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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug zum autarken Überwinden
von Stufen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Zur Überwindung
von Treppen sind diverse technische Vorrichtungen bekannt, die es
ermöglichen sollen, Stufenhindernisse wie beispielsweise Treppen
oder Bordsteinkanten selbständig oder mit Hilfe von Drittpersonen
zu überwinden. So offenbart zum Beispiel die Druckschrift
GB 2126540 A ein Fahrzeug
zum autarken Überwinden von Stufen mit auf zwei Achsen
angebrachten drehbaren Lagerelementen, wobei die Lagerelemente drei
Schenkel aufweisen, an denen jeweils ein Rad angeordnet ist. Nachteil
des derart beschriebenen Rollstuhls ist, dass damit nur Stufen bis
zu einer bestimmten, verhältnismäßig
niedrigen Höhe überwunden werden können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Fahrzeug zu schaffen, mit dem eine autarke Überwindung
von Stufen von in möglichst weiten Grenzen beliebiger Höhe
möglich ist, insbesondere auch die Überwindung
ausgesprochen großer Stufen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug
mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs in Verbindung
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs gelöst. Durch
die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
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Erfindungsgemäß weisen
die mindestens zwei Schenkel der jeweiligen Lagerelemente eine variable
Länge auf. Dies hat den Vorteil, dass Stufen sehr unterschiedlicher
Größe überwunden werden können.
So können hohe Stufen genommen werden, indem die Schenkel
auf eine große Länge ausgefahren werden, während
andererseits durch ein Reduzieren der Länge der Schenkel
verhindert werden kann, dass beim Passieren kurzer Stufen Schwierigkeiten
auftreten.
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Bei
dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um einen Rollstuhl handeln,
bei dem das Prinzip der variierbaren Schenkellänge zur
autarken Überwindung von Stufen unterschiedlicher Größe
besonders vorteilhaft ausgenutzt werden kann.
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Das
benannte Fahrzeug kann vorteilhafterweise einen vorzugsweise motorischen
Antrieb sowohl zum Drehen der Lagerelemente als auch zum Drehen
der Räder haben. Für einen ebenerdigen Betrieb
des Fahrzeugs können die Räder gedreht werden,
während die Lagerelemente selbst ruhen. Zum Überwinden
von Stufen hingegen werden Räder und Lagerelemente gedreht.
Hierbei wird zunächst ein Schenkel eines Lagerelements
durch Drehen des Lagerelements auf die nächsthöhere
Stufe gedreht. Während eines solchen Hebens eines Schenkels
auf eine nächste Stufe ist es zweckmäßig,
wenn die Räder, die sich nun an der Stufenkante zur ersten
Stufe befinden, kontrolliert gebremst oder synchronisiert mit der
Drehung der Lagerelemente entgegen der Drehrichtung der Lagerelemente
drehen, um sowohl ein Wegrutschen oder ein Wegrollen als auch einen Schlupf
der Räder zu verhindern.
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Bei
einer bevorzugen Ausführung können die Räder
dazu sowohl durch den Antrieb unabhängig von den Lagerelementen
als auch synchronisiert mit einer gegenläufigen Drehung
der Lagerelemente angetrieben werden.
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In
vorteilhafter Weise können die Schenkel teleskopartig ausgeführt
sein, sodass eine Längenverstellbarkeit der Schenkel möglich
ist. Weiterhin können bei einer bevorzugten Ausführung
zum Antreiben der Räder längs der Schenkel verlaufende
teleskopartige Königswellen vorgesehen sein. Diese wiederum
können zum Verstellen der Längen der Schenkel
jeweils einen Hydraulikzylinder umfassen. Durch die Hydraulikzylinder
wird hier ein einfacher Antrieb für die Verstellung der
Schenkellänge vorgeschlagen. Die Hydraulikzylinder können
dabei als Teleskopzylinder ausgeführt sein. Der Vorteil
eines Antriebs der Räder durch teleskopartige Königswellen besteht
darin, dass durch die Ausfahrbarkeit der Königswellen eine
angetriebene Steuerung der Räder in konstruktiv einfacher
Weise bei verschiedenen Längen der Schenkel möglich
ist. Eine hydraulische Verstellbarkeit der Schenkel kann alternativ
auch unabhängig von den Königswellen realisiert
sein. In gleicher Weise kann der Antrieb der Räder an den Schenkeln
der Lagerelemente auch als Schneckenantrieb mit entsprechenden längs
der Schenkel verlaufenden und vorzugsweise teleskopartig ausgeführten
Wellen realisiert sein.
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Das
Fahrzeug kann vorteilhafter Weise eine Vorder- sowie eine Hinterachse
aufweisen. Auf jeder dieser Achsen können je zwei Lagerelemente
angebracht sein. Die Achsen müssen jedoch nicht durchgehend
sein. Zum Beispiel ist es ebenfalls möglich, dass zwei
Stummelachsen mit je einem Lagerelement an jeder Seite des Fahrzeugs
eine Achse im Sinne der vorliegenden Schrift bilden. Der Abstand zwischen
Vorder- und Hinterachse kann verstellbar sein. Ein vergrößerter
Abstand bietet den Vorteil der Stabilität des Fahrzeugs
beim Treppensteigen oder beim Überwinden von Neigungen.
Ein verkleinerter Abstand zwischen den Achsen wirkt sich positiv platzsparend
aus.
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In
einer bevorzugten Ausführung kann das Fahrzeug mindestens
einen Sitz aufweisen, der parallel zu der zumindest einen Achse
schwenkbar sein kann. Dies kann hilfreich sein, um eine aufrechte
Haltung einer im Rollstuhl befindlichen Person während einer Überwindung
einer Steigung oder während eines Abstiegs zu gewährleisten.
Vorteilhafterweise kann ein solcher Sitz auch gegenüber
mindestens einer der Achsen in Längsrichtung, also in Fahrtrichtung,
verschiebbar sein. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Schwerpunktlage
des Fahrzeugs beim Überwinden von Steigungen oder Stufen
optimal eingestellt werden, um insbesondere ein Überschlagen des
Rollstuhls zu verhindern.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand der 1 bis 9 näher
erläutert. Es zeigen
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1 eine
Seitenansicht eines Rollstuhls in einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Seitenansicht des Rollstuhls aus 1 mit vergrößertem
Abstand zwischen Vorder- und Hinterachse;
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3 eine
Seitenansicht des Rollstuhls aus 1 beim Überwinden
einer Steigung;
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4 eine
Seitenansicht desselben Rollstuhls auf einer Steigung mit gegenüber
der Hinterachse in Längsrichtung verschobenen Sitz
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5 eine
schematische Seitenansicht des Rollstuhls beim Überwinden
von Stufen;
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6 in
einem Ausschnitt eine Seitenansicht einige Komponenten eines Lagerelements
des Rollstuhls;
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7 eine
Frontansicht des Ausschnitts aus 6;
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8 eine
Seitenansicht eines Lagerelements mit drei Rädern für
einen Rollstuhl in einem anderen Ausführungsbeispiel;
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9 eine
Frontansicht des Lagerelements mit den Rädern aus 8 mit
zusätzlichen Komponenten eines Antriebs.
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1 zeigt
einen Rollstuhl 1 mit einer Vorderachse 2 und
einer Hinterachse 3, auf denen jeweils drehbare Lagerelemente 4, 5 angebracht
sind. Der Rollstuhl weist zusätzlich zu einem die Vorderachse 2 mit
der Hinterachse 3 verbindenden Rahmen 7 ein lenkbares
Innenfahrwerk 6 auf. Das Innenfahrwerk 6 hat vorn
bewegliche Stützräder 8 und ermöglicht
die Steuerbarkeit des Rollstuhls bei einem ebenerdigen Betrieb,
bei dem die Vorderachse 2 angehoben ist. Die Vorderachse 2 ist
hier nur zum gradlinigen Fortbewegen über Hindernisse und
Treppen oder zum Passieren anderer Steigungen vorgesehen. Der Rahmen 7 weist
in Längsrichtung ausfahrbare Teleskopelemente 9 auf.
Der Abstand zwischen Vorder- und Hinterachse 2, 3 ist
somit variierbar. Dies ist gezeigt in 2.
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Die
Lagerelemente 4, 5 weisen jeweils drei Schenkel 10 auf,
an denen jeweils ein Rad 11 gelagert ist. Während
des in 1 und 2 gezeigten ebenerdigen Betriebs
werden lediglich die Stützräder 8 zur
Fortbewegung benötigt, die Lagerelemente 4, 5 befinden
sich in Ruhe. Zum Überwinden von Stufen dagegen sind auch
die Lagerelemente 4, 5 drehbar. Dazu weist der
Rollstuhl einen motorischen Antrieb sowohl zum Drehen der Lagerelemente 4, 5 als
auch zum Drehen der Räder 11 auf. Der Antrieb
ist so konzipiert, dass die Räder 11 durch den
Antrieb insbesondere sowohl unabhängig von den Lagerelementen 4, 5 als
auch synchron mit einer typischerweise gleichschnellen gegenläufigen
Drehung der Lagerelemente antreibbar sind. Dies ist vorteilhaft
beim Erklimmen von Stufen, was weiter unten anhand 5 erläutert
wird. Die Räder 11 sind außerdem einzeln bremsbar
ausgeführt. Schließlich sind auch die Lagerelemente 4 und 5 bezüglich
einer Drehung um die Vorder- bzw. Hinterachse 2, 3 bremsbar,
so dass die Lagerelemente 4, 5 insbesondere für
einen ebenerdigen Betrieb arretiert werden können.
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Ein
Betrieb des beschriebenen Rollstuhls 1 auf einer Steigung
ist in den 3 und 4 dargestellt.
Befindet sich der Rollstuhl 1 auf einer Steigung, so kann
der Sitz 12 um eine Schwenkachse 13, die parallel
zur Hinterachse 3 verläuft, geschwenkt werden,
so dass eine Sitzposition einer im Rollstuhl befindlichen Person
beibehalten werden kann. In diesem Betriebsmodus rollt der Rollstuhl 1 auf
den Rädern 11 aller Lagerelemente 4, 5.
Zur Stabilisierung des Schwerpunkts ist der Sitz 12 zusätzlich
gegenüber der Hinterachse 3 in Längsrichtung
verschiebbar. Dies geschieht hier durch Verschieben der Hinterachse 3 gegenüber
dem Rahmen 7 bzw. gegenüber dessen Teleskopelementen 9 und
ist in 4 gezeigt.
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Ein
Betrieb des Rollstuhls aus den 1 bis 4 beim Überwinden
von Stufen ist schematisch in 5 dargestellt.
Die 5 zeigt in verschiedenen Etappen sowohl das Heranrollen
des Rollstuhls 1 an eine unterste Treppenstufe als auch
spätere Phasen eines autarken Treppenaufstiegs. Ein zuvor
nach oben weisender Schenkel 10 des Lagerelements 4, dessen
Räder 11 an einer Stufe angelagert sind, wird auf
die jeweils nächste Stufe gedreht, der Sitz 12 schwenkt
dabei um eine nach wie vor aufrechte Sitzposition zu gewährleisten.
Das Rad 11 jedes Lagerelements 4 oder 5,
welches sich unten an einer Treppenstufe befindet, dreht sich gegenüber
dem jeweiligen Lagerelement 4 oder 5 gleich schnell
entgegengesetzt der Drehrichtung dieses Lagerelements 4 oder 5,
um ein Wegrollen, sowie ein Verrutschen zu verhindern. So können
die Stufen nach und nach erklommen werden, wobei bei Bedarf ja nach
Länge der Stufen zwischen zwei Stufen auch jeweils durch Drehen
nur der Räder 11 weitergefahren werden kann, bis
die nächste Stufe erreicht ist. Dabei ist der variable
Abstand zwischen Vorder-2 und Hinterachse 3 sehr
vorteilhaft, um einen zu jeder Zeit stabilen Stand des Rollstuhls 1 zu
gewährleisten.
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Die
Schenkel 10 der Lagerelemente 4 und 5 sind
teleskopartig ausgeführt, umfassen also jeweils zwei ineinander
schiebbare Teile. Dadurch wird eine Längenverstellbarkeit
der Schenkel erreicht, so dass die Lagerelemente 4 und 5 bezüglich
ihrer Größe variiert werden können. Für
eine Ausführung einer Längenverstellung der Schenkel 10 sind
dabei Hydraulikantriebe vorgesehen. Dadurch kann während
eines Betriebs des Rollstuhls – entsprechend können
natürlich auch andere Fahrzeuge mit vergleichbaren drehbaren
Lagerelementen zum Lagern von Rädern gestaltet werden – eine
Länge der Schenkel 10 verstellt und insbesondere
an eine Größe – also Höhe und/oder
Tiefe – von zu passierenden Stufen angepasst werden.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Antrieb der
an den Schenkeln 10 gelagerten Räder 11 mit
Hilfe von ihrerseits teleskopartig ausgeführten und damit
ebenfalls längenverstellbaren Königswellen 14 vorgesehen.
Eine Seitenansicht eines Ausschnitts eines der – gleichartig
ausgeführten – Lagerelemente 4 oder 5,
bei der Teile weggelassen und nur einige Komponenten des Lagerelements 4 bzw. 5 abgebildet
sind, ist in 6 dargestellt. Die in 6 gezeigten
Komponenten sind in 7 noch einmal als Frontansicht
dargestellt. Wiederkehrende Merkmale sind dabei wieder mit denselben
Bezugszeichen versehen. In den 6 und 7 sind
insbesondere die entsprechenden Königswellen 14 zu
erkennen, die mit Zahnrädern 15 zusammenwirken,
um die Räder 11 anzutreiben, von denen hier nur
ein Nabenbereich eines der Räder 11 abgebildet
ist. Die Königswellen 15 umfassen bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel jeweils einen mittig in den Königswellen 15 angeordneten
Hydraulikzylinder 16 zum hydraulischen Verstellen der Länge
der Schenkel 10. Solche Hydraulikzylinder 16 könnten
bei anderen Ausführungen auch unabhängig von einem
Königsantrieb zum Verstellen der Schenkellängen
vorgesehen sein und beispielsweise parallel zu vergleichbaren Königswellen
angeordnet oder mit einer anderen Antriebsart kombiniert werden.
Schließlich können anstelle der in den 6 und 7 erkennbaren
Königswellen 14 auch entsprechende mit Schnecken versehene
Wellen vorgesehen sein, um einen Schneckenantrieb der Räder 11 realisieren.
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Ein
Lagerelement, das in einem anderen Ausführungsbeispiel
bei einem ansonsten gleichartig gestalteten Rollstuhl an die Stelle
der Lagerelemente 4 oder 5 tritt, ist in 8 gezeigt.
Auch dieses Lagerelement weist drei teleskopartig ausgeführte
und damit längenverstellbare Schenkel 10 auf,
an denen jeweils ein Rad 11 drehbar gelagert ist. Die Schenkel 10 umfassen
insbesondere jeweils ein inneres Teil 17 und ein diesem
gegenüber verschiebbares äußeres Teil 18.
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Ein
Antrieb der Räder 11 ist hier als Kettenantrieb
ausgeführt und umfasst eine Kette 19, die dazu über
auf Radachsen der Räder 11 sitzende Zahnräder 20 sowie über
Planetenräder 21 eines zentral angeordneten Planetengetriebes
geführt ist. Um die Kette 19, anstelle derer auch
ein Riemen verwendet werden könnte, auch bei einem Ändern
der Länge der Schenkel 10 gespannt zu halten,
sind unter Federdruck stehende Spannelemente 22 vorgesehen,
die drehbar gelagert sind und jeweils mit einem freilaufenden Rad
an die Kette 19 drücken.
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Das
in 8 als Seitenansicht gezeigte Lagerelement ist
in 9 noch einmal mit weiteren Komponenten als Frontansicht
dargestellt. Wiederkehrende Merkmale sind dort wieder mit denselben Bezugszeichen
versehen. Zusätzlich erkennbar sind dort ein Schwenkarm 23,
mit dem das Lagerelement gegenüber dem Rest des Rollstuhls
höhenverstellbar wird, sowie weitere Teile des Antriebs
dieses Rollstuhls. Eine erste Antriebs welle 24 treibt über
zwei weitere Ketten 25 und 26 das schon erwähnte
Planetengetriebe und damit über die Kette 19 die
Räder 11 an. Mit einer zweiten Antriebswelle 27 wird über
eine einzige, den Schwenkarm 23 überbrückende
Kette 28 eine Drehung des Lagerelements selbst angetrieben.
Eine dritte Antriebswelle 29 schließlich dient zum
Schwenken des Schwenkarms 23 um eine Achse, die koaxial
zur zweiten Antriebswelle 27 verläuft. Gelagert
sind die Antriebswellen 24, 27 und 29 in
einem Teil des Rahmens 7. Die Antriebswellen 24, 27 und 29 können
je nach Ausführung z. B. mit einem einzigen Motor angetrieben
sein, wozu dann ein Getriebe zum unabhängigen Ansteuern
der drei Antriebswellen 24, 27 und 29 vorgesehen
ist, oder auch durch einen drei unabhängige Motoren – jeweils
einen für jede der drei Antriebswellen 24, 27 und 29 – umfassenden
Antrieb des Rollstuhls.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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