DE20306954U1

DE20306954U1 - Rollstuhl mit Schwungrad

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Publication number: DE20306954U1
Application number: DE20306954U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-04
Filing date: 2003-05-04
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2013-05-05

Abstract

Rollstuhl mit mit einem Rahmen (1), mehreren als Rolhnitteln dienenden Rädern, wobei zwei dieser Räder (2) mit Handkraft angetrieben werden, mit zwei Schwungrädern (3), welche drehbar um ihre Symmetrieachse (4) am Rahmen (1) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass je eines der zwei genannten angetriebenen Räder (2) in ständiger Arbeitsverbindung mit je einem der genannten Schwungräder (3) steht, wobei diese Arbeitsverbindung für spezielle Zwecke wie rangieren oder Notbremsung gelöst werden kann.

Description

Handrollstühle werden üblicherweise durch eine diskontinuierliche Anschiebbewegung der Hände an den Greifreifen der Antriebsräder angetrieben.
Die Vorrichtung dient dazu, den Wirkungsgrad des Rollstuhlantriebes zu verbessern. Sie enthält zwei Schwungräder, die in Arbeitsbeziehung zu den Antriebsrädern stehen.
Während der Anschiebbewegung wird ein Teil der Antriebsleistung im Schwungrad zwischengespeichert und während der Ausrollphase freigesetzt.
Probleme durch den klassischen diskontinuierlichen Rollstuhlantrieb
Zum einen bewirkt die Beschleunigung in der Schwungphase eine Belastung der Halswirbelsäule. Praktisch alle Rollstuhlfahrer bekommen dort nach einer Weile Probleme, die zu einer Verringerung der Halswirbelsäulen-Beweglichkeit führen, auf die Rollstuhlfahrer besonders angewiesen sind. Zweitens erfordert das normal schnelle Fahren auf schlechten Untergründen eine hohe Anschiebfrequenz, die den Wirkungsgrad und Fahrkomfort verschlechtert.
Der Wirkungsgrad der Anschieb-Bewegung liegt beim Handrollstuhl bei etwa 10%() (abhängig von Leistung und Fahrgeschwindigkeit), dies ist das Verhältnis der vom Körper aufzuwendenden Leistung im Verhältnis zu der Leistung, die tatsächlich an den Antriebsrädern ankommt.
Hauptverursacher dieser Verluste von immerhin 90% ist die hohe „Leerlaufleistung". Damit gemeint ist die Leistung, die zum Ausführen der Antriebsbewegung „im Leerlauf" notwendig ist, ohne dass eine Antriebsleistung erbracht wird. Die Arme müssen beschleunigt werden, um die Antriebsbewegung durchzuführen und am Ende des Arbeitsweges wieder abgebremst werden, ohne dass deren gespeicherte kinetische Energie genutzt wird. Dazu kommen noch Verluste durch die Greifbewegung, die etwa 10% betragen.
Lösung durch diesen Erfindungsvorschlag
Indem in den Schwungrädern ein Teil der Antriebsenergie, bevorzugt 20%, gespeichert wird, verringert sich die Anschiebfrequenz und die damit verbundenen kinetischen Verluste durch die Leerlaufleistung und die Verluste durch die Greifbewegung. Daneben werden während der Anschiebphase die Scherkräfte zwischen Körper und Kopf verringert und damit die Belastung der Halswirbelsäule.
Dabei muss der Rollstuhlfahrer nicht auf seinen gewohnten Bewegungsablauf verzichten.
Die Schutzansprüche beziehen sich auf
Ziffer 1: Einen Rollstuhl, welcher zwei handgetriebene Räder als Rollmittel enthält. Diese sind drehbar am Rahmen befestigt. Daneben befinden sich an Rahmen oder an den genannten Rädern drehbar befestigt zwei Schwungräder. Jedes der zwei Schwungräder steht in ständiger Arbeitsverbindung mit den handgetriebenen Rädern, wobei diese Arbeitsverbindung aber für spezielle Manöver wie Notbremsungen oder Rangieren in Wohnungen gelöst werden kann. Beim Antreiben der handgetriebenen Räder werden also die Schwungräder mit angetrieben bzw. die Schwungräder treiben in der Ausrollphase die Antriebsräder an. Die Schwungräder sind fest am Rahmen oder an den Antriebsrädern befestigt oder mittels Schnellverschlüssen oder Steckverbindung. Sie können im letzteren Fall entfernt werden, wenn sie nicht gebraucht werden.
Ziffer 2: Ein Rollstuhl wie unter Ziffer 1 beschrieben, wobei jedes Schwungrad mit je einem Antriebesrad über eine Rutschkupplung in Arbeitsverbindung steht. Dadurch wird bei Notabbremsungen verhindert, daß das Schwungrad den Bremsweg verlängert. Außerdem schont die Rutschkupplung das Getriebe.
Ziffer 3: Ein Rollstuhl wie unter Ziffer 1 oder 2 beschrieben, wobei die genannte Arbeitsverbindung zwischen Schwungrad und Antriebsrad ausgekuppelt werden kann, wenn die Schwungräder nicht gebraucht werden, wie beim Rangieren in der Wohnung oder beim Sport.
Ziffer 4: Die Antriebsräder stehen mit den Schwungrädern über ein Zwischengetriebe in Arbeitsverbindung. Kennzeichnend ist, dass ein Antriebsrad über ein Zwischengetriebe mit Drehrichtungsumkehr das Schwungrad antreibt und das andere Antriebsrad über ein Zwischengetriebe ohne Drehrichtungsumkehr das Schwungrad antreibt. Dadurch drehen sich bei gleichsinniger Drehung der Antriebsräder die Schwungräder gegensinnig. Dadurch neutralisieren sich die Kreiselkräfte der zwei Schwungräder. Diese würden sich bei Richtungsänderungen des Rollstuhles sonst störend bemerkbar machen,
Ziffer 5: Rollstuhl mit Schwungrädern wie oben beschrieben, wobei die genannte Arbeitsverbindung über ein Differential-Drive-Getriebe erfolgt. Dieses ist entweder ein Planetengetriebe oder ein Getriebe mit einem Hohlrad und einem exzentrisch darin bewegten Innenrad, zum Beispiel ein Harmonic Drive^® Getriebe oder wie in WO 9803804 beschrieben. Diese Getriebe können bei hohem Wirkungsgrad hohe Übersetzungen bei gleichzeitig hohem Drehmoment leisten.
Ziffer 6: Rollstuhl mit Schwungrädern wie oben beschrieben, wobei je ein Schwungrad und ein Antriebsrad eine Einheit bilden und mittels Steckachse gemeinsam vom Rahmen entfernt werden kann. Es kann dann einfach gegen ein leichteres Normalrad ausgetauscht werden. Da die Steckachse den An- und Abtriebskräften des Schwungrades Stand halten muss, muß die Steckverbindung zum Rahmen verdrehsicher sein. Eine normale drehrunde Steckachse würde sich drehen.
Definitionen
Ein Rollstuhl besteht hier aus einem Rahmen und mindestens drei Rollmitteln (Rollen auf dem Untergrund) und weiteren Teilen. Zwei der Rollmittel seien die Antriebsräder, welche der Fahrer antreibt und welche Antriebskräfte auf den Untergrund übertragen. Ein Schwungrad sei hier eine etwa drehsymmetrische Masse, welche drehbar um ihre Drehsymmetrieachse befestigt ist. Es speichert hier kinetische Energie durch Rotation.
Wenn zwei Teile in Arbeitsverbindung stehen, kann eine Leistung oder Bewegung von einem Teil auf das andere übertragen werden. Sie findet hier bevorzugt über ein Getriebe statt. Gelöst werden kann die Arbeitsverbindung hier durch Auskuppeln des Getriebes oder Durchdrehen der Rutschkupplung. Eine Rutschkupplung ist eine über Reibung bis zu einer vorgegebenen Grenze belastbare Arbeitsverbindung, die beim überwinden der Reibungskräfte durchdreht.
Die oben genannten Ziffern beziehen sich auf die Schutzansprüche mit der gleichen Nummerierung.
Stand der Technik
Fahrzeuge mit Schwungrad in Arbeitsverbindung mit den Rollmitteln sind zum Beispiel als Kinderspielzeug dienende Schwungradautos, die von Hand angeschoben werden und lange ausrollen.
In US-Pat 5,826,897 von Beard, 1998 wird ein Rollstuhl vorgeschlagen, bei dem sich die Schwungräder unabhängig von den Antriebsrädern drehen und die bei Bedarf eingekuppelt werden können, um ihre Antriebsenergie auf die Antriebsräder zu übertragen. Ähnliches gilt für US-Pat 4,779,485 von Dollison, 1988.
Ausführungsbeispiel
Jedes der großen Rollstuhlantriebsräder ist mit einem Schwungrad verbunden.
Bevorzugt handelt es sich um ein 600 g schweres Schwungrad von 40 cm Durchmesser, das über ein 1:20 Zahnriemen-Getriebe mit je einem der zwei Antriebsräder (24") verbunden ist. Bei einem 75 kg schweren Fahrer +15 kg Rollstuhl nimmt die Trägheit des Rollstuhles um 20% =16kg zu. (2× Schwungradgewicht × Übersetzungsverhältnis × Durchmesserverhältnis Antriebsrad/Schwungrad, also 2 × 0,6 kg × 20 × 0,66 = 16 kg.)
Dadurch senkt sich die Anschiebfrequenz, wenn etwa für eine bestimmte Wegstrecke 100 Anschiebbewegungen notwendig waren, sind es jetzt etwa nur 80. Die aus der Drehung der Schwungräder entstehenden Kreiselkräfte werden bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung neutralisiert, indem die Schwungräder sich gegenläufig drehen, Das wird bewirkt, indem ein Getriebe eine Drehrichtungsumkehr bewirkt und das andere nicht.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform dreht sich jedes Schwungrad um die gleiche Achse wie das große Antriebsrad und dicht daneben. Bevorzugt dreht es sich innerhalb des Greifreifens. Damit der Rollstuhl nicht zu breit wird, wird ein schmales Dünnringkugellager statt zwei normalen Lagern nebeneinander bevorzugt, ebenso ein Getriebe von kurzer Bauform wie ein einstufiges Differential Drive-Getriebe.
Werden aus Gewichtsgründen kleinere Schwungräder bevorzugt, muss die Getriebeübersetzung höher sein. Um den Wirkungsgrad dennoch hoch und die Geräuschentwicklung niedrig zu halten, werden Differential Drive Getriebe wie der Harmonic Drive^® bevorzugt.
Zeichnungen
1 zeigt einen Rollstuhl nach Schutzanspruch 4 in Seitenansicht von links.
Die nicht sichtbaren Teile des Zahnriemengetriebes sind gestrichelt gezeichnet.
2 Zeigt einen Rollstuhl nach Schutzanspruch 4 in Seitenansicht von rechts. Das Zanhnriemengetriebe bewirkt eine Drehrichtungsumkehr.

Claims

Rollstuhl mit mit einem Rahmen (1), mehreren als Rolhnitteln dienenden Rädern, wobei zwei dieser Räder (2) mit Handkraft angetrieben werden, mit zwei Schwungrädern (3), welche drehbar um ihre Symmetrieachse (4) am Rahmen (1) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass je eines der zwei genannten angetriebenen Räder (2) in ständiger Arbeitsverbindung mit je einem der genannten Schwungräder (3) steht, wobei diese Arbeitsverbindung für spezielle Zwecke wie rangieren oder Notbremsung gelöst werden kann.
Rollstuhl nach Schutzanspruch 1, wobei genannte Arbeitsverbindung über eine Rutschkupplung (5) erfolgt.
Rollstuhl nach Schutzanspruch 1 oder 2, wobei genannte Arbeitsverbindung mittels eines oder zwei Schaltern (6) oder Betätigungsknöpfen gelöst und wieder hergestellt werden kann.
Rollstuhl nach Schutzanspruch 1 oder 2 oder 3 wobei jedes der zwei genannten angetriebenen Räder über je ein Zwischengetriebe (7) in Arbeitsverbindung mit je einem der zwei genannten Schwungräder steht, die genannten zwei Zwischengetriebe (7) sind dadurch gekennzeichnet, daß eines der zwei genannten Zwischengetriebe eine Arbeitsverbindung mit Drehrichtungsumkehr zwischen einem Antriebsrad (2) und dem einem Schwungrad (3) bewirkt und das andere der zwei genannten Getriebe keine Drehrichtungsumkehr zwischen anderen Antriebsrad (2) und dem anderen Schwungrad (3) bewirkt.
Rollstuhl nach Schutzanspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß genannte Arbeitsverbindung über Differential-Drive Getriebe (8) erfolgt.
Rollstuhl nach einem der vorherigen Schutzansprüche, wobei die Antriebsräder mittels Steckachsen (9) am Rahmen (1) befestigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Schwungrad (3) so auf einem Antriebsrad (2) gelagert ist, daß es beim Lösen der Steckachse (9) vom Rahmen gemeinsam mit dem Antriebsrad (2) vom Rahmen (1) entfernt wird, wobei die Steckachse so geformt ist, daß sie sich im eingesteckten Zustand im Bezug zum Rahmen nicht verdrehen kann.