DE4127257A1 - Kleinfahrzeug, insbesondere rollstuhl mit faltbarem stuhlgestell - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kleinfahrzeug, insbesondere eine Rollstuhl mit einem Stuhlgestell mit mindestens zwei Saufrädern, die jeweils mittels eines im Bereich ihrer Nabe angeordneten Gleichstrommotors mit Getriebe antreib­ bar sind.

Elektromotorisch betriebene und mit nachladbaren Batterien versehene Kleinfahrzeuge sind bekannt, auch elektromoto­ risch betriebene Rollstühle.

Elektromotorisch betriebene Rollstühle haben den Nachteil, daß sie im Gegensatz zu handbetriebenen Rollstühlen bisher nicht in eine Form gebracht werden konnten, die ihren Transport im Kofferraum eines normalen Personenkraftfahr­ zeuges erlauben. Zwar ist bereits ein elektromotorisch be­ triebener Rollstuhl bekannt, bei welchem die Antriebs­ motoren als Radnabenmotoren ausgebildet sind. Dadurch wird aber nur erreicht, daß in einem nicht zusammenfaltbaren Stuhlgestell mehr Platz für die Anordnung der Batterien anfällt. Die Radnabenmotoren stehen aus der Laufradebene zum Stuhlgestell hin über und erfordern ein besonderes, fest am Stuhlgestell verankertes Sagerungsgestell für die Saufräder. Werden die Elektromotoren für den Handbetrieb der Laufräder ausgekuppelt, muß der Rollstuhlfahrer einen Teil des Antriebsgetriebes mitbewegen, weil die Kupplung innerhalb des verwendeten Getriebes ausgebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromoto­ risch betriebenes Kleinfahrzeug, insbesondere einen elek­ tromotorisch betriebenen Rollstuhl, mit Nabenmotoren so auszubilden, daß das Fahrzeug, inbesondere der Rollstuhl, zum Transport leicht in Einzelteile zerlegbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird mit einem Kleinfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Laufräder als mit einer an dem Gestell lösbar ver­ ankerbaren Steckachse versehene, abnehmbare Räder ausge­ bildet sind, daß jeder Gleichstrommotor einschließlich seines Getriebes ohne Überstand innerhalb der antreibbaren Radnabe angeordnet ist und daß der Stator jedes Gleich­ strommotors über ein Stützteil lösbar am Gestell, insbe­ sondere einem faltbaren Rollstuhlgestell, verankerbar ist.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Kleinfahrzeug hat den Vorteil, daß seine Saufräder zusammen mit ihrem Antriebs­ motor mit einem einfachen Handgriff von dem Fahrzeugge­ stell abgenommen werden können, wie dies von motorlosen, faltbaren Rollstühlen her bekannt ist. Das Fahrzeugge­ stell, insbesondere ein Rollstuhlgestell, bleibt dement­ sprechend auch von den Antriebsmotoren seiner Laufräder unbelastet, so daß es faltbar gestaltet werden kann, wie dies von motorlosen Rollstühlen her bekannt ist. Mit der Erfindung lassen sich daher auch handelsübliche motorlose Rollstühle mit zusammenfaltbarem Stuhlgestell nachträglich für einen elektromotorischen Antrieb nachrüsten. Für die Aufnahme der Batterien kann ein Gestellzusatz vorgesehen werden, der mindestens weitgehend an den abnehmbaren Lauf­ rädern abstützbar und für den Transport des Rollstuhles abnehmbar ist. Die Gestellkonstruktion und der freie Gestellraum bleiben durch die Nabenmotoren unbeeinflußt, weil die Motoren keinen Überstand über die Laufradebene haben. Am Gestell muß lediglich eine Befestigungsstelle für ein Stützteil ausgebildet werden, mit welchem der Stator jedes Gleichstrommotors drehfest abgestützt wird. Die elektrische Stromversorgung und Steuerung der beiden Nabenmotoren kann zweckmäßig jeweils über eine am Stütz­ teil für den Motorstator angeordnete lösbare Steckverbin­ dung für die elektrischen Leitungen erfolgen.

Die Antriebsmotoren können vorteilhafterweise als mehr­ polige, elektronisch kommutierte, bürstenlose Gleichstrom­ motoren mit einem Permanentmagnetläufer, und die nachge­ schalteten Getriebe können als Planetenradgetriebe ausge­ bildet sein. Dadurch läßt sich eine kompakte, raumsparende und relativ gewichtsarme Antriebseinheit ausbilden, die den zusätzlichen Vorteil erbringt, daß der kommutierte Gleichstrommotor einen größeren Wirkungsgrad als ein übli­ cher Gleichstromnebenschlußmotor aufweist und dadurch der Stromverbrauch aus den Batterien vermindert werden kann. Die Laufräder mit dem integrierten Antriebsteil lassen sich dadurch mit einem Gewicht herstellen, das auch einer Frau das Ein- und Ausladen dieser Laufräder in einen und aus einem Personenkraftwagen erlaubt. Der kommutierte Gleichstrommotor hat außerdem den Vorteil, daß er bei Fahrten bergab als Generator wirken und Strom zurück in die Batterie liefern kann. Die Steuereinrichtung für den Elektroantrieb kann erfindungsgemäß in einen am Fahrzeug­ gestell angeordneten Masterprozessor mit dem Bedienungs­ teil für den Fahrer und in zwei nachgeordnete Motorprozes­ sorteile gegliedert sein, die mindestens teilweise motor­ nahe in den Laufradnaben untergebracht, also in den An­ triebsteil integriert sind. Dadurch erübrigen sich viele Steuerleitungen, und es ergibt sich eine übersichtliche, reparaturfreundliche Gliederung der Teile, was auch die wichtige Betriebssicherheit eines elektromotorisch betrie­ benen Rollstuhles erhöht.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kleinfahrzeug kann vorteilhafterweise eine vom Fahrzeugbenutzer, also auch von einem Rollstuhlbenutzer, betätigbare Kupplung zwischen dem Getriebe der Nabenmotoren und der Nabe angeordnet sein, so daß bei gelöster Kupplung keine Teile der in den Laufrädern untergebrachten Getriebe mitbewegt werden müs­ sen. Zweckmäßig kann die Kupplung eine mit einem Planeten­ träger des Planetenradgetriebes verbundene Zahnscheibe aufweisen, in welche in der Radnabe verstellbar gelagerte Mitnehmer einrastbar sind, die mittels eines an der Naben­ außenseite gelagerten, dem Fahrzeugbenutzer leicht zugäng­ lichen Schaltringes ausrastbar sind. Die Mitnehmer der Kupplung können als zweiarmige, in der Radnabe gelagerte Schwenkhebel ausgebildet sein, die an ihrem einen freien Ende einen mit der Zahnscheibe zusammenwirkenden Kupp­ lungsrastvorsprung aufweisen und mit ihrem anderen freien Ende mit an dem konzentrisch auf der Nabe gelagerten Schaltring ausgebildeten Steuerflächen zusammenwirken.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines Nabenmotors für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Rollstuhl anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen zentralen Längsschnitt durch die Nabe eines Laufrades für einen Rollstuhl mit dem eingebauten Antriebsteil;

Fig. 2 und 3 einen Schnitt durch die Antriebskupplung entlang der Linie II/III-II/III in Fig. 1, einmal bei geschlossener und einmal bei gelöster Kupplung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild von der elektrischen Steuereinrichtung des Rollstuhls.

Der zentrale Längsschnitt der Fig. 1 zeigt den kompakten Aufbau des aus Elektromotor, Planetenradgetriebe und einer Kupplung bestehenden Antriebsteils für ein großes Laufrad eines Rollstuhles. Alle Teile sind innerhalb einer topf­ artig ausgebildeten Radnabe 10 angeordnet, die über ein Kugellager 11 auf einem Zahnkranzträger 12 eines Planeten­ radgetriebes gelagert ist. Der stationäre Teil der An­ triebsvorrichtung umfaßt eine konzentrische Steckachse 13, die in einer Buchse 14 gehaltert ist und die in eine Adap­ terhülse 15 einsteckbar ist, die zusammen mit einer An­ schlagwandung 16 am nicht dargestellten Rollstuhl be­ festigt ist. Die Steckachse 13 ist mittels eines von Steckrädern her bekannten Kugelsperrbolzens 17, der über einen durch das Nabengehäuse hindurchführenden Bedienungs­ stift 18 längsverstellbar ist, aus der Adapterhülse 15 ausrastbar. An der Nabe 10 sind Ringstege 10.1 mit Bohrun­ gen zur Verankerung von nicht dargestellten Speichen des Laufrades ausgebildet.

Die stationäre Buchse 14 bildet das Zentrum einer Gehäuse­ wanne 19, die durch einen Deckel 20 dicht verschließbar ist und einen äußeren Ringflansch 21 aufweist. Innerhalb der Gehäusewanne ist eine Leiterplatte 22 mit Teilen einer noch zu erwähnenden Steuerschaltung geschützt angeordnet.

Mit dem äußeren Ringflansch 21 der Gehäusewanne 19 ist eine in die Radnabe 10 mit geringem Abstand hineinragende Ringwandung 23 verbunden, die Teil eines Schutzgehäuses für den elektrischen Antriebsmotor ist und mit einem stationär gehaltenen Motortragkörper 24 lösbar verbunden ist. An der Ringwandung 23 ist ein ringförmiger Stator­ träger 25 für die aus einzelnen Polwicklungen zusammen­ gesetzte Statorwicklung 26 befestigt. Der scheibenförmige Läufer 27 des Gleichstrommotors ist an seinem verbreiter­ ten Außenrand mit Permanentmagneten 28 besetzt und über ein Kugellager 29 in dem Motortragkörper 24 gelagert, der gleichzeitig auch als Tragkörper für Teile des Planeten­ radgetriebes, so für den Zahnkranzträger 12, dient.

An dem Außenringflansch 21 des Wannengehäuses 19 ist an einer Umfangsstelle ein Steckrohr 30 befestigt, das beim Einstecken des Laufrades ebenfalls in eine am Rollstuhl­ gestell befestigte Adapterhülse 32 einsteckbar ist. Über das Steckrohr 30 werden die stationären Teile der An­ triebsvorrichtung am Rollstuhlgestell abgestützt. Außerdem führen durch dieses Rohr in nicht dargestellter Weise die Verbindungsleitungen zur Statorwicklung 26 des Gleich­ strommotors und zu der Leiterplatine 22 bis zu einem am Ende des Steckrohres 30 ausgebildeten elektrischen Steck­ körper mit mehreren Steckern, der mit einer in der Adapterhülse 32 angeordneten, nicht dargestellten passen­ den Steckdose zusammenwirkt.

Der Läufer 27 des Gleichstrommotors ist mit einer Hohl­ welle 35 verbunden, die über ein Kugellager 36 in einem Planetenradträger 37 für eine zweite Planetenradstufe ge­ lagert ist. Auf der Hohlwelle 35 ist ein Sonnenrad 38 für eine erste Stufe des Planetenradgetriebes ausgebildet, das mit auf Lagerzapfen 40 angeordneten Planetenrädern 39 der ersten Stufe in Eingriff steht. Ein Sonnenrad 41 für die zweite Stufe des Planetenradgetriebes ist als Hohlrad kon­ zentrisch auf der Hohlwelle 35 angeordnet und steht mit Planetenrädern 42 der zweiten Stufe in Eingriff, die auf Lagerzapfen 43 angeordnet sind. Die Lagerzapfen 43 für die Planetenräder 42 des zweiten Satzes sind in dem Planeten­ radträger 37 befestigt. Alle Planetenräder 39 und 42 käm­ men mit Innenzahnkränzen des stationären Zahnkranzträgers 12.

Über das zweistufige Planetenradgetriebe wird das vom Läu­ fer 27 des Gleichstrommotors gelieferte Drehmoment auf den kugelgelagerten Planetenradträger 37 übertragen und von dort aus über eine Kupplung auf die Nabe 10.

Die Kupplung, die im einzelnen aus den beiden Fig. 2 und 3 in Draufsicht ihrer Teile ersichtlich ist, besteht aus einer mit dem Planetenradträger 37 fest verbundenen Mit­ nehmer-Zahnscheibe 45, zwischen deren Zähne 45.1 Zähne 46.1 von Kupplungsmitnehmern 46 einrasten können. Es sind zwei Kupplungsmitnehmer vorgesehen, die als zweiarmige, um in der Nabe 10 verankerte Lagerzapfen 47 verschwenkbare doppelarmige Hebel ausgebildet sind. Die Mitnehmerzähne 46.1 befinden sich am freien Ende des einen Hebelarmes. Der andere Hebelarm ist an seinem freien Ende mit einem Gleitnocken 48 versehen. An dieser Stelle greift am Kupp­ lungsmitnehmer 46 auch eine Druckfeder 49 an, mit welcher die Kupplungsmitnehmer 46 in ihre aus Fig. 2 ersichtliche Einraststellung vorgespannt sind. Die Gleitnocken 48 der Kupplungsmitnehmer 46 wirken mit schrägen Steuerflächen 50 zusammen, die an einem auf der Außenseite der Nabe 10 kon­ zentrisch angeordneten Schaltring 51 innenseitig ausgebil­ det sind. Durch eine Relativdrehung des Schaltringes 51, die durch Anschläge 52 begrenzt ist, erzwingen die schrä­ gen Steuerflächen 50 des Schaltringes ein Verschwenken der Kupplungsmitnehmer 46 in die aus Fig. 3 ersichtliche Löse­ stellung, in welcher die Rastzähne 46.1 aus der Mitnehmer- Zahnscheibe ausgerastet sind und damit die Antriebsver­ bindung zwischen dem motorseitigen Planetenradträger 37 und der Nabe 10 des Laufrades unterbrochen ist. In diesem ausgekuppelten Zustand kann das Laufrad von einem Roll­ stuhlfahrer von Hand angetrieben werden, ohne daß dabei ein Teil des Planetenradgetriebes vom Rollstuhlfahrer mitbewegt werden muß.

Die Vorspannfedern 49 für die Kupplungsmitnehmer 46 sind an einem Ringflansch 53 abgestützt, in welchem Schlitze 54 für die mit außenliegenden Schraubköpfen 52.1 versehenen Anschläge 52 des Schaltrades 51 ausgebildet sind. Der Ringflansch 53 weist auch Führungsöffnungen für die Rast­ zähne 46.1 der Kupplungsmitnehmer 46 auf.

Auf der aus Fig. 1 ersichtlichen elektrischen Schaltungs­ platine 22, die in der Gehäusewanne 19 angeordnet ist, sind sog. Hall-Generatoren 55 als elektromagnetisch wir­ kende Steuersonden so angeordnet, daß sie durch die Wan­ nengehäusewandung hindurch bis in den Einflußbereich der Permanentmagnete 28 des Läufers 27 des Gleichstrommotors ragen. Die elektrische Steuerschaltung 60 für den Roll­ stuhlantrieb ist in Fig. 4 im Blockschaltbild dargestellt. Sie besteht aus einem Masterprozessor 61, der im Roll­ stuhlgestell an passender Stelle angeordnet ist und mit welchem ein Bedienungsbord mit einem Hauptschalter 62, einem Kreuz-Steuerknüppel 63 und einer Anzeigeeinrichtung 64 verbunden ist und über welchen auch die Stromversorgung der beiden Elektromotoren 65, 66 der beiden großen Lauf­ räder des Rollstuhles aus einem Akkumulator 67 gesteuert wird. Über den Masterprozessor 61 wird auch das Aufladen der Akkumulatoren 67 an einem mit gestrichelten Linien dargestellten Ladeterminal 68 gesteuert. Dem Masterprozes­ sor sind zwei Motorprozessoren 69 und 70 für die beiden Antriebsmotoren 65 und 66 nachgeschaltet. Diese Motor­ prozessoren 69 oder 70 sind mindestens teilweise auf der elektrischen Schalterplatte 22 ausgebildet und über den Stecker 31 der lösbaren Laufräder mit dem Masterprozessor 61 oder ebenfalls im Rollstuhlgestell untergebrachten anderen Teilen der Motorprozessoren 69 oder 70 verbunden. Die Hall-Generatoren 55 gehören zu dem zugeordneten Motor­ prozessor 69 oder 70 und dienen zur Steuerung der Kommu­ tierung der mehrpoligen Statorwicklung 26 in Abhängigkeit von der augenblicklichen Stellung des Permanentmagnet- Läufers 27 des Gleichstrommotors 65 oder 66.

Claims (8)

1. Kleinfahrzeug, insbesondere Rollstuhl, mit einem Ge­ stell mit mindestens zwei Saufrädern, die jeweils mit­ tels eines im Bereich ihrer Nabe angeordneten Gleich­ strommotors mit Getriebe antreibbar sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Saufräder als mit einer an dem Gestell lösbar verankerbaren Steckachse (13) versehene, abnehmbare Räder ausgebildet sind, daß jeder Gleich­ strommotor (65, 66) einschließlich seines Getriebes (38 ff.) ohne Überstand innerhalb der antreibbaren Radnabe (10) angeordnet ist und daß der Stator (23-25) jedes Gleichstrommotors über ein Stützteil (30) lösbar am Ge­ stell (Adapterhülse 32), insbesondere einem faltbaren Rollstuhlgestell, verankerbar ist.

2. Kleinfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Getriebe der Nabenmotoren (65, 66) und der Nabe (10) eine vom Fahrzeugbenutzer betätigbare Kupplung (45/46) angeordnet ist.

3. Kleinfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stromversorgung und Steuerung der beiden Nabenmotoren jeweils über eine am Stützteil (30) für den Motorstator angeordnete lösbare Steckverbindung (31) für die elektrischen Leitungen erfolgt.

4. Kleinfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmotoren mehrpolige, elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren mit einem Permanentmagnetläufer (27) sind und die nachgeschalte­ ten Getriebe als Planetenradgetriebe ausgebildet sind.

5. Kleinfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine mit einem Plane­ tenradträger (37) des Planetenradgetriebes verbundene Zahnscheibe (45) aufweist, in welche in der Radnabe (10) verstellbar gelagerte Mitnehmer (46) einrastbar sind, die mittels eines an der Nabenaußenseite gelager­ ten, dem Fahrzeugbenutzer zugänglichen Schaltringes (51) ausrastbar sind.

6. Kleinfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (46) der Kupplung als zweiarmige, in der Radnabe (10) gelagerte Schwenkhebel ausgebildet sind, die an ihrem einen freien Ende einen mit der Zahnscheibe (45) zusammenwirkenden Rastvorsprung (46.1) aufweisen.

7. Kleinfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ansteuerelektronikteil (22) in einer allseitig verschließbaren Kammer (Wannengehäuse 19) des Stators des Gleichstrommotors untergebracht ist, wobei in einer dem Rotor (27) des Gleichstrom­ motors zugewandten Kammerwandung ein Durchbruch für mindestens eine durch die Permanentmagnete (28) des Rotors beeinflußbare Steuersonde (55) vorgesehen ist.

8. Kleinfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (60) für den Elektroantrieb gegliedert ist in einen am Gestell ange­ ordneten Masterprozessor (61) und in einen nachgeordne­ ten Motorprozessor (69, 70) für jeden Antriebsmotor (65, 66), wobei die Motorprozessoren (69, 70) minde­ stens teilweise in den Radnaben (10) motornahe unterge­ bracht sind.