benutzer quasi nicht wahrnehmbar. Wird demnach von einem Benutzer
eine Kraft auf einen Greifreifen 12 und damit das Greifreifenbefestigungsteil 25 ausgeübt,
kann sich der Sensorkopf 34 in Pfeilrichtung 38 oder 39 bewegen.
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Bei
einer Bewegung in Pfeilrichtung 38 drückt der
Sensorkopf 34 über einen Puffer bzw. Aktuator 40 auf
einen Drucksensor 41. Der Drucksensor 41 ist vorzugsweise
als wegloser Drucksensor ausgebildet. Über Kontaktpins 42.1, 42.2 ist
er mit der Sensorplatine 35 verbunden. Der Aktuator 40 ist
insbesondere spielfrei zwischen dem Sensorkopf 34 und dem
Drucksensor 41 angeordnet. Der Drucksensor 41 ist
gegenüberliegend einer Seite 43 des Sensorkopfs 34 angeordnet,
wobei die Seite 43 auch als Bestandteil bzw. Verlängerung
des Biegeplättchens 36 aufgefasst werden kann.
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Auf
der gegenüberliegenden Seite des Sensorkopfs 34 ist
entsprechend ein Puffer bzw. Aktuator 44 angeordnet, der
auf einen Drucksensor 45 drückt, wenn eine Bewegung
des Sensorkopf 34 in Pfeilrichtung 39 erfolgt.
Der Sensor 45 ist ebenfalls als wegloser Drucksensor ausgebildet
und gegenüberliegend der Seite 46 des Sensorkopfs 34 angeordnet, wobei
auch die Seite 46 als Verlängerung des Biegeplättchens 37 aufgefasst
werden kann. Auch der Sensor 45 weist Kontaktpins 47.1, 47.2 zur
Sensorplatine 35 auf. Der Aktuator 44 ist spielfrei
zwischen dem Sensorkopf 34 und dem Drucksensor 45 angeordnet.
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Das
gehäuseartig ausgebildete Laufradbefestigungsteil 26 begrenzt
den Weg des Sensorkopfs 34. Dies ermöglicht eine
direkte Kraftübertragung, ohne die Sensoranordnung 15 zu
zerstören. So kann der Greifreifen 12 auch manuell
genutzt werden, d. h. zum Antrieb des Rollstuhls auch ohne Zusatzantrieb.
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Weiterhin
begrenzt das gehäuseartige Laufradbefestigungsteil 26 (oder
in einer alternativen Ausgestaltung ein separates Gehäuse)
den Weg in Achsrichtung der Steckachse der Biegeplättchen 36, 37.
Die Biegeplättchen 36, 37 können
somit nicht zerstört oder beschädigt werden, wenn
eine Kraft in Steckachsrichtung auf den Greifreifen 12 wirkt.
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Weiterhin
ist in der 5 eine Schraube 48 zu
erkennen, mit der die Sensorplatine 35 befestigt werden
kann. Auf der Sensorplatine werden die Signale der Drucksensoren
auf ein Kabel geführt.
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Dadurch,
dass der Sensorkopf 34 über die beiden Biegeplättchen 36, 37 mit
dem Laufradbefestigungsteil 27 verbunden ist, erfolgt nach
einer erfolgten Auslenkung in Pfeilrichtung 38 oder Pfeilrichtung 39 stets
wieder automatisch eine Rückstellung in die Ausgangsstellung,
also eine Mittenlage, sobald der Greifreifen nicht mehr mit einer
Kraft beaufschlagt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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