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Krankenfahrstuhl mit elektrischem Fahrantrieb
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Die Erfindung betrifft einen Krankenfahrstuhl mit zwei, von je einem
Elektromotor einzeln angetriebenen, nicht lenkbaren großen Rädern, und zwei jeweils
in - einer Radgabel um eine vertikale Achse um 360 ° schwenkbar gelagerten kleinen
Nachlaufrädern, die jeder gewünschten, durch unterschiedliche Drehzahlen der beiden
Antriebsräder bewirkten Fahrtrichtungsänderung, durch Einschwenken in eine dem jeweiligen
Kurvenradius entsprechende Seitenwinkelstellung folgen.
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Fahrgeschwindigkeits- und Fahrtrichtungsänderungen erfolgen bei dieser
Ausführung durch eine sogenannte " Kreuzknüppel- Steuerung" , die es ermöglicht,
je nach Steuerknüppelstellung, die beiden Antriebsmotoren sowohl mit gleichen als
auch mit unterscheidlichen Drehzahlen und bei entsprechender Steuerknüppelstellung
auch gegenläufig zu be -treiben, wodurch sich eine unübertroffene Wendigkeit bis
hin zum Drehen um die Hochachse des Krankenfahrstuhles ergibt ( siehe auch deutsche
Offenlegungsschrift 2 203 770 ).
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Bei bekannten Krankenfahrstühlen der oben beschriebenen Art sind (
aus noch zu erklärenden Gründen ) die großen, -angetriebenen Räder hinten, und die
kleinen Nachlaufräder vorn angeordnet. Diese Ausführung läßt sich aufgrund ihrer
Fahrgeometrie und Schwerpunktlage in Bezug auf die Radachsen mit den bekannten elektronischen
Steuerungen zufriedenstellend fahren und ohne Schleuderneigung lenken, hat jedoch
den großen Nachteil, daß höhere Türschwellen in Wohnräumen und insbesondere Bordsteinkanten
oder ähnliche Hindernisse auf der Straße
bei normaler Vorwärtsfahrt
nur bedingt oder garnicht überwunden werden können.
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Weitere bekannte Ausführungen elektromotorisch angetriebener Krankenfahrstühle
haben wegen der dadurch besseren Überwindbarkeit von Hindernissen die großen, angetriebenen
Räder vorn angeordnet, und hinten angeordnete kleine Lenkräder, die über Spurstangenhebel
und Spurstange verbunden sind, und mechanisch oder elektromechanisch gelenkt werden.
Die Nachteile dieser Ausführung ergeben sich aus dem durch die Lenkmechanik bedingten
größeren konstruktiven Bauaufwand und vor allem aus der eingeschränkten Wendigkeit
( kein Drehen um die Hochachse möglich), zumal aus Gründen der Fahrsicherheit (
Gefahr des Schleuderns und Umkippens ) bei großer Fahrgeschwindigkeit der Lenkausschlag
stark eingeschränkt werden muß ( siehe auch deutsche Offenlegungsschrift 2 906 372
).
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Für einen möglichst universellen Einsatz ist daher ein Krankenfahrstuhl
mit zwei einzeln angetriebenen, vorn angeordneten großen Rädern und zwei hinten
angeordneten kleinen Nachlaufrädern wünschenswert! Praktische Fahrversuche und ausführliche
Testreihen haben jedoch ergeben, daß diese Ausführung eines Krankenfahrstuhles aufgrund
seiner Fahrgeometrie und seiner ungünstigen Schwerpunktlage in Bezug auf die Radachsen
schon bei mittleren Lenkbewegungen stark übersteuert, ins Schleudern gerät und somit
für die mitfahrende behinderte Person ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt.
Durch Modifikation der mechanischen Konstruktion ( Änderung von Nachlauf, Radsturz
und Spreizung der kleinen Nachlaufräder ) ist keine wesentliche Verbesserung dieses
negativen Fahrverhaltens zu erreichen.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, dieses negative Fahrverhalten
durch entsprechende Ausbildung der elektronischen Steuerung zu beseitigen und dadurch
bei dieser Krankenfahrstuhl- Ausführung ein einwandfreies, gefahrloses Fahrverhalten
zu erreichen, ohne die Lenkbarkeit
und besondere Wendigkeit einzuschränken.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Krankenfahrstuhl
mit zwei, von je einem Elektromotor einzeln angetriebenen, nicht lenkbaren, vorn
angeordneten großen Rädern, und zwei hinten angeordneten kleinen Nachlaufrädern
mit einer elektronischen Steuerung derartiger Funktion ausgestattet ist, daß bei
großer Drehzahldifferenz der Antriebsräder, entsprechend einem kleinen Kurvenradius
die mögliche Fahrgeschwindigkeit klein ist, und bei geringer bzw. keiner Drehzahldifferenz
der Antriebsräder entsprechend einem großen Kurvenradius bzw. Geradeausfahrt, die
mögliche Fahrgeschwindigkeit groß ist. Das heißt, daß durch die besondere, noch
näher zu beschreibende Funktion der Steuerelektronik die Antriebsdrehzahlen beider
Motoren und damit die Fahrgeschwindigkeit umgekehrt proportional zur Drehzahldifferenz
der Antriebsmotoren bei kleiner werdendem Kurvenradius automatisch reduziert wird,
und bei großem Kurvenradius die volle Fahrgeschwindigkeit ermöglicht wird.
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Fahrversuche haben ergeben, daß durch diesen, die Übersteuerungs-und
Schleuderneigung dämpfenden Effekt der Erfindung, das gewünschte sichere Fahrverhalten
bei uneingeschränkter Wendigkeit erreicht wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ergibt sich gegenüber der in der deutschen Offenlegungsschrift 2 906 372 beschriebenen
Ausführung -dadurch, daß der mögliche kleine Kurvenradius nicht von einer kleinen
Fahrgeschwindigkeit abhängig ist, sondern daß die Steuerelektronik über den jeweiligen
( durch den Steuerknüppel vorgegebenen) Kurvenradius auf die Fahrgeschwindigkeit
einwirkt, sodaß plötzliche Ausweichmanöver mit kleinem Kurvenradius auch aus voller
Fahrgeschwindigkeit heraus gefahrlos ausgeführt werden können, ohne daß dazu erst
die Fahrgeschwindigkeit reduziert werden muß.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Krankenfahrstuhls
Figur 2 eine Draufsicht auf denselben Krankenfahrstuhl Figur 3 eine schematische
Darstellung der Steuerung und des Antriebes Figur 4 ein Blockschaltbild der elektronischen
Steuerung.
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Der Krankenfahrstuhl hat zwei große Vorderräder (10), die nicht lenkbar,
und zwei kleine rückseitige Nachlaufräder (11), die mittels einer Radgabel (12)
um 3600 schwenkbar, am Fahrgestell (13) gelagert sind.
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Jedes Vorderrad (10) wird von einem elektrischen Getriebemotor (14)
gedreht.
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Der Steuerknüppel (15) ist, in Mittelstellung durch Federdruck selbstneutralisierend,
in einem Steuergehäuse (16) nach allen Richtungen schwenkbar gelagert und arbeitet
als Sollwertgeber auf zwei kreuzdiagonal angeordnete Geberpotentiometer PR u.PL
( Drehwiderstände Fig. 4). Im Elektronikgehäuse (17) werden die Gleichspannungspegel
der Geberpotentiometer in Fahrimpulse umgesetzt und verstärkt und dann den Getriebemotoren
(14) zugeführt ( Fig. 3).
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Die Anordnung der Geberpotentiometer PR u.PL nach Fig. 4 bewirkt,
daß der Krankenfahrstuhl vorwärts fährt, wenn der Steuerknüppel (15) in Richtung
des mit v bezeichneten Pfeiles ausgelenkt wird, und daß der Krankenfahrstuhl rückwärts
fährt, sobald man den Steuerknüppel in Richtung r auslenkt. Auslenkungen in Richtung
R oder L bewirken, daß der Krankenfahrstuhl auf der Stelle wendet, und zwar einmal
rechtsdrehend und einmal linksdrehend ( vergl. Radius R1 Fig. 2). Auslenkungen in
den angedeuteten diagonalen Richtungen bewirken eine entsprechende Kurvenfahrt.
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Eine Kurvenfahrt bei großem Radius R3 ist mit voller Fahrgeschwindigkeit
möglich. Bei einem kleineren Radius als R3 erfolgt eine Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit
im Bereich zwischen den Radien R3 und R2 (vergl.
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Fig. 2). Mit den Buchstaben R und L wird in der Fig. 4 auf Baugruppen,
bzw. Funktionen hingewiesen, die der rechten oder linken Antriebseinheit zugeordnet
sind.
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Die Geberpotentiometer PR u. PL werden in geeigneter Weise mit einer
stabilisierten Spannung versorgt. Durch Vergleich der abgegriffenen Potentiometerspannung
mit einer Referenzspannung in den Fahrtrichtungskomparatoren K werden bei Abweichungen
von den Mittelstellungen der Geberpotentiometer PR u. PL die Schaltspannungen für
die Fahrtrichtungsrelais gewonnen.
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Die der jeweiligen Steuerknüppelstellung entsprechenden abgegriffenen
Gleichspannungspegel werden für jede Seite getrennt über die Verstärker V auf Komparatoren
gegeben, die mit der Dreieckspannung aus dem Dreieckgenerator G als Gleichspannungs/
Pulsbreiten- Umsetzer F, im folgenden kurz Fahrimpuls- Komparatoren genannt, arbeiten
und die Fahrimpulse, in Abhängigkeit von den ralativen Pegeln der angelegten Spannungen,
mit einem Tastverhältnis von 0... 100 % erzeugen. Ein zweiter Ausgang des Dreieckgenerators
G speist zwei weitere Gleichspannungs/ Pulsbreiten- Umsetzer B, im folgenden kurz
Bremsimpuls- Komparatoren genannt, die über Pulsinverter P die zwischen den Fahrimpulsen
liegenden Bremsimpulse erzeugen.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die verstärkten
Geberpotentiometerpegel über einen Maximalwertbegrenzer M symmetrisch auf einen
Differenzverstärker D gegeben werden, dessen Ausgangspegel über eine Minimalwertschwelle
S den Dreieckgenerator G ansteuert und dadurch die relative Lage ( den Gleichspannungsoffset)
der Dreieckspannung an den Ausgängen des Dreieckgenerators G in der Richtung verschiebt,
daß bei größerer Pegeldifferenz der Geberpotentiometer PR u. PL die Fahrimpuls-
Komparatoren F schmalere Fahrimpule abgeben und damit die Drehzahlen beider Motoren
herabregeln. Die Minimalwertschwelle S bewirkt, daß kleine Pegeldifferenzen noch
keine Drehzahlreduzierung bewirken, damit große Kurvenradien mit voller Geschwindigkeit
gefahren werden können, während der Maximalwertbegrenzer M die großen Pegeldifferenzen,
die z.B. beim Wenden um die Hochachse des
Krankenfahrstuhls auftreten,
soweit begrenzt, daß die Fahrimpulse nicht zu schmal werden und der Krankenfahrstuhl
auch bei extremen Steuerknüppelstellungen voll manövriefähig bleibt.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal für die Funktion der Erfindung stellen
die Bremsimpule dar, die nach dem Prinzip der Wirbelstrombremse die EMK der Motoren
während der Fahrimpulspausen über eine ( hier nicht gezeichnete) Transistorschaltstufe
kurzschließen und ein Nachlaufen der Motoren beim Herabregeln der Fahrgeschwindigkeit
verhindern. Durch d iese Maßnahme wird ein weiches, aber genügend schnelles Abbremsen
des Krankenfahrstuhls auf gefahrlose niedrige Geschwindigkeiten bei kleinen Kurvenradien,
aber auch bei gewollten bzw. unbewußten extremen Steuerknüppelbewegungen durch die
mitfahrende behinderte Person erreicht.
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Um einen sicheren zeitlichen Abstand zwischen den Impulsflanken der
Fahr- und Bremsimpulse zu erreichen, wird die Dreieckspannung für die Bremsimpuls-
Komparatoren B mit einer Gleichspannungsoffsetdifferenz von etwa 1% in Bezug auf
die Dreieckspannung für die Fahrimpuls- Komparatoren F dem Dreieckgenerator G entnommen.
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Es wurde hier bewußt kein geschlossener Regelkreis mit Soll- Istwertvergleich
( wie in der deutschen Offenlegungsschrift 2 203 770 beschrieben) verwendet, da
ein solcher Regelkreis für diesen Anwendungszweck wegen der relativ großen Massenträgheit
des gesamten Systems und der nicht selbsthemmenden Getriebe viel zu langsam regeln
würde und außerdem sehr leicht Regelschwingungen auftreten könnten.
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In dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die
Komparatoren, die Verstärker und der Dreieckgenerator durch billige integrierte
Operationsverstärker realisiert, während der Maximalwertbegrenzer und die Minimalwertschwelle
mit Universaldioden aufgebaut sind.